Estructura bioinspirada para intesificar la condensación de la humedad del ambiente

Abstract

RESUMEN: En el presente estudio se realizó el diseño de una superficie bioinspirada para incrementar la captación de humedad del ambiente, como una solución alterna a las ya existentes para mitigar la presente escasez de agua en la Ciudad de México y otras regiones del país. Se eligió el cactus de la especie Ferocactus Latispinus y recurriendo a la biomímesis se diseñó una superficie que se compone de canales, ranuras y espinas, con material hidrofóbico en la base y la punta de las espinas. La base de la superficie bioinspirada y los dos tipos de espinas elegidos se fabricaron por manufactura aditiva. Para analizar la captación de gotas de agua, durante el fenómeno meteorológico conocido como neblina, se construyó una celda de visualización que cuenta con un humidificador para el suministró de aire húmedo y dos higrómetros para registrar las temperaturas de bulbo seco y la humedad relativa. Se realizaron pruebas a la superficie variando su ángulo de inclinación, 0° - 55°, para dos tipos de distribución de las espinas sobre la base y un valor de humedad relativa entre 60 y 80%. Se encontró que se logra una mayor captación de humedad y por ende una mayor recolección de gotas de agua cuando la superficie se encuentra en un ángulo de 45° a 55° respecto a la horizontal. Además, se determinó que la capa de material hidrofóbico en las puntas de las espinas favorece la nucleación de las microgotas de la niebla. Se observó que la distribución en la que se alternan filas de diferente tipo de espinas sobre la base es la que obtuvo el mayor coeficiente de recolección de gotas. Finalmente, se encontró que la captación de humedad dependerá en gran medida del porcentaje de la humedad relativa, siendo que mientras mayor sea este parámetro, más rápido ocurrirá la nucleación de gotas de agua. ABSTRACT: In the present study, a bioinspired surface was designed to increase the capture of humidity from the environment, as an alternative solution to the existing ones to mitigate the current water scarcity in Mexico City and other regions of the country. The cactus of the species Ferocactus Latispinus was chosen and resorting to biomimicry, a surface was designed that consists of dados, grooves and thorns., with hydrophobic material at the base and tip of the spines. The base of the bioinspired surface and the two types of spines chosen were manufactured by additive manufacturing. To analyze the capture of water droplets, during the meteorological phenomenon known as haze, a display cell was built that has a humidifier for the supply of humid air and two hygrometers to record dry bulb and relative humidity temperatures. Surface tests were carried out by varying its angle of inclination, 0° - 55°, for two types of distribution of the spines on the base and one value of relative humidity between 60 and 80%. It was found that a greater capture of moisture is achieved and therefore a greater collection of water droplets when the surface is at an angle of 45 ° to 55 ° with respect to the horizontal. In addition, it was determined that the layer of hydrophobic material at the tips of the spines favors the nucleation of microdroplets of the fog. It was observed that the distribution in which rows of different types of spines alternate on the basis is the one that obtained the highest droplet collection coefficient. Finally, it was found that moisture capture will depend largely on the percentage of relative humidity, and the higher this parameter, the faster the nucleation of water droplets will occur.