Destiladores solares como alternativa sostenible para suministro de agua dulce en poblaciones costeras vulnerables

Resumen

Según Naciones Unidas, el 40% de la población mundial vive actualmente en zonas áridas o islas en la que el agua dulce es escasa (Harby et al., 2021). Por otra parte, el crecimiento de la población, la industrialización y el acelerado crecimiento del sector agrícola, han llevado a un uso intensivo del agua y a la contaminación de los recursos hídricos (Singh et al., 2021). Estos factores son los responsables de la significativa escases de agua dulce que actualmente sufre el planeta y que afecta a casi el 20% de la población mundial (Xiao, 2014; Shahzad, 2019). Como solución, se recomienda la desalinización de agua de mar/agua salobre/agua subterránea para obtener agua dulce (Hedayatizadeh, 2020). Los destiladores solares son dispositivos térmicos de sistema directo, es decir, que absorbe la radiación solar y la convierte en calor para evaporar el agua salada, y luego condensarla en el interior del mismo aparato. Generalmente, la eficiencia máxima de un destilador solar convencional es alrededor del 50% en el caso de un aislamiento total. Un aislamiento menor produce una reducción de aproximadamente un 14,5% en la eficiencia (Sharshir, 2016). Muchos factores pueden afectar la productividad del destilador solar, tales como las diferencias de temperatura entre el vidrio y el contenedor del agua salada, el área del contenedor, la inclinación de la cubierta de vidrio, la orientación del dispositivo, los materiales utilizados en su fabricación y las condiciones climáticas locales (Singh, 2021; Sharshir, 2016). En este trabajo se verificó el rendimiento de un destilador solar de una sola pendiente bajo las condiciones climáticas de la costa del golfo de México y se identificó los factores climáticos asociados, responsables de su desempeño. De igual manera, se comprobó la efectividad de un modelo matemático y los coeficientes cinéticos asociados, que permiten simular las condiciones reales de campo. En general, las condiciones climáticas del sector de “La Guadalupe” en las costas del golfo de México, son adecuados para el funcionamiento de un destilador solar de una sola pendiente. Sin embargo, el desempeño del destilador solar se vio afectado por las condiciones climáticas presentadas durante los días de los ensayos, principalmente por la baja radiación solar y la alta variabilidad de la nubosidad a lo largo de cada día monitoreado. Aunque las correlaciones planteadas en el modelo de Dunkle son válidas para temperaturas de operación de alrededor de 50ºC, los valores de los parámetros simulados por este modelo matemático presentan un ajuste excelente y una aproximación muy buena con respecto a los valores de temperatura del agua  registrados experimentalmente. Como consecuencia directa de los factores climáticos mencionados, la cantidad de agua destilada ( y la eficiencia ( logradas en el destilador solar fueron bajas, incluso por debajo de otras tasas de producción y eficiencia reportadas en otras latitudes del planeta, lo que demuestra la importancia de los factores climáticos en el desempeño de los destiladores solares (Feria et al., 2022). El agua efluente del destilador solar es de excelente calidad y podría ser utilizada para su uso en lugares con alto estrés hídrico. En conclusión, Los destiladores solares representan una alternativa viable para la solución (a baja escala) del déficit de agua fresca en poblaciones vulnerables localizadas en zonas costeras, incluso en países tropicales y en vías de desarrollo.

Palabras clave: Destilador solar, modelos matemáticos, radiación solar, Veracruz-México

Referencias

Harby, K., Ali, E. S., y Almohammadi, K. M. (2021). A novel combined reverse osmosis and hybrid absorption desalination-cooling system to increase overall water recovery and energy efficiency. Journal of Cleaner Production, 287. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.125014.

Singh, S. K., Kaushik, S. C., Tyagi, V. V., y Tyagi, S. K. (2021). Comparative Performance and parametric study of solar still: A review. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 47. https://doi.org/10.1016/j.seta.2021.101541.

Xiao-jun, W., Jian-yun, Z., Shahid, S., Xing-hui, X., Rui-min, H., y Man-ting, S. (2014). Catastrophe theory to assess water security and adaptation strategy in the context of environmental change. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 19(4), 463–477. https://doi.org/10.1007/s11027-012-9443-x.

Shahzad, M. W., Burhan, M., Ybyraiymkul, D., y Ng, K. C. (2019). Desalination processes’ efficiency and future roadmap. Entropy, 21(1), 84. https://doi.org/10.3390/e21010084.

Hedayatizadeh, M., Sarhaddi, F., y Pugsley, A. (2020). A detailed thermal modeling of a passive single-slope solar still with improved accuracy. Groundwater for Sustainable Development, 11, 100384. https://doi.org/10.1016/j.gsd.2020.100384.

Sharshir, S. W., Yang, N., Peng, G., y Kabeel, A. E. (2016). Factors affecting solar stills productivity and improvement techniques: A detailed review. Applied Thermal Engineering, 100, 267-287. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.11.041.

Feria-Díaz, J., López-Méndez, M., Ortiz-Monterde, L., Médina-Salgado, B., y Pérez-Rosas, N. (2022). Performance Evaluation of Solar Still in Veracruz, Mexico Gulf Coastline. Water, 14(10), 1567. https://doi.org/10.3390/w14101567.