PURIFICADOR DE AGUAY GENERADOR DE ELECTRICIDAD

AUTÓNOMO

SECRETARÍA DE INVESTIGACIÓNY POSGRADO

2º ECUENTRO PARA INNOVADORES 2014

Cada día es más complicado abastecer de agua a las comunidadesrurales o marginadas; la situación se complica debido a losproblemas de contaminación de los cuerpos de agua, que para elcaso de Yucatán con suelos de alta porosidad y permeabilidad, elagua pluvial fácilmente se evapora o se infiltra con rapidez alsuelo, corriendo un alto riesgo de contaminarse en dicho proceso.

Problemática

Colinda Norte Golfo de México Este y Sureste con

Quintana Roo Oeste y Suroeste

Campeche

UBICACIÓN GEOGRÁFICA

2ª. Mención Honorífica en la segunda edición del concurso Perspectivas Universitarias para la Gestión Sustentable del Agua en la Península de Yucatán, promovido por la Fundación ICA

.

ProblemáticaEn Yucatán no hay corrientes de agua superficial, debido al tipo de rocas, pero existen cenotes y aguadas.La constitución del suelo yucateco es de roca de carbonato de calcio y asociados al impacto de un meteorito, ha favorecido la aparición de ríos subterráneos, con un área de recarga de agua de lluvia en la zona central de la planicie yucateca y una de descarga en la costa, que se busca estén libres de contaminantes.

Estadísticas - Yucatán• El 96% de la población del estado tiene acceso a

agua potable.

• El 85% de la población compra agua embotellada para el consumo.

• El 11.5% de la población toma el agua sin tratar.

Suministro de agua potable• Yucatán cuenta con 982 fuentes de

abastecimiento en los municipios– 96.7% provienen de pozo profundo– 3.3% de pozo excavado y cenotes

Propuesta de solución• El presente trabajo de investigación tiene como

objetivo la implementación de un sistema capaz depurificar agua a partir de la energía solar, el agua autilizar puede provenir de la colecta de agua de lluvia ode algún cuerpo de agua cercano; para purificar elagua se realizará su evaporación con ayuda de laradiación solar concentrada por un «espejo»parabólico que concentra la radiación a un tuboubicado en el punto focal del mismo.

• El agua obtenida de esta manera se almacenarapara auto-consumo de los pobladores, mientrasque el vapor obtenido será aprovechado en ungenerador eléctrico de 58 watts. La energíaeléctrica generada será utilizada para alumbradopúblico, de escuelas o de centros de reunión, encomunidades rurales, marginadas o alejadas delsistema de suministro de agua potable o de la redeléctrica en localidades del Estado de Yucatán.

Metodología• 1) Investigación documental sobre características

climatológicas y edafológicas del estado,particularmente las cantidades de radiación solar, lafacilidad de construcción, instalación y operación, conmano de obra, materiales e insumos propios de lazona. Procurando en todo momento presentar unasolución innovadora, funcional y con un costo deoperación lo más bajo posible.

• 2) Diseño de prototipo, memorias de calculo

• 3) Construcción de prototipo• 4) Transporte al estado de Yucatán• 5) Instalación del prototipo en la Comunidad

de Oxkutzcab (con el apoyo de SEDUMA)• 6) Toma de muestras del agua a alimentar al

purificador (lluvia, cenote, rejolladas, aguadas o ríos subterráneos)

• 7) Análisis de aguas a alimentar, por parte de un laboratorio acreditado

• 8) Operación del prototipo con diferentestipos de aguas.

• 9) Toma de muestras y análisis de laboratorioa las aguas obtenidas a la salida delpurificador.

• 10) Verificación de la energía producida yalmacenada

• 11) Análisis de resultados

Desarrollo y Resultados• Con la información obtenida se efectúan los cálculos

necesarios para el dimensionamiento de un sistema concapacidad de 40 litros diarios y la generación de 58watts/hora. Adicionalmente y con la selección de losmateriales necesarios para su construcción, instalación yoperación, se elaboró el presupuesto correspondiente.

• Para el diseño de este colector se consideró una láminacomercial acero inoxidable 316-L, acabado espejo, calibre 24.Con un desarrollo de espejo parabólico de 5 metros de largo,con un lado recto de 0.78 metros y un foco de 0.35 metros

DESCRIPCIÓN DEL PURIFICADOR• El Sistema de purificación de agua y generador de electricidad cuenta con

diferentes secciones que permiten el funcionamiento autosustentable del equipo, las secciones del sistema son las siguientes:

• Captación• Almacenamiento• Evaporación• Generación de electricidad• Acumulación de electricidad.• Condensación • Enfriamiento

CAPTACIÓNLa captación de agua principalmente se llevará a cabo en el techo de viviendas en donde se tendrá que tener un mínimo de área de captación de 25 metros cuadrados, sin embargo también se puede tener otros tipos de sistema de captación como una lona, que además podría dar sombra en un patio, el objetivo es cumplir con los 25 m2 requeridos por el sistema.

ALMACENAMIENTOEl agua de lluvia captada en el techo de las casas, seráalmacenada y dosificada en un tambo de plástico concapacidad de almacenamiento de 100 L, utilizando entodo momento la fuerza de gravedad para conducir lasaguas a todas las partes del sistema. Además se podránsedimentar solidos suspendidos en el fondo del tambo, yaque la salida de las aguas estará localizadaaproximadamente 10 cms. por arriba del fondo de la basedel tambo.

EVAPORACIONLa evaporación se llevará a cabo mediante el espejo parabólico, el cualde acuerdo a los cálculos realizados, permitirá una mayor reflexión yconcentración de los rayos del sol hacia una tubería de cobre de 2pulgadas de diámetro, en cuyo interior es dosificada el agua de lluvia,cenotes o aguadas, principalmente. Se pretende alcanzar unatemperatura en un rango de 150 grados centígrados, suficiente paraeliminar microorganismos y sales presentes en el agua, dejándola enuna calidad apta para consumo humano. La dosificación del agua en elsistema es por gravedad y garantiza un tiempo de retención de más deun minuto a una temperatura superior a los 100º C.• *Nota: No se considera dosificar aguas contaminadas con sustancias

químicas

GENERACIÓN DE ELECTRICIDADEl vapor generado se hará pasar por una tubería con una reducción de 2¨ a 1/8¨, con la finalidad de aumentar la presión; posteriormente la descarga del vapor será dirigida a las hélices de la turbina*, para que la fuerza con la que sale de la tubería sea capaz de generar movimiento giratorio en la misma. Bajo estas circunstancias la turbina proporcionara movimiento al rotor del generador y se obtendrá electricidad (58 watts). *fabricación propia

ACUMULACIÓN DE ELECTRICIDAD Y AGUA PARA CONSUMO HUMANO

La energía eléctrica generada por la turbina será acumulada en dos bateríasde descarga profunda, las cuales son recomendadas para captar energía solary eólica, debido a que permiten una cantidad de ciclos mayor a lasconvencionales, lo que las caracteriza es que cuentan con placas más gruesasde plomo que permiten una mayor vida útil.

Condensación: Al finalizar la etapa de generación de electricidad, se tendrávapor de agua, mismo que se enfriará haciéndolo pasar por el tanque dealmacenamiento de agua, es decir este se conducirá hasta el tanque dealmacenamiento, en donde, por un lado se logra enfriar nuestra agua, que yase encuentra en condiciones para ser consumida por humanos, y por otraparte se empieza a elevar la temperatura del agua que esta por ser evaporadapermitiendo así hacer más eficiente el proceso, al requerir de menos tiempo deretención en la tubería de vaporización.

NOVEDADES Y VENTAJAS COMPETITIVAS

• Para purificación de agua y generación de electricidad,en eventos juntos, es un caso único e innovador. Esimportante mencionar que el proyecto puede serescalado a mayores dimensiones para una mayorgeneración tanto de agua como de energía eléctrica.Además de que se puede aplicar en cualquier localidaddel país y puede ser alimentado tanto de agua pluvialcomo de agua de ríos, lagos, lagunas, cenotes e inclusode agua de mar

POSIBLES INTERESADOS EN ADQUIRIR LA INNOVACIÓN

• Los principales interesados en el “Purificador” seránautoridades Municipales, Estatales y Federales, parasu instalación y operación en comunidadesmarginadas en donde el suministro de agua paraconsumo humano es escaso o simplementeinexistente; misma consideración para la generaciónde electricidad que permita iluminar principalmenteescuelas, iglesias o centros de reunión de lascomunidades. De igual forma podrían estarinteresadas empresas privadas con reconocimientos ocertificaciones como el de EMPRESA SOCIALMENTERESPONSABLE, entre otros.

Costos (materiales, insumos, equipo)• Captación: $1,583.88• Almacenamiento: $ 660.00• Evaporación: $10,000.00• Generación de Electricidad: $3,649.00• Acumulación de electricidad: $3,150.00• Condensación: $ 830.00= Costo de Construcción $19,872.00• Costos de operación $ 0.00• Costos de Mantenimiento $ 100.00 (mes)• Costo Total $19,972.00

PRESUPUESTO DE IMPLEMENTACIÓN

• Construcción de prototipo: $ 19, 972.00•• Análisis de laboratorio caracterización y calidad del agua: $ 25,000.00•• Visitas al sitio: Instalación, Operación, Muestreos: $25,000.00•• Imprevistos: $ 2,000.00•• Total Presupuesto de Implementación: $71,972.00

CONCLUSIONES• Se presenta el diseño de un purificador de agua y generador de

energía eléctrica de fácil construcción, instalación y operación, concostos mínimos de mantenimiento y operación, que utilizamateriales, mano de obra e insumos propios de la zona, además, lainversión se recupera en menos de dos años.

• El diseño permite combatir problemas de salud como lo son ladeshidratación y problemas gastrointestinales provocados porenterobacterias que arrastra el agua de lluvia o que pueden estarpresentes en las aguas subterráneas, cenotes y aguajes.

• Se reduce la emisión de GEI al evitar otros procesos de producciónde electricidad y purificación de agua (hervir el agua).

Bibliografíahttp://www.inegi.org.mx/sistemas/mexicocifras/default.aspx?e=31http://www.yucatan.gob.mxhttp://www.seduma.yucatan.gob.mx/programas-operativos/index.php

GRACIAS POR SU ATENCIÓN