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Una unidad de desalinización a energía solar produce agua potable a partir de agua salada a través de métodos directos o indirectos de desalinización accionada por el sol. La energía solar es la fuente de energía renovable más prometedora debido a su capacidad de impulsar los cada vez más populares sistemas de desalinización térmicos directamente hacia colectores solares y de impulsar los sistemas de desalinización física y química indirectamente a través de celdas fotovoltaicas.[1]
La desalinización solar directa produce destilados directamente en el colector solar. Un ejemplo sería un destilador solar el cual atrapa la energía del sol para obtener agua dulce a través del proceso de evaporación y condensación. La desalinización solar indirecta incorpora sistemas de recolección de energía solar con sistemas de desalinización convencionales como la destilación instantánea de múltiples etapas, evaporación de efecto múltiple, separación por congelación u ósmosis inversa para producir agua dulce.[2]
Desalinización solar directa
Destilador solar
Un tipo de unidad de desalinización solar es un destilador solar, que es similar a una trampa de condensación. Un destilador solar es una manera simple de destilar agua, usando el calor del sol para conducir una evaporación del suelo húmedo, y el aire circundante para enfriar un film de condensación. Los dos tipos básicos de destiladores solares son el de caja y el de pozo. En un destilador solar de pozo, el agua impura es contenida fuera del colector, donde es evaporada por los rayos solares a través de un plástico transparente. El vapor del agua pura se condensa con la menor temperatura dentro de la superficie de plástico y gotea desde un punto bajo ponderado, donde es recoge y se retira. El destilador de tipo caja es mas sofisticado. Los principios básicos de un destilador solar son simples y efectivos, pues la destilación replica la forma en la que la naturaleza produce la lluvia. La energía del sol calienta el agua hasta el punto de evaporación. Cuando el agua se evapora, éste vapor sube y se condensa en la superficie de vidrio donde se recolecta. Este proceso remueve impurezas, tales como sales y metales pesados, y elimina organismos microbiológicos. El resultado final es un agua más limpia que la más pura agua de lluvia.
Desalinización solar indirecta
Los sistemas de desalinización solar indirecta comprenden dos sub-sistemas: un sistema de captación solar y un sistema de desalinización. El sistema captación solar es utilizado ya sea para captar el calor usando colectores solares y suministrando el calor a través de un intercambiador de calor a un proceso de desalinización térmica, o para convertir la radiación solar electromagnética a electricidad usando paneles fotovoltaicos para alimentar un proceso de desalinización impulsado por electricidad.
Ósmosis inversa impulsada por energía solar
La ósmosis es un fenomeno natural en el cual el agua pasa a través de una membrana de una concentración de solución más baja hacia una más alta. El flujo del agua puede invertido si una presión más grande que la presión osmótica es aplicada en el lado de la concentración más alta. En los sistemas de desalinización por ósmosis inversa, la presión del agua de mar es elevada sobre su presión osmótica natural, forzando al agua pura a través de los poros de la membrana hacia el lado de agua fresca. La ósmosis inversa (OI) es el proceso más común de desalinización en términos de capacidad instalada debido a su eficiencia energética superior comparada con sistemas de desalinización térmica, aunque requiere un pre-tratamiento extensivo. Además, parte de la energía mecánica consumida se puede recuperar del efluente de salmuera con un dispositivo de recuperación de energía.[1]
La desalinización por ósmosis inversa impulsada por energía solar es común en plantas de demostración debido al modularidad y escalabilidad de ambos sistemas, el fotovoltaico (FV) y el de ósmosis inversa (OI). Un análisis[3] económico detallado y una exhaustiva estrategia[4] de optimización de desalinización OI por medio de sistemas FV fue llevada a cabo con resultados favorables. Las consideraciones económicas y de confiabilidad son los principales retos a mejorar en sistemas de desalinización por OI alimentados mediante sistemas FV. Aun así, el rápida caida en los costos de los paneles FV está haciendo a los sistemas impulsados por energía solar más factibles que nunca.
Una unidad de desalinización por ósmosis inversa impulsada por energía solar diseñada para las comunidades remotas ha sido probada en el Territorio del Norte de Australia. La "reverse-osmosis solar installation" (ROSI) (instalación solar de ósmosis inversa), utiliza filtración por membranas para proporcionar agua potable fiable y limpia proveniente de fuentes como agua subterránea salobre. La energía solar supera el normalmente alto costo de la energía operativa así como tambien los gases de efecto invernadero de los sistemas convencionales de ósmosis inversa. ROSI también puede remover trazas de contaminantes como el arsénico y el uranio que pueden causar ciertos problemas de salud, y minerales como el carbonato de calcio que ocasiona la dureza del agua.[5]
La líder del proyecto Dr. Andrea Schaefer de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Wollongong dijo que ROSI tiene el potencial de llevar agua limpia a comunidades remotas de Australia que no tienen acceso a una fuentes de agua de una ciudad y/o la red eléctrica.[5]
El agua subterránea (la cual puede contener sales disueltas u otros contaminantes) o agua superficial (que puede poseer alta turbidez o contener microorganismos) se bombea a un tanque con una membrana de ultrafiltración, la cual remueve virus y bacterias. Esta agua es apta para limpieza y aseo personal. El diez por ciento de esa agua se somete a nanofiltración y ósmosis inversa en la segunda etapa de purificación, la cual remueve sales y trazas de contaminantes, produciendo así agua potable. Una red solar fotovoltaica sigue al sol e impulsa a las bombas necesarias para procesar el agua, usando la abundante luz solar disponible en las remotas regiones de Australia que no cuentan con red eléctrica disponible.[6]
La energía solar fotovoltaica es considerada una opción para impulsar una planta de desalinización por ósmosis inversa. La tecnoeconomía tanto en modo Autónomo y en modo híbrido Fotovoltaico-biodiésel para capacidades de 0.05 MLD a 300 MLD (millones de litros de agua salada por día) fueron examinadas por los investigadores del IIT Madras. Como un demostrador de la tecnología, una planta con capacidad de 500 litros/día ha sido diseñada, instalada y está allí operativa.[7]
Almacenamiento de energía
Mientras la naturaleza intermitente de la luz solar y su intensidad variable durante el día hace desafiante al proceso de desalinización en la noche, varias opciones de almacenamiento de energía pueden ser usadas para permitir una operación de 24 horas. Las baterías pueden almacenar energía solar para uso en la noche. Los sistemas de almacenamiento de energía en forma de calor aseguran un rendimiento constante por la noche o en días nublados, mejorando eficiencia general.[8] Alternativamente, la energía gravitacional almacenada puede ser aprovechada para proporcionar energía a una unidad de ósmosis inversa alimentada por energía solar durante las horas en las que no hay luz solar.
Ver también
Referencias
- ↑ a b Mohammad Abutayeh; Chennan Li, D; Yogi Goswami; Elias K. Stefanakos (January 2014). Kucera, Jane, ed. Solar Desalination (en inglés). pp. 551-582. ISBN 9781118904855. doi:10.1002/9781118904855.ch13.
- ↑ Solar thermal desalination technologies
- ↑ Fiorenza, G.; Sharma, V.K.; Braccio, G. (August 2003). «Techno-economic evaluation of a solar powered water desalination plant». Energy Conversion and Management 44 (14): 2217-2240. doi:10.1016/S0196-8904(02)00247-9.
- ↑ Laborde, H.M.; França, K.B.; Neff, H.; Lima, A.M.N. (February 2001). «Optimization strategy for a small-scale reverse osmosis water desalination system based on solar energy». Desalination 133 (1): 1-12. doi:10.1016/S0011-9164(01)00078-9.
- ↑ a b «Award-winning Solar Powered Desalination Unit aims to solve Central Australian water problems». University of Wollongong. 4 November 2005. Consultado el 19 de julio de 2017.
- ↑ PV-Powered Desalination in Australia: Technology Development and Applications
- ↑ Munusamy, Kumaravel; Karuppuswamy, Sulochana; Ragavan, Gopalasami; G, Saravanan (2008). Solar Photo Voltaics Powered Seawater Desalination Plants and their Techno-Economics. I–V. pp. 1402-1408. ISBN 978-3-540-75996-6. doi:10.1007/978-3-540-75997-3_285.
- ↑ Low temperature desalination using solar collectors augmented by thermal energy storage