DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE UN DESTILADOR SOLAR TUBULAR DE AGUA DE

MAR”

PIURA, 10-14 NOVIEMBRE 2014

CARLOS POLO BRAVO

CENTRO DE ENERGIAS RENOVABLES DE TACNA (CERT)

FACULTAD DE CIENCIAS

UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN, TACNA

XXI SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA

SOLAR

18.03.2008 2

PACÍFICO :1,8%

disponibilidad de

Agua

70 % población

2 027 m3/hab

ATLÁNTICO:

97,7%

disponibilidad agua

26% población

292 000 m3/hab

TITICACA:

0,5% disponib

de agua

4% población

9 715 m3/habREGIÓN TACNA

• La capacidad actual de nuestros glaciares es de 43 mil millones de m3

(2007)

• representa el 60% de nuestro ‘stock’ de agua

• El 40% de nuestro ‘stock’ de agua -25 mil millones de m3- participa en el

flujo hídrico

• Se proyecta que en 10 años el 40% de nuestro ‘stock’ de agua (glaciares)

se irá en el flujo hídrico

Escenario

Altamente

Posible

4

BALANCE HÍDRICO DE LAS CUENCAS DE LA

REGIÓN TACNA (m3/s)

DESCRIPCIÓN PROMEDIO (m3/s)

1. OFERTA DE AGUA 11,486

1.1 Cuenca Caplina 3,088

1.2 Cuenca Sama 2,227

1.3 Cuenca Locumba 6,170

2. DEMANDA DE AGUA 19,611

2.1 Cuenca Caplina 7,066

2.2 Cuenca Sama 4,521

2.3 Cuenca Locumba 8,024

3. BALANCE HÍDRICO Déficit: - 8,125

Fuente: PET 2006

SALINIDAD DE AGUAS (CONDUCTIVIDAD ELECTRICA)

1387

2459

1808

1286

1860

2529

611

1557

125194

4819

2410

248

2366

10161216

499

235439

566

1159

1651

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

2750

3000

3250

3500

3750

4000

4250

4500

4750

5000

5250

R.C

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R.S

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R.C

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R.Il

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R.L

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R.S

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uS/c

m)

CUENCA

LOCUMBA

CUENCA

SAMA

CUENCA

MAURE

CUENCA

UCHUSUMA

CUENCA

TACNA

OBRAS DE INFRAETRUCTURA HIDRÁULICA ANDINA

PARA MEJORAR LA DISPONIBILIDAD DE AGUA EN LA

REGIÓN TACNA

LA ESCACEZ HÍDRICA ACTUAL EN LA CIUDAD DE TACNA

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025

Zona de escasez hídrica

Zona de estrés

hídrico

Zona de adecuada disponibilidad hídrica

Disponibilidad hídrica según tasa de

crecimiento demográfica baja

Disponibilidad hídrica según tasa de

crecimiento demográfica alta

El Perú podría ser en el 2025:Un país con estrés hídrico si seasume una tasa de crecimientodemográfica baja (disponibilidad de1200 m3/hab/año)

O un país con escasez hídrica si seproyecta con una tasa decrecimiento demográfica alta.(Disponibilidad de agua dulce de1000 m3/hab/año)

Fuente: Action Population Internationalna

60 – 100 m3/añoxhab

Caso Región Tacna

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA DESALINIZACIÓN

VENTAJAS Se cuenta en la costa con gran cantidad

de materia prima: agua de mar

No es necesario construir estructuraspara almacenar el agua de mar

Nula dependencia de las lluvias,deshielo, o caudal de los ríos

La ubicación de las plantas facilita elcontrol de las operaciones

Abundante recurso energético solar ygeotérmico, autonomía energética

DESVENTAJAS Generación de un residual concentrado

(salmuera e insumos químIcos)

Afectación de la vida marina en la zonacostera donde se instale ladesalinizadora

Alto consumo de energía (mayoresemisiones de CO2, si se usan energíastradicionales)

Mayor costo para producir y distribuirel agua potable

Falta de tecnologías y recursoshumanos especializados

SEPARACIÓN ENERGÍA USADA PROCESOSMÉTODO DE

DESALINIZACIÓN

AGUAS DE SALES TÉRMICA

EVAPORACIÓN

Flash Multi estado

(MSF)

Multiefecto (MED)

Compresión Térmica

de vapor (TVC)

Destilación Solar (SD)

CRISTALIZACIÓN

Enfriamiento (FR)

Proceso de gas

hidratado (GH)

FILTRACIÓN /

EVAPORACIÓN

Membrana /

Evaporación (ME)

MECÁNICA

EVAPORACIÓN

Compresión Mecánica

de vapor (MVC)

FILTRACIÓN Osmosis inversa (OR)

SALES DE AGUAS

ELÉCTRICA FILTRACIÓN

SELECTIVA

Electrodiálisis (ED)

QÚIMICA INTERCAMBIO Intercambio Iónico (EI)

CUADRO DE LOS DIFERENTES PROCESOS PARA

LA DESALINIZACIÓN DE AGUA

DIFERENTES MODELOS DE DESTILACIÓN DE AGUA BAJO EL SISTEMA DE AVAPORACIÓN

SISTEMA DE DESALACIÓN DE AGUA DE

MAR POR ÓSMOSIS INVERSA: FILTRACIÓN

NUEVA GENERACIÓN DE DESTILADORES SOLARES:DESTILADOR TUBULAR SOLAR

FENÓMENOS DE TRANSFERENCIA DE ENERGÍA Y MASA EN EL DST

• Transferencia de calor por evaporación-convección desde el agua demar depositada en canaleta hacia aire húmedo en el interior de DST

• Transferencia de calor por convección-condensación ocurre desde airehúmedo interno hacia la cubierta tubular interna y la otratransferencia de calor por radiación entre el agua superficial ycubierta tubular interna

• Radiación - convección desde la cubierta tubular hacia la atmósfera

• La canaleta negra de aluminio tiene una transferencia de calor porconvección al estar en contacto por ambos lados (externo e interno)con el aire húmedo y agua de mar, en el interior del DST

• El agua de mar es evaporada y transferida al aire húmedo yfinalmente, condensado en la superficie interna de la cubierta tubular

INTERCAMBIO DE ENERGÍA Y MASA EN EL INTERIOR DEL DST

Caracterización de transferencia de calor en el agua de mar en el interior del DST

Caracterización de transferencia de calor de la canaleta en el interior del DST

Caracterización de transferencia de calor para el aire Húmedo en el interior del DST

Caracterización de transferencia de calor para la cubierta tubular transparente

La eficiencia de producción de agua destilada por el DST

ARREGLO EXPERIMENTAL PARA LA EVALUACIÓN DEL DST

VISTA GENERAL DEL DST

Perfil térmico del DST para días soleados

0

10

20

30

40

50

60

09

:00

09

:10

09

:20

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:50

10

:00

10

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:50

11

:00

11

:10

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:20

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:00

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:10

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:50

13

:00

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13

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14

:00

14

:10

14

:20

14

:30

Tem

pe

ratu

ras

(

ºc)

Tíempo en horas del dia (h)

temperatura de cubierta temperatura de canaleta

temperatura de agua de mar temperatura de aire humedo

Fuente: Elaboración propia (2012)

VOLUMEN DE AGUA DESTILADA POR EL DST EN FUNCIÓN DE LAS HORAS, días soleados

Fuente: Elaboración propia (2012)

Volumen acumulado de agua destilada por el DST en días soleados

0

20

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60

80

100

120

140

08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

volu

me

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e a

gua

de

stila

da

(m

l)

Tíempo en horas del dia (h)

volumen acumulativo de agua destilada

Fuente: Elaboración propia. (2012)

Variación diaria de humedad relativa del aire en el interior del DST (izquierda); Variación de la

temperatura ambiente en función de horas del día (derecha)

Fuente: Elaboración propia (2012)

COMPORTAMIENTO DE LA IRRADIANCIA SOLAR GLOBAL INCIDENTE SOBRE EL DST EN FUNCIÓN

DE LAS HORAS DEL DÍA

Fuente: Elaboración propia (2012)

Volumen acumulado de agua destilada por el DST en días semi nublados

0

10

20

30

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70

08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

Vo

lum

en

de

agu

a d

est

ilad

a

(ml)

Tíempo en horas del dia (h)

volumen acumulativo

6:35:15

.Fuente: Elaboración propia. (2012)

Volumen acumulado de agua destilada por el DST en días nublados

0

1

2

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6

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08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

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(ml)

Tiempo en horas del dia (h)

volumen de agua destilada acumulativo

Fuente: Elaboración propia. (2012)

Análisis comparativo del volumen de agua destilada en función de las horas del día para tres escenarios de

irradiancia solar global incidente sobre el DST

0

20

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140

09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00

Vo

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s

(ml)

Tíempo en horas del dia (h)

para el dia totalmentenublado

para el dia parcialmentenublado

dia totalmente soleado

primer dia de la evaluacion

Fuente: Elaboración propia. (2012)

Conclusiones

• El destilador solar tubular muestra un desempeño favorable en

el proceso experimental para destilar agua de mar, bajo las

condiciones meteorológicas de la ciudad de Tacna

• Se ha determinado que el volumen de agua destilada por el

sistema para días soleados, en valor promedio es de 2950 ml

/m2día, en días semi nublados de 1600 ml/m2día, y en días

nublados de 200 ml/m2día; con eficiencias promedios de 62,

47 y 18 %, respectivamente

• La concentración de los gramos de sal contenida en cada litro

de agua con el proceso de destilación del DST se bajó de un

valor inicial de 41,6 g.sal/l del agua de mar a 0,003 g.sal/l del

agua dulce destilada, con pH de 7,93 y 7,13, respectivamente

6:35:15

Conclusiones

• El rendimiento del volumen de agua destilada depende de las

condiciones meteorológicas, especialmente de la irradiancia

solar global, temperatura y humedad relativa ambiente, y del

área de la cubeta metálica expuesta a la irradiancia solar

global; esto nos indica que el volumen de agua destilada por

día en los meses de setiembre a abril, debe ser mucho mayor

considerando que en dicho periodo la irradiancia solar global

en la región Tacna alcanza valores superiores a los 7,5

kWh/m2día, con mayor número de horas de sol por día.

• El valor de la concentración final de sal en el agua destilada

nos indica que esta puede ser usada para el consumopoblacional, industrial, agropecuario y medicinal.

MUCHAS GRACIAS……………………..

CARLOS POLO BRAVO

CERT – FACI - UNJBG

E-mail: polodomando@gmail.com

Tel: 952 34 29 09