Unitat d'desalinización impulsada per energia solar
Una unitat d'desalinización a energia solar produïx aigua potable a partir d'aigua salada a través de métodos directes o indirectes de desalinización accionada pel sol. L'energia solar és la font d'energia renovable més prometedora per la seua capacitat d'impulsar els cada volta més populars sistemes d'desalinización tèrmics directament cap a colectors solars i d'impulsar els sistemes d'desalinización física i química indirectament a través de celes fotovoltaiques.[1]
La desalinización solar directa produïx destilats directament en el colector solar. Un eixemple seria un destilador solar el qual atrapa l'energia del sol per a obtindre aigua dolça a través del procés d'evaporament i condensació. La desalinización solar indirecta incorpora sistemes de recolecció d'energia solar en sistemes d'desalinización convencionals com la destilació instantànea de múltiples etapes, evaporament d'efecte múltiple, separació per congelació o òsmosis inversa per a produir aigua dolça.[2]
Desalinización solar directa
[editar | editar còdic]Destilador solar
[editar | editar còdic]Un tipo d'unitat d'desalinización solar és un destilador solar, que és similar a una trampa de condensació. Un destilador solar és una manera simple de destilar aigua, usant la calor del sol per a conduir un evaporament del sol humit, i l'aire circumdant per a gelar un film de condensació. Els dos tipos bàsics de destiladores solars són el de caixa i el de pou. En un destilador solar de pou, l'aigua impura és continguda fòra del colector, a on és evaporada pels rajos solars a través d'un plàstic transparent. El vapor de l'aigua pura es condensa en la menor temperatura dins de la superfície de plàstic i gotea des d'un punt baix ponderat, a on és arreplega i es retira. El destilador de tipo caixa és més sofisticat. Els principis bàsics d'un destilador solar són simples i efectius, puix la destilació replica la forma en la que la naturalea produïx la pluja. L'energia del sol calfa l'aigua fins al punt d'evaporament. Quan l'aigua s'evapora, este vapor puja i es condensa en la superfície de vidre a on es recolecta. Este procés remou impurees, tals com a sals i metals pesats, i elimina organismes microbiològics. El resultat final és un aigua més neta que la més pura aigua de pluja.
Desalinización per humidificación - deshumidificación (HDH)
[editar | editar còdic]El método de humidificación-deshumidificación solar (HDH) és un método d'desalinización d'aigua termal. Est consistix en l'evaporament de l'aigua de mar o aigua salobre i la posterior condensació de l'aire humit generat, principalment este procés es porta a terme a pressió ambiente. D'eixa manera, imita el cicle natural de l'aigua, pero en un periodo de temps molt més curt.[3]
Una de les principals ventages que presenta el HDH és que utilisa components separats per a la recolecció solar, el calfament d'aigua, l'evaporament i la condensació de l'aigua. Este fet permet que cada component siga dissenyat de forma independent i permet una flexibilitat major en el disseny del cicle termodinàmic, lo que produïx un GOR (Gain Output Ràtio) significativament més elevat, produint que l'àrea total del recolector siga més menuda.
Ademés, presenta atres ventages com que els seus components són relativament simples i econòmics, lo que els permet treballar en un ampli ranc de salinitat de l'aigua d'alimentació sense la necessitat d'operacions de manteniment complexes.[3]
L'inconvenient principal és que el sistema HDH és que els requisits d'energia tèrmica són relativament alts en comparació a atres tecnologies.[3]
Hi ha 4 tipos de cicles de HDH, els quals es poden classificar segons es calfa l'aire o l'aigua en energia solar i segons si el circuit d'aire o d'aigua és de circuit obert o tancat. Els que existixen són els següents: el circuit d'aigua tancat i calenta mentres té el circuit de l'aire està obert; els circuits oberts en el de l'aire calfat; el circuit d'aire obert i calent mentres el de l'aigua està tancat; i el circuit d'aire tancat i calent mentres el de l'aigua està obert.[3]
Desalinización solar indirecta
[editar | editar còdic]Els sistemes d'desalinización solar indirecta comprenen dos subsistema principals: un sistema de captació d'energia solar i un sistema d'desalinización. El sistema de captació pot aprofitar l'energia solar en forma de calor per mig de colectors solars, o convertir la radiació solar en electricitat a través de panels fotovoltaics, la qual s'utilisa per a alimentar el procés d'desalinización.
En funció del principi de separació amprat, els métodos d'desalinización indirecta es classifiquen generalment en dos grans categories: métodos tèrmics i métodos de membrana. Els métodos tèrmics, com la destilació multietapa (MSF) o la destilació de múltiple efecte (MED), utilisen energia tèrmica per a evaporar l'aigua i posteriorment condensarla, separant-la de les sals dissoltes. Per un atre costat, els métodos de membrana, com la òsmosis inversa (OI), la destilació per membrana (MD) o la òsmosis directa (FO) ampren membranes semipermeables per a separar l'aigua dels soluts, normalment impulsats per pressió o gradient de concentració.[3]
Esta classificació permet adaptar la tecnologia d'desalinización a les condicions energètiques, econòmiques i de calitat de l'aigua d'alimentació, sent els sistemes de membrana generalment més eficients energèticament, mentres que els sistemes tèrmics presenten major robustea front a aigües d'alta salinitat.
Òsmosis inversa impulsada per energia solar
[editar | editar còdic]La òsmosis és un fenomen natural en el qual l'aigua passa a través d'una membrana d'una concentració de solució més baixa cap a una més alta. El fluix de l'aigua pot invertit si una pressió més gran que la pressió osmótica és aplicada en el costat de la concentració més alta. En els sistemes d'desalinización per òsmosis inversa, la pressió del aigua de mar és elevada sobre la seua pressió osmótica natural, forçant a l'aigua pura a través dels poros de la membrana cap al costat d'aigua fresca. La òsmosis inversa (OI) és el procés més comú d'desalinización en térmens de capacitat instalada per la seua eficiència energètica superior comparada en sistemes d'desalinización tèrmica, encara que requerix un pretratamiento extensiu. Ademés, part de l'energia mecànica consumida es pot recuperar de l'efluent de salmorra en un dispositiu de recuperació d'energia.[1]
La desalinización per òsmosis inversa impulsada per energia solar és comuna en plantes de demostració pel modularidad i escalabilidad d'abdós sistemes, el fotovoltaic (FV) i el d'òsmosis inversa (OI). Un anàlisis[4] econòmic detallat i una exhaustiva estratègia[5] d'optimisació d'desalinización OI per mig de sistemes FV va ser portada a terme en resultats favorables. Les consideracions econòmiques i d'confiabilidad són els principals reptes a millorar en sistemes d'desalinización per OI alimentats per mig de sistemes FV. Aixina i tot, la ràpida caiguda en els costs dels panels FV està fent als sistemes impulsats per energia solar més factibles que mai.
Una unitat d'desalinización per òsmosis inversa impulsada per energia solar dissenyada per a les comunitats remotes ha segut provada en el Territori del Nort d'Austràlia. La "reverse-osmosis solar installation" (ROSI) (instalació solar de òsmosis inversa), utilisa filtració per membranes per a proporcionar aigua potable fiable i neta provinent de fonts com aigua subterrànea salobre. La energia solar supera el normalment alt cost de l'energia operativa aixina com també els gasos d'efecte hivernàcul dels sistemes convencionals de òsmosis inversa. ROSI també pot remoure traces de contaminants com el arsènic i el urani que poden causar certs problemes de salut, i minerals com el carbonat de calcio que ocasiona la durea de l'aigua.[6]
La líder del proyecte Dra. Andrea Schaefer de la Facultat d'Ingenieria de la Universitat de Wollongong va dir que ROSI té el potencial de dur aigua neta a comunitats remotes d'Austràlia que no tenen accés a una fonts d'aigua d'una ciutat i/o la ret elèctrica.[6]
L'aigua subterrànea (que pot contindre sals dissoltes o uns atres contaminants) o aigua superficial (que pot posseir alta turbidez o contindre microorganismes) es bombeja a un tanc en una membrana d'ultrafiltración, la qual remou virus i bactèries. Esta aigua és apta per a neteja i netea personal. El dèu per cent d'eixa aigua se somet a nanofiltración i òsmosis inversa en la segona etapa de purificació, la qual remou sals i traces de contaminants, produint aixina aigua potable. Una ret solar fotovoltaica seguix al sol i impulsa a les bombes necessàries per a processar l'aigua, usant l'abundant llum solar disponible en les remotes regions d'Austràlia que no conten en ret elèctrica disponible.[7]
L'energia solar fotovoltaica és considerada una opció per a impulsar una planta d'desalinización per òsmosis inversa. La tecnoeconomía tant en modo Autònom i en modo híbrit Fotovoltaic-biodiésel per a capacitats de 0.05 MLD a 300 MLD (millons de litros d'aigua salada per dia) varen ser examinades pels investigadors de el IIT Madras. Com un demostrador de la tecnologia, una planta en capacitat de 500 litros/dia ha segut dissenyada, instalada i està allí operativa.[8]
Almagasenament d'energia
[editar | editar còdic]Mentres la naturalea intermitent de la llum solar i la seua intensitat variable durant el dia fa desafiant al procés d'desalinización en la nit, vàries opcions d'almagasenament d'energia poden ser usades per a permetre una operació de 24 hores. Les bateries poden almagasenar energia solar per a us en la nit. Els sistemes d'almagasenament d'energia en forma de calor asseguren un rendiment constant de nit o en dies nuvolats, millorant eficiència general.[9] Alternativament, l'energia gravitacional almagasenada pot ser aprofitada per a proporcionar energia a una unitat de òsmosis inversa alimentada per energia solar durant les hores en les que no hi ha llum solar.
Òsmosis directa impulsada per energia solar (FO)
[editar | editar còdic]La òsmosis directa és una tecnologia d'desalinización basada en l'us d'una membrana semipermeable i una solució d'arrastre (draw solution) en alta pressió osmótica per a induir el pas d'aigua des d'una solució salina cap a una solució més concentrada. A diferència de la òsmosis inversa, este procés no requerix l'aplicació d'altes pressions externes, ya que el fluix d'aigua està impulsat pel gradient de pressió osmótica entre abdós solucions.[10]
El procés de FO consta generalment de dos etapes principals: la transferència d'aigua a través de la membrana cap a la solució d'arrastre i la posterior recuperació de l'aigua dolça a partir de dita solució per mig d'un procés de separació adicional . Entre les seues principals ventages destaquen el seu menor consum energètic, menor clim al ensuciamiento de les membranes i una major eficiència en la recuperació d'aigua en comparació a processos convencionals.[11][12][13][14]
En sistemes d'desalinización solar, la FO pot integrar-se en fonts d'energia tèrmica o fotovoltaica per a facilitar la regeneració de la solució d'arrastre, donant lloc a configuracions híbrides conegudes com a sistemes solar-driven FO.[15] Estes configuracions presenten un gran potencial per a aplicacions en regions remotes o en recursos llimitats, pel seu baix requeriment energètic i la seua capacitat per a operar en fonts d'energia renovable [21].
No obstant, un dels principals desafius d'esta tecnologia radica en el desenroll de solucions d'arrastre adequades, que combinen una alta pressió osmótica en facilitat de regeneració i baixa difusió inversa de soluts, aspectes clau per a la seua viabilitat a gran escala.[16]
Destilació de membrana impulsada per energia solar (MD)
[editar | editar còdic]La destilació per membrana (MD) és un procés de separació impulsat tèrmicament de solucions acuosas que implica el transport de molècules de vapor a través d'una membrana microporosa hidrófoba. La membrana soporta un interfaç vapor-líquit en els poros; les forces de tensió superficial de la membrana hidrófoba eviten que les molècules de líquit entren en els poros, mentres que el vapor passa per una diferència en la pressió de vapor en abdós costats de la membrana que s'establix per mig d'una diferència de temperatura.
Existixen moltes ventages, pero la principal és que opera a pressions més baixes que atres processos de separació basats en membranes, ya que la força impulsora no és una diferència en la pressió hidrostàtica i, ademés, opera a temperatures més baixes que la destilació convencional, ya que no és necessari calfar els líquits per damunt del seu punt d'ebullició. Una atra de les ventages és l'alta eficiència en el rebuig de soluts, sent fins a de un 100% dels components no volàtils. Ademés, en este sistema es té la possibilitat d'obtindre aigua més pura i té la capacitat de tractar solucions en una salinitat molt elevada. Per un atre costat, existixen molts estudis teòrics pero s'han instalat i analisat poques plantes de demostració.
No existixen membranes dissenyades específicament per a este procés, aixina que per a portar a terme este procés normalment s'utilisen membranes de microfiltración.
Procés flash de vàries etapes (MSF)
[editar | editar còdic]El procés de MSF és el procés d'desalinización més utilisat en térmens de capacitat per la seua simplicitat. Ademés, presenta un rendiment molt bo i el seu fàcil control a gran escala.
Este es compon d'una série d'elements denominats etapes. En cada una d'estes es precalienta l'aigua de la mar alimentada en vapor de condensació. Ademés, el sistema casi pot recuperar la calor latent si es fracciona el diferencial de temperatura entre la font calenta i l'aigua alimentada en un gran número d'etapes. Per eixe motiu, les instalacions comercials actuals estan dissenyades en 10 a 30 etapes en una caiguda de temperatura de 2 °C per cada etapa i les seues produccions típiques són de 60 a 100L/m2, depenent del número d'etapes.
Encara que, el MSF presenta una desventaja molt clara, ya que es requerixen nivells de pressió precisos en les diferents etapes i, per lo tant, es requerix un temps transitori per a establir el funcionament normal de la planta. Esta característica fa que el MSF siga molt complicat utilisat en energia solar, a menos que s'utilisen tancs per a almagasenament tèrmic.
Destilació multiefecto (MED)
[editar | editar còdic]La destilació d'efecte múltiple consistix en un procés d'evaporament de múltiples etapes a baixes temperatures, generalment inferiors a 70 °C.
El procés consistix en rosar aigua salina en els compartimento a on el vapor fluïx per dins dels tubos. Esta cau pel tubo i es calfa produint el seu evaporament per la calor suministrada pel vapor mentres este es condensa dins dels tubos. El vapor latent que es produït per l'evaporament de l'aigua de mar s'utilisa per a evaporar l'aigua de mar en la següent etapa. És dir, este vapor secundari generat s'utilisa per a generar vapor terciario a menor pressió, ya que és transferit a la següent etapa. Esta operació es repetix a lo llarc de la planta d'una etapa a una atra.
En este procés existix una baixa diferència de temperatura en cada etapa, ya que està llimitada pel creixent punt d'ebullició per l'aument de la concentració de sal.
En cada etapa del sistema s'acumula una solució de salmorra en el fondo i es va descarregant, i el producte, que és el vapor d'aigua generat en cada etapa, es recolecta i es condensa.
Ademés, en este procés s'utilisa una bomba de buit/compressor per a mantindre el gradient de pressió gradual dins del recipient eliminant els gasos no condensables acumulats junt en el vapor d'aigua restant despuix de l'etapa de condensació final.
Este sistema es pot combinar en energia solar per mig d'un concentrador solar.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ 1,0 1,1 Mohammad Abutayeh; Chennan Li, D, {{{nom2}}}; Yogi Goswami, {{{nom3}}}; Elias K. Stefanakos, {{{nom4}}} (January 2014). Kucera (ed.). Solar Desalination (en en), pp. 551–582. doi:10.1002/9781118904855.ch13. ISBN 9781118904855.
- ↑ Solar thermal desalination technologies
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 Desalination.602
- 118575.ISSN 0011-9164.doi:10.1016/j.desal.2025.118575.Consultat el 2026-04-16.
- ↑ Energy Conversion and Management.44(14)
- 2217–2240.doi:10.1016/S0196-8904(02)00247-9.
- ↑ Desalination.133(1)
- 1–12.doi:10.1016/S0011-9164(01)00078-9.
- ↑ 6,0 6,1 «Award-winning Solar Powered Desalination Unit aims to solve Central Australian water problems». University of Wollongong. Consultat el 2017-07-19.
- ↑ PV-Powered Desalination in Austràlia: Technology Development and Applications
- ↑ Munusamy, Kumaravel; Karuppuswamy, {{{nom2}}}; Ragavan, {{{nom3}}}; G, {{{nom4}}} (2008). Solar Photo Voltaics Powered Seawater Desalination Plants and their Techno-Economics, pp. 1402–1408. doi:10.1007/978-3-540-75997-3_285. ISBN 978-3-540-75996-6.
- ↑ Low temperature desalination using solar collectors augmented by thermal energy storage
- ↑ Processes.8(8)
- 901.ISSN 2227-9717.doi:10.3390/pr8080901.Consultat el 2026-04-16.
- ↑ Desalination.336
- 50–57.ISSN 0011-9164.doi:10.1016/j.desal.2014.01.002.Consultat el 2026-04-16.
- ↑ Desalination.318
- 118–124.ISSN 0011-9164.doi:10.1016/j.desal.2013.01.025.Consultat el 2026-04-16.
- ↑ Desalination.312
- 67–74.ISSN 0011-9164.doi:10.1016/j.desal.2012.11.032.Consultat el 2026-04-16.
- ↑ Desalination.333(1)
- 23–35.ISSN 0011-9164.doi:10.1016/j.desal.2013.11.014.Consultat el 2026-04-16.
- ↑ Desalination.217(1)
- 225–232.ISSN 0011-9164.doi:10.1016/j.desal.2007.03.004.Consultat el 2026-04-16.
- ↑ Applied Energy.230
- 220–231.ISSN 0306-2619.doi:10.1016/j.apenergy.2018.08.021.Consultat el 2026-04-16.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Unidad de desalinización impulsada por energía solar» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.