Tågeharpe øger opsamlingskapaciteten for rent vand

Tåghøstning kan ligne finurligt arbejde.

Trods alt, installation af kæmpe net langs bjergskråninger og bjergtoppe for at fange vand ud af den tynde luft lyder mere som tåbelighed end videnskab. Imidlertid, praksis er blevet en vigtig vej til rent vand for mange, der lever i tørre og halvtørre klimaer rundt om i verden.

En passiv, holdbar, og effektiv metode til vandopsamling, tågehøst består i at fange de mikroskopiske dråber vand hængende i vinden, der udgør tåge. Tåghøst er mulig - og har vundet indpas i løbet af de sidste årtier - i områder i Afrika, Sydamerika, Asien, Mellemøsten, og endda Californien. Som illustreret af de seneste overskrifter i Sydafrikas nedtælling til "Day Zero, "eller den dag vandhanerne forventes at løbe tør, vandmangel er fortsat et voksende problem over hele kloden. Førende forskere vurderer nu, at to tredjedele af verdens befolkning allerede lever under alvorlige vandmangel mindst en måned om året.

Tåghøstning kan hjælpe med at afhjælpe denne mangel, og nu har et tværfagligt forskerhold hos Virginia Tech forbedret det traditionelle design af tågegarn for at øge deres opsamlingskapacitet tredobbelt.

Udgivet i ACS -anvendte materialer og grænseflader og delvist finansieret af Virginia Tech Institute for Creativity, Kunst, og teknologi, teamets forskning viser, hvordan et lodret udvalg af parallelle ledninger kan ændre prognosen for tågemaskiner. I et design har forskerne døbt "tågeharpe, "Disse lodrette ledninger kaster bittesmå vanddråber hurtigere og mere effektivt end det traditionelle netnet, der bruges i tågenet.

"Set fra et designmæssigt synspunkt, Jeg har altid fundet det lidt magisk, at du i det væsentlige kan bruge noget, der ligner skærmdørnet til at oversætte tåge til drikkevand, "sagde Brook Kennedy, lektor i industrielt design i College of Architecture and Urban Studies og en af ​​undersøgelsens medforfattere. "Men disse parallelle trådarrays er virkelig tågeharpens særlige ingrediens."

Tågenet har været i brug siden 1980'erne og kan give rent vand i ethvert område, der oplever hyppige, bevægende tåge. Når vinden bevæger tågen mikroskopiske vanddråber gennem netene, nogle bliver fanget på nettets ophængte ledninger. Disse dråber samler sig og smelter sammen, indtil de har vægt nok til at rejse ned over netene og slå sig ned i opsamlingstragte nedenfor. I nogle af de største tåghøstningsprojekter, disse net samler i gennemsnit 6, 000 liter vand hver dag.

Imidlertid, det traditionelle maskedesign af tågenet har længe udgjort et problem med dobbelt begrænsning for forskere og ingeniører. Hvis hullerne i masken er for store, vanddråber passerer igennem uden at fange netets ledninger. Hvis masken er for fin, netene fanger mere vand, men vanddråberne tilstopper masken uden at løbe ned i renden, og vinden bevæger sig ikke længere gennem netene.

Dermed, tågegarn sigter mod en mellemvej, en Goldilocks -zone med tågehøstning:net, der ikke er for stort og ikke for lille. Dette kompromis betyder, at net kan undgå tilstopning, men de fanger ikke så meget vand, som de kunne være.

"Det er et effektivitetsproblem og motivationen for vores forskning, "sagde Jonathan Boreyko, adjunkt i Institut for Biomedicinsk Teknik og Mekanik i Ingeniørhøjskolen. Som medforfatter af undersøgelsen, Boreyko rådførte sig med teori og fysiske aspekter af tågeharpens design.

"Det skjulte regime med at gøre ledningerne mindre, men ikke tilstoppe, er det, vi forsøgte at opnå. Det ville være det bedste fra begge verdener, " han sagde.

Da vanddråberne fanget i et tågenet bevæger sig nedad med tyngdekraften, Boreyko antog, at fjernelse af de vandrette ledninger i nettet ville afhjælpe noget af tilstopningen. I mellemtiden, Kennedy, der har specialiseret sig i biomimetisk design, fandt sin inspiration til tågeharpen i naturen.

"Gennemsnitlig, kystnære redwoods stole på tåge dryp for omkring en tredjedel af deres vandindtag, "sagde Kennedy." Disse sequoia -træer, der lever langs Californiens kyst, har udviklet sig over lange perioder for at drage fordel af det tåget klima. Their needles, like those of a traditional pine tree, are organized in a type of linear array. You don't see cross meshes."

Mark Anderson, a study co-author and then-undergraduate student in the Department of Mechanical Engineering, built several scale models of the fog harp with varying sizes of wires. Weiwei Shi, a doctoral student in the engineering mechanics doctoral program as well as the study's lead author, tested the small prototypes in an environmental chamber and developed a theoretical model of the experiment.

"We found that the smaller the wires, the more efficient the water collection was, " said Boreyko. "These vertical arrays kept catching more and more fog, but the clogging never happened."

The team has already constructed a larger prototype of the fog harp - a vertical array of 700 wires that measures 3 feet by 3 feet - in an effort led by Josh Tulkoff, study co-author and a then-undergraduate student in the industrial design program. They plan to test the prototype on nearby Kentland Farm.

Through its unique combination of science and design, the researchers hope the fog harp will one day make a big impact where it's needed most - in the bottom of the water bucket.