Artículo en español

Tierra Tropical (2010) 6 (1): 119-123
OPTIMIZACIÓN DE UN SISTEMA DE CONDENSACIÓN DE AGUA
PARA USO AGRÍCOLA
A. Artavia, C. Hernández, J. Perret1
Universidad EARTH
Las Mercedes de Guácimo, Limón, Costa Rica
Recibido 9 de diciembre 2008. Aceptado 29 de marzo 2010.
RESUMEN
Este estudio pretendió simular la técnica de evaporación y desalinización de agua salina para
convertirla en agua fresca. Se enfocó en la optimización de un condensador de bajo costo que
permitió producir agua para ser utilizada en la agricultura y, por eso, se diseñó y construyó un
sistema de condensación en la Universidad EARTH. Se construyó una estructura cerrada donde
produjo agua condensada proveyendo las condiciones necesarias. Se utilizó una membrana de
plástico para elaborar el condensador y los extremos el condensador estaba conectado a un
sistema de agua fría. En un extremo de la estructura había una entrada de agua caliente que se
aplicaba a un panel evaporador para provocar la evaporación. Este vapor de agua fue extraído
con un ventilador que se encontraba en el extremo opuesto al panel. El vapor de agua fluyó a
través del condensador, ubicado en el centro de la estructura, y cuando alcanzo el punto de rocío,
formo gotas en las paredes externas del condensador, las cuales fueron colectadas. Se
experimentaron con dos temperaturas del agua fría dentro del condensador, 24 °C y 27 °C. Se
encontró que a menor sea la temperatura dentro del condensador mayor será la condensación.
Con la temperatura de 24°C, se condensó un promedio de 9,8 mL de agua en 5 min y en el
segundo caso un promedio de 5,6 mL; la diferencia fue significativa (p<0,01). Sin embargo, es
necesario investigar más para la construcción del condensador en el futuro.
Palabras clave: agua, condensación, condensador, punto de roció, vapor de agua.
ABSTRACT
The objective of this study was to simulate evaporation and condensation of seawater to convert
it into fresh water. Focusing on the optimization of a low-cost condenser that would be capable
of producing fresh water for agricultural purposes, a condensation system was designed and
constructed at EARTH University. A closed structure was built where condensed water was
produced by providing the necessary conditions. A plastic membrane was used to make the
condenser. The ends of the condenser were connected to a cold water system. At one end of the
structure there was a hose system that applied hot water to an evaporating pad to cause
evaporation. Water vapor was extracted by a fan located at the opposite end of the structure. The
water vapor flowed through the condenser, located in the middle of the structure. When the
temperature of the vapor reached the dew point, it formed drops on the external wall of the
condenser and these drops were then collected. The temperature of the cold water flowing inside
the condenser was set at 24 °C and 27 °C. With cooler water flowing inside the condenser, more
condensation was produced. At 24 °C, an average amount of 9.8 mL was condensed in 5 min and
an average of 5.6 mL in the second case. This represented a significant statistical difference
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Contacto: Johan Perret ([email protected]).
ISSN: 1659-2751
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(p<0,01). There is a potential for this system to be adapted for use in the field on a larger scale,
however, more research on the construction of the condenser needs to be done in the future.
Key words: water, condensation, condenser, dew point, steam.
INTRODUCCIÓN
En el planeta hay 1469 millones de km3 de agua; de estos solo el 3 % son agua dulce. Según la
FAO (2003), la agricultura es el mayor usuario de agua a nivel mundial; por lo que la
importancia de ésta es alta para la producción agrícola. La agricultura ocupa el 69 % de consumo
de agua, mientras que el consumo doméstico es del 10 % y el consumo industrial es del 21 %.
Las alternativas para satisfacer las necesidades hídricas del planeta son limitadas. La
desalinización de agua de mar es una de las opciones, pero aun se duda sobre su efectividad y
costo de operación.
En el contexto de América, en Perú se está planeando actualmente desalinizar agua del Océano
Pacífico para compensar el derretimiento de los glaciares provocado por el cambio climático.
Según EEN (2008), se ha calculado que desalinizar el agua del mar será más barato que bombear
agua desde los Andes o del Amazonas hacia la costa desértica de Lima, donde viven más de
9 millones de peruanos.
La superficie de Costa Rica es de 51 100 km2. Solamente un 28,2 % del esa tierra es usada
correctamente, mientras que un 45 % se encuentra en subuso y el 26,5 % en sobreuso,
(MIDEPLAN, 1990). Aunque el 75,8 % de la población costarricense recibe agua potable y el
80,2 % cuenta con acceso a servicios de saneamiento, “el 75 % de las fuentes de agua es
considerado como altamente vulnerable” (Valverde, 2003); de ahí la importancia de la
conservación de acuíferos.
En la zona tropical seca de Guanacaste, CR, se han venido presentando sequías fuertes y, según
lo han publicado los medios de comunicación (Agüero, 2003), es un asunto en el cual se
involucra la parte social (falta de agua para los locales guanacastecos), política (concesiones de
pozos y permisos para nuevos proyectos turísticos) y ambiental (impacto que genera la
contaminación y los asentamientos humanos en las zonas de acuíferos).
En este estudio, se trabajó enfocados en la conversión de aguas salinas en aguas dulces para uso
agrícola. Sin embargo, no existen muchas técnicas para retirar sales disueltas en el agua, las
principales son: 1) desalinización por aplicación de ósmosis inversa, que según Aquaplant Ltda
(2006) es complicada y muy costosa, 2) desalinización por medio de congelación parcial y
fusión, la cual es un proceso lento (Loayza, 2007) y 3) desalinización por intercambio iónico, el
cual no representa una opción efectiva. Finalmente, 4) desalinización por medio de evaporación
y condensación representa una alternativa con potencial para ser simple, rentable y efectivo; lo
cual es el tipo de resultado que se esperó conseguir con esta investigación.
MATERIALES Y MÉTODOS
Para el condensador se utilizó una membrana plástica “calibre 5” (0,025 mm de grosor), con una
longitud de 0,69 m y un ancho de 0,35 m y fue hecho a mano. El plástico fue puesto en doble
lámina. Esta membrana es un plástico transparente que comúnmente se utiliza para forrar
objetos. Sobre la doble lámina de plástico se hizo un sellado para logar una forma de tubería
continua. El diseño cuenta con 7 “tubos” o espacios de 0,07 m de ancho cada uno. La división
entre un tubo y otro fue de 0,02 m. El diámetro que cada uno de los tubos del condensador una
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vez que contenía agua por dentro fue de aproximadamente 0,06 m. El sellado se hizo con una
plancha doméstica utilizando el principio de termo-sellado. En los extremos del condensador este
estaba conectado a un sistema de agua fría (Figura 1).
Figura 1. Diseño final del condensador con el que se llevó a cabo el experimento. 1. Entrada del
agua fría, 2. Salida del agua fría.
El trabajo se realizó en una estructura metálica cerrada con plástico para simular la forma de un
invernadero. En un extremo de la estructura había una entrada de agua caliente que se aplicaba a
un panel evaporador para provocar evaporación. Este vapor de agua fue extraído con un
ventilador que se encontraba en el extremo opuesto al panel. El vapor de agua fluyó a través del
condensador (ubicado en el centro de la estructura), y cuando alcanzo el punto de rocío, formo
gotas en las paredes externas del condensador, las cuales fueron colectadas (Figura 2).
Figura 2. Sistema completo con todos sus componentes: 1. agua caliente; 2. agua fría; 3. sistema
para enfriar agua; 4. panel evaporador; 5. condensador; 6. canaleta colectora de agua
caliente; 7. recipiente colector del agua condensada; 8. ventilador.
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Se utilizó un diseño aleatorizado; se usaron dos temperaturas de agua fría 24 °C y 27 °C, ambas
con una velocidad de viento promedio de 0,15 m/s. Se realizaron nueve repeticiones en cada uno
de los dos tratamientos y el sistema fue operado por 5 min en cada repetición. En cada una de las
pruebas se tomaron mediciones de ciertas propiedades del aire con el objetivo de que tener datos
para el cálculo de propiedades psicométricas. Las propiedades del aire medidas fueron la
velocidad, temperatura, y porcentaje de humedad del aire.
Para poner a funcionar el sistema inicialmente se puso a correr el agua caliente y a funcionar el
sistema de ventilación para saturar el aire dentro de la estructura. Cuando la humedad relativa
llego a 100 % se introdujo el agua fría al sistema para que el vapor de agua perdiera calor y se
condensara sobre la tubería plástica. Este proceso varío entre 20 y 30 minutos mientras el sistema
se estabilizaba.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El volumen medio de agua condensada a 24 °C fue en promedio de 9,8 mL teniendo diferencia
significativa (p<0,01) con respecto al volumen condensado con el agua a 27 °C (5,6 mL). Este
resultado es congruente con lo reportado por Lujan et al. (2005) que cuando el vapor de agua
está en contacto con un agua a una temperatura menor se condensa en mayor cantidad. El vapor
y la condensación son consideradas dos etapas distintas. Mientras más de estas etapas hallan en
un mismo sistema, mayor será la eficiencia y menor el costo del producción.
El aire es una variable muy importante, porque si la velocidad de este dentro de la estructura es
muy alta, puede provocar una pérdida más rápida de calor en el vapor de agua y evaporarse en
las paredes del condensador antes de precipitarse al recipiente recolector. Esto disminuiría el
volumen de agua condensada. Por su parte, la velocidad del aire no presentó diferencias
significativas en cuanto a la cantidad de agua condensada.
Cuando la temperatura del agua fría fue de 24 °C, se condensó 0,032 g de agua cada segundo; y
cuando la temperatura del agua fría fue de 27 °C la condensación fue de 0,018 g de agua cada
segundo. Con estos rendimientos de condensación se puede calcular el porcentaje del flujo de
vapor de agua que pasó y que se condensó para cada caso. En el caso del agua fría a 24 °C se
obtuvo un 2,84 %. Por otra parte, cuando el agua fría estaba a 27 °C, se condensó un 1,62 % del
total de vapor de agua que pasó a través de condensador.
Todos los materiales para la construcción de la estructura y condensador fueron de bajo costo o
materiales donados y usados. Por ejemplo, cada metro de plástico para el condensador tenía un
costo aproximado de US$ 1.00. Los costos más altos fueron los aparatos para medir propiedades
del aire durante el funcionamiento del sistema. Estos aparatos serían considerados como
inversiones si construyen un sistema de un escala más grande.
CONCLUSIONES
El sistema de condensación tiene mayor productividad cuando la diferencia entre el agua caliente
y el agua fría que ingresan en el mismo es mayor. La velocidad del viento parece no tener
influencia en este caso sobre las temperaturas del agua fría dentro del condensador con respecto
a la cantidad de agua condensada.
Existe un potencial para el sistema de bajo costo de producción de agua por medio de
condensación el cual debe de ser más investigado con diferentes tipos de materiales. Es viable
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producir condensación utilizando este tipo de sistema, pero su eficiencia y construcción se tienen
que mejorar si se quiere trasladar a mayor escala en el campo.
LITERATURA CITADA
Agüero, M. 2003. Temor por agua en Santa Cruz. Al Día [en línea]. 10 noviembre [consultado
10
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