desalinización mediante energía solar resume del proyecto

DESALINIZACIÓN MEDIANTE ENERGÍA SOLAR
Autor: Villalba van Dijk, Raúl.
Director: Seifert, Burkhard.
Entidad Colaboradora: Technische Universität München.
RESUME DEL PROYECTO
El acceso a agua potable se ve como uno de los grandes problemas de la humanidad en
un futuro cercano: Actualmente, hay más de 2.000 millones de personas afectadas. El
crecimiento exponencial de la población y el cambio climático, que no sólo tiende a un
aumento de la temperatura, sino también al de los desastres naturales, son dos factores
que hacen que esta terrible cifra aumente. Una de las posibles soluciones más habladas
es la desalinización del agua mediante plantas desalinizadoras. Éstas sin embargo,
suelen ser grandes plantas que funcionan con energía fósil, que requieren de grandes
inversiones y de elevados costes de mantenimiento. Esto hace que dichas plantas, no
solo contribuyan al cambio climático, sino que además sólo son construidas por grandes
empresas en zonas de gran aglomeración.
Son las zonas rurales, y aquellas zonas con mala infraestructura aisladas en la costa, las
que tienen mayor necesidad de agua potable. Es precisamente para estas zonas, para las
que se está investigando una planta desalinizadora pequeña, sencilla de montar, de bajo
coste, y que funcione con energía solar, pero tenga una alta eficiencia.
El AquaCUBE (desarrollado por la TU München) es una planta desalinizadora de
aproximadamente 1m3 basado en el principio de humidificación-deshumidificación para
la potabilización de agua salada, agua salobre o agua contaminada por elementos menos
volátiles que el agua.
El agua salada o contaminada, que se encuentra inicialmente en un depósito cerrado, y
que sirve de medio para recircular el agua, es bombeada al condensador donde el agua
es precalentada. De ahí se pasa a un colector solar donde se eleva la temperatura del
agua a unos 85ºC. Después de pasar por un sistema de distribución, el agua cae en
forma de gotas en el evaporador, donde al ponerse en contacto con el aire, es
parcialmente evaporada. El agua suelta de esta manera su entalpía de evaporización,
que es recogida por el aire. El vapor de agua es transportado al condensador, mientras el
aire seco vuelve a entrar por la parte inferior del evaporador, creándose un ciclo natural
convectivo. Este ciclo permite el precalentamiento del agua en el condensador,
obteniendo unos ratios de eficiencia (GOR1) de entre 3 y 4 (equivalente al de grandes
plantas). En la figura 3.2 del proyecto, se puede ver un esquema de funcionamiento
general de la planta.
El colector solar tiene que ser resistente al agua salada, para así poder calentar el agua,
sin la necesidad de calentar otro fluido previamente. Se consigue así un colector solar de
alto rendimiento, manteniéndolo bajo coste.
Para evitar la formación de bloques de sal, hay que mantener la concentración de sal
debajo de los 200g/kg, teniéndose que cambiar el depósito cuando dicha concentración
es alcanzada.
Las relativas bajas temperaturas, el funcionamiento a presión ambiente y la sencillez de
la planta, permiten hacer de esto un sistema sencillo, de bajo coste y alta eficiencia.
En este proyecto se ha hecho especial hincapié en el montaje, puesta en funcionamiento
y análisis de los resultados del AquaCUBE. Los resultados teóricos obtenidos por
Seifert [SEIF06] y Hörning [HORN07] han servido de base para la comparación de
dicho resultado.
Mediante las gráficas y los datos, que se han podido obtener en su mayoría gracias a la
conexión de la planta con el ordenador, se obtienen los siguientes resultados:
• La temperatura óptima de 85ºC a la entrada del evaporador se confirma como
óptima. A medida que se va acercando a esta temperatura, la pendiente de la
gráfica, que nos muestra la cantidad de agua destilada obtenida, va aumentando
exponencialmente hasta el punto en el que llega a dicha temperatura, donde la
pendiente de la curva disminuye.
• Dicha temperatura es la que presenta mayor influencia en el agua destilada
obtenida, y por tanto, en el GOR. Por ello todos los experimentos que se
hicieron a continuación, fue manteniendo constante ésta temperatura a 85ºC y
cambiando los demás parámetros.
1
GOR=Gained Output Ratio se define como el cociente entre la entalpía de evaporización y el calor
añadido.
• Es importante la regulación del caudal a la entrada del colector solar. De esta
manera se consigue alcanzar rápidamente la temperatura de 85ºC y con ello un
mayor rendimiento de la planta. Dicho caudal es regulado automáticamente
acercándose a esa temperatura sin grandes oscilaciones después de ajustar una
serie de parámetros. Este caudal varía desde 80 l/h, cuando la planta es puesta
en marcha, hasta los 300 l/h en el momento de mayor producción.
• Se confirma la temperatura calculada de 42ºC [HORN07] en el depósito como
óptima, para el funcionamiento de la planta. Dicha temperatura, y el grado de
salinidad serán los parámetros que sirvan para el cálculo del tamaño del
depósito. En caso de tener acceso continuo a agua salada, se empieza con una
cantidad de 150 l en el depósito, alcanzando rápidamente la temperatura. Una
vez alcanzada, se mantiene esta temperatura aumentando el caudal de agua que
es bombeada.
• El agua destilada obtenida resulta ser de gran calidad. Aunque los experimentos
realizados hayan sido con agua de grifo, pasamos de tener 150 mg/kg de sólidos
disueltos en el agua a 5 mg/kg en el agua destilada. Con esto, el hecho de que el
agua salada no pase del lado del evaporador al lado del condensador, queda
confirmado.
El AquaCUBE, cuyos resultados teóricos obtenidos previamente resultan
confirmarse, necesita sin embargo de una serie de modificaciones:
•
El calentador industrial utilizado, tiene su límite de temperatura regulado en
85 ºC. Como consecuencia, el sistema de seguridad salta y es desconectado,
cuando es puesto en funcionamiento durante un tiempo prolongado. Este
tiempo varía entre una y tres horas, dependiendo de la potencia utilizada.
• Resulta de gran dificultad encontrar una bomba comercial, cuyo caudal sea
regulable entre los 80 l/ h y los 300 l/h, y que a su vez tenga fuerza
suficiente para vencer la pérdida de presión de la planta.
Se busca también, conseguir que la bomba funcione exclusivamente con energía
fotovoltaica. Las bombas que funcionan con DC, encarecen considerablemente el precio
de las mismas. Se estudia en posibilidad de un transformador de corriente.