Los destiladores de Su Majestad. Destilación, espagiria y ...
DESTILADORES SOLARESXX
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Contenido 1. PRINCIPIOS.............................................................................................................................. 2 1.1 DESTILACIÓN.................................................................................................................. 2 1.2. DESTILADOR SOLAR EN LA NATURALEZA .......................................................... 2 1.3. LOS DESTILADORES SOLARES ................................................................................ 3 1.4. EL PRIMER DESTILADOR. ........................................................................................... 3 2. TIPOS DE DESTILADORES .................................................................................................. 4 2.1. Destilador solar de una vertiente ................................................................................... 4 2.2. Destilador solar de dos vertientes............................................................................. 5 2.3. Destilador solar de invernadero ................................................................................. 6 2.4. Destilador solar de cascada ........................................................................................ 7 2.5. Destilador solar esférico de barredera ..................................................................... 8 2.6. Destilador solar multietapa.......................................................................................... 9 3. Organigrama .......................................................................................................................... 10 4. Destiladores Solares En El Mundo .................................................................................. 11 4.1. Países que utilizan energía solar ............................................................................. 11 4.2. Estadísticas de Destiladores Solares. .................................................................... 12 4.3. Gráfica basada en las áreas ...................................................................................... 15 5. Plantas de destilación ......................................................................................................... 16 5.1. DESTILACIÓN SOLAR EN EL PERÚ........................................................................ 16 5.2. PRIMERA PLANTA DE DESTILADOR SOLAR ..................................................... 16 5.3. CONOCIMIENTO DE USO DE UN DESTILADOR SOLAR ................................... 16
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Contenido 1. PRINCIPIOS .............................................................................................................................. 2
1.1 DESTILACIÓN .................................................................................................................. 2
1.2. DESTILADOR SOLAR EN LA NATURALEZA .......................................................... 2
1.3. LOS DESTILADORES SOLARES ................................................................................ 3
1.4. EL PRIMER DESTILADOR. ........................................................................................... 3
2. TIPOS DE DESTILADORES .................................................................................................. 4
2.1. Destilador solar de una vertiente ................................................................................... 4
2.2. Destilador solar de dos vertientes ............................................................................. 5
2.3. Destilador solar de invernadero ................................................................................. 6
2.4. Destilador solar de cascada ........................................................................................ 7
2.5. Destilador solar esférico de barredera ..................................................................... 8
2.6. Destilador solar multietapa .......................................................................................... 9
3. Organigrama .......................................................................................................................... 10
4. Destiladores Solares En El Mundo .................................................................................. 11
4.1. Países que utilizan energía solar ............................................................................. 11
4.2. Estadísticas de Destiladores Solares. .................................................................... 12
4.3. Gráfica basada en las áreas ...................................................................................... 15
5. Plantas de destilación ......................................................................................................... 16
5.1. DESTILACIÓN SOLAR EN EL PERÚ ........................................................................ 16
5.2. PRIMERA PLANTA DE DESTILADOR SOLAR ..................................................... 16
5.3. CONOCIMIENTO DE USO DE UN DESTILADOR SOLAR ................................... 16
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DESTILADORES SOLARES
1. PRINCIPIOS
1.1 DESTILACIÓN
La destilación es un proceso por el cual, mediante la aplicación de calor se puede
separar las distintas sustancias de una mezcla líquida. Este proceso se basa en
las diferentes temperaturas que necesitan cada una de las sustancias de una
mezcla para evaporarse y en la posterior condensación por separado de cada
una de ellas.
La humanidad ha empleado la destilación para diversos fines, como para la
producción de determinados tipos de alcohol, la obtención de agua pura o de
otros compuestos químicos en estado puro.
Como fuente de calor, la energía solar puede emplearse para destilar ya sea
concentrándola y alcanzando altas temperaturas o bien a temperaturas bajas. La
destilación solar a baja temperatura resulta un sistema muy sencillo, eficiente y
de fácil accesibilidad para todo tipo de sociedades. Aplicado de forma masiva
podría evitar un buen número de enfermedades en los países pobres producto
del consumo de agua en mal estado de conservación
1.2. DESTILADOR SOLAR EN LA NATURALEZA
En la naturaleza se produce la destilación a gran escala en el ciclo del agua.
Mediante la energía que aporta el sol, se evapora el agua de los mares y de otras
superficies húmedas, ascendiendo en la atmósfera y desplazándose en estado
gaseoso impulsada por las corrientes de aire. Cuando se dan las condiciones
adecuadas esta agua se condensa en forma de pequeñísimas gotas que se
quedan suspendidas en la atmósfera formando las nubes. Si las condiciones
siguen siendo adecuadas continua el proceso de condensación pasando al estado
líquido cada vez mas cantidad de agua y haciéndose las gotas suspendidas cada
vez más grandes y pesadas hasta el punto de que por gravedad empiecen a caer
hasta el suelo produciéndose las precipitaciones (lluvia, nieve, granizo, etc..)
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Por este proceso el agua del mar, que está mezclada con una gran cantidad de
sales y otras sustancias, se separa quedando en un estado prácticamente puro
que es como cae en la lluvia. Toda el agua dulce que se encuentra en las zonas
continentales de la tierra es producto de la destilación atmosférica que se produce
en el ciclo del agua.
1.3. LOS DESTILADORES SOLARES
Los destiladores solares son ingenios que permiten obtener agua dulce donde
esta escasea pero se encuentra en abundancia mezclada con otras sustancias
que la hacen inutilizable. En esencia se trata de reproducir a pequeña escala de
manera acelerada del ciclo natural del agua.
Mediante los destiladores solares es posible obtener agua dulce del agua del mar,
del agua embarrada e incluso de la contenida en los vegetales. Es de especial
utilidad en zonas desérticas próximas al mar ya que cuenta con los dos elementos
fundamentales: abundancia de agua salda y de radiación solar.
Los equipos de destilación solar, si están fabricados con materiales adecuados,
pueden funcionar con pleno rendimiento durante muchos años y ofrecer una gran
cantidad de agua potable gratuita.
1.4. EL PRIMER DESTILADOR.
La primera gran planta de destilación solar que se llevó a cabo es en 1874
cuando el inglés Charles Wilson diseño y dirigió la instalación en el desierto de
Atacama ( Chile) para la Salitrera Lastenia Salinas. El destilador estaba
constituido por piscinas con el fondo pintado de negro y cubiertas por un tejadillo
de vidrio. Las piscinas se llenaban con agua salada y el calor del sol se utilizaba
para evaporar el agua que se recuperaba, ahora en forma de agua dulce, por
condensación en los tejadillos de vidrio, dispuestos en ligera pendiente para
provocar el escurrimiento de las gotas de agua hasta los canalillos del extremo de
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las piscinas. Esta central era capaz de proporcionar un promedio de 22500 litros
de agua diarios y estuvo en funcionamiento hasta el año 1907. Esta instalación
contaba con una superficie de captación superior a los 4000 metros cuadrados.
Desde entonces otras grandes instalaciones de este tipo se han desarrollado en
diversas zonas del mundo con escasez de agua pero con acceso al mar como
Israel, Islas Canarias (España) y en diversas islas áridas del mediterráneo entre
otras. La destiladora solar de mayor tamaño del mundo es la instalada en la isla de
Patmos (Gracia) que cuenta con una superficie superior a los 800m2
2. TIPOS DE DESTILADORES
2.1. Destilador solar de una vertiente
Es quizá el modelo de destilador más sencillo de estructura. Se trata de una caja cubierta
por un cristal inclinado. La caja está dividida en dos compartimentos: uno con el fondo de
color negro donde se coloca el agua a evaporar y que ocupa la mayor parte de la caja y el
otro el receptáculo donde se recoge el agua destilada y que se encuentra en el lado de
menor altura. Algunos fabricantes los denominan “células solares destiladoras” ya que
algunos tienen la posibilidad de interconectarse entre si para ampliar la instalación de
manera modular
Fig. 1 – Destilador solar de una vertiente
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Fig. 2 - Destilador solar de una vertiente
2.2. Destilador solar de dos vertientes
El siguiente en complejidad estructural. Este modelo consta de un “tejado” de
material transparente de dos vertientes. Las gotas de agua que se han
condensado en el panel transparente se deslizan por los lados y precipitan a un
depósito situado bajo la bandeja donde se dispone el agua para destilar. Desde el
depósito de almacenamiento se extrae el agua por medio de un grifo.
Fig. 3 - Destilador solar de dos vertientes
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En este caso, se evapora el agua salada (zona 1) y por el proceso natural de destilación solar, se
recoge el precipitado de la parte inferior, el cual ya es agua dulce.
2.3. Destilador solar de invernadero
Este es un modelo de destilador solar de gran tamaño. Se trata de estructuras de
invernaderos que en su interior albergan un estanque de agua de poca
profundidad y con el fondo de color negro. El agua evaporada se condensa en las
paredes del invernadero y se desliza hacia los receptáculos situados en la base de
las paredes. En esencia es el mismo modelo que el destilador solar de dos
vertientes pero de grandes proporciones.
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Fig. 4
Sección del destilador solar de invernadero. La cubierta puede tener forma a dos aguas o de bóveda. En esencia es el mismo tipo que el destilador de dos vertientes, pero a gran escala.
2.4. Destilador solar de cascada
Modelo de destilador en forma de terrazas. En la parte superior de cada una de las
terrazas se disponen los estanques con fondo de color negro llenos de agua para
destilar. Cuando la radiación solar incide en el destilador comienza la evaporación.
El agua en estado gaseoso se condensa en una superficie transparente dispuesta
de forma inclinada sobre las terrazas y se desliza hacia el receptáculo situado en
la parte baja del destilador. El nombre de cascada le viene dado por los momentos
en los que se repone agua para destilar o en los que se efectúan labores de
limpieza. En estos procesos se deja correr el agua desde una cañería en la parte
superior provocando el efecto cascada conforme esta se desliza por las terrazas.
En la base del destilador hay un desagüe para recoger la salmuera o otros
residuos dejados por el agua al evaporarse.
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Fig. 5 - Sección de un destilador solar de cascada.
2.5. Destilador solar esférico de barredera
La particularidad de este modelo se basa en la forma esférica del material
transparente así como en la introducción de una barredera que lame su cara
interna y que está accionada por un pequeño motor. En una bandeja con fondo de
color oscuro situada en la parte central de la esfera se coloca el agua a destilar.
Este modelo tiene forma esférica buscándose favorecer la captación solar al
evitarse las sombras que alguna parte del destilador pueda provocar en otra.
Además la forma esférica logra mantener una mayor inercia térmica facilitando un
mayor aprovechamiento del calor producido por la energía solar.
Por su parte la barredera arrastra las pequeñas gotas que se van formando en el
interior de la esfera juntándolas y provocando que se precipiten por gravedad a la
parte baja donde se acumulan. Con el sistema de barredera se evita que las gotas
reflejen la radiación solar y se permite que el agua en estado gaseoso se
condense con mayor facilidad en las paredes. Estos factores aumentan el
rendimiento del equipo si bien como contrapartida se tiene que es necesario
suministrarle energía eléctrica para hacer posible el movimiento de la barredera.
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Fig. 6. - Destilador solar esférico de barredera
2.6. Destilador solar multietapa
Este es un modelo más complejo y eficiente que emplea sistemas de colectores
solares complejos (concentradores parabólicos, tubos de vacío, e incluso sistemas
de placa plana de alta eficiencia) para alcanzar altas temperaturas y llevar al punto
de ebullición al agua. El vapor de agua se condensa con ayuda de un refrigerante
y el calor se recupera y se almacena en depósitos. Este sistema requiere ya de
inversiones importantes
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Fig. 7 - Desaladora MSF. Introducción a la Desalación. Curso impartido en el Instituto de Ingeniería
de la UNAM, 28 de mayo del 2007 por José Antonio San Juan, Presidente de IDA.
3. Organigrama
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4. Destiladores Solares En El Mundo
Antes de iniciar con la cantidad de países y plantas de destilación que estos tienen,
echaremos un vistazo a los países que más han avanzado en lo referente al uso de
energías renovables, específicamente utilizando el sol.
4.1. Países que utilizan energía solar
En los últimos años, los países se han puesto en carrera de mejorar el uso de
las energías renovables, en especial el uso referido al sol. En el 2008 España
lideraba el uso de esta fuente de energía; sin embargo, Alemania lo ha
desplazado y estima convertirse 100% renovable para el año 2050.
El resultado de la búsqueda de los países con mayor uso de estas energías,
encontramos:
TABLA 1 – PRIMEROS 10 PAISES QUE USAN ENERGÍASOLAR
PAÍS MW
ALEMANIA 10000
ESPAÑA 3500
JAPON 2700
EEUU 1800
ITALIA 1300
LA REPUBLICA CHECA 600
BELGICA 450
CHINA 400
FRANCIA 350
INDIA 200
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Grafica 1 – Porcentajes De Los 10 Países Que Mas Usan Energía Solar
Como se observa en la gráfica anterior, Alemania es el gran líder con el uso de energía
solar; sin embargo, esto no indica que sea el que tenga el liderazgo en cuanto a plantas
de destilación. En el siguiente punto se observan las áreas de algunas plantas de
destilación alrededor del mundo; y como se sabe, las plantas de destilación tienen su
aplicación mayor en cuanto ala desalinización de agua de mar. Por ello, los países que
más usan este sistema de destilación son países con escasez de agua potable o que
tienen aguas contaminadas.
4.2. Estadísticas de Destiladores Solares.
Los países que se encuentran actualmente con grandes instalaciones de destiladores
solares, se encuentran mayormente en las zonas del mundo con escasez de agua
pero con acceso al mar como Israel, Islas Canarias( España) y en diversas islas áridas
del mediterráneo entre otras.
Los destiladores grandes fueron construidos en Chile en 1872 con un área de 4700
metros cuadrados y producían 6000 galones de agua por día para proveer de agua
potable a un campamento de las minas de nitratos en el desierto de Atacama.
Funcionó durante 35 años y después fue descontinuado debido a que fue instalado
un sistema de acueductos etc.
Debido a que:
i. Se necesita cerca de 15Kwh de energía para evaporar y destilar un galón de
agua.
47%
16%
13%
8%
6%
3% 2%
2%
2% 1%
ENERGÍA SOLAR (LÍDERES)
ALEMANIA
ESPAÑA
JAPON
EEUU
ITALIA
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ii. Existe crisis energética en la mayoría de los países en vías de desarrollo,
iii. La mayoría de estos lugares (específicamente en las costas pacíficas) la
radiación solar es abundante y la humedad es baja.
iv. La demanda energética para destilar agua es en forma de calor a baja
temperatura(40-60°C)
La destilación solar se presenta como una alternativa atractiva para producir agua
potable y el uso de los destiladores solares ha recibido considerable atención a
partir de 1960 en muchos países y además es de esperar que este interés
aumente rápidamente en los próximos años. En Colombia, por ejemplo, los
destiladores solares se vienen estudiando como medio de purificar agua para
consumo humano en regiones donde son muy elevados los índices de mortalidad
debidos a enfermedades de origen híbrido.
El interés en la destilación fue tomada nuevamente en la década de 1950 a 1960,
en todos los casos el objetivo era desarrollar plantas capaces de producir un millón
de galones diarios. Sin embargo, durante diez años, los investigadores alrededor
del mundo concluyeron que las plantas de destilación solar de grandes
proporciones eran muy costosas como para competir con plantas convencionales
que operan con combustible. Ciertos investigadores, han hallado que este tipo de
planta resulta apropiadas y son factibles económicamente, cuando el
requerimiento de agua no excede los 38m2 (380000lt) diarios.
Una de las plantas desalinizadoras más grandes que se ha construido se
encuentra en la isla griega de Patmos. Esta planta ocupa un área de más de
8600m2 y tiene una producción promedio anual de 26000lt/días.
También han construidos varias plantas en otros países como en Grecia (8640m2),
Haiti (400m2), India(2000m2). La siguiente tabla muestra algunas de las plantas
destiladores que funcionan con energía solar construidas desde 1872.
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TABLA 2 - ALGUNAS PLANTAS DESTILADORAS CON ENERGÍA SOLAR.
PAIS LUGAR AÑO AREA (m2) COBERTOR
Australia Mureske(s) 1963 372 Vidrio
Coober Pedy(s) 1966 3160 Vidrio
Chile Las Salinas (s) 1872 4460 Vidrio
Quillagua (m) 1968 100 Vidrio
Grecia Symli (m) 1964 2682 Plastico
Patmos (m) 1967 8600 Vidrio
India
Bhavnagar(m) 1965 377 Vidrio
Awania(s) 1978 1866 Vidrio
Petire St. 1967 1710 Plastico
Kulmis(s) 1980 3000 Vidrio
Mexico Natividad, Is(m) 1969 950 Vidrio
Turquía Mahdla(s) 1968 1300 Vidrio
EEUU
Daytona Beach (m) 1959 228 Vidrio
Daytona Beach (m) 1963 148 Plastico
URSS Bakharden (s) 1969 600 Vidrio
China Wuzhi(m) 1976 385 Vidrio
En los últimos años, se han continuado diseñando y construyendo plantas
destilizadoras de este tipo. En el 2000, investigadores del Instituto de
investigación de Energías de Arabia saudita, proyectaron una planta de destilación
solar para producir un promedio de 5,8m3 (5800lt) de agua fresca al día usando
como agua de alimentación 10m3 de salmuera de desecho de una planta
desalinizadora de osmosis inversa que opera con energía fotovoltaica.
Los principales países para aplicar la destilación solar con los Emiratos Arabes,
España y estados Unidos. Sin embargo la planta destiladora del mundo se
encuentra en Israel, Ashkelon. La cual tiene un capacidad de 320mil m3 por día de
agua producida.
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4.3. Gráfica basada en las áreas
Los países presentan las siguiente áreas destinadas a destilación solar.
TABLA 3 – AREAS TOTALES
PAIS AREA TOTAL
Australia 3532
Chile 4560
Grecia 11282
India 6953
Mexico 950
Turquía 1300
EEUU 376
URSS 600
China 385
Grafica 2 – Porcentaje De Las Áreas Destinadas Para Destilación Solar
Según Sus Países
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5. Plantas de destilación
Para ejemplificar la gran utilización de instalaciones que existen en el mundo les
presentamos unas de las principales plantas fotovoltaicas del mundo:
5.1. DESTILACIÓN SOLAR EN EL PERÚ
La energía eléctrica es costosa para aplicaciones industriales, dado que los
costos operativos en nuestras centrales térmicas de la región llegan a
valores entre 90 a 120 $/MW-h, esto se traduce en las altas tarifas de la
E.E. para el sector industrial. Por ello, se busca btener un diseño eficiente
de destilador de capacidad industrial, que use la energía solar como fuente
de energía.
Este análisis se realiza en el Perú, a continuación se coloca el enlace para
acceder a mayor información sobre el proyecto. De destilación de pisco,
utilizando energía solar.
http://www.guzlop-editoras.com/web_des/ener01/enersolar/pld0457.pdf
5.2. PRIMERA PLANTA DE DESTILADOR SOLAR
Dentro de las páginas visitadas, los destiladores se ven una evolución con
respecto a la primera planta de destilación solar. Por ello, se muestra la
historia de la planta en Chile.
http://www.sitiosolar.com/los-destiladores-solares/
5.3. CONOCIMIENTO DE USO DE UN DESTILADOR SOLAR
El principal uso es para la desalinización de agua en lugares de poco
acceso a agua potable. Por ello, se dan formas económicas de obtener
agua potable de forma natura utilizando energías renovables como el sol.
En este enlace encontraremos diferentes modos de energía solar.
http://www.dipalme.org/Servicios/Anexos/anexosiea.nsf/VAnexos/IEA-SA-
C10/$File/SA-C10.pdf
En la actualidad, se siguen buscando con mayor ahínco nuevas formas de optimizar
los recursos renovables, en especial la energía del sol. Por ello, como se mostró en el
apartado anterior se y tienen países que invierten grandes cantidades de recursos en
estas investigaciones.
En el siguiente avance se tendrá un artículo sobre destiladores solares.
