Física II

"CASA SUSTENTABLE"

PROBLEMÁTICA

Como estudiantes conocemos las diferentes problemáticas a las cuales nos enfrentamos todos los días. Cada vez más, la sociedad demanda una mayor y mejor gestión del agua. Por ello para la elección de esta problemática ambiental partimos desde el tema de la “Escasez de Agua”, por una simple y poderosa razón, el agua es un elemento fundamental, y vital para la existencia de la vida.

Actualmente en nuestra comunidad, Atlacomulco, Estado de México, la falta de agua empieza a ser notoria, aunque parece no ser suficiente para que los habitantes creen conciencia y generen una reflexión acerca de este problema que nos aqueja a todos, por dar un ejemplo algo más claro, en cierto pueblos dependientes del municipio donde los recursos en general son de mayor difícil acceso, tiene que recurrir a la contratación de ciertos servicios particulares, llámese coloquialmente pipas, para poder tener acceso a este recurso.

Constante en nuestra comunidad podemos observar fugas de agua en la vía pública desperdiciando litros importantes para nuestro consumo, este es un problema que siempre se presentara ya que las tuberías no son eternas pero cómo actúa el organismo encargado de este tipo de casos, es algo preocupante ya que no atiende el problema con la suficiente importancia que debería, ya que al hacer el llamado algún habitante que percibe la situación, el organismo lo atiende con todo la calma posible y en algunas ocasiones realiza un mal trabajo, sin embargo este no es el problema principal.

Pero… entonces ¿cuál es el principal problema que ocasiona la falta y el desabasto del agua?, no hay que ir muy lejos ni realizar grandes investigaciones para darnos cuenta que la base del problema es la cultura o los hábitos que tenemos sobre el consumo y cuidado del agua como sociedad, ya que desgraciadamente no tomamos las medidas necesarias para racionar y cuidar lo más posible este limitado recurso.

Desgraciadamente la ideología de los seres humanos es bastante egoísta en cuestión de que solo pensamos en nuestras necesidades y nuestras preocupaciones sin voltear a ver al prójimo o simplemente pensar en las futuras generaciones que como nosotros necesitan del agua, en nosotros está el cambio, aún hay tiempo para mejorar.

PROPUESTA DE SOLUCIÓN (PROTOTIPO)

Para dar una posible solución a la problemática ambiental de “Desperdicio de agua”, en nuestros hogares, se planteó una casa sustentable en el aspecto del gasto del agua, recordemos que este es un recurso indispensable y que poco a poco está haciendo más falta y la calidad de la misma es cada vez más deplorable. Es por esto que la casa consiste en un sistema de recolección de aguas pluviales, que por medio de distintos ductos ubicados estratégicamente se recolectará la mayoría de agua de lluvia posible; de la misma manera hay que tomar en cuenta que el techo tiene que tener cierta pendiente para el mismo propósito.

Después de este proceso de recolección, el líquido procede a un filtro de retiro de residuos sólidos que dará lugar a un contenedor que almacenará por cierto tiempo el agua, una vez que éste se llene o se solicite agua, procederá a enviar agua hacia los filtros más específicos, por mencionar algunos, de carbón activado, para retirar todo tipo de contaminante que puede seguir existiendo en la sustancia. Una vez que el agua pasa por todo este proceso está lista para ser reconducida a las tuberías habituales por las cuales consumimos el agua.

Pero esto no es todo, ya que hay demasiadas manera y procesos con los cuales podemos ahorrar agua, es por ello que en el baño, uno de los principales lugares donde el gasto de agua es un factor importante, se implementaría un sistema en el cual toda el agua de la regadera y lavabo, son conducidas a un pequeño tanque de almacenamiento para después ser usadas en el WC. Así logramos evadir dos grandes detonantes del desperdicio de agua que son las descargas de agua en cada ida al baño y el gasto irracional de agua al tomar un baño.

FUNCIONAMIENTO

A través de las canaletas ubicadas a los costados de la casa se captara el agua de lluvia, estas a su vez conectan a una tubería que lleva el agua a la cisterna. Después de esto la bomba casera empuja el agua para que a través de las mangueras llegue hasta la regadera. Una vez en la regadera el agua es redirigida al wc en el cual puede ser utilizada para las descargas. Después de esto el agua se incorpora al drenaje terminando así su ciclo de uso en la casa. 

PRINCIPIO FÍSICO QUE LO RIGE

Para el funcionamiento del prototipo, se pueden identificar distintos tipos de principios físicos que hacen que funcione correctamente, entre ellos encontramos el Principio de Bernoulli el cual hace mención sobre que: 

“El fluido hidráulico en un sistema contiene energía en dos formas: energía cinética en virtud del peso y de la velocidad y energía potencial en forma de presión”

Daniel Bernoulli, un científico Suizo demostró que en un sistema con flujos constantes, la energía es transformada cada vez que se modifica el área transversal del tubo.

El principio de Bernoulli dice que la suma de energías potencial y cinética, en los varios puntos del sistema, es constante, si el flujo es constante. Cuando el diámetro de un tubo se modifica, la velocidad también se modifica. Esto lo vemos aplicado cuando el funcionamiento del prototipo se ponga a prueba, debido a que necesitará de tubos con cierta presión y velocidad para que tenga un buen funcionamiento, es importante resaltar que: “La ecuación de Bernoulli y la ecuación de continuidad también nos dicen que si reducimos el área transversal de una tubería para que aumente la velocidad del fluido que pasa por ella, se reducirá la presión”.

MEJORAS REALIZADAS AL PROTOTIPO

●     Instalación del sistema de tuberías.

●     Agregar baño, regadera.

●     Conexión de circuitos de agua dentro de la casa.

●     Colocación de tinaco. 

●     El equipo construyo una bomba de agua casera con un motor de 12 volts para así mejorar el funcionamiento del mismo, dicha bomba se conecta a la cisterna que captura la caída de agua y de ahí es transportada a la bomba de agua que a su vez la distribuye a la tubería para que realice el ciclo de pasar por la regadera y después al WC.

PARÁMETROS

Parámetro 1: Distancia que recorre el agua vs tiempo que tarda en bajar.

Distancia	Tiempo	Velocidad
.60m	30s	0.02 m/s
.60m	35s	0.017 m/s
.60m	25s	0.024 m/s

Lo que podemos observar a través de este parámetro es que, dependiendo de cuánto tiempo tarde en recorrer la distancia mayor será su velocidad, para esto se debe tomar en cuenta que tan rápido cae el agua, teniendo una velocidad promedio de 0.020 m/s

Parámetro 2: Cantidad de agua que cae vs tiempo que tarda en llegar a la cisterna

Volumen	Tiempo	Gasto
1L= 1kg	30s	0.033 kg/s
0.5L=0.5 kg	25s	0.02 kg/s
1.5L=1.5 kg	35s	0.042 kg/s

En nuestro prototipo podemos aplicar ciertas fórmulas para los fluidos, en este caso tomamos el gasto que se genera a través del volumen del agua entre el tiempo que esta tarda en llegar por completo a la cisterna, como se puede observar el gasto esta en entre 0.030 y 0.043 kg/s.

 

Parámetro 3: Cantidad de agua vs tiempo que tarda en pasar por las tuberías.

Masa	Tiempo	Flujo
1L= 1kg	5 min = 150s	0.0066 kg/s
0.5L=0.5 kg	3 min=  90s	0.0055 kg/s
1.5L=1.5 kg	8 min= 480s	0.003 kg/s

Otro parámetro importante que podemos obtener gracias a las tuberías es el flujo, debido a que el agua debe pasar por los tubos para abastecer la tasa y la regadera, después de recabar los datos plasmados en las gráficas y en la tabla observamos que cuando se simula la lluvia con un litro de agua el flujo será de 0.0066 kg/s, cuando se usa medio litro será de 0.0055 kg/s y en la última prueba donde se simula la captación de un litro medio el flujo es de 0.003 kg/s.      

Parámetro 4: velocidad con la que entra vs velocidad con la que sale

área de entrada	velocidad inicial	área final	velocidad final
0.00025 m2	0.02m/s	0.0001m/s	0.05 m/s
0.00025 m2	0.02m/s	0.00015	0.0333m/s
0.00025 m2	0.02 m/s	0.002m/s	0.0025m/s

Este es uno de los parámetros más importantes para nuestro trabajo, debido a que aquí aplicamos el teorema de Venturi, el cual es el sustento básico de física que rige nuestro prototipo, en la tabla podemos observar las velocidades iniciales y finales de acuerdo a las pruebas realizadas para corroborar su buen funcionamiento.

Parámetro 5: Presión Hidrostática necesaria para que el agua suba al baño y regadera

Altura	Densidad del agua	Gravedad	Presión Hidrostática
.10 m	1000 kg/m3	9.8 m/s2	980 Pa
.20 m	1000 kg/m3	9.8 m/s2	1960 Pa
.30 m	1000 kg/m3	9.8 m/s2	2940 Pa

En este último apartado, el parámetro hace alusión a la presión atmosférica que se requiere para hacer que el agua suba por las tuberías y abastezca la casa, en este caso comprobamos que se necesitan 2940 Pa para que el prototipo funcione de forma adecuada. 

CONCLUSIONES

Con la realización del presenta trabajo y prototipo como equipo aprendimos muchas cosas, primeramente que la crisis del agua a nivel mundial esta causando estragos enormes en la población, de ahí que nos hallamos enfocado en esta problemática; cabe resaltar que el realizar la casa no fue tarea fácil debido a que tuvimos que idear toda su construcción, sin embargo, nos sentimos bastante felices con el producto obtenido. Otra lección aprendida fue como nosotros al poner en funcionamiento la casa pudimos obtener una gran cantidad de datos referentes a la materia de Física así como de los temas abordados este semestre. Esperamos que este diseño pueda implementarse para no ser solo un prototipo y así generar un ahorro de agua mayor para disminuir la crisis ambiental que el día de hoy nos aqueja. 

BIBLIOGRÁFIA

Barlow, M., y T. Clarke, Blue Gold. The Battle Against Corporate Theft of the World’s Water, Earthscan, U.K., 2002. Datos de la Secretaría de Economía.

Pérez Montiel, Héctor (2015) “Hidrostática” en Física General (5ta edición) México: Grupo Editorial Patria.