Nuevo sistema de desalinización solar ofrece agua limpia para áreas remotas

Con las temperaturas veraniegas altísimas, el espectro de la escasez de agua se avecina. Como posible solución para aumentar la disponibilidad de agua potable limpia, los investigadores del Instituto Indio de Ciencias (IISc) han desarrollado un novedoso sistema de desalinización térmica que puede funcionar con energía solar.

Los métodos más comunes para la desalinización son la ósmosis inversa basada en membranas y la desalinización térmica. Sin embargo, ambos consumen mucha energía.

Los sistemas de desalinización térmica funcionan calentando agua salada y luego condensando el vapor resultante para obtener agua dulce. Pero la energía necesaria para la evaporación suele obtenerse de la electricidad o de la combustión de combustibles fósiles. Una alternativa respetuosa con el medio ambiente es el uso de alambiques solares en los que se emplea la energía solar para evaporar el agua salada en grandes embalses y se recoge el vapor que se condensa en un techo transparente. Sin embargo, durante la condensación, se forma una fina capa de agua en el techo, lo que reduce la cantidad de energía solar que puede penetrar en el depósito y, por lo tanto, la eficiencia del sistema.

Como alternativa a tales destiladores solares, el equipo de IISc ha desarrollado un diseño novedoso para una unidad de desalinización alimentada por energía solar que es más eficiente energéticamente, rentable y portátil, lo que facilita su instalación en áreas con acceso limitado a electricidad continua. , explica Susmita Dash, profesora asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica y autora correspondiente del estudio publicado en Desalination.

La configuración, diseñada por Dash y su estudiante de doctorado Nabajit Deka, comprende un depósito de agua salada, un evaporador y un condensador encerrados dentro de una cámara aislante para evitar pérdidas de calor al aire ambiente.

Su sistema funciona mediante el uso de energía solar térmica para evaporar un pequeño volumen de agua embebida o "mecha" en el evaporador, que tiene una superficie texturizada. La absorción de líquido en el evaporador aprovecha el efecto capilar de las texturas a microescala. Este efecto permite que los líquidos entren en espacios estrechos de un material poroso, como si una esponja absorbiera el agua. El uso de este enfoque, en lugar de calentar todo el volumen de líquido en el depósito, da como resultado una mejora significativa en la eficiencia energética del sistema, dice Dash.

El equipo grabó pequeñas ranuras en la superficie del evaporador, que está hecho de aluminio. Deka explica que tuvieron que experimentar con diferentes combinaciones de dimensiones y espacios de las ranuras, así como con la rugosidad de la superficie, para determinar el patrón adecuado para una absorción eficiente.

El condensador, que a menudo se pasa por alto en la mayoría de los estudios de desalinización, según los investigadores, es otro elemento clave del sistema de desalinización solar. Para evitar la formación de una película de agua durante la condensación, como en los alambiques solares, Dash y Deka fabricaron un condensador con superficies hidrofílicas y superhidrofílicas alternas. Las gotas de agua que se condensan en los patrones hidrofílicos son atraídas hacia la región superhidrofílica. Esta afinidad del agua condensada con la región superhidrofílica permite que la superficie hidrofílica se libere para un nuevo lote de condensado, explica Dash.

Durante la condensación, algo de calor se pierde en la atmósfera. Los investigadores diseñaron el sistema de tal manera que este calor liberado durante la condensación también queda atrapado y se utiliza para calentar el agua salada embebida en un evaporador diferente en la parte trasera del condensador, lo que reduce la cantidad de energía solar necesaria y aumenta la eficiencia. del sistema aún más. El equipo también conectó con éxito múltiples combinaciones de evaporador-condensador en una serie, lo que resultó en un sistema de desalinización solar de varias etapas. Este sistema, si se construye en un área de huella de 1 m2, tiene la capacidad de producir un litro de agua potable cada 30 minutos, al menos el doble de lo que produce un alambique solar tradicional del mismo tamaño.

Además del agua de mar, el sistema también puede funcionar con aguas subterráneas que contengan sales disueltas y agua salobre. Se puede ajustar para alinearse con las posiciones cambiantes del sol durante el día.

Actualmente, los investigadores están trabajando para ampliar el sistema y mejorar su durabilidad, y aumentar el volumen de agua potable producida, de modo que pueda implementarse para uso doméstico y comercial.