Colectores de niebla integrados en edificios

Los colectores de niebla integrados en edificios (BIFC, por sus siglas en inglés) son sistemas que incorporan funciones de captación de niebla en elementos arquitectónicos como fachadas, techos o dispositivos de sombreado. ^{[ 1 ]} A diferencia de los grandes colectores de niebla independientes (LFC, por sus siglas en inglés) instalados en terrenos abiertos, los BIFC buscan capturar gotas de agua en suspensión directamente en la superficie exterior de los edificios. De esta manera, las envolventes de los edificios cumplen una doble función: brindan protección contra la intemperie y el clima, al tiempo que actúan como dispositivos para la recolección de agua. ^{[ 2 ]} Los BIFC pertenecen a una clase más amplia de tecnologías ambientales integradas en edificios que buscan envolventes multifuncionales. ^{[ 3 ]}

La consideración sistemática de las envolventes de los edificios como potenciales dispositivos de captación de niebla fue introducida por Caldas et al. (2018), quienes propusieron que las fachadas ventiladas de doble piel podrían diseñarse para interceptar las gotas en suspensión y canalizar el agua hacia depósitos. ^{[ 1 ]} En un estudio posterior, los mismos autores informaron sobre experimentos con condensadores radiativos —superficies que se enfrían por debajo de la temperatura ambiente durante la noche para inducir la condensación— como elementos complementarios de las fachadas de captación de agua. ^{[ 4 ]} Ampliando esta investigación, Di Bitonto, Kutlu y Zanelli (2023) desarrollaron el concepto de fachadas inteligentes, describiendo mallas textiles modulares que podrían proporcionar funciones tanto de captación de niebla como de sombreado. ^{[ 5 ]}

La recolección de niebla generalmente se lleva a cabo en tres etapas: la intercepción de gotas suspendidas por una malla o superficie texturizada, la coalescencia de estas gotas en gotas más grandes y el drenaje descendente del agua líquida hacia el almacenamiento. ^{[ 6 ]} La eficiencia de este proceso depende de factores tanto aerodinámicos como de materiales. Las simulaciones numéricas demuestran que la geometría, la porosidad y la orientación del colector influyen en la eficiencia de recolección aerodinámica (ACE) al alterar cómo fluyen el aire y las gotas alrededor de la superficie, ^{[ 7 ]} mientras que la química de la superficie es igualmente importante: experimentos de laboratorio con mallas Janus , compuestas de tiras hidrofílicas e hidrofóbicas alternadas , indican un mejor drenaje y resistencia a la obstrucción en comparación con las mallas uniformes, aunque la durabilidad a largo plazo en exteriores aún no se ha probado. ^{[ 8 ]}

En términos más intuitivos, el proceso funciona así: cuando el aire cargado de niebla entra en contacto con la malla o la superficie texturizada integrada en el edificio, las diminutas gotas de agua presentes en el aire quedan atrapadas (captura). Estas gotas se acumulan y crecen en la superficie al fusionarse con otras (coalescencia), formando gotas más grandes que superan las fuerzas de adhesión. Una vez que alcanzan un tamaño suficiente, la gravedad las hace escurrirse hacia canales o acequias integrados en la fachada o el sistema de cubierta (recolección). La elección de los materiales (su capacidad para atraer o repeler el agua), la geometría de la malla (su porosidad, grosor y patrón), el ángulo y la separación con respecto a la pared, y cómo gestionan el flujo del viento, influyen considerablemente en la cantidad de agua que se recoge. Los diseños que permiten que el aire fluya suavemente sin turbulencias frente a la malla y que facilitan el drenaje rápido del agua suelen ser mucho más eficaces.

El uso de la niebla como recurso de agua dulce es anterior a la integración en edificios. Los grandes colectores de niebla que emplean mallas Raschel se han utilizado durante mucho tiempo en desiertos costeros áridos, particularmente en Chile, donde Cereceda, Schemenauer y Suit (1992) informaron su contribución como suministro alternativo de agua para comunidades rurales. ^{[ 9 ]} En el campo arquitectónico, Suau (2010) discutió la recolección de niebla como parte del diseño sostenible a lo largo de la costa de Atacama. ^{[ 10 ]} Un marco más sistemático para la integración a escala de edificio fue delineado por Caldas et al. (2018), quienes enfatizaron las fachadas de doble piel como posibles envolventes de recolección de niebla. ^{[ 1 ]} Las innovaciones posteriores han incluido colectores inspirados en el kirigami , que emplean patrones de corte y plegado para generar vórtices que aumentan la deposición de gotas. Li et al. (2021) demostraron rendimientos de laboratorio de 18–24 L·m⁻²·h⁻¹ a velocidades del viento de 0,8–2,4 m/s e informaron que un módulo de un metro cuadrado produjo 3,51 kg de agua por hora en pruebas de humidificadores al aire libre , aunque estos resultados no pueden equipararse directamente con las condiciones de niebla natural. ^{[ 11 ]}

Se han documentado varios enfoques para el diseño de BIFC en la literatura. Se pueden colocar pantallas de malla fijas en las fachadas para proporcionar sombra y capturar gotas, mientras que las fachadas ventiladas de doble piel emplean una capa de recolección externa separada del muro estructural. ^{[ 1 ]} Di Bitonto et al. (2023) propusieron conceptos de fachadas inteligentes que integran paneles textiles modulares que combinan la recolección de agua de niebla con beneficios ambientales adicionales, como sombra y posible purificación del aire cuando se combinan con vegetación. ^{[ 5 ]} Algunas propuestas de diseño mencionan el potencial para integrar mallas de recolección de niebla con dispositivos de sombreado ajustables o móviles, pero la literatura publicada aún no ha documentado tales implementaciones. Estudios recientes extienden el concepto hacia las llamadas "fachadas verdes-azules": Dhaouadi y Abdelrahman (2024) examinaron la incorporación de mallas de recolección de niebla en muros verdes vivos, proponiendo que el agua recolectada podría sustentar la vegetación al tiempo que mejora la calidad del aire y el confort térmico en contextos urbanos. ^{[ 12 ]} También se han explorado enfoques híbridos: Alazzam et al. (2024) investigaron el uso dual de paneles fotovoltaicos para la generación de energía y la recolección de agua de la niebla y la lluvia. ^{[ 13 ]}

El rendimiento de los sistemas de recolección de niebla depende principalmente de las condiciones meteorológicas, como la velocidad del viento, la frecuencia de la niebla y el contenido de agua líquida. ^{[ 6 ]} A nivel de diseño, la geometría y la orientación del colector afectan fuertemente la eficiencia aerodinámica, como lo demuestran las simulaciones tridimensionales del flujo de aire y el movimiento de las gotas. ^{[ 7 ]} Las propiedades del material también juegan un papel: se ha demostrado que las mallas Janus y otras con patrones de humectabilidad promueven una eliminación más rápida de las gotas en estudios de laboratorio. ^{[ 8 ]} Las revisiones enfatizan que las condiciones climáticas específicas del sitio y las estrategias de integración deben considerarse cuidadosamente. Brambilla et al. (2022) concluyeron que las tecnologías de recolección de agua atmosférica integradas en fachadas siguen siendo en gran medida experimentales, enfrentando incertidumbres relacionadas con la intemperie, el costo y el mantenimiento cuando se escalan a envolventes de edificios. ^{[ 3 ]}

Las aplicaciones de BIFC generalmente se dirigen a usos de agua no potable, incluyendo riego, descarga de inodoros y limpieza. Los proyectos tradicionales de LFC en Chile demostraron que la recolección de niebla puede complementar el suministro de agua comunitario en regiones sin alternativas confiables. ^{[ 9 ]} A escala de edificio, Di Bitonto et al. (2023) propusieron que las fachadas inteligentes podrían aportar agua para techos verdes o patios, mejorando la resiliencia en climas mediterráneos. ^{[ 5 ]} De manera similar, Dhaouadi y Abdelrahman (2024) argumentaron que las fachadas verdes equipadas con componentes de recolección de niebla podrían volverse parcialmente autosuficientes, reduciendo la demanda de riego y contribuyendo con beneficios ambientales colaterales como enfriamiento y reducción de ruido. ^{[ 12 ]} Suau (2010) analizó la recolección de niebla como una respuesta de diseño dentro del contexto ecológico del desierto de Atacama . ^{[ 10 ]}

Las ventajas potenciales de los BIFC radican en su multifuncionalidad: una sola envolvente de edificio puede proporcionar sombra, valor estético y agua suplementaria. Las revisiones señalan que la integración en la fachada es conceptualmente posible con mallas ligeras, pero las consideraciones estructurales y de mantenimiento específicas de cada caso siguen siendo significativas. ^{[ 3 ]} La integración con otros sistemas de envolvente, como muros verdes o paneles fotovoltaicos, sugiere sinergias adicionales. ^{[ 12 ] [ 13 ]} Los desafíos siguen siendo significativos. Los rendimientos dependen en gran medida del clima y fluctúan con la disponibilidad estacional de niebla, la durabilidad bajo exposición a niebla, sal y polvo está poco documentada, y solo se han reportado ensayos limitados a largo plazo a escala de fachada. ^{[ 3 ]} Lummerich y Tiedemann (2011) también señalaron que la recolección de agua de niebla sigue siendo solo marginalmente competitiva económicamente, y la integración en las envolventes de los edificios puede aumentar aún más los costos. ^{[ 14 ]} Por estas razones, los BIFC se discuten ampliamente como tecnologías prometedoras pero aún emergentes que requieren una mayor validación experimental. ^{[ 3 ]}

• Recolección de niebla
• Generador de agua atmosférica
• Sistemas fotovoltaicos integrados en edificios
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