INTRODUCCION

El presente proyecto se enfocó en la importancia del agua como recurso esencial para la vida y el desarrollo sostenible, y en la necesidad de garantizar el acceso al agua potable y saneamiento adecuado.

A pesar de su importancia, millones de personas en todo el mundo aún no tienen acceso al agua limpia y segura. El cambio climático y la creciente demanda de agua en actividades humanas como la agricultura y la industria aumentan la presión sobre los recursos de agua dulce.

La accesibilidad al agua potable varía según la ubicación geográfica, el nivel de desarrollo económico y la calidad de la gestión de los recursos hídricos. La falta de acceso al agua potable y saneamiento adecuado afecta no solo a la salud y el bienestar humano, sino también al medio ambiente, la economía y la sociedad en general. Es necesario abordar estos desafíos y fomentar el uso eficiente del agua para garantizar la supervivencia y el desarrollo sostenible de todas las especies en nuestro planeta. La escasez de agua dulce es uno de los grandes retos a los que se enfrenta la humanidad. Veamos, para enmarcar nuestra realidad, algunos datos entre muchos:

• En las próximas décadas dos tercios de la población mundial podrían no tener acceso al agua potable.

• La demanda mundial de agua está en constante aumento y se estima que alcance los 5.200 km3 para el año 2025.

• Según la FAO, en los últimos 50 años la población mundial ha aumentado en 4.000 millones de personas, lo que exige una gestión sostenible del agua y el fomento del ahorro de este recurso.

• Según los datos de las Naciones Unidas, alrededor de 2.2 mil millones de personas en el mundo no tienen acceso a agua potable segura y gestionada de manera adecuada.

• Cerca de 4.2 mil millones de personas en todo el mundo no tienen acceso a instalaciones sanitarias adecuadas.

• 263 millones de personas en el mundo viajan más de 30 minutos para recolectar agua que satisfaga sus necesidades básicas.

• Datos de Naciones Unidas indican que 1 de cada 3 personas en el mundo no tiene acceso a agua potable y tiene que recurrir a fuentes de agua no seguras o poco confiables, como ríos contaminados o pozos de agua no tratados, los cuales pueden conducir a serias enfermedades.

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Garantizar el acceso al agua potable y saneamiento adecuado es crucial debido a sus implicaciones sociales, de salud humana, ambientales y políticas. El cambio climático está exacerbando la situación al afectar la disponibilidad de agua para consumo humano y aumentar el estrés hídrico. Los desastres relacionados con el agua están en aumento, y la falta de acceso al agua potable resulta en muertes prematuras.

El acceso al agua potable es un derecho humano fundamental, pero los recursos de agua contaminados pueden tener impactos significativos en la salud humana, la flora y fauna y la economía. La exposición al agua contaminada puede causar una serie de enfermedades y problemas, así como efectos a largo plazo en la salud humana. La flora y fauna también pueden verse afectadas negativamente, y la contaminación del agua puede reducir la calidad de los cultivos y los rendimientos.

La gestión adecuada de los recursos hídricos y la implementación de medidas efectivas para prevenir su contaminación son necesarias para proteger su calidad y garantizar su acceso a todos los usuarios. Esto puede incluir leyes y regulaciones estrictas, prácticas agrícolas sostenibles y la inversión en infraestructura para el tratamiento y distribución de agua potable.

Para garantizar la sostenibilidad del recurso vital del agua y asegurar el acceso a agua limpia y segura para todos, se deben abordar los desafíos mediante medidas concretas y coordinadas a nivel global. Además, es esencial explorar alternativas naturales para la recolección y filtración de agua, y actuar de manera responsable y proactiva para garantizar el acceso equitativo y sostenible al agua.

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OBJETIVO Y FINALIDAD DEL PRESENTE PROYECTO

El proyecto tuvo como finalidad abordar la escasez de agua dulce y los problemas de acceso y saneamiento básico que enfrentan millones de personas en todo el mundo. Nuestro enfoque se basó en fomentar un modelo de gestión sostenible del agua que permita el ahorro y la regeneración de este recurso vital mediante la implementación de tecnologías inspiradas en la naturaleza. El objetivo principal fue mejorar la calidad de vida y reducir la pobreza en poblaciones que enfrentan problemas relacionados con la falta de acceso al agua, a través de prácticas responsables y eficientes en el uso del agua y la promoción de una cultura de conciencia y cuidado del recurso hídrico.

Se presentó un modelo que contiene la recolección de agua de fuentes naturales: agua de lluvia, rocío y condensación de humedad, para luego ser filtrada por sedimentación, carbón activado, sistemas de filtración ultravioleta con ionización y ósmosis inversa, según requerimientos y demandas..

Nos basamos en la biomímesis para la creación de nuestra propuesta. La biomimética o biomímesis es una ciencia que estudia a la naturaleza como fuente de inspiración para crear soluciones tecnológicas y de diseño sostenibles. Se basa en emular los patrones y estrategias que la naturaleza ha desarrollado para resolver problemas y adaptarse al medio ambiente.

Nuestro objetivo fue ofrecer soluciones sostenibles al acceso al agua limpia y segura en zonas desfavorecidas mediante la instalación y desarrollo de sistemas de recolección y filtración de agua inspirados en el biomimetismo. Esto no solo ayudará al consumo humano, sino también a la agricultura y el saneamiento, contribuyendo a la conservación de los recursos hídricos y la protección del medio ambiente. Aspiramos a trabajar en colaboración con comunidades locales, organizaciones y gobiernos para lograr un futuro más sostenible y justo en cuanto al acceso al agua se refiere.

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DESARROLLO

Alguna vez se han preguntado:

 ¿Cómo los animales y plantas sobreviven en los ambientes más áridos del mundo?

¿Cómo es que el camello puede almacenar agua durante largos períodos de tiempo en su cuerpo?

¿Y cómo algunas plantas son capaces de recolectar y retener agua de la lluvia?

La naturaleza nos ofrece soluciones innovadoras a problemas complejos como el acceso al agua potable, y el biomimetismo es la clave para aprovechar estas soluciones.

A través del estudio de sistemas naturales eficientes de recolección y filtración de agua, podemos diseñar soluciones más efectivas y económicas para enfrentar uno de los mayores desafíos que enfrenta la humanidad en la actualidad. Acompáñennos en este viaje para descubrir cómo la naturaleza puede ser nuestra mejor aliada en la búsqueda de una solución sostenible al problema del acceso al agua potable.

La recolección de agua de lluvia y rocío es una técnica sostenible que ha sido utilizada durante siglos por muchas culturas en todo el mundo. La filtración del agua recolectada es un paso importante para garantizar que el agua sea segura para su uso. Los sistemas de filtración pueden variar desde sistemas naturales de carbón activado y arena hasta sistemas más avanzados de ósmosis inversa y ultravioleta.

Estos sistemas de recolección se relacionan con el biomimetismo al imitar las estrategias naturales de los organismos para recolectar y almacenar agua en ambientes donde el recurso es escaso.

La filtración natural con grava, arena y carbón activado es un proceso en el cual se eliminan impurezas del agua al pasar a través de diferentes capas de materiales filtrantes. En la naturaleza, muchos organismos utilizan procesos de filtración similares para purificar el agua. Por ejemplo, los ríos y arroyos son naturalmente filtrados por rocas y sedimentos, y algunas plantas tienen raíces que actúan como filtros naturales para el agua. Por lo tanto, esta filtración natural con grava, arena y carbón activado es una forma de biomimetismo, ya que imita los procesos naturales para purificar el agua. Además, la tecnología de filtración actual también está siendo mejorada utilizando técnicas de biomimetismo para imitar los procesos de filtración de organismos en la naturaleza y lograr una mayor eficiencia en la purificación del agua.

La filtración por ósmosis inversa y UV son influenciadas por el biomimetismo al estudiar procesos naturales y encontrar formas más eficientes y sostenibles de purificar el agua.

En conclusión, el biomimetismo se presenta como una solución innovadora para abordar los desafíos que enfrentamos en el acceso al agua potable. Al estudiar y aprender de la naturaleza, podemos diseñar soluciones más eficientes y sostenibles para recolectar y filtrar agua, y así asegurar un suministro de agua potable para todos los habitantes del planeta.

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PROTOTIPO Y MODELOS DESARROLLADOS

Nuestra idea buscó ser asequible para poblaciones que no tienen acceso a agua potable en Argentina debido a limitaciones económicas. Buscamos ayudar a suplir esta necesidad básica para mejorar su subsistencia..

Nuestros modelos son accesibles, económicos, fáciles de implementar y pueden ser financiados por instituciones gubernamentales o privadas. Se emplearon materiales sencillos y se busca difundir el conocimiento adquirido en instituciones educativas para su replicación en comunidades locales.

Creamos un sistema biomimético de captura y filtración de agua inspirado en la naturaleza, diseñado para satisfacer las necesidades básicas de las poblaciones que carecen de recursos hídricos. Este sistema biomimético consiste en modelos individuales que se pueden utilizar de manera independiente o combinada, adaptándose a las necesidades y disponibilidad de materiales de las distintas zonas urbanas, suburbanas y rurales.

Se utilizaron materiales ligeros e impermeables para diseñar un prototipo de recolección de agua de lluvia con filtrado natural y cultivo hidropónico para suelos contaminados. También se diseñaron modelos para recolección de agua de aire y de filtración avanzada, como la filtración por UV, ionización y ósmosis inversa, que se pueden aplicar para recolectar agua contaminada.

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Hydrobuddy: Prototipo de recolección de agua de lluvia con filtración por sedimentación con carbón activado y cultivo hidropónico vegetal

El proyecto Hydrobuddy, un prototipo diseñado para abordar los desafíos globales relacionados con el acceso al agua potable, fue presentado y certificado como parte del programa "AFS Global You Changemaker" de la Universidad de Pensilvania. Este programa se centra en identificar soluciones innovadoras, sostenibles y rentables para enfrentar las problemáticas que afectan a diversas comunidades en todo el mundo. Además, el proyecto consta de un apartado con la opción de cultivar plantas de forma hidropónica, lo cual acelera el crecimiento de las plantas, y permite el cultivo de vegetales en todas aquellas zonas en las cuales previamente era imposible debido a la contaminación de los suelos causadas por fuentes de agua contaminada. Con su enfoque en las comunidades, Hydrobuddy tiene el potencial de transformar positivamente la vida de muchas personas alrededor del mundo.

Hydrobuddy emplea el agua de lluvia como fuente de abastecimiento, la cual es sometida a un proceso de filtración donde primero son filtradas partículas de gran tamaño, seguido de un filtrado natural. Este prototipo no solo es capaz de filtrar el agua, sino que también permite su almacenamiento para su uso posterior. En dicho proceso, primero, tras haber sido filtrado todo tipo de sedimento, el agua es almacenada en un recipiente, la cual es considerada como agua de saneamiento, ya que puede ser utilizada para limpieza, riego (en nuestro caso se utiliza para el abastecimiento de los cultivos hidropónicos), o incluso para descargas de inodoro. Luego, corre por un proceso de filtrado natural, para posteriormente ser almacenada en un segundo depósito. El agua obtenida es potable, apta para consumo humano. Para permitir el almacenaje en grandes cantidades, tanto el recipiente que contiene agua de saneamiento como el de agua potable tienen tubos a los costados pensados para poder agregar otros recipientes impidiendo que rebalse y lograr su conservación.

El sistema de cultivo hidropónico que contiene consiste en una estructura de madera que alberga tubos de PVC destinados al almacenamiento de agua filtrada. Los nutrientes necesarios para el crecimiento de las plantas son aportados mediante la aplicación de humus líquido de lombriz, un fertilizante natural. Con el fin de garantizar una adecuada oxigenación del agua, se utiliza una bomba de recirculación de aire, la cual permite la circulación del agua para que las plantas puedan absorber los nutrientes y el oxígeno necesarios para su desarrollo óptimo.

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¿Por qué optamos por un cultivo Hidropónico?

Además del propósito inicial de abordar la contaminación del suelo, existen múltiples argumentos que respaldan la conveniencia del empleo de esta técnica. Por un lado, las plantas que crecen hidropónicamente están en permanente contacto con el agua y con los nutrientes que se le adicionan, contribuyendo a un crecimiento veloz, veces más ligero que en un cultivo tradicional. Por otra parte, la cantidad de agua utilizada es menor, ya que al estar en constante circulación, el agua se consume de manera eficiente minimizando su cantidad. A su vez, no es necesaria la utilización de pesticidas.  A diferencia del cultivo en tierra, donde las plantas están en contacto con diversos microorganismos e insectos, con este método se puede controlar el ambiente en el que se encuentran los vegetales, eliminando la aparición de plagas sin necesidad de agregar repelentes químicos muchas veces costosos. Otra de las ventajas que posee la hidroponía en Hydrobuddy, es que reduce el espacio necesario para cultivar.

En primer lugar, el espacio necesario para la instalación de los cultivos es reducido, ya que las plantas se ubican en tubos de PVC que almacenan el agua filtrada y los nutrientes necesarios para su desarrollo. La proximidad de las plantas entre sí, debido a la constante presencia del agua, favorece una mayor producción de vegetales. Además, el cultivo hidropónico puede prevenir la degradación de los suelos provocada por el cultivo excesivo y la utilización de productos químicos, ya que el sistema Hydrobuddy solo requiere agua, nutrientes y un contenedor para almacenar el agua y cultivar las plantas. Por lo tanto, puede ser una solución viable para el cultivo en áreas donde los suelos son degradados o no son aptos para la agricultura tradicional.

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Filtrado natural. Utilidad y desarrollo:

Consta de un sistema de filtrado natural con arena, grava, carbón activado y algodón constituyendo una técnica utilizada para purificar el agua de manera natural y efectiva. Consiste en una serie de capas de diferentes materiales que retienen las partículas, eliminan impurezas, sedimentos y sustancias quimias y, por lo tanto, purifican el agua.

Lo empleamos en el prototipo ya que es útil en la purificación de fuentes naturales como ríos, lagos, arroyos, como también en la recolección de agua de lluvia y de rocío.

El proceso se realiza en cuatro niveles:

• Pre-filtrado: Se utiliza una malla para eliminar el ingreso de partículas grandes como ramas, insectos, hojas y cualquier residuo.

• Filtrado con grava y arena: El agua corre a través de una capa de grava y de arena. Estas sirven como filtros mecánicos y eliminan partículas más pequeñas y sedimentos.

• Filtrado con carbón activado: El agua continua su camino a través de una capa de carbón activado, que elimina químicos y compuestos orgánicos. El carbón activado es un material poroso y altamente absorbente que atrapa impurezas como pesticidas, herbicidas, cloro, metales pesados y otros contaminantes.

• Filtrado con algodón: Finalmente, corre el agua por una capa de algodón, que sirve como filtro final para eliminar cualquier residuo o partícula restante.

Este sistema de filtrado natural con arena, grava, carbón activado y algodón es una opción más sostenible y económica que los sistemas de purificación de agua convencionales. Estos, a menudo utilizan productos químicos y energía para purificar el agua, lo que puede ser costoso y potencialmente dañino para el medio ambiente. En cambio, el sistema de filtrado natural utiliza materiales naturales y no requiere el uso de energía adicional o productos químicos costosos. Por lo tanto, esta alternativa puede ser más amigable con el medio ambiente y económicamente viable para poblaciones con recursos limitados.

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Requerimientos para Hydrobuddy:

Se emplearon dos recipientes de policloruro de vinilo (PVC) con capacidad de 20 litros para la captación y almacenamiento del agua. Un sistema de filtración natural fue ubicado entre ambos recipientes, y el primer recipiente fue protegido por una malla metálica de un metro de diámetro. Las cuatro llaves utilizadas son de PVC. Una de ellas se encuentra conectada a un sistema de cultivo hidropónico construido en madera que almacena ocho plantas distribuidas en dos niveles.

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Costos *:

Considerados para un sistema de recolección y almacenaje de 20 litros con ocho cultivos hidropónicos.

• 2 recipientes de PVC de 20 litros: $1.500 cada recipiente. Total $3.000

• 1 malla metálica de 1m de diámetro> $1.500

• 4 llaves PVC: $270 cada una. Total $1.080

• Estructura de madera utilizada para el cultivo hidropónico: $500

El humus utilizado es de lombriz producido de forma casera a partir de la digestión de desechos orgánicos por específicamente lombrices rojas de California. Este compuesto es ideal para los vegetales por sus nutrientes ricos en nitrógeno, fósforo y potasio ideales para el desarrollo de las plantas constituyendo un fertilizante natural y sostenible para el crecimiento de las plantas, sin costo alguno.

* Costos tomados a mayo de 2023, en pesos argentinos.

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Requerimientos:

La cantidad de material de filtrado natural requerida para filtrar 20 litros de agua dependerá del tipo y tamaño del recipiente utilizado para el filtrado y la cantidad de capas de material de filtrado natural que se utilicen.

 Se recomienda utilizar las siguientes cantidades de material por capa:

• Grava: al menos 2 cm de espesor. Equivalente a 1 kilogramo

• Arena: al menos 2 cm de espesor. Equivalente a 1 kilogramo

• Carbón activado: al menos 1 cm de espesor. Equivalente a 500 gramos

• Algodón: al menos 2-3 capas de algodón, equivalente a alrededor de 200 gramos.

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Costos del sistema de filtrado*:

• Arena 25 kg: $320 Total por 1 kg: $12,80

• Grava 25 kg $2500 pesos. Total por 1 kg: $100

• Carbón activado 1 kg $1500. Total por 500 gr: $750

• Algodón 1 k $1600: Total utilizado $300

Total costo Hydrobuddy: $7.242,80

* Costos tomados a mayo de 2023, en pesos argentinos.

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Ventajas de Hydrobuddy:

El agua obtenida mediante este prototipo puede ser de suficiente calidad para abastecer de agua potable a una comunidad de varios cientos de habitantes en áreas donde el recurso de agua es insuficiente o solo se puede obtener mediante camiones cisterna, lo que hace que sea muy costoso. El sistema es fácil de instalar y mantener, y no requiere energía para funcionar, lo que significa que el costo de funcionamiento es prácticamente nulo.

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Desventajas de Hydrobuddy:

Este sistema solo puede trabajar bajo ciertas condiciones específicas. Si hay sequía, el sistema no será capaz de recolectar agua y, por lo tanto, no habrá producción de agua. Pero, puede complementarse con otro sistema de recolección de agua para garantizar la disponibilidad de agua en todo momento.

Para prevenir esto mismo, el sistema permite el almacenamiento del agua con tanques de depósito que se le anexen.

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MODELOS DESARROLLADOS

Además de nuestro prototipo a escala hemos desarrollado dos modelos de recolección de agua de aire a través del rocío y por condensación de humedad que detallamos a continuación.

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Modelos de recolección de agua de aire: Futuros Prototipos Bioaqua

La inspiración de este método de recolección esta estimulado por la biomímesis en las propiedades recolectoras del rocío en las hojas de las plantas. Algunas plantas tienen hojas que están diseñadas para recolectar agua de la niebla y del rocío. Algunas de sus hojas incluyen una superficie rugosa o peluda que genera una mayor área de contacto con el rocío y una capa cerosa que ayuda a retener el agua en la superficie de la hoja. Los científicos han utilizado estos conocimientos para crear materiales artificiales que se pueden utilizar en tecnologías de recolección de agua de niebla y rocío, lo que es un ejemplo de biomímesis para desarrollar soluciones innovadoras.

La obtención de agua de rocío y la obtención de agua por condensación de humedad son procesos similares en el sentido de que ambas implican la captura del agua presente en la atmósfera. Sin embargo, hay una diferencia en la forma en que se produce la condensación del agua.

La obtención de agua de rocío implica recolectar el agua que se condensa en las superficies frías durante la noche o en las primeras horas de la mañana. Este proceso se basa en la diferencia de temperatura entre la superficie de recolección y el aire circundante. A medida que la temperatura de la superficie se enfría por debajo del punto de rocío, el agua del aire se condensa sobre ella y se acumula en la superficie.

Por otro lado, la obtención de agua por condensación de humedad implica el uso de un dispositivo diseñado específicamente para condensar el agua a partir del aire. Estos dispositivos utilizan enfriadores para enfriar el aire y hacer que el vapor de agua se condense en una superficie de recolección. El agua condensada luego se recoge en un recipiente.

La principal diferencia entre la obtención de agua de rocío y la obtención de agua por condensación de humedad es que la primera se basa en la diferencia de temperatura entre la superficie de recolección y el aire circundante, mientras que la segunda implica enfriar el aire para hacer que el vapor de agua se condense.

Estos modelos permiten la obtención de agua para regiones en vías de desarrollo que no cuentan con fuentes de agua, o las mismas no son seguras.

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El modelo de recolección de agua de rocío:

 

 

La concepción y el diseño de este dispositivo se han contemplado para su aplicación tanto en entornos urbanos como rurales, aprovechando su plataforma reducida para fines complementarios debajo de los colectores. En caso de no ser necesaria, la estructura puede desmontarse con facilidad y almacenarse para su posterior uso.

 

 

La técnica de recolección de rocío puede ser empleada en regiones donde el suministro de agua es escaso o limitado con el propósito de obtener agua. Esta técnica consiste en la colocación de superficies de recolección, como mallas o láminas, en zonas donde el rocío es frecuente, con el fin de recolectar las gotas de agua. Sabemos y tenemos en cuenta que la cantidad de agua recolectada puede ser limitada y está condicionada a factores climáticos como la humedad relativa, la temperatura ambiente, la velocidad del viento, y la superficie de recolección utilizada. Por lo tanto, es necesario realizar un análisis detallado de estas variables para determinar la eficacia y la viabilidad de la técnica en cada región.

Este sistema resulta idóneo para su implementación en zonas de crecimiento poblacional con el propósito de proporcionar agua a los residentes. Cada unidad de recolección, cuyo tamaño ronda los 30 metros cuadrados, tiene la capacidad de extraer por lo menos 150 litros de agua al día del entorno. El volumen de agua obtenido será determinado por la cantidad de colectores empleados, y podrá ser aumentado en consonancia con dicha cantidad. Por ejemplo, una red de aproximadamente 4 metros cuadrados tiene la capacidad de atrapar alrededor de 20 litros de agua diarios, lo que equivale a 600 litros mensuales y 7.200 litros anuales.

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Requerimientos:

Diferentes tipos de mallas pueden utilizarse para la recolección:

1. Mallas de acero inoxidable: Estructura de tejido fino para áreas desérticas. Resisten corrosión con extensa vida útil. Se adaptan a climas extremos.

2. Mallas de sombreado: Su material es el polietileno de alta densidad muy utilizadas por la industria agrícola para proteger las plantas del clima extremo. Son ideales para la recolección del rocío ya que sus pequeñas gotas de agua se adhieren a la superficie de las mallas para su posterior recolección.

3. Mallas de poliéster: Son de alta resistencia. Recolectan agua dada su gran capacidad de retención y resisten a la intemperie, ideales también para climas extremos.

La selección de la malla adecuada dependerá del contexto de aplicación y de las condiciones ambientales en las que se usará.

El costo de adquisición de una malla para la recolección de agua de rocío puede variar según el material, la calidad y el tamaño de la misma. En general, las mallas de sombreado fabricadas de polietileno son una opción rentable para la recolección de agua de rocío.

El precio de una malla de sombreado de polietileno puede oscilar entre $450 y $1350 por metro cuadrado, dependiendo de la calidad y el tamaño de la malla.

Elementos a utilizar para el modelo de recolección de agua de rocío:

1. Superficie de recolección: Malla de sombreado que pueda capturar y recolectar el agua de rocío.

2. Tuberías: Canales para conducir el agua recolectada hacia el lugar de almacenamiento.

3. Depósito de almacenamiento: Recipiente donde se almacena el agua recolectada. Puede ser de plástico con una capacidad suficiente para almacenar la cantidad de agua que se espera recolectar.

4. Malla metálica: Protege el depósito de la inserción de impurezas.

5. Sistema de filtración: Para eliminar cualquier impureza o contaminante del agua recolectada antes de su uso.

6. Bomba y sistema de distribución: Para transportar el agua desde el depósito de almacenamiento a los puntos de uso, como grifos o sistemas de riego.

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Costos y materiales*:

• Malla de polietileno por 30 metros cuadrados: $13.500

• Canalizaciones y tuberías: En general, las tuberías de PVC (policloruro de vinilo) son una opción económica y popular para dirigir el agua recolectada hacia el lugar de almacenamiento. Aproximadamente, el costo de una tubería de PVC de 20 mm de diámetro y 4 m de longitud puede estar en el rango de $450 a $900. Total por 3 tuberías: $2.700

• Depósito de almacenamiento: Puede variar según la marca, la calidad, el material. Aproximadamente un tambor de recolección de PVC con capacidad para 150 litros tiene un valor de $4.500.

• Malla metálica de 1 m de diámetro: $1.500.

• Bomba manual sifón de recolección de agua de plástico: $14.900

• Sistema de distribución con grifos y riegos: Estimado con cuatro llaves de grifos, y sus correspondientes tuberías: 4 grifos $270 cada uno, total $1.080, 4 tuberías $450 cada una, Total: $1.800

Total del valor del modelo por recolección de agua de rocío: $39.980

* Costos tomados a mayo de 2023, en pesos argentinos.

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Recolección de agua por condensación de humedad:

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Se trata fundamentalmente de aprovechar la condensación de la humedad ambiental.

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El proceso se basa en la captación del agua presente en el aire mediante la condensación de la humedad ambiental. Para ello, es necesario entender los procesos de condensación, rocío y precipitación. La condensación se produce cuando las partículas de agua en el aire se vuelven demasiado pesadas para mantenerse en suspensión y caen a la superficie. En ese momento, se habla de precipitación. El punto de rocío es el momento en que la humedad relativa atmosférica llega al 100% y la temperatura disminuye, lo que provoca la condensación del agua. Este proceso se puede aprovechar para recolectar agua, y es importante considerar las condiciones ambientales como la temperatura y la humedad relativa para maximizar la eficiencia del método.

El análisis de los siguientes factores será considerado: tipo de clima (soleado, parcialmente soleado, nublado, muy nublado y frío), temperatura máxima y mínima, presión atmosférica, cálculo del punto de rocío en grados centígrados, humedad relativa, velocidad del viento y medición de la cantidad de agua recolectada en mililitros. Se emplearán materiales de calidad y costo accesible para solucionar la escasez de agua en zonas con deficiencia de este recurso natural y la incapacidad de adquirir fuentes rentables de manera económica.

El modelo se basa en procesos físicos que permiten su funcionamiento de la siguiente manera:

• El aire caliente que contiene humedad entra por el medio de recolección.

• A través de un tubo de PVC aislado térmicamente, el aire es enfriado y se produce la condensación. Al enterrar el tubo a una profundidad de aproximadamente 2 metros, se logra una disminución de la temperatura de alrededor de 8 grados centígrados, lo que favorece la condensación del agua.

• Posteriormente, el agua se almacena en un depósito y se puede extraer mediante una bomba.

Este modelo utiliza cobre o aluminio en su construcción. El cobre tiene un calor especifico bajo. En el sistema, el cobre se encuentra en el interior de dos tubos de plástico, y se utiliza un aislante térmico entre ellos para evitar pérdidas de calor. Se utiliza un embudo de cobre o aluminio, que al estar en contacto con el aire caliente y húmedo, provoca la condensación del agua en su superficie fría. El aire caliente y húmedo tiene más humedad que el aire que se encuentra en un desierto, y cuando este aire entra en contacto con una superficie fría, se produce la condensación. El embudo debe estar en la dirección del viento o es necesario inyectar aire para mejorar el proceso de recolección de agua.

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Requerimientos:

• Embudo de cobre: diámetro no mayor a 30 cm, para recolectar agua de manera efectiva. El diámetro del embudo no debe ser demasiado grande, ya que esto podría disminuir la velocidad del aire y reducir la tasa de condensación.

• Tubos de PVC: para que el aire de humedad comience a condensare.

• Láminas de cobre para cubrir los tubos.

• Aislante térmico adicional: para regular las temperaturas y aumentar la eficiencia del sistema de recolección de agua por condensación.

• Tanque contenedor de almacenamiento de agua: para almacenar el agua recolectada y garantizar su disponibilidad en momentos de escasez. La cantidad de agua que se puede recolectar por día utilizando un sistema de recolección de agua por condensación depende de varios factores, como la humedad relativa, la temperatura ambiente y el tamaño del embudo de cobre. En condiciones ideales, se puede recolectar aproximadamente 20 litros de agua al día con un solo colector. Sin embargo, la cantidad real de agua recolectada puede variar según las condiciones climáticas y el diseño y tamaño específicos del sistema de recolección de agua por rocío.

• Bomba de agua: si se desea bombear el agua recolectada a un sistema de distribución o tratamiento.

• Filtro de agua: para eliminar las impurezas y garantizar la calidad del agua recolectada.

• Válvula de cierre: para detener el flujo de agua en caso de emergencia o mantenimiento.

La selección de materiales y elementos dependerá de necesidades y recursos disponibles, así como de las condiciones climáticas y ambientales de la zona donde se va a instalar el sistema.

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Costos*:

• Embudo por 30 cm de diámetro recubierto de láminas de cobre: Total $3.057

• Lámina de cobre 50mm x 1000mm: $1.257

• Embudo: $1.800

• Aislantes térmicos por 2 metros: $995

• 6 metros de tubos de PVC de 400 mm de diámetro: $2.337

• Láminas de cobre para recubrir los tubos de la superficie 50 mm x 1000 mm: $1.257

• Codo de PVC de 90 grados: $541

• Depósito de agua por 20 litros: $1.200

• Bomba manual sifón de recolección de agua de plástico pequeña por los litros que se recolectan: $3.000

• Filtro: especificado en modelos anteriores.

Costo total: $12.387

* Costos tomados a mayo de 2023, en pesos argentinos.

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Este método es rentable y puede ser utilizado por familias de escasos recursos para obtener agua.

En conclusión, tanto en el sistema de agua obtenida por rocío como por condensación de humedad el agua obtenida puede ser utilizada directamente para usos de higiene y domésticos: lavado, baños, inodoros, lavarropas, para cocinar y puede usarse por supuesto como riego.

Aunque el agua en cuestión puede no ser apta inicialmente para su consumo humano, con el método de purificación de Hydrobuddy puede hacerse potable.

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TECNOLOGÍAS PARA PURIFICAR EL AGUA

Hemos trabajado hasta ahora presentando diferentes tecnologías para recolectar agua y su posible acoplamiento con sistemas que permitan convertir agua no potable en potable. En este sentido, se han desarrollado tanto el prototipo Hydrobuddy como los modelos Bioaqua.

Uno de los enfoques se centra en el prototipo de recolección de agua de lluvia, que permite la obtención de agua de manera sencilla y económica. Además, se ha diseñado un filtro de sedimentación con carbón activado, cuyo material (carbón) se adapta perfectamente para ser utilizado junto a otras técnicas de filtración y potabilización.

Otra tecnología considerada en nuestro trabajo es entonces, el sistema de filtrado UV, que utiliza luz ultravioleta para eliminar bacterias, virus y otros microorganismos. También se ha evaluado el uso de la ósmosis inversa, un proceso que utiliza una membrana semipermeable para eliminar impurezas y contaminantes del agua.

En resumen, analizamos y diseñamos también modelos que presentan diferentes tecnologías que permiten la transformación de agua no potable en potable, y su posible integración con tecnologías de recolección de agua para lograr una solución sostenible y accesible a la escasez de agua potable en diferentes regiones del mundo.

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Carbón Activado

El carbón activado es un material que tiene pequeños agujeros llamados "poros" en su superficie, los cuales son muy pequeños y pueden atrapar sustancias orgánicas presentes en el agua. Además, este material es capaz de descomponer el cloro libre presente en el agua y también puede descomponer lentamente las cloraminas. En resumen, el carbón activado es un material que puede limpiar el agua de sustancias orgánicas y del cloro presente en ella.

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Funcionamiento:

Es un material con una gran superficie que permite la absorción de compuestos orgánicos en el agua mediante diferentes fuerzas. Es comúnmente utilizado junto a otras tecnologías en el proceso de purificación del agua y debe ser considerado en el diseño del producto de recolección de agua. Una de las ventajas principales del carbón activado es que puede eliminar cloro y cloramina en el proceso de pretratamiento. Además, es efectivo para filtrar materiales pesados del agua. Durante el proceso de filtración, los contaminantes son absorbidos en su superficie, lo que ayuda a purificar el agua y eliminar impurezas. Sin embargo, su eficacia en la eliminación de materiales pesados depende de varios factores, como la concentración y el tipo de contaminante, la cantidad de carbón activado utilizado, el tiempo de contacto con el agua y la velocidad del flujo del agua a través del medio filtrante.

La gran superficie del carbón activado significa que los compuestos orgánicos se adsorben a la superficie a través de las fuerzas iónicas, polares y de Van der Waals.

• Costo del Carbón activado 1kg $1500.

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Descontaminación del agua

Es importante para garantizar la disponibilidad de agua potable a nivel mundial y prevenir problemas de salud y contaminación de recursos naturales. Las estrategias incluyen tanto la prevención de la contaminación del agua como la descontaminación mediante procesos físicos, químicos y biológicos.

La contaminación provoca la falta de accesibilidad a este recurso como la imposibilidad de contar con terrenos fértiles para el cultivo y cuyo uso resultaría dañino si no se cuentan con proceso de descontaminación apropiadas. Se enfoca en purificar el agua contaminada para que sea utilizable en diferentes aplicaciones. Se han desarrollado diversas técnicas, como por ejemplo, la descontaminación con plantas acuáticas y bacterias, para lograr este objetivo.

Existen varias opciones de filtración de agua para hacerla potable que pueden ser económicamente viables para una población que tiene una fuente de agua contaminada con residuos industriales. Algunas opciones son:

1. Sistema de filtración de carbón activado: Método económico. Ya explicado en el presente trabajo.

2. Sistema de filtración de grava y arena: Método económico. Ya explicado en el presente trabajo.

3. Sistema de filtración de membrana ósmosis inversa: Utiliza una membrana semipermeable para filtrar el agua y eliminar los contaminantes. Este sistema puede ser costoso de instalar, pero puede ser rentable a largo plazo debido a los bajos costos de mantenimiento.

4. Sistema de filtración por luz ultravioleta: Inactiva microorganismos al alterar su ADN, evitando su reproducción. Las lámparas de mercurio de baja presión se usan en sistemas de purificación de agua de laboratorio para este fin.

Determinar las impurezas del agua nos permitirá establecer el método más adecuado para su filtración y asegurarnos de su potabilización.

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Impurezas del agua:

1. Compuestos inorgánicos (se pude tratar por ósmosis inversa): las principales impurezas en el agua son compuestos inorgánicos, como sales, dióxido de carbono, silicatos, cloruros, entre otros. Los compuestos inorgánicos son aquellos que no contienen átomos de carbono, aunque hay algunos que sí lo tienen. Estos compuestos son a menudo simples, como el cloruro de sodio (sal doméstica).

2. Compuestos orgánicos (se puede tratar por ósmosis inversa): las impurezas orgánicas en el agua suelen provenir de la descomposición de materiales vegetales, lo que produce ácido húmico y fúlvico, taninos y lignina. Además, los contaminantes producidos por la actividad humana pueden aumentar la cantidad de compuestos orgánicos en el agua, lo que puede fomentar el crecimiento de microorganismos y alterar diversas aplicaciones biológicas.

3. Microorganismos y bacterias (se puede tratar por ósmosis inversa y sistema UV): las bacterias son el microorganismo predominante en la contaminación del agua natural. Aunque la cloración es efectiva en la eliminación de bacterias dañinas, el agua potable aún contiene microorganismos vivos. El control de bacterias en el agua potable se realiza mediante el uso de desinfectantes como el cloro, pero una vez eliminadas durante la purificación del agua, las bacterias pueden volver a crecer.

 

Modelo de filtración con sistema Ultravioleta

La radiación ultravioleta se utiliza para purificar el agua. Esta puede cambiar el ADN y las enzimas responsables de producir ARN a dosis bajas, y también puede descomponer moléculas orgánicas grandes en componentes más pequeños que se eliminan del agua. Para hacer esto de manera efectiva, se eliminan previamente los iones orgánicos mediante resinas de intercambio iónico. Además, la luz ultravioleta también se utiliza para eliminar el cloro y la cloramina del agua en un proceso llamado fotólisis.

El tratamiento de agua con luz ultravioleta se utiliza para eliminar contaminantes orgánicos y microorganismos. La luz UV altera las impurezas orgánicas y las convierte en moléculas cargadas que pueden eliminarse mediante intercambio iónico. La lámpara UV se utiliza junto con un proceso de intercambio iónico para mantener la calidad del agua. Este método puede producir agua con muy bajos niveles de carbono orgánico y bacterias.

Un sistema de filtración basado en luz ultravioleta puede ser una opción rentable porque no requiere el uso de productos químicos y tiene una larga vida útil con poco mantenimiento. Sin embargo, la instalación inicial puede ser costosa y no es la mejor opción para tratar ciertos contaminantes como el exceso de sedimentos.

Elimina bacterias, virus y coliformes (no degrada materiales pesados), pero el carbón activado si degrada los materiales pesado o una cámara de ionización

El precio de un sistema de filtración de agua UV en Argentina puede variar dependiendo del modelo, la marca y la capacidad del sistema. En general, se pueden encontrar sistemas de filtración UV desde alrededor de $10.000 hasta $100.000 o más. Sin embargo, es importante considerar que el precio no debe ser el único factor a tener en cuenta al seleccionar un sistema de filtración, sino también la calidad y la eficacia del sistema en la eliminación de contaminantes del agua.

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Cámara de ionización:

Elimina metales pesados y químicos cancerígenos: plomo, mercurio. Cloro, hierro, cianuro, magnesio, cromo y calcio. Junto con la filtración ultravioleta obtenemos agua libre de virus, bacterias, algas, etc.

Funcionamiento:

Utiliza tecnología de electrólisis para separar minerales e impurezas del agua. Un dispositivo con una placa de titanio y un ánodo de cobre o plata se carga eléctricamente para atraer iones negativos y positivos y formar moléculas de agua pura mientras separa las impurezas en una cámara de sedimentación. El agua resultante es conocida como agua ionizada, con alto contenido mineral y un sabor agradable. Sin embargo, este sistema puede ser costoso y requerir mantenimiento regular y puede no eliminar ciertos contaminantes químicos del agua.

El costo en Argentina varía. Una filtración de 100.000 litros requiere un kit de 80.000 pesos

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Modelo de filtración con sistema de Ósmosis Inversa

 

 

Es un método económico y altamente efectivo para purificar el agua. El proceso implica la circulación de agua a través de una membrana bajo presión en un flujo cruzado, lo que elimina hasta el 99% de las impurezas.

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Funcionamiento:

Durante la ósmosis inversa, se fuerza al agua a través de una membrana a presión, separando los contaminantes y los sólidos disueltos del agua. La mayor parte del agua atraviesa la membrana como permeado y el resto se convierte en un concentrado que contiene los contaminantes. Las membranas son delgadas y generalmente están hechas de poliamida. Son resistentes al pH. Las membranas se utilizan para eliminar contaminantes y retener sustancias de menos de 1 nm de tamaño.

Consta de varios componentes que trabajan juntos para eliminar una amplia gama de contaminantes del agua. Los pre-filtros son los primeros componentes en el proceso de ósmosis inversa y se utilizan para eliminar partículas grandes y materia orgánica antes de que el agua entre en el proceso de purificación.

La bomba de presión es necesaria para forzar el agua a través de la membrana semipermeable en el siguiente paso del proceso. La membrana semipermeable es la parte más importante del sistema de ósmosis inversa, ya que es la que separa el agua pura de los contaminantes. Durante este proceso, el agua se mueve a través de la membrana desde el lado con mayor concentración de solutos al lado con menor concentración de solutos, creando un flujo de agua pura o permeado que se separa de los contaminantes en el concentrado.

Finalmente, los post-filtros se utilizan para mejorar la calidad del agua y eliminar cualquier sabor u olor residual que pueda quedar después del proceso de ósmosis inversa. Este sistema es muy efectivo para eliminar una amplia variedad de contaminantes del agua, incluyendo sales, metales pesados, productos químicos orgánicos e inorgánicos, y algunos tipos de bacterias y virus.

Debería pasar por un filtrado de cloro como el sistema de carbón activado.

El sistema requiere un mantenimiento regular, incluyendo la sustitución de filtros y membranas semipermeables. Además, el proceso de ósmosis inversa puede ser lento, lo que significa que es posible que no sea la mejor opción para sistemas de agua que requieren grandes volúmenes de agua filtrada en poco tiempo.

El modelo que hemos diseñado y presentado consiste en un sistema de recolección de agua contaminada que se almacena en un contenedor previamente filtrado en malla metálica para eliminar impurezas grandes. El agua luego fluye a través de un filtro de membrana de ósmosis inversa para llegar a un segundo depósito donde se lleva a cabo la filtración UV y la ionización. En este depósito se encuentra una llave para extraer el agua para saneamiento o para anexar tanque para su almacenamiento y posterior utilización. Además, el tanque cuenta con una salida a un filtro de carbón activado con el objetivo de garantizar su completa potabilización y consumo. Es importante destacar que, aunque este sistema es efectivo para garantizar el suministro de agua potable, su implementación puede ser costosa para comunidades de bajos recursos. No obstante, es financieramente viable para industrias, organizaciones educativas y gubernamentales que pueden colaborar en la subvención y ayuda a estas urbanizaciones carentes de este recurso vital.

Es por ello que, para que nuestro trabajo y propósito no queden en una utopía, proponemos ideas y alternativas básicas de concientización y participación de la comunidad en su conjunto para hacer frente de manera proactiva a esta problemática que afecta a millones de personas.

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Propuestas de concientización del agua para la vida

Se proponen medidas para crear conciencia sobre la importancia del agua potable, fomentar su uso responsable y prevenir la contaminación del agua en instituciones educativas, sectores privados y empresariales..

Medidas para la población:

1. Implementación de educación obligatoria sobre el recurso hídrico y sus formas de obtención natural en el currículo escolar.

2. Realizar talleres y charlas educativas en las comunidades para enseñarles sobre la importancia del agua, los problemas de escasez y la necesidad de implementar sistemas de recolección de agua.

3. Crear manuales educativos y material didáctico que explique de manera sencilla y visual cómo construir y mantener sistemas de recolección de agua de lluvia y rocío, así como el proceso de filtración y purificación del agua.

4. Fomentar la participación activa de las comunidades en la construcción de sistemas de recolección de agua, incentivando la colaboración entre vecinos y organizando brigadas para la construcción de sistemas de filtración.

5. Realizar campañas de concientización en redes sociales, medios de comunicación y en lugares públicos para sensibilizar a la población sobre la importancia del uso racional del agua y el aprovechamiento de recursos naturales como la lluvia y el agua de aire.

6. Incentivar a los gobiernos locales y organizaciones a crear políticas públicas que promuevan la implementación de sistemas de recolección de agua de lluvia y rocío en hogares, escuelas y otros espacios comunitarios.

7. Realizar actividades prácticas en las escuelas, como la construcción de sistemas de recolección de agua y huertos hidropónicos escolares, para que los niños aprendan sobre el valor del agua y cómo se puede utilizar de manera sostenible.

8. Organizar ferias y exposiciones de tecnologías y sistemas de recolección de agua, donde la población pueda conocer y aprender sobre las diferentes opciones de recolección y filtración de agua.

Promover a las industrias a ayudar a su población vecina con la obtención de agua natural y su filtración:

1. Realizar una evaluación de la disponibilidad de agua en las comunidades cercanas y determinar si se requiere ayuda para el acceso a agua limpia y potable.

2. Establecer alianzas con organizaciones locales que se dedican a la gestión del agua, la sostenibilidad y el desarrollo comunitario para garantizar la viabilidad y el éxito del proyecto.

3. Involucrar a los empleados de industria en iniciativas de voluntariado para instalar sistemas de recolección de agua en las comunidades cercanas y capacitar a los habitantes para su mantenimiento y cuidado.

4. Considerar la implementación de sistemas de captación de agua de lluvia o de rocío en los edificios y áreas verdes de la industria para reducir su propia dependencia del suministro de agua municipal.

5. Es esencial que los gobiernos promuevan políticas públicas para fomentar la responsabilidad social empresarial y la colaboración con las comunidades para garantizar el acceso al agua potable. Esto puede lograrse mediante incentivos fiscales, programas de responsabilidad social corporativa y regulaciones ambientales más estrictas.

En conclusión, la industria puede contribuir significativamente al acceso al agua limpia y potable en las comunidades vecinas mediante la implementación de iniciativas sostenibles y comprometidas con la conservación y el desarrollo comunitario.

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Conclusión

El agua es un recurso vital e indispensable para la vida y la subsistencia en nuestro planeta, y su uso sostenible y cuidado responsable son esenciales para garantizar la supervivencia de todas las formas de vida en la Tierra. Además, es nuestro deber y responsabilidad solidaria asegurarnos de que todas las personas tengan acceso a agua potable, independientemente de su ubicación geográfica. La falta de agua potable, el cambio climático, y la contaminación son problemas críticos y urgentes que requieren de nuestra atención y acción inmediatas. Juntos podemos tomar medidas concretas para proteger y preservar este recurso vital para las generaciones presentes y futuras. ¡Cuidemos el agua, cuidemos la vida!

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Contribución a los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Organización de las Naciones Unidas -ONU

Nuestro proyecto se alinea con múltiples ODS postulados en 2015 por la ONU para alcanzar a nivel global en el año 2030.

Estos son:

• Objetivo 2 Cero hambruna: Hydrobuddy provee acceso a vegetales frescos a comunidades sin acceso a alimentos verdes.

• Objetivo 6 Agua limpia y sanitización: Ofrecemos agua potable apta para consumo humano y limpieza.

• Objetivo 9 Industria, innovación e infraestructura: Fomentamos una estructura inclusiva para asistir a personas que carecen de recursos vitales sin dañar el medio ambiente.

• Objetivo 11 Ciudades sustentables y comunidades: Utilizamos formas sustentables e inclusivas para resolver un problema que afecta a comunidades, promoviendo prácticas sostenibles.

• Objetivo 12 Producción y consumo responsable: Promovemos la conciencia del problema del acceso al agua y su uso responsable, como la minimización de su consumo a través de la hidroponía.

• Objetivo 13 Acción por el clima: Impulsamos la acción inmediata para ayudar a comunidades sin acceso al agua debido a la contaminación u otros factores.

• Objetivo 14 Vida debajo del agua: Promovemos la protección de mares, océanos y vida marina, utilizando alternativas amigables para el ambiente.

• Objetivo 15 Vida de ecosistemas terrestres: Hydrobuddy previene la explotación de recursos terrestres al implementar un sistema hidropónico.