«Туманная арфа» собирает воду даже в самом легком тумане
О разработке туманной арфы, междисциплинарного сочетания инженерных разработок Virginia Tech с биомиметическим дизайном, было впервые сообщено в 2018 году. Надежда на разработку туманной арфы была проста: в тех регионах мира, где воды мало, а туман присутствует, извлечение полезной воды из тумана может стать устойчивым вариантом. В то время как туманные сетки уже используются, превосходная эффективность туманной арфы может значительно увеличить количество регионов мира, где сбор тумана является жизнеспособным. Разница заключается в сверхъестественной способности туманной арфы извлекать воду из менее плотного тумана, чем ее предшественники.
Партнерский подход представляет собой сочетание нового дизайна с существующей наукой. Наука была инициирована доцентом Джонатаном Борейко с факультета машиностроения Инженерного колледжа. Его группа выдвинула гипотезу о подходе к арфе и охарактеризовала характеристики прототипов арфы. Разработкой проекта руководил доцент Брук Кеннеди с кафедры промышленного дизайна в Колледже архитектуры и градостроительства. Знания Кеннеди в области разработки продукции и материалов довели проект до такой степени, что его можно было бы прототипировать и протестировать в реальных условиях. И первое финансирование пришло от Института творчества, искусства и технологии.
«Миллиарды людей сталкиваются с нехваткой воды во всем мире», – сказал Кеннеди. «Мы считаем, что туманная арфа является прекрасным примером относительно простого, низкотехнологичного изобретения, которое использует понимание природы, чтобы помочь сообществам удовлетворить их самые элементарные потребности».
В конструкции «арфы» используются параллельные провода для сбора воды из тумана, в то время как современные технологии, используемые во всем мире, в основном основаны на сетке. Лабораторная теория нового устройства заключалась в том, что параллельные провода более эффективны в сборе воды, что позволяет избежать засорения и улучшить дренаж в коллектор. Ранние мелкомасштабные испытания исследователей показали, что в условиях сильного тумана выход воды из их арфы в два раза превосходят сетки.
Затем испытания буквально переместились в поле. На открытых полях фермы Virginia Tech в Кентленде, тогдашний студент Брэндон Харт построил кровельные конструкции, чтобы предотвратить влияние осадков на результаты исследований. Под этими покрытиями туманные арфы были размещены рядом с тремя различными сетчатыми комбайнами: один с диаметром проволоки, эквивалентным диаметру арфы, другой с диаметром проволоки, более оптимальным для сбора воды, и один с использованием сетки Raschel mesh – сетки из плоских лент в виде v-образных массивов между горизонтальными опорами. Эта v-образная сетка в настоящее время является самой популярной в местах сбора тумана по всему миру.
В то время как в лаборатории использовались тяжелые условия тумана, фактические условия тумана, окружающие Virginia Tech, как правило, намного легче. Когда начались полевые испытания, Борейко и Кеннеди скептически относились к тому, что имеющийся туман обеспечит обратную связь, необходимую для проведения адекватных испытаний. Они были приятно удивлены.
Поскольку туман начал распространяться по холмам долины Новой реки, арфы тумана всегда показывали результаты. В тонком тумане коллекторные трубы сетчатых коллекторов были полностью лишены капель. Даже при увеличении плотности тумана арфы продолжали опережать своих товарищей. В зависимости от плотности тумана производительность варьировалась от удвоенной до почти 20 раз.
Объединив лабораторные исследования и полевые данные, исследователи определили, что потенциал сбора является результатом множества факторов. Самым большим из них является размер капель собираемой воды между сеткой и арфой. Для того, чтобы собрать воду в обоих случаях, она должна попадать на сетку или арфу по мере прохождения через нее воздуха, направляясь вниз, в точки сбора под действием силы тяжести. Туманные арфы используют только вертикальные провода, создавая беспрепятственный путь для подвижных капель.
Сетчатые коллекторы, напротив, имеют как горизонтальную, так и вертикальную конструкцию, а капли воды должны быть значительно больше, чтобы пересекать горизонтальные куски. При полевых испытаниях сетчатые коллекторы обычно требуют, чтобы перед спуском капли достигали размера примерно в 100 раз большего, чем на арфе. Вода, которая никогда не капает, просто испаряется и не может быть собрана.
«Мы уже знали, что в сильном тумане мы можем получить как минимум в два раза больше воды», – сказал Борейко. «Но осознание в ходе полевых испытаний, что при умеренном тумане мы можем получить в среднем в 20 раз больше воды, дает нам надежду на то, что мы сможем значительно увеличить ширину регионов, где сбор тумана является жизнеспособным инструментом для получения децентрализованной, пресной воды».
https://econet.ru/articles/tumannaya-arfa-sobiraet-vodu-dazhe-v-samom-legkom-tumane