Ciencias de la Ingeniería

Pandilla Kids (3ro., 4to., 5to. y 6to. Año de primaria)

PK-96-CI Enfriador de ambiente sin energía eléctrica a base de barro.

Asesor: REYNA ELIZALDE GONZÁLEZ

Equipo [ ]: Miguel Angel Vazquez Omaña(1584) , Patrick Mier Estrada(1418)

Resumen

El efecto bojito consiste que haya menos energía en el agua,porque lo que la energía total del conjunto disminuye.Pero,si el efecto botijo deja en una habitación cerrada,el vapor y el liquido no continua enfriandoce.Es por ello que debe existir una corriente de aire seco en el exterior que se lleve se vapor de agua de la superficie exterior de efecto bojito

Pregunta de Investigación

¿Se podrá enfriar el ambiente sin electricidad?

Planteamiento del Problema

En algunos lugares rurales muy calurosos no tienen los escasos recursos para comprar un aire acondicionado, por eso quisimos fabricar este enfriador.

Antecedentes

El efecto botijo utilizado por culturas antiguas para enfriar el agua se ha retomado para la creación de sistemas acondicionadores, sustentables y energéticamente eficientes. Los modelos son diversos El efecto botijo es un proceso de enfriamiento tradicional que posee un diseño simple, natural e infalible. Los primeros recipientes que se usaron para hacer funciones parecidas a las de este dispositivo datan de la prehistoria y sus resultados exitosos. La concepción de esta idea se conforma por una vasija de barro poroso que refrigera el agua. Este elemento, a lo largo de la historia, ha sido imprescindible para la construcción de viviendas y la manufactura de utensilios para Además de enfriar el agua, el efecto botijo posee propiedades para refrescar el ambiente. Un ejemplo claro de su uso como método climatizador está  registrado en descubrimientos arqueológicos que comprueban su eficiencia en la cultura egipcia, cuyos habitantes colgaban sábanas húmedas en las puertas de sus casas. Así, cuando el aire caliente del desierto pasaba a través de la tela, el aire que entraba a las habitaciones enfriaba el ambiente, cocinar y conservar alimentos. Los primeros botijos fueron huevos de avestruz y codorniz. Se utiliza barro porque el funcionamiento del botijo se basa en la porosidad de su superficie. Gracias a las características permeables de este material, el agua del interior puede terminarse al exterior de la vasija.

De esta manera, el exudado del botijo se transforma en energía de refrigeración para el líquido que contiene.

El proceso es muy simple, cuando el agua se evapora, ésta necesita energía para que se produzca el cambio de estado de líquido a vapor. Esa energía puede tomarla del ambiente, pero también del mismo sistema, por lo que, cuando se evapora una parte del agua, extrae energía del sistema, y el agua remanente, por tanto, disminuye su temperatura.

En la superficie de botijo existen moléculas que están en contacto con otras a su alrededor y situadas en el aire, y, al ser golpeada por moléculas vecinas, puede saltar hacia arriba y mezclarse con el aire, formando una fina nube de vapor de agua en torno a la superficie.

Este efecto consigue que haya menos energía en el agua, por lo que la energía total del conjunto disminuye. Pero, si se deja el botijo en una habitación cerrada, el vapor de agua formado por las moléculas que se han escapado llegan a un equilibrio de líquido-vapor y el líquido no continúa enfriándose. Es por ello que debe existir una corriente de aire seco en el exterior que se lleve ese vapor de agua de la superficie exterior del botijo.

El grado de enfriamiento depende de varios factores: del agua que contenga el botijo y de las condiciones ambientales. Si la temperatura es elevada, el proceso de evaporación es rápido y el de enfriamiento también. Si las condiciones ambientales son húmedas, la evaporación se ve dificultada y el botijo no enfriará el agua lo suficiente. En condiciones favorables se puede conseguir una disminución de temperatura de hasta 13°C.

Por ser un material tan accesible y barato se creó, en 2008, en Andalucía un programa llamado Botijos Contra el Cambio Climático que alienta a los habitantes a usar estas vasijas como medio para enfriar el agua, pues aunque se utilice el refrigerador para enfriar, si se adoptan los botijos para refrescar, el ahorro de energía sería significativo.

Ingeniería Botija Climatización

El Faro. Esta construcción fue el Pabellón de Iniciativas Ciudadanas, en  Expo Zaragoza 2008, en el que las ONG y otras organizaciones de la sociedad civil aportaron su perspectiva y su proactividad para un futuro sostenible.

El edificio del pabellón, diseñado por el arquitecto Ricardo Higueras, se construyó con base en el efecto botijo; éste fue hecho de barro, paja y bambú.

Además de emplear energía eólica y solar, el uso de la geotermia ayuda al ahorro energético, por lo que no emite bióxido de carbono y, gracias a los materiales que lo conforman, también es capaz de absorber el CO2.

La creación de El Faro surgió a través de una convocatoria para diseñar un edificio totalmente sostenible, de preferencia bioclimático, y desmontable. En el proceso de construcción el edificio no se trasladaron materiales, pues se utilizó la paja y la tierra de los alrededores, por lo que no se gastó energía en el traslado de éstos. Cabe señalar que la construcción no requirió de tantas maquinarias para ser montado. La filosofía, según su creador, es que la huella ecológica en la construcción disminuya y que se regrese al concepto de reciclado de edificios, es decir, que se construya con lo que hay en la naturaleza.

La Nevera del Desierto. Este principio también sirve para conservar alimentos, no sólo para refrescar agua. En este caso no se utiliza un botijo como tal, sino que, entre dos vasijas (una más grande que la otra) se coloca arena, que provoca el mismo proceso. Tal es el caso del sistema desarrollado por el profesor nigeriano Mohammed Bah Abba que se centra en un modelo de conservación/refrigeración mediante vasijas llamado pot-in-pot.

Este sistema de refrigeración ayuda a los agricultores a facilitar su subsistencia,  al reducir el deterioro y desaprovechamiento de comida, al igual que a incrementar sus ingresos y limitar los riesgos de salud derivados de la comida en mal estado. Según el profesor su creación tenía como fin “ayudar a los pobres campesinos de una manera rentable, participativa y sostenible”.

Paredes Botijas. Un equipo de distintas universidades de Andalucía propuso el uso de este efecto para climatizar. El proceso consiste en recubrir la pared exterior con una cámara de aire hecha de cerámica, y en su interior se incorpora un panel conformado por canales que conducen un riego constante por goteo.

Al igual que en un simple botijo, el agua y la cerámica enfría la casa en verano, pero si la intención es calentar, solamente es necesario detener el proceso de goteo para que la cerámica conserve el calor. El enfriamiento se realiza gracias a la evaporación del agua a través de las paredes de cerámica. Para ser más eficaz el sistema deberá que ser colocado en una corriente de aire, en un pasaje, una ventana o cerca de un ventilador.

Usos del barro en la vida cotidiana

La cerámica y la alfarería, aquel arte de convertir la tierra en arcilla o barro y de transformar sus propiedades con el fuego, fueron de los primeros inventos del ser humano. A lo largo de la historia,

algunas técnicas y estilos han sido especialmente codiciados, como la alfarería raku japonesa, la cerámica turca-otomana de Iznik, la artesanía persa en barro, la cerámica mayólica italiana, la neerlandesa de Delft y la alfarería precolombina. El secreto de la fabricación de la porcelana china, cuya búsqueda involucró espionaje, ingeniería inversa, encarcelaciones y alquimia, fue durante siglos un santo grial que buscaban los otomanos, coreanos, japoneses y europeos

Pero hay muchas más tradiciones alfareras en el mundo que no son tan conocidas. En el estado mexicano de Oaxaca hay aproximadamente setenta poblados en los que la mayoría de los habitantes manufactura y comercializa productos de barro. En Santa María de Atzompa se utiliza un vidriado color verde y en San Bartolo Coyotepec, la arcilla se hornea hasta alcanzar un color negro, aunque en general la alfarería de esta región es sencilla, de color café oscuro y en su mayoría no presenta adornos; es decir, no es el tipo de objeto que emociona mucho a los extranjeros

En San Marcos Tlapazola, un pueblo rural zapoteca con aproximadamente 1100 habitantes que se encuentra a una hora de distancia en automóvil de la ciudad de Oaxaca, la alfarería surge de las manos de trescientas mujeres. Durante veinte generaciones, el poblado se ha especializado en utensilios de cocina: comales, que se utilizan para hacer tortillas, y ollas para cocinar, así como molcajetes o morteros para preparar alimentos que venden en los poblados vecinos en el mercado semanal. Un día hace poco, conduje por las montañas de la región de la sierra Madre del Sur hasta la casa de las Matteo, una casona de color rosa mexicano brillante con un portón azul eléctrico donde viven ocho alfareras (que son hermanas, cuñadas y sobrinas). Elia Mateo Martínez, de 38 años, era la única que estaba en casa. A la entrada había esferas de barro que estaban secándose debajo de un techo con la imagen pintada de la Virgen María. Elia me mostró cómo hace un comal. Sus herramientas son una mazorca de maíz para mantener levantada la arcilla, un trozo de guaje para el raspado, cuero para el moldeado y un torno improvisado que consiste en un trozo de un viejo balón de baloncesto en forma de tazón, el cual ella gira a mano y que está puesto encima de una roca. En el patio hay un enorme montículo de tierra que funciona como horno. Cuando las mujeres han moldeado suficientes piezas, ahí introducen leña, parrillas, estiércol, los tiestos y luego lo encienden.

El barro se originó a causa de la gran actividad volcánica que hubo en la era Azoica, esto ocasionó que se hicieran los yacimientos que conocemos actualmente en México. Los estados de la república donde se encuentran mayores yacimientos de barro son los que están ubicados a la altura del eje neovolcánico transversal, como Puebla, Guerrero, Hidalgo, Veracruz, Tlaxcala, Oaxaca, Zacatecas, Durango y Chiapas.

Sin embargo, el barro y la arcilla se convirtieron quizá en el mejor para transmitir sus mensajes. La cerámica pasó entonces a ser una de las actividades fundamentales y por la cual el mundo moderno conoce de las legendarias civilizaciones.Mitos y leyendas, normas y costumbres, dioses, elementos de uso personal, piezas de trabajo, lugares de habitación y situaciones de la vida cotidiana quedaron representadas en figuras fabricadas con arcilla. Algunas bastante reales, tal como se ve en la cerámica de los tumacos, y otras de carácter abstracto, como El barro se originó a causa de la gran actividad volcánica que hubo en la era sucede con las figuras quimbayas.

Independientemente de cualquier estilo utilizado, nuestro territorio fue pródigo en trabajo alfarero. En lo que hoy es Colombia se dieron asiento culturas de un desarrollo artístico destacado, que no solo sorprendieron a Colón y sus acompañantes en 1492 sino que han seguido causando expectativa a lo largo de la historia. Valor incalculable Las formas, las figuras, el color y el diseño, más que sus valores arqueológicos o antropológicos, se han convertido en los parámetros de los que el hombre moderno se vale para conocer más de su origen, encontrar la esencia de sus antepasados y hallarle justificación a muchas de las actitudes del botijo mundo contemporáneo. es una vasija fabricada con arcilla porosa que se ha utilizado durante siglos, incluso milenios, por su capacidad para mantener el agua fresca, hasta 10 grados centígrados por debajo de la temperatura ambiente, es ideal para usar en los días calurosos y secos que abundan, sobretodo, en el verano de las regiones del interior de la península ibérica. Los hay de muchas formas, algunas de las cuales mostramos en las imágenes para información de aquellos que no conocen esta verdadera joya de la tecnología arcaica.

Con este comienzo ya he mencionado algunos factores que influyen en el efecto refrigerador del botijo: la arcilla con la que se elabora y la temperatura de cocción, las condiciones ambientales, la termodinámica del agua e, incluso, la forma de la propia vasija.

Demos un repaso a cada uno de los factores.

Como he dicho, los botijos son vasijas fabricadas con arcilla pero he especificado algo más, es “porosa”. La arcilla está formada por granos pequeños, producto de la erosión de las rocas, granos que interaccionan con el agua formando un barro blando y moldeable. Se

le puede dar forma mientras está húmeda pero al calentarla en un horno, pierde el agua y adquiere dureza. Por regla general, si la arcilla se cuece a temperaturas por debajo de los 1.000 grados, se conservan los huecos entre las partículas de la arcilla y las paredes de la vasija cocida tendrá poros microscópicos por los que, al llenarla, podrá escapar una pequeña cantidad de agua. Si la arcilla se calienta demasiado, se funden algunos de los componentes y se crea un vidrio que sella los poros haciendo las paredes impermeables.

 

  Para hacer un botijo que funcione como refrigerador del agua que contiene en su interior, los poros de la arcilla son imprescindibles. Cuando

llenamos un botijo de agua, una pequeña parte de

ella se va colando por los poros de la arcilla y emprende un camino hacia el

exterior. Si el botijo es bueno, decimos que “suda” porque el agua alcanza la

superficie externa y la humedece. Lógicamente, si los poros han sido

destruidos o tapados ya sea por un proceso de vitrificación o por que se ha

pintado o barnizado el exterior, el botijo no sudará y tampoco enfriará el agua, sólo servirá de adorno.

Así pues, hagamos las cosas bien y escojamos un

botijo que “sude”. Está bien elegido el término, porque el mecanismo de

enfriamiento es el mismo que nos refresca a nosotros cuando sudamos y nos

ponemos en una corriente de aire. Veamos cómo es esto.

Las moléculas de agua en estado líquido se

mueven deslizándose unas sobre otras y chocando entre sí. En el seno del

líquido están en contacto unas con otras, pero en la superficie del agua

algunas moléculas reciben de sus vecinas impulsos lo suficientemente fuertes

como para escapar y mezclarse con el aire. Así se forma una nubecilla de vapor de agua que en condiciones normales se mantiene

cerca de la superficie líquida. Cada vez

que una molécula escapa, el conjunto del líquido

pierde energía de movimiento. Es fácil de entender. Si tenemos un

montón de pelotas que botan y chocan unas con otras y vamos extrayendo a las que se

mueven más rápido, quedarán las más lentas y el conjunto será menos dinámico.

Ese movimiento de las moléculas para nuestro caso, es lo que conocemos

como “calor”. Las moléculas más “calientes” son las que se mueven más rápido y

por eso pueden escapar del líquido; las que van quedando atrás son más lentas y frías.

  En condiciones de equilibrio, alrededor de la superficie líquida, se acumula una gran cantidad de moléculas en movimiento rápido formando vapor, algunas de ellas chocan con la superficie de nuevo, pierden velocidad y se reincorporan al líquido. Cuando escapan tantas moléculas como se reincorporan, se produce un equilibrio y la temperatura del agua se mantiene

constante. Ahora bien, si una pequeña ráfaga de aire arrastra el

vapor, nuevas moléculas escapan del líquido y éste se enfriará.

La superficie del botijo, favorece ese proceso.

Suda, es decir se empapa de agua, una parte de ella se evapora y al hacerlo va

robando calor al agua líquida de la superficie. En un ambiente estanco, la superficie

del botijo quedaría envuelta en una nube de vapor y se alcanzaría el equilibrio.

Ahora bien, si ponemos el botijo en una corriente de aire, una

pequeña brisa basta para arrastrar el vapor que rodea a la vasija provocando que nuevas

moléculas escapen del líquido que empapa la superficie y vengan a ocupar el lugar dejado por el vapor. En el proceso se va perdiendo agua líquida,

que es reemplazada por la que se cuela por los poros. Así pues, mientras tenga agua, el botijo no deja de sudar. De esa manera, la superficie

del botijo situado en una pequeña corriente de aire se irá enfriando y robando calor al agua que queda en el interior.

Ahora bien,no siempre sucede de la misma manera porque hay circunstancias ambientales en las que el mecanismo de enfriamiento del botijo funciona mejor que en otras. Hemos dicho que las moléculas escapan de la superficie sudorosa del botijo, pero imaginen ustedes que el ambiente exterior está cargado de humedad, aquellos que viven en un ambiente

Objetivo

Elaborar un enfriador de ambiente a base de barro sin necesidad de utilizar energía eléctrica

Justificación

Nosotros elegimos este tema porque en lugares rurales muy calurosos no tienen dinero para comprar ventiladores, por eso quisimos hacer un enfriador con cosas muy fáciles de conseguir en zonas rurales.

Hipótesis

Si logramos elaborar un enfriador de ambiente a base de barro sin la necesidad de utilizar energía eléctrica, entonces lograremos enfriar hogares de escasos recursos.

Método (materiales y procedimiento)

Para la realización de este proyecto llevaremos a cabo la siguiente metodología.

Materiales:

-Jarrones de barro

-Cinta de aislar

-Un termómetro digital externo

Procedimiento:

1:Apilar 2 columnas de jarrones de barro

2:Poner 6 capas de cinta de aislar alrededor de los jarrones

 

Galería Método

Resultados

Los resultados que obtuvimos al realizar el prototipo fueron que pudimos comprobar que el barro puede enfriar el ambiente sin necesidad de electricidad por lo que este proyecto ayudará a las comunidades rurales donde no se puede realizar una instalación eléctrica.

Video Exposición

Patrick Mier Estrada

Miguel Angel Vazquez Omaña

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Que el barro puede enfriar el ambiente en temperaturas altas sin necesidad de energía, es un material de bajo costo y que ayudará a comunidades rurales donde no hay instalaciones eléctrica

Bibliografía

http://www.cva.itesm.mx/biblioteca/pagina_con_formato_version_oct/apa.htm

 

Summary

The botijo effect used by ancient cultures to cool water has been used to create sustainable and energy efficient conditioning systems. If the bojito effect goes out in a closed room, the steam and the liquidono continue cooling. That is why there must be a dry air stream outside that takes in water vapor from the outside little buff effect.

 

Research Question

Can the environment be cooled without electricity?

Problem approach

In some very hot rural places they don’t have the scarce resources to buy an air conditioner, that’s why we wanted to make this cooler.

Background

Objective

Make a mud-based room cooler without using electric power

Justification

We chose this topic because in very hot rural places they do not have money to buy fans, so we wanted to make a cooler with things that are very easy to get in rural areas.

 

Hypothesis

If we can make a mud-based room cooler without the need to use electrical energy, then we will be able to cool low-income homes.

 

Method (materials and procedure)

For the realization of this project we will carry out the following methodology.

Materials:

-Clay pots

-Insulating tape

-An external digital thermometer

Process:

1: Stack 2 columns of 2 clay vases

2: Put 6 layers of electrical tape around the vases

3.-Place a little water on top of the clay vases

 

Results

The results we obtained when making the prototype were that we were able to verify that the mud can cool the environment without the need for electricity, so this project will help rural communities where an electrical installation cannot be carried out.

 

Discussion

Conclusions

That mud can cool the environment in high temperatures without the need for energy, is a low-cost material that will help rural communities where there are no electrical installations.

 

Bibliography

http://www.cva.itesm.mx/biblioteca/pagina_con_formato_version_oct/apa.htm