Una unidad de desalinización alimentada por energía solar produce agua potable a partir de agua salina mediante métodos directos o indirectos de desalinización impulsados por la luz solar. La energía solar es la fuente de energía renovable más prometedora debido a su capacidad para impulsar los sistemas de desalinización térmica más populares directamente a través de colectores solares y para impulsar sistemas de desalinización física y química indirectamente a través de células fotovoltaicas. [1]
La desalinización solar directa produce destilado directamente en el colector solar. Un ejemplo sería un alambique solar que atrapa la energía del Sol para obtener agua dulce mediante el proceso de evaporación y condensación . La desalinización solar indirecta incorpora sistemas de captación de energía solar con sistemas de desalinización convencionales como la destilación flash multietapa , la evaporación de múltiples efectos , la separación por congelación o la ósmosis inversa para producir agua dulce . [2]
Un tipo de unidad de desalinización solar es un destilador solar , también es similar a una trampa de condensación. Un alambique solar es una forma sencilla de destilar agua, utilizando el calor del sol para impulsar la evaporación del suelo húmedo y el aire ambiental para enfriar una película de condensador. Dos tipos básicos de destiladores solares son los de caja y los de pozo. En un alambique, el agua impura queda contenida fuera del colector, donde la luz del sol que brilla a través del plástico transparente la evapora. El vapor de agua puro se condensa en la fría superficie interior de plástico y gotea desde el punto bajo con peso, donde se recoge y se elimina. El tipo caja es más sofisticado. Los principios básicos de la destilación solar de agua son simples, pero efectivos, ya que la destilación replica la forma en que la naturaleza produce lluvia. La energía del sol calienta el agua hasta el punto de evaporación. A medida que el agua se evapora, el vapor de agua sube y se condensa en la superficie del vidrio para recogerlo. Este proceso elimina impurezas, como sales y metales pesados, y elimina organismos microbiológicos. El resultado final es un agua más limpia que el agua de lluvia más pura. [ cita necesaria ]
Los sistemas de desalinización solar indirecta comprenden dos subsistemas: un sistema de captación solar y un sistema de desalinización. El sistema de captación solar se utiliza, ya sea para recolectar calor mediante colectores solares y suministrarlo a través de un intercambiador de calor a un proceso de desalinización térmica, o para convertir la radiación solar electromagnética en electricidad utilizando células fotovoltaicas para alimentar un proceso de desalinización impulsado por electricidad.
La ósmosis es un fenómeno natural en el que el agua pasa a través de una membrana desde una solución de menor concentración a una solución de mayor concentración. El flujo de agua se puede invertir si se aplica una presión mayor que la presión osmótica en el lado de mayor concentración. En los sistemas de desalinización por ósmosis inversa , la presión del agua de mar se eleva por encima de la presión osmótica natural, forzando al agua pura a través de los poros de la membrana hacia el lado del agua dulce. La ósmosis inversa (RO) es el proceso de desalinización más común en términos de capacidad instalada debido a su superior eficiencia energética en comparación con los sistemas de desalinización térmica, a pesar de requerir un extenso pretratamiento del agua. Además, parte de la energía mecánica consumida se puede recuperar del efluente de salmuera concentrada con un dispositivo de recuperación de energía. [1]
La desalinización por ósmosis inversa con energía solar es común en plantas de demostración debido a la modularidad y escalabilidad de los sistemas fotovoltaicos (PV) y de ósmosis inversa. Se llevó a cabo un análisis económico detallado [3] y una estrategia de optimización exhaustiva [4] de la desalinización por ósmosis inversa con energía fotovoltaica, con resultados favorables. Las consideraciones económicas y de confiabilidad son los principales desafíos para mejorar los sistemas de desalinización por ósmosis inversa con energía fotovoltaica. Sin embargo, la rápida caída de los costos de los paneles fotovoltaicos está haciendo que la desalinización con energía solar sea cada vez más factible.
En el Territorio del Norte de Australia se ha probado una unidad de desalinización alimentada por energía solar diseñada para comunidades remotas . La "instalación solar de ósmosis inversa" (ROSI) utiliza filtración de membrana para proporcionar un flujo de agua potable fiable y limpia procedente de fuentes como el agua subterránea salobre . La energía solar supera los costes operativos, normalmente elevados, así como las emisiones de efecto invernadero de los sistemas de ósmosis inversa convencionales. ROSI también puede eliminar trazas de contaminantes como el arsénico y el uranio que pueden causar ciertos problemas de salud, y minerales como el carbonato de calcio que causa la dureza del agua . [5]
La líder del proyecto, la Dra. Andrea Schaefer de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Wollongong, dijo que ROSI tiene el potencial de llevar agua potable a comunidades remotas en toda Australia que no tienen acceso al suministro de agua de la ciudad y/o a la red eléctrica. [5]
El agua subterránea (que puede contener sales disueltas u otros contaminantes) o el agua superficial (que puede tener una alta turbidez o contener microorganismos ) se bombea a un tanque con una membrana de ultrafiltración , que elimina virus y bacterias. Esta agua es apta para limpiar y bañarse. El diez por ciento de esa agua se somete a nanofiltración y ósmosis inversa en la segunda etapa de purificación, que elimina sales y trazas de contaminantes, produciendo agua potable. Un panel solar fotovoltaico sigue el Sol y alimenta las bombas necesarias para procesar el agua, utilizando la abundante luz solar disponible en regiones remotas de Australia a las que no llega la red eléctrica. [6]
La energía solar fotovoltaica se considera una opción viable para alimentar una planta desalinizadora por ósmosis inversa. Investigadores del IIT Madras examinaron la tecnoeconomía tanto en modo autónomo como en modo híbrido fotovoltaico-biodisel para capacidades de 0,05 MLD a 300 MLD. Como demostrador de tecnología, allí se ha diseñado, instalado y puesto en funcionamiento una planta de 500 litros/día de capacidad. [7]
Si bien la naturaleza intermitente de la luz solar y su intensidad variable a lo largo del día dificultan la desalinización durante la noche, se pueden utilizar varias opciones de almacenamiento de energía para permitir el funcionamiento las 24 horas. Las baterías pueden almacenar energía solar para usarla durante la noche. Los sistemas de almacenamiento de energía térmica garantizan un rendimiento constante durante la noche o en días nublados, mejorando la eficiencia general. [8] Alternativamente, la energía gravitacional almacenada se puede aprovechar para proporcionar energía a una unidad de ósmosis inversa alimentada por energía solar durante las horas sin luz solar. [ cita necesaria ]
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