En
la actualidad se contabilizan unas dos mil millones de personas que no tienen
agua potable. Esto es debido a varias causas como la sequía, la contaminación
y la presencia de aguas salinas no aptas para consumo humano; el crecimiento
de la población mundial y la consecuente disminución de los alimentos,
requieren la expansión de la agricultura a zonas áridas.
Las
zonas áridas se caracterizan por la escasez de agua y la gran cantidad de
energía solar incidente. La presencia de agua salinizada está aumentado a lo
largo de nuestra geografía debido a la sobreexplotación
de los acuíferos.
La
energía solar puede ser en estas zonas la clave para desalinizar el
agua para el consumo humano y para su uso en la agricultura.
La
utilización de la energía solar para la destilación del agua es un práctica
que se viene realizando desde hace mucho tiempo. El primer documento que habla
sobre esta cuestión data de 1551 y fue redactado por alquimistas árabes.
En 1589, Della Porta describe una sistema de destilación de agua con energía
solar. En 1862, Lavoisier experimenta estas técnicas mediante el uso de
grandes lentes que concentran la radiación solar.
En
la actualidad en Grecia se hallan funcionando varias instalaciones de
destiladores solares para el abastecimiento de agua potable. Según el tipo de
construcción y las condiciones climatológicas imperantes, con una superficie
media de condensación de 2.450 m2, pueden obtenerse de 7.5 a 15 m3
de agua potable por día.
En
Freeport, en el Golfo de Méjico, se obtienen diariamente 4 millones de litros
de agua por el procedimiento LTV (
Long Tube Vertical Multiple Effect Destilation ). Se trata de un sistema de
etapas múltiple que por un proceso
de evaporación progresiva, a una presión constantemente decreciente,
garantiza un balance energético relativamente favorable. El agua bombeada del
Golfo de Méjico se somete a un total de 12 condensaciones. La proporción de
agua de mar dulce obtenida, es de 4:3. Un
sistema que compite totalmente con este procedimiento es el proceso de
distensión de etapas múltiples MFP (Multiple Flash Process). Por este
sistema trabaja una instalación de destilación de diez etapas en San Diego,
en la que se producen por día unos 300.000 litros de agua dulce.
2.
Descripción
de los sistemas utilizados al aire libre
Los
sistemas más simples han sido los que más se han desarrollado; este es el
caso del denominado sistema "depósito". Dicho sistema consta de una serie
de elementos esenciales: depósito para agua, láminas de cristal transparente
( en ocasiones plástico), canales y colector para agua destilada.
La
disposición de los elementos varía según los modelos: sobre el suelo se
dispone el contenedor de agua, que puede ser negro para absorber mayor
cantidad de radiación solar; el agua se evapora (ya desprovista de sales) y
se condensa sobre la lámina colocada en la parte superior. Esta lámina suele
estar inclinada, y al final el agua se recoge en los extremos una vez
destilada.
3.
Modelos
más utilizados en invernaderos
Tinaut
et al. Construyeron un invernadero convencional, pero en su interior, en la
parte superior del mismo disponían un contenedor de agua de plástico
semitransparente. Este plástico fue elegido porque era capaz de retener la
radiación térmica y dejaba pasar la Radiación Fotosintéticamente Activa (P.A.R.).
Este modelo también permite que la radiación nocturna emitida por el suelo
del invernadero sea utilizada para mantener el agua caliente. Este equipo de
investigadores probaron materiales como el polietileno y el metacrilato, de
colores rojo y azul, para la construcción del contenedor, y observaron que la
radiación P.A.R. transmitida por el metacrilato rojo doblaba la
transmitida por los otros dos materiales.
Luft
y Froechtenight diseñaron dos equipos que aumentaban la efectividad de
modelos desarrollados con anterioridad. En este modelo el agua fluye entre dos
laminas de cristal, pero la lamina inferior únicamente deja pasar hacia el
interior del invernadero la P.A.R., quedándose la radiación térmica
(infrarroja) entre los dos cristales. De este modo el agua se evapora y
condensa más rápidamente, puesto que entre los dos cristales se produce una subida de temperatura mayor que en otros modelos.
Actualmente
se está investigando otro modelo que consta
de un colector solar, una torre de evaporación y de una torre de
condensación.
El
agua asciende al colector solar por capilaridad por unos microtubos; aquí el
agua se calienta y pasa a la torre de evaporación donde tiene lugar dicho
proceso. Ahora el vapor de agua atraviesa la cámara de condensación donde se
produce la condensación del agua cuando el vapor de agua entra en contacto
con las superficies frías de dicha cámara.
A
veces el agua salada es precalentada mediante un intercambiador de placas
situado en la cámara de condensación. De este modo el calentamiento del agua
en el colector solar se producirá más rápidamente al estar el agua ya a una
temperatura elevada.
El
agua que no se ha evaporado se recoge en un depósito, donde esta el agua
salada, y cuando la concentración de sales es muy elevada este agua se
desecha.
Dependiendo
de las necesidades se proyectará este modelo, realizando en primer lugar el
estudio económico. El coste de la instalación no es muy elevado, ni tampoco
su mantenimiento, y se estima que este tipo de instalaciones tienen una vida
útil de 20 años.
4.
Consideraciones
en el diseño
4.1.
Agua necesaria
Esta
cantidad de agua viene determinada por la media de consumo diario de agua, a
la que habrá que sumarle un tanto por ciento relativo a las pérdidas. También
habrá que tener en cuenta la calidad de agua que necesita la explotación,
puesto que en ocasiones, tal como ocurre con el riego localizado, se pueden utilizar aguas con
mayor concentración en sales que en el riego tradicional. También habrá que
tener en cuenta el volumen de agua que debemos almacenar teniendo en cuenta la
climatología del lugar y previendo posibles emergencias.
4.2.
PRODUCTIVIDAD POR UNIDAD DE ÁREA
Este
dato es la cantidad de agua que una instalación puede desalinizar por unidad
de área de intercepción de la radiación solar. Esta productividad se
calculará mediante una serie de fórmulas empíricas, que son fruto de la
investigación en este tipo de sistemas.
4.3.
SUPERFICIE SOLAR
En
función de la productividad por unidad de área y de las necesidades de agua,
se calcula la superficie solar necesaria de intercepción.
4.4.
RADIACIÓN SOLAR
La
disponibilidad de radiación solar en las fechas en las que las necesidades de
agua son mayores, es un requisito indispensable para poder proyectar una
instalación. Ha de conocerse la distribución de la radiación solar en las
distintas épocas del año. También en este caso existen una serie de fórmulas
que nos permiten calcular la radiación solar incidente, en función de la
latitud del lugar, altura y otros parámetros.
