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POTENCIAL DE CAPTURA DE AGUA ATMOSFÉRICA EN EL NOROESTE DE MÉXICO
POTENTIAL OF ATMOSPHERIC WATER CAPTURE IN THE NORTHWEST OF MEXICO
POTENCIAL DE CAPTURA DE ÁGUA ATMOSFÉRICA NO NOROESTE DO MÉXICO
POTENCIAL DE CAPTURA DE AGUA ATMOSFÉRICA EN EL NOROESTE DE MÉXICO
Interciencia, vol. 43, núm. 10, pp. 711-715, 2018
Asociación Interciencia
Recepción: 02/02/2018
Corregido: 11/09/2018
Aprobación: 17/09/2018
Resumen: En la actualidad, la disponibilidad de agua dulce y limpia es uno de los retos más importantes a los que se enfrenta la humanidad. El objetivo de esta investigación fue identificar comunidades rurales en el noroeste de México con problemas de escasez de agua (estrés hídrico), pero que presentan condiciones que permitan condensar el agua atmosférica y así subsanar parte de ese problema. Para determinar la potencialidad de las condiciones atmosféricas predominantes en las comunidades, se analizó en cada una de ellas la información sobre humedad relativa y temperatura ambiente de un periodo de tres años (2014-2016). Los datos se obtuvieron de 22 estaciones meteorológicas automatizadas (EMAs) ubicadas en la región. Se identificaron 24 comunidades rurales con un grado de estrés hídrico extremo y con potencial medio para la captura de agua atmosférica. Dichas comunidades se ubican alrededor de las EMAs Presa Abelardo L. Rodríguez, San Juan, Presa Emilio López Zamora y Yécora, y registraron más de 100 días con condiciones de humedad relativa y temperatura óptimas. Esto representa 27,7% del total de las EMAs bajo estudio, donde es posible la captura de agua atmosférica por medios pasivos y activos.
Palabras clave: Atrapanieblas , Captadores Atmosféricos , Estrés Hídrico , Humedad Atmosférica , Punto de Rocío.
Abstract: The availability of fresh and clean water is one of the most important challenges that humanity faces today. The objective in this study was to identify rural communities with water stress problems and appropriate atmospheric conditions to condense water vapor in Northwestern Mexico. We analyzed the relative humidity and temperature data over a period of three years to determine the predominant atmospheric conditions in these communities. The data was obtained from automated meteorological stations (EMAs) installed in this region. We identified 24 rural communities under extreme water stress and with medium potential to capture atmospheric water. These communities are located around the EMAs Presa Abelardo L. Rodríguez, San Juan, Presa Emilio López Zamora and Yécora, and recorded more than 100 days every year with optimum relative humidity and temperature conditions. This represents 27.7% of the total of the EMAs under study, where it is feasable to capture atmospheric water by using passive or active atmospheric water condensation.
Resumo: Na atualidade, a disponibilidade de água doce e limpa é um dos desafios mais importantes aos que se enfrenta a humanidade. O objetivo desta investigação foi identificar comunidades rurais no noroeste do México com problemas de escassez de água (estresse hídrico), mas que apresentam condições que permitam condensar a água atmosférica e assim resolver parte de esse problema. Para determinar a potencialidade das condições atmosféricas predominantes nas comunidades, se analisou em cada uma delas a informação sobre umidade relativa e temperatura ambiente de um período de três anos (2014-2016). Obtiveram-se dados de 22 estações meteorológicas automatizadas (EMAs) localizadas na região. Identificaram-se 24 comunidades rurais com um grau de estresse hídrico extremo e com potencial médio para captura de água atmosférica. Ditas comunidades se situam nas proximidades das EMAs Presa Abelardo L. Rodríguez, San Juan, Presa Emilio López Zamora e Yécora, e registraram mais de 100 dias com condições de umidade relativa e temperatura ótimas. Isto representa 27,7% do total das EMAs sob estudo, onde é possível a captura de água atmosférica por meios passivos e ativos.
Introducción
A escala mundial, la escasez de agua afecta a casi 1200 millones de personas. Casi una quinta parte de la población global vive en áreas de carencia física de agua, al tiempo que otros 500 millones se aproximan a esta situación. Además, 1600×106 (cerca de una cuarta parte del total mundial), enfrentan problemas de escasez económica de agua, ya que los países requieren infraestructura para transportar el agua desde ríos y acuíferos (ONU-DAES, 2014).
La escasez de agua se mide hidrológicamente a través de la relación agua/población: una zona experimenta estrés hídrico cuando el suministro anual de agua es <1700m3/persona, escasez de agua si es <1000m3/persona, y escasez absoluta, si es <500 m3/persona.
Según la ONU-DAES (2014), casi 700 millones de personas procedentes de 43 países, sufren escasez de agua en la actualidad, mientras que las estimaciones para el año 2025 indican que 1800 millones vivirán en países o regiones con escasez absoluta de agua y dos terceras partes de la población mundial podrían hacerlo en condiciones de estrés hídrico. En el contexto de cambio climático, casi la mitad de la población global vivirá en áreas de estrés hídrico para el 2030, incluidos entre 75 y 250 millones de personas de África. Además, la escasez de agua en áreas áridas o semiáridas provocará el desplazamiento de entre 24 y 700 millones de personas.
Por ese motivo, la recolección de niebla para generar agua limpia ha atraído la atención de investigadores en las últimas décadas. En Chile se han desarrollado estudios del aprovechamiento de la neblina con fines domésticos (Schemenauer et al., 1988). De hecho, este país es pionero en el aprovechamiento del agua atmosférica, y ha innovado la forma de acceder al recurso.
La captura de agua atmosférica es una tecnología simple y sostenible, con base en la exposición de una malla tipo Raschel a las masas de aire con niebla (Klemm et al., 2012). De esta manera, la malla retiene el agua que se encuentra suspendida en el ambiente, la que a su vez depende de la saturación del aire, pudiéndose obtener por métodos de captación activa o pasiva (Bautista et al., 2013).
El método pasivo consiste en sistemas que no consumen energía para que ocurra la condensación del agua y se emplea en lugares donde las condiciones climáticas favorecen la formación de niebla, donde la humedad relativa oscila entre 90 y 100%. Para que de manera natural se condense el agua que en forma gaseosa está en la atmósfera, únicamente se requiere de una superficie de contacto con temperatura adecuada (punto de rocío) (Bautista et al., 2013). El método pasivo no requiere suministro de energía adicional, ya que se fundamenta en condiciones climáticas que favorecen la formación de niebla densa (Thomas, 2003). Por lo anterior, los atrapanieblas pueden atender necesidades de comunidades situadas en zonas marginales. Sin embargo, la cantidad de agua condensada que obtienen es, por lo general, reducida y depende de la humedad relativa, la temperatura, el viento y de la variabilidad interanual.
A diferencia de los dispositivos anteriores, los de captación activa requieren energía para disminuir la temperatura que se produce en su interior, cuando atraen las moléculas de agua que se encuentran en la atmósfera y logran su condensación al alcanzar el punto de rocío. Estos dispositivos se emplean en regiones donde el punto de rocío es menor a la temperatura ambiental, o bien donde la humedad relativa se encuentra entre 50 y 70%, lo que indica que el ambiente tiene una cantidad de agua insuficiente para permitir su condensación de forma natural (Bautista et al., 2013).
En diversas localidades del mundo se ha demostrado que la captura de agua atmosférica es una excelente alternativa para obtener agua de consumo humano. Schemenauer et al. (1988) reportan que la comunidad de Chungungo, Chile, se abastece de este recurso con un rendimiento promedio anual de 4L·m-2/día. Marzol (2002) menciona que en las islas Canarias los volúmenes de agua obtenida son de 4L·m-2/día en invierno y en verano; y cerca de la costa, hasta 5L·m-2/día. También Estrela et al. (2008) reportan que en el sur de la región de Valencia, España, las tasas anuales de rendimiento de agua de niebla son de 7,1L·m-2/día, en tanto en el norte son de 4L·m-2/día. Ghassan (2009) menciona que en zonas altas de Arabia Saudita, como el poblado de Alsooda, la producción promedio es de 6,215L·m-2/día; y en altitudes más bajas, como la ciudad de Abha, de 3,3L·m-2/día.
La captación de agua atmosférica mediante métodos pasivos se ha estudiado en más de 20 países, ya que es una alternativa útil y con alto potencial para complementar el abasto de agua cuando otras fuentes de suministro son escasas. Por ello, es una excelente opción para la captura de agua atmosférica en regiones áridas y semiáridas remotas (Schemenauer y Cereceda, 1994; Abdul y Lea 2008; Klemm et al., 2012).
En ese contexto, numerosas comunidades de México presentan problemas de escasez de agua, debido a diversos factores como las condiciones climáticas y geográficas. Esto, aunado al incremento poblacional, deriva en la creciente necesidad de agua, por lo que se torna indispensable buscar fuentes adicionales de abastecimiento de agua. El objetivo de este trabajo fue identificar las comunidades rurales en el noroeste de México que presentan estrés hídrico y tienen condiciones para condensar el agua atmosférica con fines domésticos.
Materiales y Métodos
Localización geográfica
El estudio se realizó para la región noroeste de México, que comprende los estados de Baja California, Baja California Sur, Sinaloa y Sonora, con una superficie total de 382,079km2 (Figura 1). El clima en la región se presenta de la siguiente manera:
Sinaloa exhibe climas cálido subhúmedo (37,14%), cálido semi-seco (21,27%), cálido seco (18,56%), semi-cálido subhúmedo (11,02%), cálido muy seco (9,75%) y templado subhúmedo (2,26%); registra una precipitación media anual de 790mm y una temperatura media anual de 25ºC. Sonora presenta en la Sierra Madre Occidental (corresponde a 48% de su territorio) un clima seco y semi-seco, en las llanuras costeras del Golfo (46,5%) un clima muy seco, hacia el este de la entidad un clima templado subhúmedo (4%) y hacia el sureste cálido subhúmedo (1,5%); la precipitación promedio anual es de 450mm y la temperatura media anual de 22ºC; la época de lluvias se presenta en verano, en los meses de julio y agosto. En Baja California Sur se encuentran climas muy seco (92%), seco y semiseco (7%), y templado subhúmedo (1%) en la región de la sierra de la Laguna; la precipitación promedio anual es <200mm y la temperatura media anual 18-22ºC; Las lluvias son muy escasas y ocurren en verano. En Baja California Norte se distinguen los climas muy seco (69%), seco (24%), templado subhúmedo y semi-frío (7%) principalmente en las Sierras de Juárez y San Pedro Mártir; la precipitación promedio anual es de 200mm y la temperatura media anual de 18-19ºC, mientras que las temperaturas más altas (>30ºC) se presentan de mayo a septiembre (INEGI, 2017).
Figura 1
Localización de las Estaciones Meteorológicas Automatizadas en el noroeste de México
Comunidades rurales de la región con desabasto de agua
La información documental se obtuvo de las bases de datos del Instituto Nacional de Geografía e Informática (INEGI) 2016. Se recopilaron los nombres, las coordenadas geográficas y el número total de viviendas por comunidad; igualmente se registró el número de viviendas con agua entubada y viviendas sin servicio de abastecimiento de agua. Estos datos permitieron clasificar el grado de desabastecimiento de agua, considerando la regla de proporción de la Tabla I.
Humedad relativa y temperatura
La información climática se obtuvo de 22 estaciones meteorológicas automatizadas (EMAs) instaladas en la zona de estudio (Figura 1). Se recopilaron datos de humedad relativa y temperatura de cada 10min, por un período de tres años (2014-2016) (CONAGUA, 2017). Se integró una base de datos que permitió establecer los sitios que contaron con factibilidad técnica para capturar el agua atmosférica, lo que se estimó calculando el punto de rocío mediante la fórmula de Lisney et al. (1994),
donde: Pr: punto de rocío, T: temperatura (ºC), H: humedad relativa.
Para determinar las condiciones de captura pasiva y activa, se calculó la diferencia entre la temperatura ambiente y el punto de rocío. Los valores obtenidos se clasificaron bajo el criterio de que la menor diferencia de temperatura, representa mayores condiciones para la captura pasiva y viceversa. En otras palabras, la captación pasiva se consideró posible cuando la diferencia entre la temperatura ambiente y el punto de rocío se encontró en el intervalo de -1,0 a 1,8ºC (Grillo y Achkienasi et al., 2013).
La captación activa se estimó viable, cuando la diferencia osciló entre 1,9 y 5ºC, ya que este intervalo de temperatura es el que menor costo genera bajo este propósito, de acuerdo con Bautista et al. (2011).
Para los datos de captación pasiva y activa se agruparon y calcularon, por regla de proporción, los días al año que tienen estas condiciones durante 24h (Tabla II).
Elaborada con información de Pilar Cereceda Troncoso (2016).
Resultados y Discusión
La base de datos integró 4363 comunidades rurales en la región del noroeste de México. Aquellas que padecen estrés hídrico y presentaron condiciones para condensar agua atmosférica, se enlistan en la Tabla III. Se identificaron 24 comunidades con grado de estrés hídrico extremo y potencial medio para la captura de agua atmosférica, las cuales se encuentran alrededor de las EMAs Yécora, Presa Emilio López Zamora, Presa Abelardo L. Rodríguez y San Juan y representaron un 0,5% del total de las comunidades bajo estudio.
EMA: estación meteorológica automatizada; -: sin comunidades con grado de estrés.
Esas 24 comunidades con grado de estrés hídrico extremo registraron más de 100 días con condiciones de humedad relativa y temperatura óptimas, lo que favorece la captura de agua atmosférica por medios pasivos y activos. El mayor número de localidades con grado de estrés extremo hídrico, correspondió a la EMA Presa Abelardo L. Rodríguez, seguida de San Juan y Yécora.
En la Tabla IV se observa que del total de 4363 comunidades rurales del noroeste de México consideradas, 2276 (52,2%) presentaron grado extremo de estrés hídrico. Baja California Sur registró 64,9%; Sinaloa 55,3%, Baja California 42,6% y Sonora 38,3%. Así mismo, se categorizaron 1180 comunidades rurales con bajo grado de estrés en la región noroeste, equivalentes a 27,04% del total de las localidades analizadas.
Con base en las condiciones atmosféricas de las EMAs, se encontró que solo 27,3% de las comunidades tiene un potencial medio para condensar el agua atmosférica. Esta proporción disminuye a 11,8% si solo se considera la captura de agua en forma pasiva; el resto de las localidades presentan un portencial de aprovechamiento escaso (Tabla V).
BCS: Baja California Sur; BCN: Baja California Norte; CP: captación pasiva; CA: captación activa; x: sin datos.
En lo que refiere a la captación pasiva, las comunidades de la EMA Presa Abelardo Rodríguez, obtuvieron el mayor promedio con 102 días. En cambio, la captura activa mostró mayor viabilidad para el sitio de la EMA de San Quintín (Baja California), con un promedio de 115 días; este sitio también registró 183 días en promedio con condiciones favorables para la cosecha de agua atmosférica activa y pasiva. No obstante, en el sitio no se encontraron comunidades con estrés hídrico (Tabla III).
De acuerdo con los resultados obtenidos en este estudio, 24 comunidades con grado de estrés hídrico extremo tienen potencial medio para la captura de agua atmosférica. Sin embargo, se recomienda realizar un análisis de factibilidad sobre la cantidad de agua que se puede obtener y el costo energético que ello implica. Por lo tanto, se sugiere instrumentar algunos dispositivos como el standard fog collector (Schemenauer y Cereceda, 1994), con la finalidad de medir la cantidad de agua que se puede obtener bajo condiciones de niebla (captador pasivo).
Por otro lado, se observa la necesidad de instalar más EMAs, con la finalidad de aumentar la cobertura del territorio mexicano y por ende, incrementar la información climatológica. Las EMAs del noroeste de México cubren 1727,9km2 (cada una cubre radialmente 5km) lo que representa 0,44% del territorio mexicano.
Conclusiones
En la región noroeste de México, 24 comunidades rurales con grado de estrés hídrico extremo tienen un potencial medio para la captura de agua atmosférica. Estas comunidades se ubican alrededor de las estaciones meteorológicas automatizadas Presa Abelardo L. Rodríguez, San Juan, Presa Emilio López Zamora y Yécora. Los resultados mostraron que 27% de las estaciones tienen un potencial medio para condensar el agua atmosférica, vías activa y pasiva. En el caso de captura pasiva, 11,8% de los sitios analizados presentan un potencial medio.
Agradecimientos
Los autores agradecen el apoyo económico del Programa para el Desarrollo Profesional Docente (PRODEP), a la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) por la información climática, a Julián Armando Yañez Arvizu del Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI) por la información y el procesamiento de datos, y a Pilar Cereceda Troncoso por la información que permitió elaborar la Tabla II.
REFERENCIAS
Abdul W, Lea V (2008) Causal Factors for Nighttime Increases in Temperature Observed at a Coastal Meteorological Station. Environ. Eng. Sci. 25: 791-796.
Bautista-Olivas A, Tovar-Salinas J, Palacios-Vélez O, Mancilla-Villa O (2011) La humedad atmosférica como fuente opcional de agua para uso doméstico. Agrociencia 3(45): 293-301
Bautista-Olivas A, Tovar-Salinas J, Mancilla-Villa O (2013) ¿Puede utilizarse el agua atmosférica para el consumo doméstico y universal? Agroproductividad 6(3): 15-20.
CONAGUA (2017) Información Climatológica. Servicio Meteorológico Nacional. Comisión Nacional del Agua. México. http://smn.cna.gob.mx/es/emas.
Estrela MJ, Valiente JA, Corel David, Millan M (2008) Fog collection in the western Mediterranean basin (Valencia region, Spain) Atmos. Res. 87: 324-337.
Ghassan A. Al-hassan (2009) Fog Water Collection Evaluation in Asir Region-Saudi Arabia. Water Resour. Manag. 23: 2805-2813.
Grillo N, Achkienasi A (2013) La niebla en el Aeropuerto Internacional José Martí, su relación con los eventos y variables meteorológicas. Water Resour. Manag. 23: 2805-2813.
INEGI (2016) Mapa Digital. Instituto Nacional de Estadística y Geografía. México. http://gaia.inegi.org.mx/mdm6/?v=bGF0OjIzLjMyMDA4LGxvbjotMTAyLjE0NTY1LHo6MSxsOmMxMTFzZXJ2aWNpb3N8dGMxMTFzZXJ2aWNpb3M=
INEGI (2017) Sobreexplotación y Contaminación -Agua. Cuéntame. Instituto Nacional de Estadística y Geografía. México. http://cuentame.inegi.org.mx/territorio/agua/sobreexplota.aspx?tema=T
Klemm O, Schemenauer R, Lummerich A, Cereceda P, Marzol V, Corell D, Fessehaye G (2012) Fog as a fresh-water resource: Overview and perspectives. Ambio 41: 221-234.
Lisney R, Kohler M, Paulus J (1994) Hidrología para Ingenieros, Mc Graw-Hill. México. 386 pp.
Marzol J (2002) Fog water collection in a rural park in the Canary Islands (Spain). Atmos. Res. 64: 239-250.
ONU-DAES (2014) Decenio Internacional para la acción “El agua fuente de vida”, 2005-2015. Departamento de Asuntos Económicos y Sociales. Organización de las Naciones Unidas. http://www.un.org/spanish/waterforlifedecade/scarcity.shtml
Schemenauer R, Fuenzalida H, Cereceda P (1988) A neglected water resource: the camanchaca of South America. Bull. Am. Meteirol. Soc. 69: 138-147.
Schemenauer R, Cereceda P (1994) A proposed standard fog collector for use in high-elevation regions. J. Appl. Meteorol. 33: 1313-1322.
Thomas T (2003) Memoria de la XI Conferencia Internacional Sobre Sistemas de Captación de Agua de Lluvia.
Notas de autor
Enlace alternativo
https://www.interciencia.net/wp-content/uploads/2018/10/711-BAUTISTA-43_10.pdf (pdf)