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Destilador solar construido en un hoyo en el suelo. Destilador solar "Watercone" Un destilador solar destila agua con sustancias disueltas utilizando el calor del sol para evapo...

Destilador solar construido en un hoyo en el suelo.
Destilador solar "Watercone"

Un destilador solar destila agua con sustancias disueltas utilizando el calor del sol para evaporarla, enfriarla y recolectarla, purificándola así. Se utilizan en zonas donde no hay agua potable, para obtener agua limpia a partir de agua sucia o de plantas mediante la exposición a la luz solar.

Entre los tipos de destiladores se incluyen los destiladores solares de concentración a gran escala y las trampas de condensación . En un destilador solar, el agua impura se encuentra fuera del colector, donde se evapora por la acción de la luz solar que incide a través de un colector transparente. El vapor de agua pura se condensa en la superficie interior fría y gotea en un tanque.

La destilación reproduce el proceso natural de formación de la lluvia. La energía solar calienta el agua hasta su evaporación. Al evaporarse, el vapor asciende y se condensa nuevamente al enfriarse. Este proceso elimina impurezas como sales y metales pesados , así como microorganismos. El resultado es agua pura (potable).

Historia

Las trampas de condensación se utilizan desde que los pueblos preincaicos habitaban los Andes .

En 1952, el ejército de los Estados Unidos desarrolló un destilador solar portátil para pilotos varados en el océano. Consistía en una esfera inflable de plástico de 610 milímetros (24 pulgadas) de diámetro, con un tubo flexible en el lateral. Una bolsa interior colgaba de puntos de sujeción en la bolsa exterior. El agua de mar se vertía en la bolsa interior a través de una abertura en el cuello de la esfera. El agua dulce se extraía mediante el tubo lateral. La producción oscilaba entre 1,4 litros (1,5 cuartos de galón estadounidenses ) y 2,4 litros (2,5 cuartos de galón estadounidenses ) de agua dulce al día. [ 1 ] Algunos kits de supervivencia para balsas salvavidas incluyen destiladores similares , aunque los desalinizadores manuales de ósmosis inversa los han reemplazado en su mayoría. [ 2 ]     

Actualmente, en el Ejército argentino se enseña un método para recolectar agua en trampas de humedad, destinado a unidades especializadas que realizarán patrullas prolongadas de más de una semana de duración en las zonas áridas fronterizas de los Andes.

Métodos

Pozo solar

Pozo aún

Se coloca un colector en el fondo de un hoyo. Se colocan ramas verticalmente dentro del hoyo. Las ramas son lo suficientemente largas como para sobresalir del borde del hoyo y formar un embudo que dirige el agua hacia el colector. Luego se construye una tapa sobre este embudo con más ramas, hojas, hierbas, etc. El agua se recoge cada mañana.

Este método se basa en la formación de rocío o escarcha en el recipiente, el embudo y la tapa. El rocío se acumula y se desliza por la parte exterior del embudo hacia el recipiente. Normalmente, esta agua se evaporaría con el sol de la mañana, pero la tapa la retiene y aumenta la humedad en su interior, reduciendo así la cantidad de agua que se pierde. La sombra que proyecta la tapa también disminuye la temperatura dentro del recipiente, lo que reduce aún más la tasa de evaporación.

Un destilador solar se puede construir con dos a cuatro piedras, una lámina de plástico o vidrio transparente , un peso central para formar el embudo y un recipiente para el condensado. [ 3 ] Mejores materiales mejoran la eficiencia. Una sola lámina de plástico puede reemplazar las ramas y las hojas. La mayor eficiencia se debe a que el plástico es impermeable, lo que impide que escape el vapor de agua. La lámina se fija al suelo por todos los lados con piedras o tierra. El peso en el centro de la lámina forma el embudo. El condensado fluye por él hacia el recipiente. Un estudio sobre la destilación en foso encontró que inclinar la tapa a un ángulo de 30 grados capturaba la mayor cantidad de agua. La profundidad óptima del agua era de aproximadamente 25 milímetros (1 pulgada) . [ 4 ] 

Transpiración

Durante la fotosíntesis, las plantas liberan agua mediante la transpiración . Se puede obtener agua cubriendo una rama frondosa de un árbol con plástico transparente, [ 5 ] capturando el vapor de agua liberado por el árbol. [ 6 ] El plástico permite que la fotosíntesis continúe.

En un estudio de 2009, las variaciones en el ángulo del plástico y el aumento de la temperatura interna en relación con la temperatura exterior mejoraron los volúmenes de producción.

Si no se alivia, la presión del vapor alrededor de la rama puede aumentar tanto que las hojas ya no pueden transpirar, lo que obliga a eliminar el agua con frecuencia.

Como alternativa, se pueden colocar mechones de hierba o pequeños arbustos dentro de la bolsa. El follaje debe reemplazarse periódicamente, especialmente si se arranca de raíz.

La eficiencia es máxima cuando la bolsa recibe la mayor cantidad de luz solar. Las raíces blandas y carnosas producen la mayor cantidad de líquido con el menor esfuerzo.

Mecha

Destilador solar de Wick Basin.

El destilador solar de mecha es una caja hermética con tapa de vidrio y techo inclinado. [ 7 ] El agua se vierte desde la parte superior. Se calienta con la luz solar y se evapora. Se condensa en la parte inferior del vidrio y fluye hacia el tubo de conexión en la parte inferior. Las mechas separan el agua en compartimentos para aumentar la superficie de contacto. Cuantas más mechas, más calor llega al agua.

Para facilitar la absorción de calor, las mechas pueden ennegrecerse. El vidrio absorbe menos calor que el plástico a temperaturas elevadas, aunque no es tan flexible.

Una red de plástico puede recoger el agua antes de que caiga en el recipiente y darle más tiempo para calentarse.

Aditivos

Al destilar salmuera u otro tipo de agua contaminada, añadir un colorante puede aumentar la cantidad de radiación solar absorbida.

reversa todavía

Un destilador inverso utiliza la diferencia de temperatura entre el aire ambiente calentado por el sol y el dispositivo para condensar el vapor de agua ambiental. Un dispositivo de este tipo produce agua sin energía externa. Presenta un cono invertido en la parte superior para desviar el calor ambiental del aire y evitar que la luz solar incida sobre la superficie superior de la caja. Esta superficie es una lámina de vidrio recubierta con múltiples capas de polímero y plata. [ 8 ]

Refleja la luz solar para reducir el calentamiento de la superficie. El calor residual que no se refleja se reemite en una longitud de onda específica ( infrarroja ) para que atraviese la atmósfera y llegue al espacio. La caja puede estar hasta 15  °C (27  °F) más fría que la temperatura ambiente . Esto estimula la condensación, que se acumula en el techo. Este techo está recubierto con un material superhidrofóbico , de modo que el condensado forma gotas que caen en un colector. Un sistema de prueba produjo 4,6 ml (0,16 onzas líquidas estadounidenses ) de agua por día, utilizando una superficie de 10 cm (3,9 pulgadas) o aproximadamente 1,3 L/m² ( 0,28 gal/ft² ) por día. [ 8 ]      

Destilador solar inclinado

Esquema de un destilador solar de tipo cuenca inclinada.

Un destilador solar inclinado funciona permitiendo que la radiación solar de onda corta atraviese una placa de vidrio transparente, mientras atrapa la radiación de onda larga emitida por la arena y el agua calentadas dentro del destilador. [ 9 ] Este calor atrapado eleva la temperatura del agua, aumentando la tasa de evaporación. El vapor de agua resultante se condensa en la superficie interior de la placa de vidrio y se recoge mediante un canal. Este tipo de destilador se utiliza para producir agua potable a partir de fuentes salobres y para examinar su eficacia en la desfluoración. Una variante de este método, conocida como destilación de agua subterránea, implica el uso de arena o tierra húmeda para extraer agua en regiones áridas. La arena se utiliza dentro del destilador inclinado para mantener una capa de agua estable, evitando el desbordamiento. Sin arena, el agua de alimentación se derramaría si su altura de superficie libre superara la del canal de recolección. [ 9 ]

Eficiencia

Las trampas de condensación son fuentes para ampliar o complementar las fuentes o suministros de agua existentes. Una trampa de 40 cm (16 pulgadas) de diámetro y 30 cm (12 pulgadas) de profundidad produce entre 100 y 150 ml (3,4 a 5,1 onzas líquidas estadounidenses ) al día.        

Orinar en el pozo antes de colocar el recipiente permite recuperar parte del agua que contiene la orina.

Un alambique de pozo puede ser demasiado ineficiente como alambique de supervivencia, debido a la energía/agua requerida para su construcción. [ 10 ] En entornos desérticos, las necesidades de agua pueden superar los 3,8 litros (1 galón estadounidense ) por día para una persona en reposo, mientras que la producción del alambique puede promediar solo 240 mililitros (8 onzas líquidas estadounidenses ) . [ 10 ] [ 11 ] Pueden ser necesarios varios días de recolección de agua para igualar el agua perdida durante la construcción. [ 11 ]     

Aplicaciones

sitios remotos

Los destiladores solares se utilizan en casos donde el agua de lluvia, de la red pública o de pozo no es viable, como en hogares remotos o durante cortes de energía. [ 9 ] En zonas subtropicales propensas a huracanes que pueden quedarse sin energía durante días, la destilación solar puede proporcionar una fuente alternativa de agua potable.

Los sistemas de desalinización alimentados por energía solar pueden instalarse en lugares remotos con poca o ninguna infraestructura o red eléctrica. La energía solar sigue siendo asequible, ecológica y se considera un método eficaz entre las técnicas de destilación convencionales. El destilador solar es muy eficaz, especialmente para el suministro de agua potable a los habitantes de las islas. Esto los hace ideales para su uso en zonas rurales o países en desarrollo donde el acceso al agua potable es limitado. [ 12 ] [ 13 ]

Supervivencia

Los destiladores solares han sido utilizados por pilotos varados en el océano y se han incluido en los kits de emergencia de las balsas salvavidas. [ 1 ]

El uso de una trampa de condensación para destilar la orina eliminará la urea y la sal, reciclando el agua del cuerpo. [ 14 ]

Tratamiento de aguas residuales

Los destiladores solares también se han utilizado para el tratamiento de aguas residuales municipales , [ 15 ] la deshidratación de lodos de depuradora [ 16 ] así como para la gestión de aguas residuales de almazaras. [ 17 ]

Mecanismo de aparición de iones en agua destilada de un destilador solar.

La investigación indica que iones como F⁻ y NO 3 pueden estar presentes en los destilados de destiladores solares. Se realizaron experimentos de imagen y destilación para investigar este fenómeno. [ 18 ] Se observaron puntos blancos en el espacio de vapor sobre la interfaz del agua caliente vertida en recipientes. Se encontró que las concentraciones de iones como F⁻ y SO 2− 4 en los destilados de los experimentos de destilación térmica y solar eran similares cuando se usaba agua desionizada, así como soluciones de fluoruro con concentraciones de 100 y 10 000 mg/L. Estos hallazgos sugieren que los aerosoles ingresan al sistema de destilación a través de fugas, actuando como núcleos para la condensación del vapor de agua. Los componentes solubles en agua de los aerosoles se disuelven en las gotas que se forman, algunas de las cuales son transportadas al destilado por convección impulsada por flotabilidad.

Ventajas y desventajas

Beneficios

  • Utiliza energía solar gratuita.
  • Diseño sencillo
  • Bajo costo operativo
  • Mejora de la calidad del agua
  • Adaptable

Desventajas

  • Proceso muy lento
  • No mata las bacterias
  • Se requiere un espacio más grande
  • Solo funciona bien en presencia de luz solar.

Véase también

Referencias

  1. 1 2 "Destilador solar" . Popular Mechanics . Hearst Magazines. Febrero de 1952. pág.  113.
  2. "Desalinizador manual de ósmosis inversa - Aviso de intención de adjudicación por fuente única, USAF" . fbo.gov . 2012. Consultado el 3 de julio de 2012 .
  3. "Destilador de agua solar portátil del tío John (para supervivencia)" . Instructables .
  4. Khalifa, Abdul Jabbar N.; Hamood, Ahmad M. (noviembre de 2009). "Correlaciones de rendimiento para destiladores solares tipo cuenca". Desalination . 249 (1): 24– 28. Bibcode : 2009Desal.249...24K . doi : 10.1016/j.desal.2009.06.011 .
  5. "Destilador solar" . Practical Survivor . Consultado el 12 de enero de 2023 .
  6. O'Meagher, Bert; Reid, Dennis; Harvey, Ross (2007). Ayudas para la supervivencia: un manual sobre la supervivencia en el interior de Australia (PDF) (25.ª ed.). Maylands, WA: Academia de Policía de Australia Occidental. pág. 24. ISBN   978-0-646-36303-5Consultado el 7 de febrero de 2017 .
  7. Manikandan, V.; Shanmugasundaram, K.; Shanmugan, S.; Janarthanan, B.; Chandrasekaran, J. (abril de 2013). "Destiladores solares de mecha: una revisión". Renewable and Sustainable Energy Reviews . 20 : 322–335 . Bibcode : 2013RSERv..20..322M . doi : 10.1016/j.rser.2012.11.046 .
  8. 1 2 Irving, Michael (24 de junio de 2021) .El "destilador solar inverso" se mantiene frío para extraer agua potable del aire . Nuevo Atlas . Consultado el 27 de junio de 2021 .
  9. ^ Anjaneyulu , L .; Kumar, E. Arun; Sankannavar, Ravi; Rao, K. Kesava (13 de junio de 2012). "Defluoración de agua potable y captación de agua de lluvia mediante destilador solar". Investigación en química industrial y de ingeniería . 51 (23): 8040– 8048. doi : 10.1021/ie201692q .
  10. 1 2 Alloway, David (2000). Habilidades de supervivencia en el desierto . University of Texas Press . págs. 63–65 . ISBN  978-0-292-79226-5. Consultado el 9 de mayo de 2013 .
  11. 1 2 Fuerza Aérea de los Estados Unidos (1 de abril de 2008). Manual de supervivencia de la Fuerza Aérea de los EE. UU . Skyhorse Publishing . pág. 285. ISBN  978-1-60239-245-8. Consultado el 9 de mayo de 2013 .
  12. Özcan, Y., & Deniz, E. (2023). Recuperación de energía térmica residual solar en sistemas de destilación solar mediante generadores termoeléctricos. Engineering Science and Technology, an International Journal, 40, 101362. https://doi.org/10.1016/j.jestch.2023.101362
  13. Mohaisen, HS, Esfahani, JA, & Ayani, MB (2021). Mejora del rendimiento y el coste de los destiladores solares pasivos mediante un condensador integrado con paredes aleteadas: Un estudio experimental. Renewable Energy, 168, 170-180.
  14. Grantham, Donald F. (2 de marzo de 2001). Una fuente de habilidades de supervivencia para principiantes en la naturaleza . Xlbris Corp. pág. 119. ISBN  0-7388-3682-6.
  15. R. Zarasvand Asadi, F. Suja, MH Ruslan, NA Jalil La aplicación de un destilador solar en el tratamiento de aguas residuales domésticas e industriales. (2013) Sol. Energy, 93, pp. 63-71, https://doi.org/10.1016/j.solener.2013.03.024
  16. ^ DA Haralambopoulos, G. Biskos, C. Halvadakis, TD Lekkas (2022) Deshidratación de lodos de aguas residuales mediante un alambique solar. Renovar. Energía, 26, págs. 247-256, https://doi.org/10.1016/S0960-1481(01)00114-8as
  17. Mastoras, Petros; Vakalis, Stergios; Fountoulakis, Michail S.; Gatidou, Georgia; Katsianou, Panagiota; Koulis, Georgios; Thomaidis, Nikolaos S.; Haralambopoulos, Dias; Stasinakis, Athanasios S. (10 de septiembre de 2022). «Evaluación del rendimiento de un destilador solar a escala piloto para el tratamiento de aguas residuales de almazara» . Revista de Producción Más Limpia . 365 132695. Código Bib : 2022JCPro.36532695M . doi : 10.1016/j.jclepro.2022.132695 . ISSN 0959-6526 . S2CID 249722738 .  
  18. Balakrishnan, Ramesh; Sankannavar, Ravi; Rao, K. Kesava (1 de junio de 2011). "Un mecanismo para la aparición de iones en agua destilada". Industrial & Engineering Chemistry Research . 50 (23): 13202– 13209. doi : 10.1021/ie2002022 .

Patentes

  • Patente estadounidense 3337418 , "Destilador solar neumático" 
  • Patente estadounidense 4235679 , "Destilador solar de alto rendimiento" 
  • Patente estadounidense 4966655 , "Destilador solar con cubierta de plástico"