Monday, August 5, 2013

Fabricar un Destilador Solar de una Caja de Cartón


En La Escuela Naciones Unidas (en El Ocotal, Yuscarán, El Paraíso, Honduras) tenemos un panel solar, una batería de descarga profunda y un inversor para impulsar nuestras computadora, radio y equipo de CD.  El mantenimiento de la batería require agua destilada, pero aquí el agua destilada es algo caro.  Para una fuente barrata de agua destilada, nosotros los alumnos de sexto grado fabricamos un destilador solar.



El Principio

El principio de nuestro destilador es aprovechar la energía del sol pasando por un vidrio para calentar el agua, que luego evapora y condensa en la superficia inferior del vidrio.  El vidrio está inclinado para que el agua condensada corra hacia abajo contra una barrera donde gotea a un canal.  El canal también está inclinado y dirige el agua por medio de una manguera a un depósito.





La Caja de Cartón

Usamos una caja robusta de cartón corrugado aproximadamente 50 cm (20 in) de largo, 30 cm (12 in)  de ancho y 30 cm (12 in) de alto.  En un lado del cartón que nombramos el frente rayamos una línea horizontal 15 cm (6 in) de arriba del fondo de la caja.  De cada extremo de ésta línea rayamos una línea a la esquina más alta en la parte posterior de la caja.  Luego con una navaja cortamos cuidadosamente a lo largo de la línea para dejar el frente de la caja más baja que la parte posterior y cada lado inclinado hacia el frente. 

 

De la parte quitada de la caja, cortamos una regla 8 cm (3 in) de ancho con pestañas como se ven en el diagrama.  Ésta doblamos a la mitad (la línea punteada en el diagrama) para formar un canal en forma de "V."  Pegamos el canal en el lado interior del frente de la caja con la punta de la "V" en un extremo del canal 5 cm (2 in) de arriba del fondo de la caja y el otro extremo 5 cm (2 in) más alto.  En el fondo de la "V" del extremo más baja, perforamos un abertura para colocar un codo de plástico para manguera.  Aplicamos pegamento para sellar el hoyo y fijar el codo en su lugar.
 















 






       Así apareció la caja al terminar.










Luego cubrimos el cartón con una resina poliestérica (como se usa con fibra de vidrio).  Mezclamos la resina en lotes pequeños, agregando el endurecedor (catalizador) y revolviendolo bien justo antes de la aplicación.  Es importante usar el tipo de resina para la capa acabada ( a veces llamada la "capa gel") en vez de la resina que se usa para laminar, para que el acabado quede seco en vez de pegajoso.  Puesto que la resina endurecida no se puede quitar de la ropa, es prudente usar ropa vieja.  Usamos gafas para proteger los ojos y guantes desechables de vinilo.  Protegimos la mesa con un mantel de plástico.


Pintamos todas las superficies (por dentro y por fuera) con una capa gruesa de la resina, asegurandose que ningún cartón quede destapado.  Trabajamos rapidamente porque la resina comenzó a endurecer y una vez endurecida no se quita con solvente.  Entre los lotes, limpiamos la brocha con acetona.  También antes de que se endureciera, limpiamos los derrames con acetona y papel toalla.









Cuando la primera capa había endurecido, aplicamos una masilla plástica (como se usa para reparar los daños en la carrocería) para tapar todas las posibles vías de agua.  Esta masilla, como la resina para fibra de vidrio, tiene dos componentes-- la masilla propia y un endurecedor (un catalizador).  Revolvimos bien los dos componentes antes de aplicarlos y puesto que la masilla endureció muy rápido, la mezclamos en lotes pequeños.







Aplicamos la masilla con espátulas plásticas, forzandola en todos los huecos y ranuras donde el agua podría fugar o penetrar al cartón.  Trabajamos rapidamente para aplicar un lote de la masilla antes de que se endureciera.





 


Cuando la masilla plástica había endurecida, la lijamos para dejarla lisa.  Fijamos de modo especial en hacer plana la orilla de arriba para que el vidrio se sentara en una orilla recta sin aperturas.  Luego aplicamos a todo 2 manos mas de la resina poliestérica.
 











El Vidrio de Plástico

Fabricamos el vidrio de una lámina acrílica de 3 mm (1/8 in) de grosor.  En vez de cortar la lámina, la rayamos y la quebramos en una manera similar a "cortar" cristalina.  Primero fijamos la lámina con grampas entre dos ángulos de hierro a la orilla de la mesa.  Luego, usando el ángulo como una guía de borde recto y empujando hacia abajo con mucha fuerza, hicimos una raya profunda con la punta de la cuchilla.  Se necesitó 10-20 pasos para hacer una raya suficiente profunda para obtener una quebradura recta sin fallas.




El plástico acrílico es demasiado duro para rayar con la navaja que usamos para cortar el cartón.  La herramienta que nosotros usamos fué una hoja quebrada de segeta envuelta con cinta para proteger la mano.  Usando la punta aguja del extremo quebrado, fué posible cincilar astillas del plástco tirando la hoja a lo largo de la guía de borde recto.

 



Elaboramos varias reglas de 2.5 cm (1 in) de ancho para formar los lados y el barrera gotera del vidrio.  Quebramos las reglas al largo deseado al rayar y quebrar como antes.





 



Pegamos las reglas a la orilla trasera y los lados del vidrio con un cemento multi-uso nitro-celulosa (Duco cement).














Cortamos pedacitos de cartón al mismo ángulo de la esquina más arriba del lado de la caja y los fijamos provisionalmente con cinta para sostener la regla gotera al ángulo correcto mientras que el pegamento se secó.









La Base de Madera


 


Fabricamos la base de madera, fijando de modo especial medir y escuadrar cuidadosamente.












 

Ensamblamos el marco con tornillos, usando un taladro con una broca de desarmador Philips para facilitar el trabajo.











Antes de colocar la base sobre los 4 ladrillos, los nivelamos cuidadosamente, excarvando un poco de tierra donde necesario.






 

Después de colocar el marco de madera sobre los ladrillos, fijamos que no se tambaleara y chequeamos el nivel otra vez.








El depósito del agua destilada es una botella límpia de plástico con un hoyo en la tapadera por lo cual la manguera puede pasar bien apretado sin aberturas.  Como una medida adicional para mantener limpia el agua destilada, pasamos la manguera por un embudo invertido de la parte superior de otro botella que también tuvo un hoyo apretado a la manguera.  Una vez colocado la botella, deslisamos el embudo hacia abajo para encerrar la tapadera del depósito.









Así apareció el destilador con la caja colocada.












Luego añadimos agua hasta el nivel de la parte inferior del canal, fijando bien que el agua no salpicara al canal para agua destilada.  Echamos un poco de carbón molido en el agua para aumentar la absorción de la energía del sol.




 



Luego colocamos el vidrio...








    ... ¡y retrocedamos para admirar nuestro trabajo!




Making a Solar Still from a Cardboard Box




In the Escuela Naciones Unidas (the school in El Ocotal, Yuscarán, El Paraíso, Honduras) we have a solar panel, a deep-cycle battery, and an inverter to power our computer, radio, and CD-player.  Maintenance of the battery requires distilled water, but locally distilled water is quite expensive.  To provide an inexpensive source of distilled water, we in the 6th-grade class constructed a solar still.


The Principle
 
The principle behind our solar still is to use the energy of the sun passing through a transparent window to heat water, which then evaporates and condenses on the under surface of the window.  The window is sloped so that the condensed water runs down to a barrier and drips off into a trough.  The trough is also sloped and directs the water through a hose into a container.







The Cardboard Box

We used a sturdy, corrugated cardboard box about 50 cm (20 in) long, 30 cm (12 in) wide, and 30 cm (12 in) high.  On one side of the box that we'll call the front, we drew a horizontal line 15 cm (6 in) above the bottom of the box.  From each end of that line, we then drew a line up to the top corner of the back of the box.  We then carefully cut along the line with a sharp utility knife to leave the front of the box lower than the back and each end sloped toward the front.

From the cut-off top portion of the box, we cut a band 8 cm (3 in) wide with tabs on the ends as shown in the diagram and folded it in the middle (the dotted line in the diagram) to form a V-shaped trough.  We glued the trough inside the front of the box with the bottom of the "V" at one end 5 cm (2 in) from the bottom of the box and the other end about 5 cm (2 in) higher.  At the bottom of the "V" at the lower end, we drilled a hole to fit a plastic hose elbow and glued the elbow in place.



















 






This is what the box looked like when we were done.








We then covered the cardboard with polyester resin (the kind that is used with fiberglass.)  We prepared the resin in small batches, adding the hardener (catalyst) with thorough mixing just before it was applied.    It is important to use the kind of resin that is used for the finish coat (sometimes called the "gel coat") rather than the resin that is used for laminating, so that the finished surface is dry rather than sticky.  Since the hardened resin cannot be cleaned from clothes, it is best to wear old clothes.  We also used eye protection and plastic gloves, and we covered the table with a plastic sheet to protect it.


We painted every surface (inside and out) with a thick coat of the resin, making sure that no cardboard was left exposed.  We had to work quickly because the resin began to harden, and once hardened, it couldn't be removed with the solvent.  Between batches, we cleaned the paintbrush with acetone.  We also cleaned up any spills before they hardened with acetone and a  paper towel.


After the first coat of resin had hardened, we used autobody filler to fill all possible leaks.  The autobody filler, like the fiberglass resin, has two components--a putty-like resin and a hardener (catalyst).  We mixed the two components thoroughly before application, and since the autobody filler hardened very quickly, we mixed it in small batches.

We applied the autobody filler with plastic spatulas, forcing it into all the holes, cracks, and crevices where water might leak out or penetrate into the cardboad.  We worked quickly to use up a batch of filler before it hardened.





Once the autobody filler had hardened, we sanded it to remove all the rough spots.  We paid particular attention to make the the top edge flat because the window has to rest on a straight edge with no gaps.  We then applied 2 more coats of polyester resin to the entire box.












The Plastic Window

We made the window out of a sheet of acrylic plastic 3 mm (1/8 in) thick.  Rather than cut the plastic, we scored it and broke it much the same way you would with glass.  We first clamped the plastic between two angle irons at the edge of the table.  Then using the angle iron as a straight-edge guide and pushing down very hard with the point of the cutting tool, we scored a deep, straight groove.  It took about 10-20 repeated passes to make the scoring deep enough to get a nice, clean break.


The acrylic plastic is too hard to score with the same utility knife that we used to cut the cardboard.  The tool that we used was a broken hacksaw blade with tape wrapped around it to protect our hands.  Using the sharp corner of the broken end, we could carve out little chips of plastic as we pulled the blade along the edge of the angle iron.




We made several strips 2.5 cm (1 inch) wide to form the sides and drip strip of the window.  We broke the strips to the desired length by scoring and breaking as before.











We glued the strips to the top and side edges of the window with a multi-purpose nitro cellulose cement (Duco cement).
















We cut little pieces of cardboard at the same angle as that in the top corner of the side of the box and taped them in place temporarily to hold the drip strip at the proper angle while the glue dried.











The Wooden Base





We made the base out of wood, taking care to measure everything carefully and make the angles square.















We assembled the frame with screws, using a brace-and-bit with a Philips-head screwdriver bit to make the work easier.




Before placing the wooden frame on the 4 bricks, we carefully leveled them, digging out a little earth where necessary.


After placing the wooden frame on the bricks, we made sure that it didn't wobble and we checked the level again.


The reservoir for the distilled water is a clean plastic jug with a hole in the top through which the hose can fit very tightly with no gaps.  As a further measure to keep the distilled water clean, we passed the hose through an inverted funnel made from the top of another plasic bottle which also had a hole through which the hose fit very tightly.  Once the jug was in place, we slipped the funnel down to fit around the top of the jug.









This is the way it looked with the box in place.













We then added enough water to bring the level up to the bottom of the trough, taking great care not to splash any water into the trough for the distilled water.  We sprinkled a little powdered charcoal in the water to increase the absorption of the sun's energy.






We then put the window in place...









... and stepped back to admire our work!