INTRODUCCIÓN
La tecnología de destilación solar reduce la brecha que existe entre las actuales condiciones de agua de muchos lugares del mundo y los sistemas centralizados de purificación de agua que se planean para el futuro. En muchas regiones donde hay mínimas posibilidades de establecer cualquier tipo de sistema centralizado para el tratamiento de agua, los destiladores proporcionan una solución inmediata, barata y sencilla para la obtención de agua limpia y buena para el consumo humano.
La tecnología solar trae beneficios inmediatos a los usuarios evitándoles problemas de salud, defectos de nacimiento, muertes causadas por enfermedades transmitidas por el agua. Los destiladores incluso reducen las posibilidades de dolores e incomodidades debido a problemas de salud causados por agua contaminada. Esto a su vez, ayuda a la población a ser más activa y tener unas vidas más productivas. Además los destiladores pueden usarse en cualquier lugar donde brille el sol.
ANTECEDENTES
La destilación solar es una tecnología muy bien conocida. El primer uso de los destiladores data de 1551 cuando era usada por alquimistas árabes. Otros científicos y naturalistas utilizaron destiladores en los siguientes siglos, incluyendo a Della Porta (1589), Lavoisier (1862), y Mauchot (1869). La primera planta de destilación solar “convencional” se construyo en 1872 por el ingeniero sueco Charles Wilson en la comunidad minera de Las Salinas en lo que hoy es el norte de Chile. Este era un tipo de destilador con gran depósito que se usaba para proporcionar agua fresca utilizando agua salina para una población dedicada a la extracción de Nitratos. La planta usaba compartimentos de madera (1.4m por 61.0m), que tenía fondo negro teñido con alumbre. La planta tenía una área total de destilación de 4.9 litros de agua destilada por m², equivalente a 2,300 litros diarios (Harding, 1883). Esta planta estuvo en operación hasta 1912.
FUNDAMENTO
El sol es una estrella que tiene una masa aproximadamente de 334,000 veces mayor que la de la tierra. Tiene un diámetro de 1.39 millones de kilómetros, y en promedio se encuentra a una distancia media de 150 millones de kilómetros de la tierra y se encuentra constituida por una estructura bastante compleja. A pesar de esta estructura tan compleja, para aplicaciones de ingeniería, este puede considerarse como un cuerpo negro emitiendo radiación, con una temperatura de 5,762° K y como tal esta es la temperatura teórica que debería alcanzarse en la superficie de la tierra; sin embargo, la temperatura máxima lograda es de alrededor de 3,800°K, mediante concentradores. En el caso de la destilación solar, el sol representa el único requerimiento de energía en este proceso.
Un destilador consiste en una superficie cubierta con un material trasparente y expuesta a los rayos del sol, el agua sufre un calentamiento debido a que la radiación solar que atraviesa la cubierta no es reirradiada, completamente, hacia el exterior, a que los materiales tienen la capacidad de absorber la radiación y a que la cubierta solo permite la salida parcial de la radiación. El factor más importante que afecta ala producción es la intensidad y cantidad de energía solar que llega al destilador. La producción de agua destilada (medida en kg/m2 día) es la cantidad de energía utilizada en vaporizar el agua en el destilador (Joules/m2 día), dividida por el calor latente de vaporización del agua (J/Kg). La eficiencia del destilador es entonces la cantidad de energía utilizada para vaporizar el agua en el destilador dividido entre la cantidad de energía incidente en el destilador (J/m2 día).
Energías renovables
Hay diversos factores que hacen de la desalación de agua del mar una aplicación atractiva para las energías renovables. Por un lado, muchas zonas con escasez de agua desalada poseen un buen potencial de alguna de dichas energías, especialmente la eólica y la solar. Un factor positivo es la simultaneidad estacional entre la época de mayor demanda de agua potable y la disponibilidad de dichas energías. En numerosas localidades costeras y centros turísticos, la demanda de agua potable crece en verano, motivado por el gran aumento que experimenta la población debido al turismo. Y es precisamente en verano cuando la disponibilidad de la radiación solar es máxima. Todos estos factores han motivado que varias instituciones y organismos oficiales hayan desarrollado, o estén desarrollando, proyectos destinados a mejorar y hacer más competitivos los sistemas de desalación de agua de mar que funcionan con energías renovables.
Energías renovables
Hay diversos factores que hacen de la desalación de agua del mar una aplicación atractiva para las energías renovables. Por un lado, muchas zonas con escasez de agua desalada poseen un buen potencial de alguna de dichas energías, especialmente la eólica y la solar. Un factor positivo es la simultaneidad estacional entre la época de mayor demanda de agua potable y la disponibilidad de dichas energías. En numerosas localidades costeras y centros turísticos, la demanda de agua potable crece en verano, motivado por el gran aumento que experimenta la población debido al turismo. Y es precisamente en verano cuando la disponibilidad de la radiación solar es máxima. Todos estos factores han motivado que varias instituciones y organismos oficiales hayan desarrollado, o estén desarrollando, proyectos destinados a mejorar y hacer más competitivos los sistemas de desalación de agua de mar que funcionan con energías renovables.
Inconvenientes de la desalinización
En el proceso de extracción de la sal del agua de mar se producen residuos salinos que, una vez vertidos al mar, perjudican a la flora marina al aumentar la salinidad de las aguas. Las complejas instalaciones de ósmosis inversa requieren un gran consumo de electricidad. Las desalinizadoras se instalarían en lugares no ocupados por las urbanizaciones turísticas. Como fábricas que son, tienen una vida limitada. El agua desalada, al parecer, podría perjudicar a la agricultura. Los cítricos, por ejemplo, tan abundantes en la zona de Valencia y Murcia, son muy sensibles a los minerales que contiene el agua desalada. Habría que realizar nuevas y costosas obras de infraestructura para trasladar el agua desalada a las zonas donde es necesaria.
Ventajas de la desalinización
Según algunas fuentes, supone el 3% de ocupación de terreno y el 3% de desplazamiento de tierras frente al trasvase del Ebro previsto en la Ley de Plan Hidrológico Nacional (PHN), ya derogado. El sistema de desalinización consumiría un 30% menos de energía que la requerida para trasladar el agua del Ebro a Cataluña, Comunidad Valenciana, Murcia y Almería. Podrían utilizarse energías renovables para el funcionamiento de las desaladoras, dado que en numerosas zonas del sur y el este del país, el sol y/o el viento abundan.
Destiladores solares
El destilador solar, el cual puede manejarse con tecnología simple o sofisticada. Estos equipos se utilizan para la producción de agua potable a partir de agua de mar o de agua dulce con algún problema de contaminación y también sirven como sistemas de desinfección del agua.
El principio de operación mediante energía solar es el mismo que utiliza la naturaleza en el ciclo hidrológico: se evapora el agua del embalse que tiene presencia de sales y se condensa en otra parte (nubes y luego lluvia), donde se obtiene agua purificada.
El destilador solar requiere un elemento que transforme la energía solar en un incremento de la temperatura del agua para poder evaporarla. La radiación visible e infrarroja es absorbida por cualquier superficie de color oscuro, de preferencia negro mate. El acabado mate se usa para lograr una mejor absorción y evitar pérdidas de una fracción de luz por reflexión. En los destiladores solares más simples, el colector solar consiste en una charola horizontal, de color negro, que contiene el agua que se quiere destilar, a la que se le denomina “destilando”.
Para evitar las pérdidas indeseables de calor, es necesario que la charola esté aislada térmicamente por la parte inferior. El calentamiento del destilando produce evaporación y las sales minerales quedan retenidas en la charola. Para facilitar la evaporación, conviene que el evaporador tenga un área grande comparada con el volumen de destilando que puede contener. El agua así evaporada, se recolecta mediante una cubierta de vidrio o algún otro material colocado sobre el evaporador a una distancia e inclinación adecuadas.
Existen varios diseños de condensadores. El más simple consiste en una caseta de vidrio a dos aguas, con una inclinación de alrededor de 20° con respecto a la horizontal, lo cual permite que las gotas de agua condensada escurran hacia abajo en donde se colectan en pequeños canales.
a) Cubierta de vidrio
b) Cubierta de vidrio con reflector
c) Cubierta de plástico inflada
d) Cubierta de plástico en forma de V
Diagramas esquemáticos de diseños de destiladores solares simples
