anÁlisis de la calidad de agua obtenida a partir de …
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UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
CARRERA DE INGENIERIA AMBIENTAL
ANÁLISIS DE LA CALIDAD DE AGUA OBTENIDA A PARTIR DE UN SISTEMA DE CONDENSACIÓN DE LA
HUMEDAD DEL AIRE
TRABAJO NO EXPERIMENTAL
Trabajo de titulación presentado como requisito para la obtención del título de
INGENIERO AMBIENTAL
AUTOR
GONZÁLEZ COBO XAVIER ERNESTO
TUTOR ING. ARCOS JÁCOME DIEGO
GUAYAQUIL – ECUADOR
2020
PORTADA
2
UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
APROBACIÓN DEL TUTOR
Yo, ARCOS JÁCOME DIEGO, docente de la Universidad Agraria del Ecuador, en mi
calidad de Tutor, certifico que el presente trabajo de titulación: “ANÁLISIS DE LA
CALIDAD DE AGUA OBTENIDA A PARTIR DE UN SISTEMA DE CONDENSACIÓN
DE LA HUMEDAD DEL AIRE”, realizado por el estudiante GONZÁLEZ COBO
XAVIER ERNESTO; con cédula de identidad N° 093062742-7 de la carrera
INGENIERÍA AMBIENTAL, Unidad Académica Guayaquil, ha sido orientado y
revisado durante su ejecución; y cumple con los requisitos técnicos exigidos por la
Universidad Agraria del Ecuador; por lo tanto se aprueba la presentación del mismo.
Atentamente, Ing. DIEGO ARCOS JÁCOME, M.Sc. Guayaquil, 16 de noviembre del 2020
3
UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE SUSTENTACIÓN
Los abajo firmantes, docentes designados por el H. Consejo Directivo como miembros
del Tribunal de Sustentación, aprobamos la defensa del trabajo de titulación:
“ANÁLISIS DE LA CALIDAD DE AGUA OBTENIDA A PARTIR DE UN SISTEMA
DE CONDENSACIÓN DE LA HUMEDAD DEL AIRE”, realizado por el estudiante
GONZÁLEZ COBO XAVIER ERNESTO, el mismo que cumple con los requisitos
exigidos por la Universidad Agraria del Ecuador.
Atentamente,
Blgo. Arízaga Gamboa Raúl, M.Sc. PRESIDENTE
Ing. Arcos Jácome Diego, M.Sc. Oce. Zambrano Zavala Leila, M.Sc. EXAMINADOR PRINCIPAL EXAMINADOR PRINCIPALIZADA
Guayaquil, 16 de noviembre del 2020
4
Dedicatoria
A mis padres William González Villalta y Aurora Cobo
Mejía, quien gracias a su apoyo incondicional me
impulsaron a seguir adelante, a mi prometida Michelle
Jusufovic, quien a pesar de la distancia fue un pilar
fundamental para culminar mi carrera debido al apoyo,
comprensión y amor incondicional recibido.
A ellos dedico este triunfo.
5
Agradecimiento
Agradezco a mi tutor de tesis, el Ingeniero Diego Arcos
Jácome, por orientarme y apoyarme en este trabajo
científico.
A la Universidad Agraria del Ecuador por darme la
oportunidad de desarrollarme como profesional.
6
Autorización de Autoría Intelectual
Yo GONZÁLEZ COBO XAVIER ERNESTO, en calidad de autor(a) del proyecto
realizado, sobre “ANÁLISIS DE LA CALIDAD DE AGUA OBTENIDA A PARTIR DE
UN SISTEMA DE CONDENSACIÓN DE LA HUMEDAD DEL AIRE” para optar el título
de INGENIERO AMBIENTAL, por la presente autorizo a la UNIVERSIDAD AGRARIA
DEL ECUADOR, hacer uso de todos los contenidos que me pertenecen o parte de
los que contienen esta obra, con fines estrictamente académicos o de investigación.
Los derechos que como autor me correspondan, con excepción de la presente
autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los
artículos 5, 6, 8; 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su
Reglamento.
Guayaquil, 16 de noviembre del 2020
_______________________________
GONZÁLEZ COBO XAVIER ERNESTO
C.I. 093062742-7
7
Índice general
PORTADA ................................................................................................................. 1
APROBACIÓN DEL TUTOR ..................................................................................... 2
APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE SUSTENTACIÓN ............................................ 3
Dedicatoria ............................................................................................................... 4
Agradecimiento ........................................................................................................ 5
Autorización de Autoría Intelectual ........................................................................ 6
Índice general ........................................................................................................... 7
Índice de tablas ...................................................................................................... 11
Índice de figuras ..................................................................................................... 12
Resumen ................................................................................................................. 14
Abstract .................................................................................................................. 15
1. Introducción ....................................................................................................... 16
1.1 Antecedentes del problema ............................................................................ 18
1.2 Planteamiento y formulación del problema ................................................... 19
1.2.1 Planteamiento del problema .................................................................... 19
1.2.2 Formulación del problema ....................................................................... 21
1.3 Justificación de la investigación .................................................................... 21
1.4 Delimitación de la investigación ..................................................................... 22
1.5 Objetivo general ............................................................................................... 22
1.6 Objetivos específicos ...................................................................................... 22
2. Marco teórico ...................................................................................................... 23
2.1 Estado del arte.................................................................................................. 23
2.2 Bases teóricas .................................................................................................. 25
2.2.1 Psicrometría .............................................................................................. 25
8
2.2.1.1. Propiedades de la mezcla gas-vapor .................................................. 25
2.2.1.2. Carta psicrométrica................................................................................ 25
2.2.1.2.1. Temperatura de bulbo seco ............................................................. 25
2.2.1.2.2. Temperatura de bulbo húmedo ....................................................... 26
2.2.1.2.3. Temperatura de punto de rocío ....................................................... 26
2.2.1.2.4. Humedad relativa .............................................................................. 26
2.2.1.2.5. Humedad absoluta ............................................................................ 26
2.2.1.3. Principios básicos de la psicrometría ................................................. 27
2.2.2 Parámetros ambientales ........................................................................... 27
2.2.2.1. Temperatura ........................................................................................... 27
2.2.2.2. Humedad específica (q) ........................................................................ 27
2.2.2.3. Humedad relativa (Hr) ........................................................................... 28
2.2.2.4. Punto de rocío (Pr) ................................................................................ 28
2.2.2.5. Condensación ........................................................................................ 29
2.2.3 Termoelectricidad ..................................................................................... 29
2.2.3.1. Efectos termoeléctricos ........................................................................ 29
2.2.3.1.1. Transferencia de calor por convección .......................................... 29
2.2.3.1.2. Transferencia de calor por conducción .......................................... 30
2.2.3.1.3. Transferencia de calor por radiación .............................................. 30
2.2.3.1.4. Efecto Seebeck ................................................................................. 31
2.2.3.1.5. Efecto Peltier ..................................................................................... 31
2.2.3.1.6. Efecto Thomson ................................................................................ 31
2.2.3.1.7. Efecto Joule ....................................................................................... 32
2.2.3.1.8. Conducción térmica y ley de Fourier .............................................. 32
2.2.3.2. Dispositivos termoeléctricos ............................................................... 33
9
2.2.3.2.1. Propiedades ...................................................................................... 33
2.3 Marco legal ....................................................................................................... 35
2.3.1 Constitución de la República del Ecuador (2008) .................................. 35
2.3.2 Ley Orgánica de recursos hídricos, usos y aprovechamiento del agua
(2014) ................................................................................................................... 35
2.3.3 Código Orgánico del Ambiente (2017). ................................................... 36
3. Materiales y métodos ......................................................................................... 38
3.1 Enfoque de la investigación ............................................................................ 38
3.1.1 Tipo de investigación ............................................................................... 38
3.1.2 Diseño de investigación ........................................................................... 38
3.2.1 Variables .................................................................................................... 39
3.2.1.1. Variable independiente ......................................................................... 39
3.2.1.2. Variable dependiente ............................................................................ 39
3.2.2 Recolección de datos ............................................................................... 39
3.2.4.1. Recursos ................................................................................................ 40
3.2.2.2. Métodos y técnicas ............................................................................... 40
3.2.2.2.1. Diseño del sistema para la generación de agua a partir de la
humedad del aire ............................................................................................... 40
3.2.2.2.2. Cuantificación del agua generada .................................................... 41
3.2.2.2.3 Análisis de calidad de agua producida ............................................. 42
3.2.3 Análisis estadístico ................................................................................... 42
4. Resultados .......................................................................................................... 45
4.1 Diseño del sistema para la generación de agua a partir de la humedad del
aire ........................................................................................................................... 45
4.2 Cuantificación del agua generada .................................................................. 46
10
4.3 Análisis de calidad de agua producida .......................................................... 52
5. Discusión ............................................................................................................ 56
6. Conclusiones ...................................................................................................... 58
7. Recomendaciones ............................................................................................. 59
8. Bibliografía ......................................................................................................... 60
9. Anexos ................................................................................................................ 67
11
Índice de tablas
Tabla 1. Prueba de hipótesis del coeficiente de correlación de Pearson ................. 50
Tabla 2. Valores de la prueba de hipótesis del coeficiente de correlación de Pearson
................................................................................................................................. 50
Tabla 3. Valores de la prueba de hipótesis del coeficiente de correlación de Pearson
para humedad relativa y producción de agua .......................................................... 51
Tabla 4. Análisis de regresión múltiple lineal ........................................................... 52
Tabla 5. Análisis de calidad de agua obtenida basándose en la NTE INEN 1108 y el
Acuerdo Ministerial 097 ............................................................................................ 52
Tabla 6. Prueba de hipótesis t-student de turbidez .................................................. 53
Tabla 7. Prueba de hipótesis t-student de pH .......................................................... 54
Tabla 8. Prueba de hipótesis t-student de coliformes fecales .................................. 55
Tabla 9. Datos multianuales de Humedad relativa, periodo 2007 al 2016. .............. 72
Tabla 10. Datos multianuales de Temperatura, periodo 2007 al 2016. .................... 73
Tabla 11. Datos de agua producidos (ml) en el lapso de 1 hora por día con temperatura
(°C) y Humedad relativa (%) correspondiente .......................................................... 73
Tabla 12. Límites máximos permisibles para agua de consumo humano y doméstico
correspondientes al Acuerdo Ministerial 097 y las NTE INEN 1108 ......................... 73
12
Índice de figuras
Figura 1. Medias, mínima y máxima mensuales del periodo 2007-2016
correspondiente a humedad relativa (%) .................................................................. 46
Figura 2. Medias, mínima y máxima mensuales del periodo 2007-2016
correspondiente a Temperatura (°C) ........................................................................ 47
Figura 3. Agua producida por el dispositivo por un lapso de 1 hora en 7 días de
experimentación ....................................................................................................... 47
Figura 4. Datos de Humedad relativa obtenidos por el dispositivo durante los 7 días
de muestreo ............................................................................................................. 48
Figura 5. Datos de temperatura obtenidos por el dispositivo durante los 7 días de
muestreo .................................................................................................................. 49
Figura 6. Diagrama de dispersión entre la producción de agua con respecto a la
temperatura .............................................................................................................. 49
Figura 7. Diagrama de dispersión entre la producción de agua con respecto a la
temperatura .............................................................................................................. 51
Figura 8. Porcentaje de población con agua por red pública ................................... 67
Figura 9. Cobertura de agua por red pública provincia del Guayas ......................... 67
Figura 10. Cobertura de alcantarillado provincia del Guayas ................................... 68
Figura 11. Sistema de producción de agua (WMS) de Eole Water .......................... 68
Figura 12. Sensor DHT11 Arduino ........................................................................... 69
Figura 13. Sistema de serpentín enfriado por sistemas Peltier ................................ 69
Figura 14. Dispositivo de captación de agua ............................................................ 70
Figura 15. Conteo de coliformes fecales .................................................................. 70
Figura 16. Medición de Coliformes fecales .............................................................. 71
Figura 17. Medición de pH ....................................................................................... 71
13
Figura 18. Medición de Turbidez .............................................................................. 72
14
Resumen
Una de las problemáticas a nivel mundial es el abastecimiento de agua, se estima
que para el 2050 habrá un aumento de 20 al 30% en el consumo de este recurso. En
la actualidad Latinoamérica cuenta con una abundancia relativa de recursos de agua
renovable, los cuales representan el 33% del capital hídrico del mundo, pero debido
a malas administraciones, corrupción e injusticias sociales hay zonas en donde no
cuentan con agua potable o alcantarillado. Pese a que Guayaquil es el cantón con el
porcentaje más alto en cuanto a cobertura de agua por red pública con 85,4% y 60,6%
de alcantarillado, es importante señalar que la calidad de agua no es la óptima debido
al paupérrimo tratamiento de agua. El estudio tuvo como objetivo aprovechar las
condiciones climáticas de Guayaquil para extraer agua a partir de la humedad del aire
utilizando un dispositivo de bajo costo diseñado en base a revisión bibliográfica de
experimentos pasados. Se realizó un análisis del mes y hora a la cual se debería
realizar el experimento basándose en datos históricos y datos recogidos con el sensor
dht11. El dispositivo estuvo en funcionamiento en un periodo de 1 hora desde las 7
AM hasta las 8 AM durante la última semana de agosto, donde se registró una
temperatura media de 22 °C y una humedad relativa media de 73°C dando como
resultado un promedio de agua producida de 30,57 ml por día. Todas las muestras
cumplieron con la NTE INEN 1108 y el Acuerdo Ministerial 097 en pH, turbidez y
Coliformes Fecales. Se concluye que el agua generada por el dispositivo podría ser
usado como una alternativa de obtención de agua para uso doméstico ya que cumple
con las normativas antes mencionadas.
Palabras clave: agua, humedad, temperatura, dispositivo, calidad.
15
Abstract
One of the global problems is water supply, it is estimated that by 2050 there will
be a 20 to 30% increase in water consumption. Nowadays, Latin America has a
relative abundance of renewable water resources, which account for 33% of the
world's water capital, but due to poor administrations, corruption and social injustices
there are areas where they do not have drinking water or sewerage. Although,
Guayaquil is the canton with the highest percentage in terms of water coverage by
public network with 85.4% and 60.6% sewerage. It is important to note that the water
quality is not optimal due to the poor water treatment. This study aimed to take
advantage of Guayaquil's climatic conditions to extract water from air humidity using
a low-cost device designed based on bibliographic review of past experiments. An
analysis of the month and time at which the experiment should be performed based
on historical data and data collected with the dht11 sensor was performed. The device
was in operation for a period of 1 hour from 7 AM to 8 AM during the last week of
August, where an average temperature of 22°C and an average relative humidity of
73°C were recorded resulting in an average of water produced of 30.57 ml per day. All
samples complied with NTE INEN 1108 and Ministerial Agreement 097 in pH, turbidity
and Fecal Coliforms. It is concluded that the water generated by the device could be
used as a water collection alternative for domestic use as it complies with the
regulations.
Keywords: water, humidity, temperature, device, quality.
16
1. Introducción
El agua es un recurso cada vez más escaso, y según el informe de la Organización
de las Naciones Unidad para la Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO) esto es
debido al aumento sostenido en su uso del 1% anual alrededor del mundo desde los
años 80 del siglo pasado, impulsado por el aumento poblacional, desarrollo
socioeconómico y cambios en los modelos de consumo. Se estima que la demanda
mundial de este recurso siga aumentando a un ritmo parecido hasta 2050, lo que
representa un incremento significativo del 20 al 30% por encima del nivel de consumo
actual (Organización de las Naciones Unidas para la Educación, 2019).
Según datos de la Organización Mundial de la Salud (OMS) se estima que, en el
año 2025, la mitad de la población mundial vivirá en zonas con escasez de agua. Uno
de los principales desafíos es la reutilización de aguas residuales para recuperar
agua, nutrientes o energía, este método actualmente representa el 7% de las tierras
de regadío (Organización Mundial de la Salud [OMS], 2019).
La agricultura es responsable del 70% de las extracciones de agua dulce y de más
del 90% de su uso consuntivo, lo que hace que la agricultura sea el sector económico
en el que la escasez de agua tiene más relevancia. Se espera que para el año 2050
sea necesario producir 1 billón de toneladas de cereal y 200 millones toneladas de
carne para poder satisfacer la creciente demandas de alimentos (Organizacion de las
Naciones Unidas para la Alimentacion y la Agricultura [FAO], 2013).
En el ciclo hidrológico mundial, los recursos hidrológicos renovables suponen
42,000 𝑘𝑚3/año. De esta cifra, unos 3,900 𝑘𝑚3 se extraen de ríos y acuíferos para
consumo humano: unos 2710 𝑘𝑚3 (70%) se destinan al riego, el 19% a la industria y
el 11% al uso urbano (FAO, 2012). Las aguas subterráneas abastecen de agua
potable por lo menos al 50% de la población mundial y representan 43% de toda el
17
agua utilizada para el riego. A nivel mundial, 2500 millones de personas dependen
exclusivamente de los recursos de aguas subterráneas para satisfacer sus
necesidades básicas diarias de agua (UNESCO, 2015).
Latinoamérica y el Caribe (LAC) con una población de 610 millones de habitantes
(8,6% de la población mundial) y un área de 20 millones de 𝑘𝑚2 (15% del territorio
mundial), la región de LAC está conformado por un mosaico de 31 países del
continente americano, con una importante variedad climática y geográfica que se
traduce en un escenario hídrico diversos, ya que alberga el río más grande del mundo
en la cuenca del Amazonas, hasta la escasez extrema, en uno de los desiertos más
áridos del mundo, el Atacama, pasando por la escasez de agua en las islas del Caribe
(Ballestero, Arroyo, & Mejía, 2015).
Los países latinoamericanos cuentan con una abundancia relativa de recursos de
agua renovable, los cuales justos representan el 33% del capital hídrico del mundo, y
tienen una dotación per cápita elevada con un promedio regional de 22,929
𝑚3/persona/año (casi un 300% más alto que el promedio mundial). A pesar de la
abundancia hídrica existen millones de personas que no tienen acceso al agua debido
a una combinación de urbanización rápida y una gobernabilidad débil (Ballestero et
al., 2015).
En el Ecuador, según datos del Instituto Nacional de Estadística y Censo, la
población con agua por red pública pasó de 80,7% en 2007 a 88,7% en 2016; es decir
que la cobertura aumento 8 puntos porcentuales (pp). En este periodo, 3’791,879
personas alcanzaron acceso a agua por estas fuentes mejoradas, llegando a un total
de 14’829,910 personas con fuente mejorada de agua en el país (ver anexos Figura
8) (Instituto Nacional de Estadistica y Censo [INEC], 2018).
18
Según datos de la Secretaría Nacional de Planificación y Desarrollo (SENPLADES)
la provincia del Guayas cuenta con la cobertura de agua por red pública de un 84% y
un 61,7% de alcantarillado. Guayaquil ocupa el porcentaje más alto de la provincia
con una cobertura de agua por red pública de 85,4% y 60,6% de alcantarillado (ver
anexos Figura 9Figura 10) (Secretaría Nacional de Planificación y Desarrollo
[SENPLADES], 2014).
Este trabajo tiene como finalidad analizar el método de obtención de agua mediante
la condensación de la humedad del aíre utilizando celdas de Peltier como el principal
componente del dispositivo y comparar la relación costo/producción del sistema.
1.1 Antecedentes del problema
Los sistemas de generación de agua mediante la condensación de la humedad del
aire, son uno de los métodos más investigados en la actualidad, esto debido a su alto
potencial hídrico que puede ser explotado utilizando diferentes tecnologías. Aunque
su principio es el mismo, los métodos utilizados varían con respecto al autor. Una
investigación realizada en la ciudad de México utilizó un prototipo higroimán CP-HI-
03, como inductor para las condiciones del punto de rocío (Bautista , Tovar, Palacios,
& Mancilla, 2011).
Marc Parent, inventor y empresario Francés es el creador la empresa Eole Water,
inventores de un sistema eólico capaz de producir unos 1000 litros diarios si las
condiciones son las adecuadas, entre las condiciones están, velocidad del viento de
35 km/h y se registran niveles medios de humedad (ver anexo Figura 11)
(Organización Mundial de la Propiedad Intelectual [OMPI], 2010).
En otra investigación realizada en México se probó el prototipo CP-HID-04 como
higroimán para la condensación del agua, además se analizó la presencia de metales
19
pesados y la cantidad de Coliformes totales y fecales en las muestras de agua
obtenidas (Bautista, 2013)
En Colombia se analizó la factibilidad en la implementación de un proyecto para
obtener agua potable para una población vulnerable. El estudio de factibilidad se
realizó en base a las variables geográficas, sociales, geográficas, económicas de esta
región (Paz, Moyano, Ballesteros, & Diaz, 2018).
Otro proyecto realizado en Colombia, puso a prueba un prototipo generador de
agua con celdas de Peltier alimentado con energía solar (Garcia & Moreno , 2017).
En un estudio paralelo realizado en la ciudad de Bogotá se compararon la eficiencia
de tres prototipos, en el primero se utilizó como condensador celdas Peltier, el
segundo prototipo se utilizó con un radiador al aire libre y en el tercero se utilizó un
condensador con radiador aislado (Barinas & Camargo, 2018).
En una investigación realizada en la ciudad de Riobamba, se describió la capacidad
de un proyecto para generar agua, el cual funciona con acción eólica, y como
condensador fue utilizado las bajas temperaturas alcanzadas bajo el suelo, sin ningún
otro aporte energético extra (Balseca, Caicedo , Mayorga, Orna , & Viteri , 2018).
1.2 Planteamiento y formulación del problema
1.2.1 Planteamiento del problema
La sequía es uno de los peligros naturales más devastadores que paraliza la
producción de alimentos, agota los pastizales, perturba los mercados y, en los casos
más extremos, causa la muerte generalizada de personas y animales. En los últimos
años, las sequias han dado lugar a algunos desastres humanitarios de mayor
gravedad, entre los cuales se encuentran las regiones del Cuerno de África (2011) y
el Sahel (2012), que amenazaron las vidas y los medios de vida de millones de
personas (FAO, 2012).
20
América Latina y el Caribe concentran casi un tercio de los recursos hídricos
mundiales, sin embargo, posee un 36% de zonas áridas, entre las que incluye el
desierto más árido del mundo. Según datos de la BBC, Chile enfrenta la década más
seca de su historia desde 1915, ha sido denominada “Megasequía” que ha dejado
agricultores y familias vulnerables. Esta escasez de precipitaciones ha provocado el
colapso de sistemas de riego. Desde el 2010, cada año se ha registrado
precipitaciones por debajo de lo normal, alrededor de 20% y el 40%. En ciertas zonas
se ha llegado a registrar entre el 10 y 20% de precipitaciones (BBC News Mundo,
2020).
En el 2018 Ecuador fue anfitrión del Día mundial de lucha contra la desertificación
y la sequía de las Naciones Unidas debido a las diferentes acciones para enfrentar
dicho problema tomadas por el ministerio del Ambiente (MAE), se enfatizó que la
región costera, los valles interandinos y páramo son las principales zonas
susceptibles a la desertificación en el país, la cual se ve potenciada por la sequía y
otros factores climáticos (Deutsche Welle, 2020). Es importante señalar que la sequía
y desertificación es un grave problema que afecta a la soberanía alimentaria de todo
el país.
Según datos de Pozo, Serrano, y Molina (2018), en Ecuador a nivel nacional, hubo
un incremento en el suministro de agua, pasó de 80,7% en 2007 a 88,7% en 2016,
es decir que en este periodo, 3’791,879 personas alcanzaron acceso a agua por
fuentes mejoradas, para un total de 14’829,910 personas con fuente mejorada de
agua en el país.
Es importante acotar que el verdadero problema actual de Ecuador no es la
cobertura ya que existen áreas con una cobertura superior al 90% en los aspectos de
fuentes mejoradas de agua, cercanía y suficiencia. El verdadero problema es la
21
calidad de agua, ya que alcanza niveles del 79.3% de la población (Pozo et al., 2018).
Por esta razón, este proyecto se basa en la producción de agua para consumo
doméstico y en el análisis del agua producida en comparación con las Normas
Técnicas Ecuatorianas INEN 1108 y el Acuerdo Ministerial 097. Con la finalidad de
encontrar una solución para esta problemática.
1.2.2 Formulación del problema
¿Cuántos ml de agua se podrá generar durante el funcionamiento del dispositivo?
¿El agua generada mediante el dispositivo cumple con los parámetros a analizar
según la Norma Técnica Ecuatoriana (NTE) 1108 y el Acuerdo Ministerial 097?
1.3 Justificación de la investigación
Este estudio se realiza con la finalidad de promover una posible solución para
la escasez de agua potable en ciertos sectores en donde las condiciones son ideales
para poder utilizar un sistema generador de agua a partir de la humedad del aire. Se
tratará de usar el mejor diseño de un dispositivo que pueda ser utilizado para esta
finalidad. Es importante señalar que actualmente la ciudad de Guayaquil no cuenta
con agua apta para el consumo humano por tuberías, debido a la escasez de un
correcto sistema de aguas residuales. La implementación de un sistema de
generación de agua podría beneficiar a sectores aledaños de la ciudad de Guayaquil
que no cuentan con alcantarillado ni una fuente de agua confiable. Gracias a la
recopilación bibliográfica se puede asegurar que un sistema de aprovechamiento de
la humedad de aire es posible, lo realmente importante es la calidad de agua a
obtener, la cuantificación y el costo total en el uso y fabricación del sistema. Es
importante señalar que para el correcto funcionamiento del dispositivo las condiciones
ambientales como la temperatura y humedad relativa son fundamentales.
22
1.4 Delimitación de la investigación
Espacio: El estudio se realizó en la ciudadela Vernaza Norte en la ciudad de
Guayaquil, con coordenadas:
Latitud -2.153380 (2°09’12.1680’’), Longitud -79.892307 (79°53’32.3052’’)
Tiempo: El proyecto tiene una duración de 3 meses.
Población: El proyecto fue capaz de beneficiar a un hogar de 5 personas.
1.5 Objetivo general
Analizar la calidad de agua obtenida a partir de un sistema de condensación de la
humedad del aire en la ciudad de Guayaquil, para su consumo doméstico.
1.6 Objetivos específicos
Diseñar un sistema para la generación de agua a partir de la humedad del
aire.
Cuantificar la producción de agua durante un periodo de tiempo
determinado.
Analizar la calidad de agua de las muestras obtenidas en el proceso.
1.7 Hipótesis
El agua obtenida mediante el sistema de generación de agua a partir de la
humedad del aire, cumple con los parámetros de la norma NTE INEN 1108 y el
Acuerdo Ministerial 097.
23
2. Marco teórico
2.1 Estado del arte
Al utilizar el prototipo higroimán CP-HI-03 en pruebas para obtener agua mediante
la condensación de la humedad relativa del aire, se obtuvo 1,98 L de agua cada 15
horas utilizando el higroimán entre -17 a -4°C, el cual según los resultados fue más
eficiente al operar en periodos mayores a 1 hora. Hay que considerar que se
consumieron 3 kWh para obtener 1 L de agua (Bautista et al., 2011).
El Sistema de Producción de Agua (WMS) de Eole Water en condiciones ideales
es capaz de producir aproximadamente 1000 litros diarios si la velocidad del viento
es de 35 Km/h y se registran niveles medios de humedad. Es importante considerar
la calidad del aire ya que puede transportar impurezas y contaminantes (Ver anexos
figura 4) (OMPI, 2010).
Bautista (2013), realizó un estudio del aprovechamiento de la humedad atmosférica
como fuente no convencional de agua para uso doméstico utilizando el prototipo de
higroimán CP-HID-04 utilizado en la ciudad de México, Huichapan y Tlaxcala.
Los resultados del estudio, fue posible con el modelo matemático estimar los
volumenes de agua que pueden obtenerse de la condensacion atmosferica en
diferentes zonas geograficos de México y el mundo. La presencia de coliformes
totales en la Ciudad de México y Tlaxcala fue debido a la excesiva contaminación y a
su cercania a una planta de tratamiento de agua. Sin embargo de acuerdo a su
caracteristica fisicoquimicas presenta valores aceptables para consumo humano.
Diaz et al. (2018), realizaron una evaluación de factibilidad en la implementacion
de un sistema de generacion atmosférico de agua potable para los habitantes de la
vereda Paramón en el municipio de Pulí en el departamento de Cundinamarca.
24
Como conclusión final, se obtuvo que los estudios realizados muestran que el
proyecto cuenta con factibilidad desde diferentes componentes, pero en cuanto al
componente financiero, no es posible sustentar la propuesta a un valor que los
habitantes estén dispuestos a pagar.
Moreno y Garcia (2017), diseñaron e implementaron un prototipo capaz de obtener
agua a partir de la condensación en la humedad del aire, para esto se utilizadon
arreglos de celdas de Peltier para obtener la mayor cantidad de agua potable bajo
factores ambientales.
La cantidad de agua conseguida con 4 celdas peltier a una temperatura de 18°C y
una humedad relativa promedio de 54% fue de 2 ml, en este estudio se recalca la
importancia de las condiciones ambientales y el diseño del dispositivo.
Se pudo comprobar que las celdas peltier alcanzan una temperatura más abajo del
punto de rocio, produciéndose el cambio de estado gaseoso del agua a estado líquido
generando gateo.
Barinas y Camargo (2018), Se pudo comprobar que el método de condensacion
por medio de un radiador, es más eficiente que el uso de celdas peltier por su mayor
superficie para recolectar agua.
Para alcanzar el objetivo de producción de 100 ml en condiciones promedio de
Bogotá se necesitaron aproximadamente 2 horas con 15 minutos, esto debido a que
las condiciones climáticas no son adecuadas.
En la ciudad de Guayaquil se realizó un estudio para determinar una estimación en
cuanto a la producción de agua captada de neblina. La estimación determino que se
puede recolectar 4,67 L/ día (Tapia, 2019).
25
2.2 Bases teóricas
2.2.1 Psicrometría
2.2.1.1. Propiedades de las mezclas gas-vapor
El aire es una mezcla gaseosa, cuya composición no cambia en una altura
considerable. El aire está constituido básicamente por nitrógeno (N) en una
proporción del 75.51% y de oxigeno (O2) con un 23,01%, el 1,48% restante lo
constituyen el argón (A), anhídrido carbónico (CO2), hidrógeno (H2), Neón (Ne), Helio
(He), Kriptón (Kr) y Xenón (Xe). Además de estos gases permanentes, el aire contiene
variables de vapor de agua, debido a los procesos de evaporación y de anhídrido
carbónico (CO2) (Figueroa, 2002).
2.2.1.2. Carta psicrométrica
La carta psicrométrica es la representación gráfica de las tablas, en donde, se
pueden analizar gráficamente las propiedades psicrométricas y se facilita la solución
de diferentes problemas (Hernández , 2009).
La carta, básicamente, está conformada por la relación entre cinco propiedades del
aire.
Temperatura de bulbo seco
Temperatura de bulbo húmedo
Temperatura de rocío
Humedad relativa
Humedad específica
2.2.1.2.1. Temperatura de bulbo seco
La temperatura del bulbo seco, es la temperatura de un termómetro ordinario. En
la carta psicométrica, esta escala es la horizontal (abscisa) en la parte baja de la carta.
Las líneas que se extienden verticalmente desde la parte baja hasta la parte alta de
26
la carta, se llaman líneas de temperatura de bulbo sexo constantes o líneas de bulbo
seco (Britto, 2005).
2.2.1.2.2. Temperatura de bulbo húmedo
La temperatura del bulbo húmedo corresponde a la temperatura medida con un
termómetro de bulbo húmedo. Siendo esta la temperatura que resulta cuando se
evapora el agua de la mecha que cubre el bulbo de un termómetro ordinario. La escala
de temperatura del bulbo húmedo, es la que se encuentra del lado superior izquierdo,
en la parte de la curva de la carta psicrométrica. Las líneas de temperatura son
constantes y se desplazan diagonalmente de izquierda a derecha y de arriba hacia
abajo en un ángulo de aproximadamente 30° de la horizontal (Britto, 2005).
2.2.1.2.3. Temperatura de punto de rocío
La temperatura de punto de Rocío corresponde a la temperatura a la cual se
condensará la humedad sobre una superficie. En la carta psicrométrica utiliza la
misma escala de temperatura que el bulbo húmedo. Sin embargo, sus líneas corren
de manera horizontal de izquierda a derecha (Britto, 2005).
2.2.1.2.4. Humedad relativa
Las líneas de humedad relativa constante, son las líneas curvas que se extienden
hacia arriba y hacia la derecha. Se expresan siempre en porcentaje, cada valor se
indica sobre cada línea. Las líneas de Humedad relativa, disminuyen en valor al
alejarse de la línea de saturación hacia abajo y hacia la derecha (Britto, 2005).
2.2.1.2.5. Humedad absoluta
La humedad absoluta, es el peso real de vapor de agua en el aire. También se lo
conoce como humedad especifica. La escala de la humedad absoluta, es la escala
vertical (ordenada) que se encuentra al lado derecho de la carta psicrométrica (Britto,
2005). Los valores de esta propiedad se expresan, en gramos de humedad por
27
kilogramo de aire seco (g/Kg), en el sistema internacional, y en gramos por libra (gr/lb),
en el sistema inglés (Hernández , 2009).
Las líneas de humedad absoluta, corren horizontalmente de derecha a izquierda,
y son paralelas a las líneas de punto de rocío y coinciden con estas. Así podemos
inferir que la cantidad de humedad en el aire, depende del punto de rocío del aire
(Britto, 2005).
2.2.1.3. Principios básicos de la psicrometría
El aire está compuesto principalmente por nitrógeno, oxígeno y pequeñas
cantidades de otros gases. Cuando esta mezcla, denominada aire seco, contiene una
cierta cantidad de vapor de agua se conoce como aire húmedo o atmosférico. El vapor
de agua, a diferencia de gases como el oxígeno, nitrógeno, argón y dióxido de
carbono, es muy variable, tanto en el espacio como en el tiempo. Además, en la mayor
parte de procesos, el oxígeno, nitrógeno, argón y dióxido de carbono se comportan
como gases incondensables, mientras que el vapor de agua es fácilmente
condensable (Pinazo, 2000).
2.2.2 Parámetros ambientales
2.2.2.1. Temperatura
La temperatura es una medida de la energía mecánica de traslación media de las
moléculas de una sustancia. La escala de temperatura que más caracteriza la energía
es la escala Kelvin, cuyo origen es el cero absoluto, es ideal para fines de aplicación
física o experimentación. Mientras que la escala “Celsius” es la más difundida en el
mundo y se la emplea para mediciones de rutina, en superficie y en altura (Kane &
Sternheim, 2000).
2.2.2.2. Humedad especifica (q)
28
Las determinaciones especificas empleadas en climatología, están basadas en en
las determinaciones específicas de la masa de vapor contenidas en kilogramo de aire
húmedo (g/Kg) (Quereda, 2005).
q= Mh/ (Ms+Mh)
En donde Ms es la masa seca y Mh es la masa húmeda.
2.2.2.3. Humedad relativa (Hr)
Es la cantidad de vapor de agua que contiene la atmósfera en relación a la cantidad
máxima que podría contener de acuerdo a su temperatura. Se expresa en tantos por
ciento. De este modo, si designamos por HA a la máxima cantidad de humedad
absoluto, o humedad de saturación, que el aire puede contener, la humedad relativa,
Hr se define como:
Hr= 100 Ha/ HA
La humedad relativa se puede definir entonces como la cantidad de vapor que
existe, expresada en tantos por ciento. Es decir, que cuando la humedad relativa es
del 100% el aire está saturado de humedad (Quereda, 2005).
2.2.2.4. Punto de rocío (Pr)
El punto de rocío es la mínima temperatura a la que puede estar una mezcla aire-
vapor de agua, aire con una determinada Hr, por debajo de esta temperatura el vapor
de agua contenido en el aire comienza a condensar.
En el punto de rocío, el valor de humedad relativa es de 100% y el vapor de agua
está saturado. Entonces la temperatura del punto de rocío es la temperatura de
saturación correspondiente a la presión parcial del vapor de agua de la mezcla
(Santiago & Barreneche, 2005).
29
2.2.2.5. Condensación
La condensación es el paso del agua de estado gaseoso a líquido cuando la
presión de vapor de agua (PV) es mayor que la presión de vapor de agua saturada
(PVS). Esto puede producirse cuando aumenta la presión de vapor de agua o cuando
la presión de agua saturada disminuye. Es por esto que la disminución de temperatura
genera un descenso de presión de agua saturada. Los mecanismos de enfriamiento
suceden por la mezcla se masas de aire húmedo a diferente temperatura, contacto
con una superficie fría y el enfriamiento adiabático (Universidad de Murcia, 2003).
2.2.3 Termoelectricidad
La termoelectricidad es una rama de la termodinámica paralela a la electricidad
donde su principal propósito es el estudio de fenómenos que intervienen el calor y la
electricidad (Tornos & Sotelo , 2006).
2.2.3.1. Efectos termoeléctricos
2.2.3.1.1. Transferencia de calor por convección
La transferencia de calor por convección se produce debido a la interacción de un
fluido, puede ser líquido o gas en movimiento, el cual transporta el calor en diferentes
zonas con diferente temperatura (Barrera , 2012). Este tipo de transferencia puede
clasificar por dos tipos, la natural y forzada. Llamamos natural cuando el movimiento
del fluido se debe a causas naturales. Mientras que la convección forzada es cuando
el movimiento del fluido es generado de manera artificial, esta a su vez es clasificada
en interna (superficie interior) y externa (superficie abierta) (Medina, 2013).
𝑑𝑄
𝑑𝑡= ℎ𝐴𝑠(𝑇𝑠 − 𝑇𝑖𝑛𝑓)
h: coeficiente de convección
𝐴𝑠: Área del cuerpo en contacto con el fluido
𝑇𝑠: Temperatura en la superficie del cuerpo
30
𝑇𝑖𝑛𝑓: Temperatura del fluido lejos del cuerpo
2.2.3.1.2. Transferencia de calor por conducción
Es la transferencia de energía térmica debido al contacto directo, tiende a igualar
la temperatura de un cuerpo o entre diferentes cuerpos en contacto por medio de la
transferencia de energía cinética de las partículas. El principio es la conductividad
térmica, la cual representa la capacidad de un material de transferir calor a otro
material con el que haya contacto directo (Medina, 2013).
𝑑𝑄𝑥
𝑑𝑡= −𝐾𝐴
𝜕𝑇
𝜕𝑥
𝑑𝑄𝑥
𝑑𝑡: Tasa de flujo de calor que atraviesa la superficie
K: es la constante de conductividad térmica
T: temperatura
t: tiempo
2.2.3.1.3. Transferencia de calor por radiación
Se puede definir como radiación térmica a la emitida por un cuerpo, no requiere de
un medio porque se propaga en el vacío en forma de ondas electromagnéticas. El
calor radiado por un cuerpo es proporcional a la temperatura absoluta de un cuerpo
elevado a la cuarta potencia, como lo define la Ley de Stefan-Boltzmann (Medina,
2013).
𝑃 =∝ (𝜎𝑇4)𝑆
P: potencia radiada
∝: Coeficiente que depende de la naturaleza del cuerpo
S: área de la superficie que irradia
𝜎: Constante de Stefan-Boltzmann
T: temperatura absoluta del cuerpo
31
2.2.3.1.4. Efecto Seebeck
Thomas J. Seebeck en el año 1821 descubrió que un circuito compuesto por dos
materiales diferentes, al aplicarse calor en uno de los materiales mientras el otro se
mantenía a una temperatura menor, genera un campo magnético, el cual se debe al
paso de corriente entre la unión de dos materiales (Duque , 2013)
Su fórmula es:
𝑣 =∝ (𝑇𝑐 − 𝑇𝑓)
V: Voltaje
∝: Coeficiente Seebeck
𝑇𝑐: Mayor temperatura
𝑇𝑓: Menor temperatura
2.2.3.1.5. Efecto Peltier
En el año 1821, Jean-Charles Peltier descubrió el efecto Peltier, el cual consiste en
la aparición de un diferencial de temperatura entre dos materiales diferentes unidos
al ser atravesados por una corriente eléctrica. Esto quiere decir, al inducir voltaje entre
dos materiales uno de ellos comenzará a presentar temperaturas altas y su lado
opuesto temperaturas bajas (Duque , 2013).
𝑄 = 𝐼(𝜋𝐵 − 𝜋𝐴)
Q: Flujo de calor
I: Corriente
𝜋𝐴: Coeficiente Peltier material A
𝜋𝐵: Coeficiente Peltier material B
2.2.3.1.6. Efecto Thomson
En el año 1851 el científico William Thomson, el efecto Thomson es el paso de
corriente eléctrica en un conductor filiforme homogéneo, pero cuyos diferentes puntos
32
son mantenidos a temperaturas distintas, permite una transformación de energía
eléctrica en energía térmica.
La ecuación que describe este efecto expresa la potencia calorífica generada, es
producto de la densidad de corriente por el gradiente de temperatura, esto
multiplicado por el coeficiente de Thomson (Sandoval , Barahona, & Espinosa , 2007).
𝑄𝑇 = 𝜏 ∗ 𝐽 ∗𝑑𝑇
𝑑𝑥
𝜏: Coeficiente Thomson
𝐽: Densidad de la corriente eléctrica que circula por el conductor
𝑑𝑇
𝑑𝑥: Gradiente de temperatura
2.2.3.1.7. Efecto Joule
James Prescott Joule descubrió que se produce un calentamiento, debido al
proceso físico de disipación de calor en elementos resistivos esto gracias a la energía
generada en los choques de los electrones con los átomos del conductor. La energía
calórica generada depende del tipo de material, su resistividad y la cantidad de
corriente que pase a través de este (Roque, 2012).
𝑄𝑗𝑜𝑢𝑙𝑒 = 𝐼2 ∗ 𝑅 ∗ 𝑡 (𝐽𝑢𝑙𝑖𝑜𝑠)
Q: Energía calorífica producida por la corriente (Julios)
𝐼: Intensidad de la corriente que circula (A)
R: Resistencia eléctrica del conductor (Ω)
t: Tiempo (s)
2.2.3.1.8. Conducción térmica y ley de Fourier
La conducción térmica es una propiedad de los materiales que sucede cuando dos
cuerpos a diferentes temperaturas están en contacto directo, fluyendo el calor desde
el cuerpo de mayor temperatura al de menor. La ley de Fourier establece la tasa de
33
transferencia de calor por conducción en una dirección dada (Hernandez Rodriguez,
2016).
𝑄 =𝑘𝐴∆𝑇
𝑙
K: coeficiente de conductividad térmica de cada elemento
A: Sección normal a la dirección del flujo
𝑙: Longitud de cada elemento
∆𝑇: Diferencia de temperatura en los extremos del elemento
2.2.3.2. Dispositivos termoeléctricos
Un dispositivo Termoeléctrico (TEM) posee la capacidad de funcionar como un
enfriador y calentador termoeléctrico, la cara fría genera temperatura variable debido
a diferentes factores como la temperatura ambiente y voltaje de alimentación (Galvan
, 2012).
2.2.3.2.1. Propiedades
Según Galvan (2012), existen una serie de diferentes propiedades de los TEM
entre las cuales están:
El cambio en la polaridad de la corriente, genera un cambio de
calentamiento a enfriamiento y viceversa.
No producen ruido ni vibraciones.
Son compactos y ligeros.
Son altamente confiables.
Poseen una vida útil mayor a los 20 años.
No requieren mantenimiento.
Funcionan mediante voltajes de corriente continua
34
2.2.3.2.2. Celdas Peltier
Uno de las principales aplicaciones de la termoelectricidad es el uso de las celdas
Peltier para refrigeración, una sola celda Peltier permite obtener una diferencia de
temperatura entre sus 2 caras, según las condiciones, la diferencia es de hasta 40°C
en cualquier sentido. Si una de las caras tiene una temperatura de 25 °C, en la otra
se podría llegar a 0 °C (0 a 50 °C) (Perez , 2014).
.
35
2.3 Marco legal
2.3.1 Constitución de la República del Ecuador (2008)
Capítulo segundo
Derechos del buen vivir: Sección primera Agua y alimentación
Art. 12.- El derecho humano al agua es fundamental e irrenunciable. El agua constituye patrimonio nacional estratégico de uso público, inalienable, imprescriptible, inembargable y esencial para la vida. Título VI Régimen De Desarrollo Art. 276.- El régimen de desarrollo tendrá los siguientes objetivos: 4. Recuperar y conservar la naturaleza y mantener un ambiente sano y sustentable que garantice a las personas y colectividades el acceso equitativo, permanente y de calidad al agua, aire y suelo, y a los beneficios de los recursos del subsuelo y del patrimonio natural. Capítulo segundo Planificación participativa para el desarrollo Art. 282.- El Estado regulará el uso y manejo del agua de riego para la producción de alimentos, bajo los principios de equidad, eficiencia y sostenibilidad ambiental. Capítulo segundo Biodiversidad y recursos naturales Sección sexta Agua Art. 411.- El Estado garantizará la conservación, recuperación y manejo integral de los recursos hídricos, cuencas hidrográficas y caudales ecológicos asociados al ciclo hidrológico. Se regulará toda actividad que pueda afectar la calidad y cantidad de agua, y el equilibrio de los ecosistemas, en especial en las fuentes y zonas de recarga de agua. 2.3.2 Ley Orgánica de recursos hídricos, usos y aprovechamiento del agua (2014) SECCIÓN SEXTA GESTIÓN COMUNITARIA DEL AGUA Artículo 44.- Deberes y atribuciones de las juntas administradoras de agua potable. 4. Participar con la Autoridad Única del Agua en la protección de las fuentes de abastecimiento del sistema de agua potable, evitando su contaminación; Artículo 47.- Definición y atribuciones de las juntas de riego. Son atribuciones de la junta de riego, en coordinación con los Gobiernos Autónomos Descentralizados Provinciales: h) Colaborar con la Autoridad Única del Agua en la protección de las fuentes de abastecimiento de agua del sistema de riego evitando su contaminación; TÍTULO II RECURSOS HÍDRICOS CAPÍTULO I
36
DEFINICIÓN, INFRAESTRUCTURA Y CLASIFICACIÓN DE LOS RECURSOS HÍDRICOS Artículo 11.- Infraestructura hidráulica. Se consideran obras o infraestructura hidráulica las destinadas a la captación, extracción, almacenamiento, regulación, conducción, control y aprovechamiento de las aguas así como al saneamiento, depuración, tratamiento y reutilización de las aguas aprovechadas y las que tengan como objeto la recarga artificial de acuíferos, la actuación sobre cauces, corrección del régimen de corrientes, protección frente a avenidas o crecientes, tales como presas, embalses, canales, conducciones, depósitos de abastecimiento a poblaciones, alcantarillado, colectores de aguas pluviales y residuales, instalaciones de saneamiento, depuración y tratamiento, estaciones de aforo, piezómetros, redes de control de calidad así como todas las obras y equipamientos necesarios para la protección del dominio hídrico público. CAPÍTULO VI GARANTÍAS PREVENTIVAS SECCIÓN PRIMERA CAUDAL ECOLÓGICO Y ÁREAS DE PROTECCIÓN HÍDRICA Artículo 78.- Áreas de protección hídrica. Cuando el uso del suelo afecte la protección y conservación de los recursos hídricos, la Autoridad Única del Agua en coordinación con los Gobiernos Autónomos Descentralizados y las circunscripciones territoriales, establecerá y delimitará las áreas de protección hídrica, con el fin de prevenir y controlar la contaminación del agua en riberas, lechos de ríos, lagos, lagunas, embalses, estuarios y mantos freáticos. 2.3.3 Código Orgánico del Ambiente (2017).
LIBRO PRIMERO DEL RÉGIMEN INSTITUCIONAL TÍTULO I SISTEMA NACIONAL DESCENTRALIZADO DE GESTIÓN AMBIENTAL CAPÍTULO II INSTRUMENTOS DEL SISTEMA NACIONAL DESCENTRALIZADO DE GESTIÓN AMBIENTAL Art. 15.- De los instrumentos del Sistema Nacional Descentralizado de Gestión Ambiental. Para el ejercicio de la gestión ambiental se implementarán los instrumentos previstos en la Constitución, este Código y la normativa vigente, en concordancia con los lineamientos y directrices que establezca la Autoridad Ambiental Nacional, según corresponda, entre los cuales se encuentran: 1. La educación ambiental; 2. La investigación ambiental; 3. Las formas de participación ciudadana en la gestión ambiental; 4. El Sistema Único de Información Ambiental; 5. Los fondos públicos, privados o mixtos para la gestión ambiental; 6. El Sistema Nacional de Áreas Protegidas, la conservación y manejo de la biodiversidad; 7. El Régimen Forestal Nacional; 8. El Sistema Único de Manejo Ambiental; 9. Los incentivos ambientales; y, 10. Otros que se determinen para el efecto. Art. 17.- De la investigación ambiental. El Estado deberá contar con datos científicos y técnicos sobre la biodiversidad y el ambiente, los cuales deberán ser
37
actualizados permanentemente. La Autoridad Ambiental Nacional deberá recopilar y compilar dichos datos en articulación con las instituciones de educación superior públicas, privadas y mixtas, al igual que con otras instituciones de investigación. TÍTULO II INSTITUCIONALIDAD Y ARTICULACIÓN DE LOS NIVELES DE GOBIERNO EN EL SISTEMA NACIONAL DESCENTRALIZADO DE GESTIÓN AMBIENTAL CAPITULO II DE LAS FACULTADES AMBIENTALES DE LOS GOBIERNOS AUTÓNOMOS DESCENTRALIZADOS Art. 27.- Facultades de los Gobiernos Autónomos Descentralizados Metropolitanos y Municipales en materia ambiental. En el marco de sus competencias ambientales exclusivas y concurrentes corresponde a los Gobiernos Autónomos Descentralizados Metropolitanos y Municipales el ejercicio de las siguientes facultades, en concordancia con las políticas y normas emitidas por los Gobiernos Autónomos Provinciales y la Autoridad Ambiental Nacional: 10. Controlar el cumplimiento de los parámetros ambientales y la aplicación de normas técnicas de los componentes agua, suelo, aire y ruido.
38
3. Materiales y métodos
3.1 Enfoque de la investigación
Este proyecto está basado en un análisis cuantitativo, ya que se evaluó el
desempeño que tuvo el sistema para generar agua a partir de la humedad del aire en
la ciudad de Guayaquil, para esto se cuantifico la producción de acuerdo a las
condiciones ambientales existentes.
3.1.1 Tipo de investigación
Documental: Para el desarrollo de esta investigación se recurrió a fuentes de
información bibliográfica sean estos: libros, documentos, revistas científicas y
artículos científicos. Mediante esta amplia búsqueda de información se busco
fundamentar la metodología empleada para obtener agua a partir de la condensación
de la humedad del aire.
Descriptiva: En este estudio se describe el funcionamiento del sistema a utilizar y
los diferentes procesos presentes en el mismo.
De campo: Esta investigación se realizó mediante la medición y observación
directa de las variables y los posibles resultados que se podrá obtener.
3.1.2 Diseño de investigación
El diseño de la investigación, es no experimental, debido a que se recopiló
información mediante revisión de datos históricos sobre datos climáticos, con ayuda
de revisión bibliográfica de proyectos e investigaciones ya realizadas, ayudaron al
cumplimiento de los diferentes objetivos de este proyecto. Además, según la
definición de Gómez (2006) se puede definir que es una investigación no experimental
debido a que no se manipulan deliberadamente las variables, la observación de
fenómenos tal y como se dan en su contexto natural, para su posterior análisis es lo
que la define como tal.
39
3.2 Metodología
3.2.1 Variables
En la presente investigación se empleó las siguientes variables para evaluar la
eficiencia del sistema para generar agua a partir de la humedad del ambiente.
3.2.1.1. Variable independiente
Tiempo de monitoreo (horas)
Humedad relativa (%)
Temperatura (°C)
3.2.1.2. Variable dependiente
pH (Acidez/alcalinidad)
Turbidez (NTU)
Coliformes fecales (NMP)
Volumen de agua generado (ml)
3.2.2 Recolección de datos
Para la recolección de datos se realizó una revisión bibliográfica y recopilación de
datos históricos del Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología, información
meteorológica de variables climáticas sobre temperatura y humedad relativa en la
ciudad de Guayaquil.
También se utilizó un sensor de temperatura y humedad programado con un
Arduino nano para la recopilación de esta información del lugar donde se realizó el
experimento, con el objetivo de analizar el correcto funcionamiento del dispositivo.
La revisión bibliográfica incluirá investigaciones relacionadas con los sistemas de
generación de agua a partir de la humedad del aire, en libros, tesis y artículos
científicos presentes en la biblioteca virtual de la Universidad Agraria del Ecuador,
con el objetivo de que sirvan como base científica para este proyecto.
40
3.2.4.1. Recursos
Materiales y equipos
Tubo de cobre
Sensor de Temperatura y humedad DHT11
3 celdas Peltier
3 sistemas de disipación de calor
Hardware Arduino nano
1 pantalla lcd
1 Fuente de poder de 12 V 5 A
Ventilador
Caja de poliestireno
Placas Petrifilm
Turbidímetro
Incubadora
Contador de coliformes
pH-metro
3.2.2.2. Métodos y técnicas
3.2.2.2.1. Diseño del sistema para la generación de agua a partir de la humedad
del aire
El diseño del dispositivo está basado en base a revisión bibliográfica de estudios
anteriores en donde según Moreno y Garcia (2017) recomiendan la utilización de un
sistema de 6 celdas peltier para la obtención de agua, también cabe recalcar que
según las investigaciones realizadas por Barinas y Camargo (2018) las condiciones
ambientales son fundamentales en este tipo de proyectos, es por eso, que se
41
recomienda el uso del dispositivo en un ambiente con temperatura y humedad relativa
elevadas.
Para el sistema de condensación se utilizará un tubo de cobre en forma de
serpentina, un material ampliamente utilizado para procesos de destilación, en esta
etapa será fundamental para el intercambio de calor y la recirculación del aire facilitará
la condensación (Caballero , Silva, & Montes, 2012). Es importante señalar que para
este proceso se realizará un intercambio de calor mediante convección, esto sucede
cuando el calor es transferido entre una superficie y un fluido en movimiento.
Las celdas Peltier funcionaron como la parte encargada de la refrigeración, un uso
muy extendido de estas celdas debido a su bajo costo de mantenimiento y su casi
escaso consumo de energía a diferencia de otros sistemas (Pérez, 2014). EL
funcionamiento consiste en hacer circular corriente eléctrica a través de la placa, de
esta forma, una de las uniones se calienta y la otra se enfría. Alcanzando hasta 40°C
de diferencia entre las caras en condiciones óptimas.
3.2.2.2.2. Cuantificación del agua generada
Para la cuantificación se realizó una recopilación bibliográfica para obtener datos
históricos que nos ayuden a definir el mes más propicio para el desarrollo del
experimento, las condiciones de temperatura y humedad deben ser ideales para
facilitar la condensación. Mediante el sensor de temperatura y humedad DHT11 se
recopiló datos durante una semana y así poder delimitar la hora del día en la cual
presenta las condiciones adecuadas para utilizar el dispositivo. El dispositivo estuvo
en funcionamiento en intervalos de 1 hora por día, durante 1 semana.
Durante el proceso se obtendrán los datos de la temperatura (°C), humedad relativa
(%), cantidad de agua obtenida (ml/Hora) y se analizó los resultados sacando el
promedio de cada parámetro por día de observación.
42
Para delimitar la temperatura mínima la cual el sistema debió llegar para lograr la
condensación se utilizó la fórmula del punto de rocío (Linsley, Kohler, & Paulhus,
1998).
𝑇𝑟𝑜𝑐í𝑜 = (𝐻𝑅
100) * [112 + 0,9*T] + (0,1*T) – 112
3.2.2.2.3 Análisis de calidad de agua producida
El análisis de la calidad de agua se realizó basándose en los parámetros
establecidos en la Norma Técnica Ecuatoriana (NTE) del Instituto Ecuatoriano de
Normalizacion (INEN) 1108 y el Acuerdo Ministerial 097 para su comparación y
análisis correspondiente de acuerdo a los límites permisibles para aguas de uso
doméstico. Los parámetros a analizar en laboratorio serán Turbidez (NTU), pH
(acidez/alcalinidad) y coliformes fecales (NMP).
3.2.3 Análisis estadístico
En este proyecto se utilizó estadística descriptiva, debido a que este tipo de
estadística desarrolla un conjunto de técnicas cuya finalidad es presentar y reducir los
diferentes datos observados (Fernandez, Cordero, & Córdoba, 2002). También se
desarrolla técnicas que estudian la dependencia que existe entre dos o más
características observadas en una serie de individuos.
La representación de los datos se realiza mediante su ordenación en tablas, en un
proceso denominado tabulación, y su posterior representación gráfica. La reducción
estadística consiste en usar un número reducido de los datos posibles para facilitar
las operaciones estadísticas. Esta reducción, que conlleva un error debe estar
controlado, puede realizarse previamente utilizando medidas estadísticas.
También se utilizó el coeficiente de correlación linear de Pearson para la
comparación de las variables ambientales con el volumen de agua producido, esto
43
nos servió para medir el grado de covariación entre distintas variables relacionadas
linealmente. El coeficiente de correlación de Pearson es de fácil ejecución e
interpretación. Se posee 2 variables en el uno en el eje X y el otro en el eje Y, en
donde el coeficiente de correlación de Pearson oscila entre -1 y +1. En caso de ser
+1 indica una relación perfecta positiva, caso contrario el -1 indica una relación
perfecta negativa y de ser 0 indicaría que no existe correlación entre las variables
(Esquivel , Velasco , & Martinez , 2006).
Se utilizó regresión lineal múltiple ya que consiste en considerar más de una
variable para ver si nivel de correlación entre ellos, este modelo estudia la relación
entre una variable Y (Variable dependiente) y un conjunto de variables X (Jones,
Ritchie , & Ellner, 2003).
La hipótesis nula (H0) y la hipótesis alternativa (H1) se aceptarán o rechazarán en
función a los parámetros establecidos para este proyecto basándose en los límites
permisibles de aguas de uso doméstico de la Norma Técnica Ecuatoriana (NTE) INEN
1108 y el Acuerdo Ministerial 097:
𝐇𝟎: Es posible el uso doméstico del agua generada porque cumple con las Norma
Técnica Ecuatoriana INEN 1108 y el Acuerdo Ministerial 097.
𝐇𝟏: No es posible el uso doméstico del agua generada porque no cumple con las
Norma Técnica Ecuatoriana INEN 1108 y el Acuerdo Ministerial 097.
Para el análisis de hipótesis se realizó el test t-student, la cual se la utilizó para
plantear correctamente la prueba y distribución t, que se define como un conjunto de
curvas estructuradas por un grupo de datos de unas muestras en particular. El
objetivo principal de esta prueba es comparar dos muestras de tamaño ≤ 30. La
primera presunción es formular la hipótesis nula y la hipótesis alterna, que establece
44
que no hay diferencias en la media de las dos muestras independientes y que, de
existir esta diferencia, solo se debe al azar (Sanchez , 2015).
4. Resultados
4.1 Diseño del sistema para la generación de agua a partir de la humedad del
aire
Para el diseño del dispositivo extractor de agua a partir de la humedad del aire, se
tomó en cuenta características fundamentales para que su eficiencia sea alta, a partir
de la revisión de material bibliográfica de experimentos alrededor del mundo y el
análisis del registro histórico de las variables climatológicas.
Como describió Schwerdtfeger (1976), Guayaquil es una ciudad caliente y húmeda
con temperaturas que sobrepasan los 30°C de diciembre a mayo. Esta información
se reafirma si analizamos los datos multianuales de humedad relativa y temperatura
correspondientes al periodo 2007 al 2016 (ver anexos Datos multianuales de
Humedad relativa, periodo 2007 al 2016.Tabla 9Tabla 10).
Cabe señalar que, según los registros históricos de las variables climatológicas de
interés, el mejor mes para realizar el experimento es febrero, pero debido a la crisis
mundial causada por la pandemia del coronavirus, se tuvo que cambiar la fecha de
recolección de muestras al mes de agosto. Por lo que el diseño se tuvo que adaptar
a las condiciones ambientales presentes en dicho mes.
Se utilizó celdas Peltier como parte del sistema de condensación por su bajo costo
de obtención, bajos consumo de energía y por su capacidad de reducir la temperatura
en su lado frio alcanzando temperaturas promedio de 5 a 10 °C cuando la temperatura
ambiente es de 20 a 25°C (Garcia & Moreno , 2017). También se utilizó un tubo de
cobre a manera de serpentina, método utilizado en la fase de condensación de la
producción de alcohol (Caballero , Silva, & Montes, 2012). El dispositivo está
compuesto por un armazón de polietileno expandido, debido a que se consideró
material bibliográfico y se llegó a la conclusión que por sus cualidades aislantes y bajo
46
costo era la opción más acertada (Instituto para la Diversificación y Ahorra de la
Energía, 2007).
4.2 Cuantificación del agua generada
En la figura 1 se observa como la humedad relativa en la ciudad de Guayaquil
alcanza los valores más altos en los primeros meses del año con una media entre 77
a 79%, es por eso que al principio este proyecto estaba destinado para el mes febrero,
aunque debido a la pandemia mundial de coronavirus se aplazó hasta el mes de
agosto con una humedad relativa media de 72.9%.
Figura 1. Medias, mínima y máxima mensuales del periodo 2007-2016 correspondiente a humedad relativa (%) González, 2020
La figura 2 indica los valores promedios mensuales de temperatura en la ciudad de
Guayaquil del periodo 2007 al 2016. El mes de agosto en donde se realizó el
experimento cuenta con el promedio histórico más bajo de todos con una media de
25.1°C.
62646668707274767880
0102030405060708090
MED
IA (
%)
%
Humedad relativa (%)Mínima Máxima Media
47
Figura 2. Medias, mínima y máxima mensuales del periodo 2007-2016
correspondiente a Temperatura (°C)
González, 2020
En la figura 3 se observa el agua producida (ml) por un lapso de 1 hora durante 7
días, desde el 24 de agosto hasta el 1 de septiembre, en la ciudad de Guayaquil.
Figura 3. Agua producida por el dispositivo por un lapso de 1 hora en 7 días de experimentación González, 2020
En la figura 4 se puede observar los datos de la humedad relativa media
recolectados en un lapso de 1 hora desde las 7 AM hasta las 8 AM durante 7 días
23,5
24
24,5
25
25,5
26
26,5
27
27,5
28
22
23
24
25
26
27
28
29
Med
ia (
°C)
°C
Temperatura (°C)
Mínima Máxima Media
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Lunes 24 Martes 25 Miercoles 26 Jueves 27 Viernes 28 Lunes 31 Martes 01
ml
Dias de Experimentación
Agua producida (ml)
48
mediante un sensor DHT11, se puede observar que los días con mayor humedad
relativa fueron el día lunes 24, jueves 27 y martes 25 en el orden respectivo.
Figura 4. Datos de Humedad relativa obtenidos por el dispositivo durante los 7 días de muestreo González, 2020
En la figura 5 se puede observar los datos de Temperatura media recolectados en
un lapso de 1 hora desde las 7 AM hasta las 8 AM durante 7 días mediante un sensor
DHT11, se puede observar que los días con mayor temperatura fueron el día lunes
31 y martes 01.
62
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
Lunes 24 Martes 25 Miercoles 26 Jueves 27 Viernes 28 Lunes 31 Martes 01
Humedad relativa (%)
49
Figura 5. Datos de temperatura obtenidos por el dispositivo durante los 7 días de muestreo González, 2020
4.2.3 Análisis de coeficiente de correlación de Pearson
En la figura 6 podemos observar un gráfico de dispersión en donde nos indica una
correlación negativa muy baja, la cual debió ser analizada con el coeficiente de
correlación de Pearson.
Figura 6. Diagrama de dispersión entre la producción de agua con respecto a la temperatura González, 2020
19,5
20
20,5
21
21,5
22
22,5
23
23,5
24
24,5
Lunes 24 Martes 25 Miercoles 26 Jueves 27 Viernes 28 Lunes 31 Martes 01
Temperatura (°C)
24
26
28
30
32
34
36
20,5 21 21,5 22 22,5 23 23,5 24 24,5
ml
°C
Diagrama de dispersión entre el agua producida con temperatura
50
En la tabla 1 podemos observar los parámetros a tomar en cuenta durante la
prueba de hipótesis del coeficiente de correlación de Pearson.
Tabla 1. Prueba de hipótesis del coeficiente de correlación de Pearson
t > Valor crítico Existe correlación lineal
t ≤ Valor crítico No existe correlación lineal
En la tabla 2 se observa la evaluación de la prueba de hipótesis del coeficiente de
correlación de Pearson, podemos concluir existe una correlación negativa muy baja
ya que se encuentra cercano a 0 por eso según el respectivo análisis estadístico
realizado, basándonos en la tabla 1 podemos decir que no existe correlación lineal
entre los parámetros de temperatura con la producción de agua.
Tabla 2. Valores de la prueba de hipótesis del coeficiente de correlación de
Pearson
González, 2020
En la figura 7 podemos observar un gráfico de dispersión en donde nos indica una
correlación directa positiva, la cual debió ser analizada con el coeficiente de
correlación de Pearson.
Coef. De Correlación -0,05120916
Estadístico de prueba (t) -0,11465759
n 7
gl(n-2) 5
α 0,05
Valor critico 2,57058184
51
Figura 7. Diagrama de dispersión entre la producción de agua con respecto a la temperatura González, 2020
En la tabla 3 se observa la evaluación de la prueba de hipótesis del coeficiente de
correlación de Pearson, podemos concluir que existe una correlación positiva alta ya
que el coeficiente de correlación se encuentra cercano a 1 por eso con el respectivo
análisis estadístico realizado, podemos decir según la tabla 1 que existe correlación
lineal entre los parámetros de humedad relativa con la producción de agua.
Tabla 3. Valores de la prueba de hipótesis del coeficiente de correlación de
Pearson para humedad relativa y producción de agua
Coef. De Correlación 0,86606871
Estadístico de prueba 3,87375818
n 7
gl(n-2) 5
α 0,05
Valor crítico 2,57058184
González, 2020
4.2.4 Análisis de regresión múltiple lineal
Los resultados obtenidos en la tabla 4 indican que las tres variables; agua
producida, temperatura y humedad, se encuentran relacionadas a través de un
modelo de regresión múltiple con el 75.88% de confiabilidad, según el coeficiente de
24
26
28
30
32
34
36
68 70 72 74 76 78 80 82
ml
%
Diagrama de dispersión entre el agua producida y humedad relativa
52
determinación R^2, donde indica que la correlación es buena ya que posee un valor
de 0,7588 lo que equivale a un 75,88% de correlación múltiple.
Tabla 4. Análisis de regresión múltiple lineal
Estadísticas de la regresión
Coeficiente de correlación múltiple 0,871108944
Coeficiente de determinación R^2 0,758830793
R^2 ajustado 0,638246189
Error típico 1,507939354
Observaciones 7
Coeficientes
Intercepción -1,318637275
Variable X 1 0,497661991
Variable X 2 -0,211088844
González, 2020
4.3 Análisis de calidad de agua producida
En la tabla 5 se observa la evaluación de los parámetros en las muestras obtenidas,
considerando los límites máximos permisibles para aguas de consumo humano y uso
doméstico de la NTE INEN 1108 y el Acuerdo Ministerial 097.
Tabla 5. Análisis de calidad de agua obtenida basándose en la NTE INEN 1108 y el Acuerdo Ministerial 097
Parámetro Unidad Limite permisible Resultados Grado
Lunes 24
pH - 6 – 9 6.13 C
Turbidez NTU 5 5.73 NC
Coliformes fecales NMP/100 ml 1000 10 C
Martes 25
pH - 6 – 9 6.82 C
Turbidez NTU 5 2.38 C
Coliformes fecales NMP/100 ml 1000 20 C
Miércoles 26
pH - 6 – 9 6.69 C
Turbidez NTU 5 4.25 C
Coliformes fecales NMP/100 ml 1000 40 C
Jueves 27
53
pH - 6 – 9 7.01 C
Turbidez NTU 5 3.1 C
Coliformes fecales NMP/100 ml 1000 10 C
Viernes 28
pH - 6 – 9 7.72 C
Turbidez NTU 5 2.14 C
Coliformes fecales NMP/100 ml 1000 40 C
Lunes 31
pH - 6 – 9 7.30 C
Turbidez NTU 5 2.63 C
Coliformes fecales NMP/100 ml 1000 20 C
Martes 01
pH - 6 – 9 6.85 C
Turbidez NTU 5 3.25 C
Coliformes fecales NMP/100 ml 1000 40 C
Nota: C representa el cumplimiento de la norma INEN 1108 y el Acuerdo Ministerial
097 mientras que NC (rojo) refleja el incumplimiento.
González, 2020
En la tabla 6 se puede observar los resultados de la prueba t-student de turbidez
en donde t(7)=2,17 con una probabilidad de p=0,004, lo que significa que existe una
diferencia significativa entre la media de las muestras de turbidez con el limite
permisible según la norma INEN 1108 y el Acuerdo Ministerial 097.
Tabla 6. Prueba de hipótesis t-student de turbidez
Variable 1 Variable 2
Media 3,35428571 5
Varianza 1,5783619 0
Observaciones 7 7
Varianza agrupada 0,78918095
Diferencia hipotética de las medias 0
Grados de libertad 12
Estadístico t -3,4657734
P(T<=t) una cola 0,0023336
Valor crítico de t (una cola) 1,78228756
P(T<=t) dos colas 0,00466719
Valor crítico de t (dos colas) 2,17881283
González, 2020
54
En la tabla 7 se puede observar los resultados de la prueba t-student de pH en
donde t(7)=2,17 con una probabilidad de p=0,01, lo que significa que existe una
diferencia baja entre la media muestral de pH con la media del límite permisible según
la norma INEN 1108 y el Acuerdo Ministerial 097. Podemos concluir que los
resultados de pH constan dentro de 6 y 9 según las normativas.
Tabla 7. Prueba de hipótesis t-student de pH
Variable 1 Variable 2
Media 6,931428571 7,5
Varianza 0,247247619 0
Observaciones 7 7
Varianza agrupada 0,12362381 Diferencia hipotética de las medias 0
Grados de libertad 12
Estadístico t -3,025296835
P(T<=t) una cola 0,005279235
Valor crítico de t (una cola) 1,782287556
P(T<=t) dos colas 0,010558471
Valor crítico de t (dos colas) 2,17881283
González, 2020
En la tabla 8 se puede observar los resultados de la prueba t-student de coliformes
fecales en donde t(7)=2,17 con una probabilidad de p=0,00, lo que significa que existe
una diferencia significativa entre la media de los análisis de coliformes fecales con el
limite permisible según la norma INEN 1108 y el Acuerdo Ministerial 097.
55
Tabla 8. Prueba de hipótesis t-student de coliformes fecales
Variable 1 Variable 2
Media 25,7142857 600
Varianza 195,238095 0
Observaciones 7 7
Varianza agrupada 97,6190476 Diferencia hipotética de las medias 0
Grados de libertad 12
Estadístico t -
108,741358
P(T<=t) una cola 1,2251E-19
Valor crítico de t (una cola) 1,78228756
P(T<=t) dos colas 0,0000000
Valor crítico de t (dos colas) 2,17881283
González, 2020
En conclusión, se determinó que los parámetros turbidez, pH y coliformes fecales
cumplen con los parámetros permisibles. Esto afirmaría la hipótesis de investigación,
la cual indica que el agua generada por el dispositivo puede ser destinada para
consumo doméstico ya que cumple con los parámetros permisibles de la NTE INEN
1108 y el Acuerdo Ministerial 097.
56
5. Discusión
En esta investigación se evaluó la viabilidad del dispositivo para la producción de
agua para su uso doméstico bajo las condiciones climáticas del mes de agosto en la
ciudad de Guayaquil. El dispositivo estuvo en funcionamiento durante 1 hora desde
las 7 AM hasta las 8 AM durante 7 días, recolectando los datos meteorológicos de la
temperatura y humedad relativa como condicionantes para la producción de agua (Ver
Tabla 11), posteriormente se realizó los respectivos análisis de pH, turbidez y
coliformes fecales.
La media muestral de temperatura fue de 22.71°C, humedad relativa de 73.71%, y
30.5 ml con respecto a la producción de agua en la ciudad de Guayaquil. Mientras que
en un trabajo de investigación realizado en la ciudad de México donde utilizaron un
higroimán CP-HI-03 con una humedad relativa promedio de 53,40 %, temperatura de
18,92 °C lograron una producción de 1,98 L de agua cada 15 horas (Bautista , Tovar,
Palacios, & Mancilla, 2011).
Así mismo, En un estudio realizado en Bogotá el experimento que también utilizó
celdas Peltier como condensadores, recolectó los siguientes datos; humedad relativa
54,21%, 18,56 °C de temperatura, generó aproximadamente 2 ml cada 25 minutos
(Garcia & Moreno , 2017).
En nuestro experimentó, se realizó análisis de las siguientes variables; pH,
Turbidez, Coliformes Fecales. Los cuales fueron comparados con la NTE INEN 1108
y el Acuerdo Ministerial 067, dando como resultado un valor promedio de 6.93 pH,
3.35 Turbidez y 25.71 Coliformes Fecales. Existe evidencia estadística suficiente para
concluir que los valores generados por las muestras cumplen con las normativas antes
mencionadas.
57
Por otro lado, Bautista (2013) en un estudio realizado en la ciudad de México,
donde se evaluó la calidad del agua obtenida a través de la humedad del ambiente.
El agua generada cumplió con la NOM 127-SSA1-1997 previo tratamiento. En lo cual
recomiendo el uso del agua generada como uso doméstico debido a su poca
conductividad térmica.
Aunque por otro lado en un estudio realizado en 3 ciudades en México, se alerta
sobre la presencia de contaminación por coliformes totales y fecales en 2 de las 3
locaciones, lo que indica que el agua generada por la atmosfera debe pasar por un
método de desinfección (Tovar, Mancilla , Flores, & Ramirez, 2013). Esto contrasta
con nuestro experimento en donde no se encontró evidencias necesarias para
concluir que el agua generada presentaba contaminación por coliformes fecales.
58
6. Conclusiones
El dispositivo diseñado estuvo en funcionamiento en al norte de la ciudad de
Guayaquil, el cual registro los siguientes valores promedios durante los 7 días de
funcionamiento, una temperatura ambiental de 22.71°C, humedad relativa de 73.71%,
y 30.5 ml de agua generada.
Además, se procedió a realizar un análisis de calidad de agua dando como
resultado un valor promedio de 6.93 pH, 3.35 NTU Turbidez y 25.71 NPM/100ml
Coliformes Fecales. Para los cuales, existe evidencia estadística necesaria para
afirmar que los valores generados se encuentran dentro de los límites permisibles
señalados en la NTE INEN 1108 y el Acuerdo Ministerial 097. Es importante señalar,
que la calidad del agua generada, así como la cantidad, dependerán de factores
climáticos, así como también de la calidad del aire en donde se encuentre el
dispositivo.
Por lo que podemos concluir que el dispositivo efectivamente puede ser utilizado
para la obtención de agua para uso doméstico, ya que el agua cumple con los criterios
de calidad analizados.
59
7. Recomendaciones
Se recomienda analizar otros parámetros físicos, químicos y biológicos,
considerando los valores nutricionales del agua generada, así de esta manera se
podría considerar para consumo humano.
Considerar el uso del dispositivo durante el mes de mayor humedad relativa, ya
que como se mencionó en conclusiones, la cantidad de agua generada se verá
fuertemente ligada a las condiciones climáticas como a las condiciones ambientales.
Evaluar la eficiencia energética del dispositivo durante periodos prolongados de
tiempo, así como también el periodo de vida del dispositivo ya que fue diseñado con
piezas de bajo costo.
Se recomienda para proyectos futuros utilizar 3 celdas Peltier con un disipador de
frío más grande como parte del sistema de condensación y al mismo tiempo buscar
una alternativa a la serpentina de cobre, por la posible contaminación del agua
generada en su uso continuo.
60
8. Bibliografía
Ballestero, M., Arroyo, V., & Mejía, A. (2015). Inseguridad Economica del Agua en
Latinoamérica: de la abundancia a la inseguridad. Corea: Banco de Desarrollo
de America Latina. doi:ISBN: 978-980-422-014-2
Balseca, O., Caicedo , J., Mayorga, P., Orna , C., & Viteri , N. (2018). Proyecto de
diseño de un condensador con Fuente Eólica para obtención de agua. Dominio
de las ciencias, 4(1), 385-397. doi:ISSN: 2477-8818
Barinas, B., & Camargo, C. (2018). Sistema de generación de agua mediante
humedad del aire. Bogotá, Colombia: Universidad Distrital Francisco de
Caldas.
Barrera , A. (2012). Controlador de Temperatura PID, Neuronal y Fuzzy para
condensar agua en una celda Peltier. Mexico: Instituto Politecnico Nacional.
Bautista , A., Tovar, J., Palacios, O., & Mancilla, O. (2011). La humedad atmosférica
como. Agrociencia, 45(3). doi:ISSN 1405-3195
Bautista, A. (2013). Aprovechamiento de la humedad atmosférica como fuente no
convencional de agua para uso doméstico. Montecillo. Obtenido de
http://www2.congreso.gob.pe/sicr/cendocbib/con4_uibd.nsf/6FD2B639146420
9405257CCA00024090/$FILE/BautistaOlivasHidrociencias2013.pdf
BBC News Mundo. (17 de Abril de 2020). BBC News Mundo. Obtenido de BBC News
Mundo: https://www.bbc.com/mundo/noticias-51622758
Britto, F. (2005). Considerações sobre psicrometria. Obtenido de
http://www.adriferco.com.br/resources/Artigo%20SBCC%20-
%20Ed%2045%20-
%20Considera%C3%A7%C3%B5es%20sobre%20psicrometria.pdf
61
Caballero , M., Silva, L., & Montes, J. (2012). Diseño de un sistema de recirculación y
enfriamiento del agua para destilación del mezcal. Revista Mexicana de
Ciencias Agrícolas(4), 774-784. doi:ISSN 2007-0934
Deutsche Welle. (2020). Sequía y desertificación en America Latina: el lento avance
de una amenaza imparable. Obtenido de
https://www.dw.com/es/sequ%C3%ADa-y-desertificaci%C3%B3n-en-
am%C3%A9rica-latina-el-lento-avance-de-una-amenaza-imparable/a-
44285147
Duque , M. (2013). Diseño de paneles generadores de electricidad por efecto
Seebeck. Antioquia: Escuela de Ingenieria de Antioquia. Obtenido de
https://repository.eia.edu.co/bitstream/11190/728/8/DuqueMateo_2013_Dise
%c3%b1oPanelesGeneradores.pdf
Esquivel , C., Velasco , V., & Martinez , E. (2006). Coeficiente de correlación intraclase
vs correlación de Pearson de la glucemia capilar por reflectometría y glucemia
plasmática. Medicina Interna de México, 22(3), 165-171. Obtenido de
https://www.cmim.org/Revista/2006/200603_may_jun.pdf#page=7
FAO. (2012). El Estado de los Recursos de Tierras y Aguas del Mundo para la
Alimentación y la Agricultura. Madrid: FAO. doi:ISBN: 978-92-5-306614-8
Fernandez, S., Cordero, J., & Córdoba, A. (2002). Estadistica Descriptiva. Madrid:
Esic. doi:ISBN: 84-7356-306-9
Figueroa, I. P. (2002). Psicrometría, Métodos de humidificación y dehumedificación y
sus aplicaciones en el diseño arquitectónico. Universidad Nacional Autónoma
de México, Centro de Investigación de Energía. México: Centro de
Investigación en Energía. Obtenido de
https://www.researchgate.net/profile/Isaac_Pilatowsky/publication/266498059
62
_PSICROMETRIA_METODOS_DE_HUMIDIFICACION_Y_DEHUMIDIFICAC
ION_Y_SUS_APLICACIONES_EN_EL_DISENO_ARQUITECTONICO/links/5
448f1b20cf2f14fb8145487.pdf
Galvan , G. (2012). Control Retroalimentado De Un Módulo Termoeléctrico. Oaxaca:
Universidad Tecnologica de la Mixteca. Obtenido de
http://jupiter.utm.mx/~tesis_dig/11481.pdf
Garcia, D., & Moreno , D. (2017). Prototipo Generador de Agua con Celdas de Peltier.
Bogota, Colombia: Universidad DIstrital Francisco José de Caldas.
Gómez , M. (2006). Introducción a la metodología de la investigación científica.
Córdoba: Brujas. doi:ISBN: 987-591-026-0
Hernández , E. (2009). Fundamentos de aíre acondicionado y refrigeración. México:
LIMUSA. doi:ISBN-13: 978-968-18-0604-0
Hernandez Rodriguez, E. A. (2016). Diseño de un Dispositivo Automático Termo-
Electrónico para el Tratamiento y Prevención del Síndrome del Túnel Carpiano.
Bogotá: Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Obtenido de
http://repository.udistrital.edu.co/handle/11349/3406
Instituto Ecuatoriano de Normalizacion. (2014). Agua Potable. Requisitos (Quinta
revisión ed.). Quito. Obtenido de http://www.pudeleco.com/files/a16057d.pdf
Instituto Nacional de Estadistica y Censo [INEC]. (2018). Agua, Saneamiento e
Higiene. Quito: INEC. doi:ISBN: 978-9942-22-252-7
Instituto Nacional de Metereologia e Hidrología. (2020). Instituto Nacional de
Metereología e Hidrología. Obtenido de INAMHI:
http://www.serviciometeorologico.gob.ec/
63
Instituto para la Diversificación y Ahorra de la Energía. (2007). Soluciones con
Aislamiento de Poliestireno Expandido (EPS). Madrid: Ministerio de Industria,
Turismo y Comercio.
Jones, J., Ritchie , K., & Ellner, S. (2003). How Microbial Community Composition
Regulates Coral Disease Development. PLoS Biology, 8.
Kane, J. W., & Sternheim, M. M. (2000). Física. Barcelona: Reverté. doi:978-84-291-
4318-8
Linsley, R., Kohler, M., & Paulhus, J. (1998). Hidrología para ingenieros. México D.
F.: Mac Graw-Hill/Interamericana de México.
Medina, A. (2013). Desarrollo de un dispositivo para terapia térmica superficial con
control digital, basado en el principio Peltier. Lima: Pontificada Universidad
Católica del Perú.
Ministerio del Ambiente. (2015). Norma de calidad ambiental y de descarga de
efluentes al recurso agua. Quito: Ministerio del Ambiente. Obtenido de
http://extwprlegs1.fao.org/docs/pdf/ecu155128.pdf
Organizacion de las Naciones Unidas para la Alimentacion y la Agricultura [FAO].
(2013). Afrontar la escasez de Agua: Un marco de acción para la agricultura y
la seguridad alimentaria. Roma. doi:ISBN 978-92-5-307304-7
Organización de las Naciones Unidas para la Educación, l. C. (2019). Informe Mundial
de las Naciones Unidas sobre el Desarrollo de los Recursos Hidricos 2019.
Paris: UNESCO. doi:ISBN 978-92-3-300108-4
Organización Mundial de la Propiedad Intelectual [OMPI]. (2010). Agua a partir del
aire. Revista del OMPI(4), 15-18. Obtenido de
https://www.wipo.int/export/sites/www/wipo_magazine/es/pdf/2010/wipo_pub_
121_2010_04.pdf
64
Organización Mundial de la Salud [OMS]. (14 de Junio de 2019). Organizacion
Mundial de la Salud. Obtenido de https://www.who.int/es/news-room/fact-
sheets/detail/drinking-water
Paz, M., Moyano, L., Ballesteros, F., & Diaz, F. (2018). Estudio de la factibilidad de un
sistema de generación atmosferico de agua potable para los habitantes de la
vereda Paramón en el Municipio de Pulí, Departamento de Cundinamarca.
Bogotá: Universidad Católica de Colombia.
Perez , M. (2014). Instrumentación Electrica. Madrid: Paraninfo. doi:ISBN: 978-84-
283-3702-1
Pérez, M. Á. (2014). Instrumentación Electrónica. Madrid: Ediciones Paraninfo S. A.
doi:ISBN: 978-84-282-3702-1
Pinazo, J. M. (2000). Psicrometria, Documentos Técnicos de Instalaciones en la
Edificación (Vol. 3). (ATECYR, Ed.) Madrid: El instalador.
doi:https://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/58911669/Capitulo_
7._Psicrometria20190415-81321-1w4hizo.pdf?response-content-
disposition=inline%3B%20filename%3DTema_7_Psicrometria.pdf&X-Amz-
Algorithm=AWS4-HMAC-SHA256&X-Amz-
Credential=AKIAIWOWYYGZ2Y53UL3A%
Pozo, M., Serrano, J. C., & Molina , A. (2018). Agua Saneamiento e higiene: Medicion
de los ODS en Ecuador. Quito: h2ostudio. doi:ISBN: 978-9942-22-252-7
Quereda, J. (2005). Curso de climatología general. Castellón de la Plana: Universitat
Jaume. doi:ISBN 84-8021'512'7
Roque, M. A. (2012). Diseño de un sistema de almacenaje de puros habanos
controlando temperatura y humedad mediante termoelectricidad. Universitat
Politécnica de Catalunya.
65
Sanchez , R. (2015). t-Student. Usos y abusos. Revista Mexicana de Cardiología, 59-
61.
Sandoval , A., Barahona, J., & Espinosa , E. (2007). Celdas Peltier: Una alternativa
para sistemas de enfriamiento con base en semiconductor. Universidad
Tecnologica de la Mixteca. Obtenido de
https://www.academia.edu/25977369/Celdas_Peltier_Una_alternativa_para_s
istemas_de_enfriamiento_con_base_en_semiconductor
Santiago, V., & Barreneche, R. (2005). Acondicionamiento Térmico de Edificios.
Buenos Aires: Nobuko. doi:ISBN 987-1135-94-7
Schwerdtfeger, W. (1976). Climates of Central an South America. World Survey of
Climatology. Elsevier, 12, 178-189.
Secretaría Nacional de Planificación y Desarrollo [SENPLADES]. (2014). Agua
potable y alcantarillado para erradicar la pobreza en el Ecuador . Quito:
SENPLADES. Obtenido de https://www.planificacion.gob.ec/wp-
content/uploads/downloads/2014/09/FOLLETO-Agua-SENPLADES.pdf
Tapia, K. (2019). Estimación de la captación de Agua Atmosférica y Diseño de SCAN
(Atrapaniebla) en Cerro Azul, Guayas. Guayaquil: Universidad Agraria del
Ecuador.
Tornos , S., & Sotelo , A. (2006). Termoelectricidad, la energía del desequilibrio.
Zaragoza: Tecnica Industrial.
Tovar, J., Mancilla , O., Flores, H., & Ramirez, C. (2013). Calidad microbiológica del
agua obtenida por dondensación de la atmósfera en Tlaxcala, Hidalgo y Ciudad
de México. Int. Contaminacion AMbiental, 167-175.
UNESCO. (2015). Agua para un mundo sostenible. Colombella: UNESCO. Obtenido
de
66
http://www.unesco.org/new/fileadmin/MULTIMEDIA/HQ/SC/images/WWDR20
15Facts_Figures_SPA_web.pdf
Universidad de Murcia. (2003). Mecanismos de Condensación. Murcia: Universidad
de Murcia. Obtenido de https://www.um.es/geograf/clima/tema05.pdf
67
9. Anexos
Figura 8. Porcentaje de población con agua por red pública
INEC, 2018
Figura 9. Cobertura de agua por red pública provincia del Guayas
Secretaría Nacional de Planificación y Desarrollo, 2014
68
Figura 10. Cobertura de alcantarillado provincia del Guayas
Secretaría Nacional de Planificación y Desarrollo, 2014
Figura 11. Sistema de producción de agua (WMS) de Eole Water
Organización Mundial de la Propiedad Intelectual, 2010
69
Figura 12. Sensor DHT11 Arduino
González, 2020
Figura 13. Sistema de serpentín enfriado por sistemas Peltier
González, 2020
70
Figura 14. Dispositivo de captación de agua
González, 2020
Figura 15. Conteo de coliformes fecales
González, 2020
71
Figura 16. Medición de Coliformes fecales
González, 2020
Figura 17. Medición de pH
González, 2020
72
Figura 18. Medición de Turbidez
González, 2020
Tabla 9. Datos multianuales de Humedad relativa, periodo 2007 al 2016. Humedad Relativa (%)
AÑOS ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC SUMA MEDIA
2007 76 74 77 74 73 76 73 72 70 73 70 67 875 72
2008 84 81 81 74 76 75 75 74 72 72 69 66 899 74
2009 75 80 76 68 69 72 73 73 71 71 69 68 865 72
2010 76 80 78 76 75 75 75 75 75 71 73 75 904 75
2011 73 78 69 75 71 75 79 79 76 74 68 64 881 73
2012 81 84 81 79 75 73 75 76 75 77 75 73 924 77
2013 81 79 81 76 76 79 78 76 76 76 75 67 918 76
2014 79 79 72 74 79 73 73 74 72 73 70 66 884 73
2015 73 76 78 77 78 74 74 75 73 74 72 69 893 74
2016 74 80 82 80 68 60 60 55 56 58 69 62 793 66
Media 77,2 79,1 77,5 75,3 74 73,2 73,3 72,9 71,4 72 70,1 67,7 73,6
Mínima 73 74 69 68 68 60 58 55 56 58 60 62 55
máxima 84 84 82 80 79 79 79 79 76 77 75 75 84
INAMHI, 2020
73
Tabla 10. Datos multianuales de Temperatura, periodo 2007 al 2016. Temperatura (°C)
AÑOS ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC SUMA MEDIA
2007 27,4 27,8 27,4 27,9 27,1 25,6 25,2 24,3 24,7 24,2 25,2 26,2 313,0 26,0
2008 25,1 26,1 26,8 27,9 26,6 25,8 25,6 25,4 25,6 25,3 25,7 26,7 312,6 26,0
2009 26,7 26,5 27,1 28,0 27,5 26,1 25,6 25,3 25,4 25,3 25,8 27,4 316,7 26,3
2010 27,4 27,5 27,9 28,2 27,4 25,7 25,5 24,7 25,0 25,5 24,9 25,8 315,5 26,2
2011 27,0 27,0 28,5 27,4 27,6 26,4 25,3 24,7 25,0 24,7 26,0 27,5 317,1 26,4
2012 26,0 26,1 27,3 27,6 27,8 27,4 26,3 25,0 25,4 25,5 26,2 27,3 317,9 26,4
2013 26,9 27,0 27,4 27,6 26,6 25,0 24,3 24,7 25,5 25,7 25,6 27,5 313,8 26,1
2014 27,0 26,9 28,2 28,1 27,1 27,3 26,2 25,5 25,6 25,8 26,3 27,9 321,9 26,8
2015 27,7 27,7 27,6 28,1 28,1 27,7 27,1 26,0 26,9 26,7 27,0 28,1 328,7 26,3
2016 25,7 25,6 25,1 26,0 26,0 25,8 25,8 25,7 25,9 25,0 24,6 25,5 305,7 25,5
Media 26,7 26,8 27,3 27,6 27,2 26,3 25,7 25,1 25,5 25,4 25,7 27,0 26,4
Mínima 25,1 25,6 25,1 25,0 26,0 25,0 24,3 24,3 24,7 24,2 24,6 25,5 24,2
máxima 27,7 27,8 28,5 28,2 28,1 27,7 27,1 26,0 26,9 26,7 27,0 28,1 28,5
INAMHI, 2020
Tabla 11. Datos de agua producidos (ml) en el lapso de 1 hora por día con temperatura (°C) y Humedad relativa (%) correspondiente
Temperatura (°C) Humedad relativa (%) Agua producida (ml)
Lunes 24 22 81 35
Martes 25 23 75 33
Miércoles 26 21 70 29
Jueves 27 23 77 30
Viernes 28 22 69 28
Lunes 31 24 74 30
Martes 01 24 70 29
Media 22.71 73,71 30,5
González, 2020
Tabla 12. Límites máximos permisibles para agua de consumo humano y doméstico correspondientes al Acuerdo Ministerial 097 y las NTE INEN 1108
Turbidez NTU 5
pH 6 a 9
Coliformes fecales NMP/100 ml 600
González, 2020