El 'arpa de niebla'

La captura del agua de niebla puede parecer un trabajo caprichoso. Después de todo, instalar redes gigantes a lo largo de las laderas y las cimas de las montañas para atrapar agua de la nada suena más como una locura que como ciencia, pero no es así.

Sin embargo, la práctica se ha convertido en una vía importante para disponer de agua limpia para muchas personas que viven en climas áridos y semiáridos en todo el mundo.

Un método pasivo, duradero y eficaz de recolección de agua, la recolección de niebla consiste en atrapar las gotas microscópicas de agua suspendidas en el viento que forman la niebla o nubes bajas a ras de suelo.

Atrapar la niebla es posible, y ha ganado fuerza durante las últimas décadas, en áreas de África, América del Sur, Asia, Medio Oriente e incluso California.

Como lo ilustra el reciente la 'Fog harp' aumenta la capacidad de recolección de aguas limpias.

El coautor del estudio Josh Tulkoff construye un gran prototipo del arpa de niebla, que consiste en una matriz vertical de 700 alambres y se basa en los resultados experimentales iniciales. Tulkoff formó parte de un equipo de investigación interdisciplinario en Virginia Tech que descubrió que los arreglos de alambres paralelos podían triplicar la capacidad de recolección de agua de las redes de neblina.

Los principales investigadores ahora estiman que dos tercios de la población mundial ya viven en condiciones de grave escasez de agua al menos un mes al año.

La recolección de niebla podría ayudar a aliviar esa escasez, y ahora un equipo de investigación interdisciplinario en Virginia Tech ha mejorado el diseño tradicional de redes atrapanieblas para aumentar su capacidad de recolección por triplicado.

Publicado en ACS Applied Materials and Interfaces y parcialmente financiado por Virginia Tech Institute for Creativity, Arts, and Technology, la investigación del equipo demuestra cómo una serie vertical de cables paralelos pueden cambiar la forma y eficiencia de los recolectores de niebla.

En un diseño que los investigadores denominaron "arpa de niebla", estos alambres verticales arrojan diminutas gotas de agua de forma más rápida y eficiente que la red de malla tradicional utilizada en las redes de niebla.

"Desde el punto de vista del diseño, siempre me ha parecido un tanto mágico que puedas usar algo que se parece a una malla de puerta de malla para convertir la niebla en agua potable", dijo Brook Kennedy, profesor asociado de diseño industrial en la Facultad de Arquitectura y Urban Studies y uno de los coautores del estudio. "Pero estos arreglos de cables paralelos son realmente el ingrediente especial del arpa de niebla".

Las redes de niebla han estado en uso desde la década de 1980 y pueden producir agua limpia en cualquier área que experimente niebla frecuente y en movimiento.

A medida que el viento mueve las microscópicas gotas de agua de la niebla a través de las redes, algunas quedan atrapadas en los cables suspendidos de la red. Estas gotitas se juntan y se fusionan hasta que tienen suficiente peso para viajar por las redes y colocarse en los canales de recolección a continuación. En algunos de los proyectos más grandes de recolección de niebla, estas redes recolectan un promedio de 6.000 litros de agua por día.

Sin embargo, el diseño tradicional de malla de redes de neblina ha planteado desde hace mucho tiempo un problema de doble restricción para los científicos e ingenieros. Si los agujeros en la malla son demasiado grandes, las gotas de agua pasan sin atrapar los cables de la red. Si la malla es demasiado fina, las redes atrapan más agua, pero las gotas de agua obstruyen la malla sin caer hacia la artesa y el viento ya no se mueve a través de las redes.

Por lo tanto, las redes de niebla apuntan a un terreno intermedio, una zona de recolección de niebla Goldilocks: malla que no es demasiado grande ni demasiado pequeña. Este compromiso significa que las redes pueden evitar las obstrucciones, pero no están captando tanta agua como podrían.

"Es un problema de eficiencia y la motivación para nuestra investigación", dijo Jonathan Boreyko, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Biomédica y Mecánica de la Facultad de Ingeniería. Como coautor del estudio, Boreyko consultó sobre la teoría y los aspectos físicos del diseño del arpa de niebla.

"Ese régimen oculto de hacer que los cables sean más pequeños pero no obstruidos es lo que estábamos tratando de lograr. Sería lo mejor de ambos mundos", dijo.

Dado que las gotas de agua atrapadas en una red de niebla se mueven hacia abajo con la gravedad, Boreyko formuló la hipótesis de que la eliminación de los cables horizontales de la red aliviará parte de la obstrucción. Mientras tanto, Kennedy, que se especializa en diseño biomimético, encontró su inspiración para el arpa de niebla en la naturaleza.

"En promedio, las secuoyas costeras dependen del goteo de niebla para aproximadamente un tercio de su consumo de agua", dijo Kennedy. "Estas secuoyas que viven a lo largo de la costa de California han evolucionado durante largos períodos de tiempo para aprovechar ese clima de nieblas. Sus agujas, como las de un pino tradicional, están organizadas en un tipo de matriz lineal. No se ve mallas cruzadas”.

Mark Anderson, un coautor del estudio y estudiante de pregrado en el Departamento de Ingeniería Mecánica, construyó varios modelos a escala del arpa de niebla con diferentes tamaños de alambres. Weiwei Shi, un estudiante de doctorado en el programa de doctorado de mecánica de ingeniería, así como el autor principal del estudio, probaron los pequeños prototipos en una cámara ambiental y desarrollaron un modelo teórico del experimento.

"Encontramos que cuanto más pequeños eran los cables, más eficiente era la recolección de agua", dijo Boreyko. "Estas matrices verticales atraparon más y más niebla, pero la obstrucción nunca ocurrió". El equipo ya ha construido un prototipo más grande del arpa de niebla, una serie vertical de 700 cables que mide 3 pies por 3 pies, en un esfuerzo dirigido por Josh Tulkoff, coautor del estudio y estudiante de pregrado en el programa de diseño industrial. Planean probar el prototipo en la cercana granja de Kentland. A través de su combinación única de ciencia y diseño, los investigadores esperan que el arpa de niebla un día tenga un gran impacto donde más se necesita: en el fondo del cubo de agua.