Що ви отримуєте, коли стикаєтеся з новим підходом до збору води з використанням повітряного туману? Відповідь: набагато більше води, ніж ви очікували.
Про розробку туманної арфи, міждисциплінарного поєднання інженерних розробок Virginia Tech з біоміметичним дизайном, було вперше повідомлено в 2018 році. Надія на розробку туманної арфи була проста: у тих регіонах світу, де води мало, а туман присутній, витягування корисної води з туману може стати стійким варіантом. У той час як туманні сітки вже використовуються, чудова ефективність туманної арфи може значно збільшити кількість регіонів світу, де збір туману є життєздатним. Різниця полягає в надприродній здатності туманної арфи витягати воду з менш щільного туману, ніж її попередники.
Розробка туманної арфи
Партнерський підхід являє собою поєднання нового дизайну з існуючою наукою. Наука була ініційована доцентом Джонатаном Борейко з факультету машинобудування Інженерного коледжу. Його група висунула гіпотезу про підхід до арфи та визначила характеристики прототипів арфи. Розробкою проєкту керував доцент Брук Кеннеді з кафедри промислового дизайну в Коледжі архітектури та містобудування. Знання Кеннеді в області розробки продукції і матеріалів довели проєкт до такої міри, що його можна було б прототипувати і протестувати в реальних умовах. І перше фінансування прийшло від Інституту творчості, мистецтва та технології.
“Мільярди людей стикаються з нестачею води у всьому світі”, – сказав Кеннеді. “Ми вважаємо, що туманна арфа є прекрасним прикладом відносно простого, низькотехнологічного винаходу, який використовує розуміння природи, щоб допомогти людям задовольнити найелементарніші потреби”.
У конструкції “арфи” використовуються паралельні дроти для збору води з туману, в той час як сучасні технології, використовувані в усьому світі, в основному засновані на сітці. Лабораторна теорія нового пристрою полягала в тому, що паралельні дроти більш ефективні в зборі води, що дозволяє уникнути засмічення і поліпшити дренаж в колектор. Ранні дрібномасштабні випробування дослідників показали, що в умовах сильного туману вихід води з їх арфи в два рази перевершує сітки.
Потім випробування буквально перемістилися в поля. На відкритих полях ферми Virginia Tech Кентленде, тодішній студент Брендон Харт побудував покрівельні конструкції, щоб запобігти впливу опадів на результати досліджень. Під цими покриттями туманні арфи були розміщені поруч з трьома різними сітчастими комбайнами: один з діаметром дроту, еквівалентним діаметром арфи, інший з діаметром дроту, більш оптимальним для збору води, і один із використанням сітки Raschel mesh – сітки з плоских стрічок у вигляді v-подібних масивів між горизонтальними опорами. Ця v-подібна сітка нині є найпопулярнішою в місцях збору туману по всьому світу.
У той час як в лабораторії використовувалися важкі умови туману, фактичні умови туману, околишні Virginia Tech, як правило, набагато легші. Коли почалися польові випробування, Борейко і Кеннеді скептично ставилися до того, що наявний туман забезпечить зворотний зв’язок, необхідний для проведення відповідних випробувань. Вони були приємно здивовані.
Оскільки туман почав поширюватися по пагорбах долини Нової річки, арфи туману завжди показували результати. У тонкому тумані колекторні труби сітчастих колекторів були повністю позбавлені крапель. Навіть при збільшенні щільності туману арфи продовжували випереджати своїх товаришів. В залежності від щільності туману продуктивність варіювалася від подвоєної до майже 20 разів.
Об’єднавши лабораторні дослідження та польові дані, дослідники визначили, що потенціал збору є результатом безлічі факторів. Найбільшим з них є розмір крапель води між сіткою і арфою. Для того, щоб зібрати воду в обох випадках вона повинна потрапляти на сітку або арфу у міру проходження через неї повітря, прямуючи вниз до точки збору під дією сили тяжіння. Туманні арфи використовують тільки вертикальні проводи, створюючи безперешкодний шлях для рухомих крапель.
Сітчасті колектори, навпаки, мають як горизонтальну, так і вертикальну конструкцію, а краплі води повинні бути значно більші, щоб перетинати горизонтальні полоси. При польових випробуваннях сітчасті колектори зазвичай вимагають, щоб перед спуском краплі досягали розміру приблизно в 100 разів більшої, ніж на арфі. Вода, яка ніколи не капає, просто випаровується і не може бути зібрана.
“Ми вже знали, що в сильному тумані ми можемо отримати як мінімум в два рази більше води”, – сказав Борейко. “Але усвідомлення в ході польових випробувань, що при помірному тумані ми можемо отримати в середньому у 20 разів більше води, дає нам надію на те, що ми зможемо значно збільшити кількість регіонів, де збір туману є життєздатним інструментом для отримання децентралізованої, прісної води”.
Натхнення: econet.ru