Destiladores solares



Juan Bermúdez Torres
Investigador Agregado.
Ciro Bergues Ricardo
Investigador Auxiliar.
Francisco Zenón Cobián
Especialista en Investigaciones.
Miembros de CUBASOLAR.
Centro de Investigaciones de Energía Solar (CIES).
E-mail: bermudez@cies.ciges.inf.cu.

 

La destilación solar contribuye al aumento de la sostenibilidad
de los sistemas de aprovechamiento de las fuentes renovables
de energía.

De los métodos de depuración de agua para su uso específico en baterías acumuladoras, la utilización de destiladores solares resulta el más adecuado en el escenario donde cumplen su función los sistemas de generación eléctrica. La fuente energética primaria (la radiación solar) se conjuga con la esencia misma de los sistemas de energías renovables; la calidad del agua obtenida es óptima para lo que se utiliza; la sencillez de los equipos no requiere de personal altamente calificado para su explotación, mantenimiento y reparación; sus costos resultan asequibles, y los volúmenes de agua que se obtienen con estos equipos cubren el ciento por ciento de las demandas durante los 365 días del año.

En el Centro de Investigaciones de Energía Solar (CIES) se ha desarrollado una serie de prototipos de destiladores, cuyas características principales se refieren a continuación: destilador de cascada: 1 m2; destilador de poceta con cubierta en V: 58 m2; destilador de poceta con materiales de la construcción civil: 3,7 m2, y destilador de poceta plástico de 0,5 m2.

El último prototipo estudiado ha introducido el polietileno negro de alta densidad como un material constructivo apropiado para el régimen de explotación en que operan los destiladores solares, por sus costos relativamente bajos con relación a los metales y su resistencia a la corrosión en nuestras condiciones climáticas. Se encuentran en explotación equipos por más de cinco años consecutivos, sin deterioro de las propiedades del material.

Introducción de destiladores solares en la práctica social
La profusa instalación de sistemas solares fotovoltaicos para la electrificación en escuelas, comunidades, consultorios médicos rurales y otros objetivos económicos y sociales en todo el país, es un resultado elocuente del programa cubano para la introducción y el aprovechamiento de las fuentes renovables de energía.

La necesidad del suministro de agua destilada a los sistemas de acumulación energética de las instalaciones, basadas en el aprovechamiento de las fuentes renovables de energía, ha servido de base en el desarrollo de prototipos y modelos de destiladores solares.
Se ha comenzado la introducción de destiladores solares en sistemas fotovoltaicos autónomos, como por ejemplo el instalado en la comunidad de Santa María del Loreto en el municipio Songo-La Maya, Santiago de Cuba (Fig. 1), que fue electrificada con una Central Fotovoltaica de 25 kWp.


Fig. 1. Destilador solar junto con los paneles
del sistema fotovoltaico autónomo instalado
en la comunidad de Santa María
del Loreto, en Santiago de Cuba.

En 1997 se inició la primera etapa cuando se instalaron el banco de batería (3 600 Ah) y el sistema de control (MP-60), aunque sólo con una potencia de generación en paneles solares de 11 kW, en sustitución de un viejo grupo electrógeno diésel que brindaba un servicio intermitente por la falta de combustible, piezas de repuesto y lubricantes, con lo que mejoraron considerablemente las condiciones de vida locales.


Fig. 2. Banco de baterías del sistema solar fotovoltaico
autónomo instaladoen la comunidad de Santa María
del Loreto.

Con la ejecución de este proyecto fueron electrificados cincuenta objetivos sociales y económicos (43 viviendas rurales, un círculo social, una escuela, una posta médica, una tienda de víveres, una despulpadora de café, un complejo cafetalero, la caseta del sistema de control y regulación de la central fotovoltaica) y la avenida principal de la comunidad. La población beneficiada asciende a 184 personas, de los cuales 86 son mujeres (de ellas,
34 niñas y adolescentes) y 98 hombres (de ellos, 33 niños y adolescentes).

Con la aplicación de la destilación solar se solucionó la carencia anteriormente planteada al sistema, ya que se ha logrado la capacidad de agua destilada necesaria para mantener el nivel de funcionamiento del banco de baterías del sistema fotovoltaico autónomo (Fig. 2). Además, ha sido de gran aceptación por los usuarios, pues cuentan con el agua destilada in situ que permite mantener el funcionamiento normal del sistema.

Sobre la base de las experiencias anteriores se proyecta generalizar la introducción de destiladores solares plásticos (Fig. 3), en una primera etapa a los sistemas fotovoltaicos autónomos instalados en la actualidad en las más de dos mil escuelas rurales electrificadas por el Programa Educativo Audiovisual del Gobierno cubano a todo lo largo y ancho del país.


Fig. 3. Modelo de destilador solar para los sistemas fotovoltaicos
autónomos del Programa educativo audiovisual que desarrolla
el Estado cubano en todas las provincias.

En etapas siguientes se cubrirá la demanda de agua en instalaciones que prestan servicios en salas de televisión y vídeo, consultorios del médico de la familia, policlínicos y otros objetos sociales beneficiados por los programas de la Revolución. Para ello se han diseñado dos modelos de destiladores con capacidades de producción respectivas de 0,4 a 0,5 L/día (0,16 m2 de superficie de espejo líquido) y de 3 a 4 L/día con un área útil de 1 m2. El costo de cada uno de los modelos es $24,11, en moneda nacional, y $150,70, en moneda libremente convertible, para las primeras producciones seriadas.

Esta tecnología será útil en otras aplicaciones, tales como el suministro a baterías de medios de transporte en general, la potabilización de agua de mar o salinizada para el consumo humano y el regadío en zonas donde la escasez de agua y la demanda permitan la instalación de sistemas de forma económica.

Impacto económico
El ahorro energético resultante de la aplicación de la tecnología, que no consume electricidad para su funcionamiento es de 1 000 kWh/año, por lo que al compararlo con los gastos del destilador convencional ascendentes a 0,5 kWh/L, se obtiene un ahorro global de 36 500 kWh/año. Se añade la eliminación del consumo de agua de enfriamiento (10 L por cada litro de agua destilada en un equipo eléctrico), que resulta un ahorro anual de
20 000 L. Además, el costo calculado del litro de agua destilada para el equipo analizado es de $0,013, inferior al de un destilador eléctrico ($0,03).

Impacto social
Estudios realizados sobre los beneficios reportados por la electrificación autónoma, utilizando como fuente primaria las renovables, han arrojado resultados diversos en distintas zonas rurales y resuelto los problemas concretos, ya que se presentan casos en los cuales la aceptación por parte de los beneficiarios es casi absoluta; pero en otros han chocado con intereses infraestructurales anteriores, para los cuales las soluciones propuestas no han cubierto totalmente las expectativas.

No obstante, el saldo en general puede considerarse positivo porque han incidido satisfactoriamente en un indicador muy importante: del 94 % de electrificación logrado con el Sistema Electroenergético Nacional, se aumentó hasta 98 % debido a la utilización de las fuentes renovables de energía, entre ellas la hidroeléctrica, la fotovoltaica, la eólica y los sistemas híbridos.

Se ha hecho llegar la electricidad a pobladores de zonas rurales, donde no es factible su incorporación al Sistema Electroenergético Nacional por diversas causas. Ejemplos concretos resultan las más de dos mil escuelas rurales y más de mil salas de vídeo que han sido beneficiadas por el Programa Educativo Audiovisual, más de doscientos consultorios del médico de la familia, cerca de cien círculos sociales, doscientas viviendas rurales y otros objetivos.

La inserción de la destilación solar como complemento lógico de los sistemas que utilizan como fuente primaria la renovable, aumenta su sosteniblidad y se prolonga el tiempo de vida útil de los sistemas. Esto eleva la confiabilidad de los equipos en explotación y deberá incidir favorablemente en su aceptación por parte de los beneficiarios (Fig. 4).


Fig. 4. La población siempre agradece el servicio de agua potable

y contribuye de forma activa al mantenimiento de los sistemas
de abastecimiento cuando participa en el proceso.

Asimismo, las personas se apropiarán de una nueva tecnología que amplía su campo cognoscitivo en cuanto a los adelantos científico-técnicos actuales, que son difíciles de asimilar si no se cuenta con la presencia física de la infraestructura en funcionamiento.
Un aspecto que es necesario tener en cuenta es la necesidad de incentivar el sentido de pertenencia de los sistemas por parte de los usuarios, ya que por el carácter de su entrega gratuita en la mayoría de los casos, o en otros solamente el cobro del servicio que prestan sin que medien costos de infraestructura y su instalación, se ha notado tendencia al desinterés por el cuidado y mantenimiento sistemático de estos sistemas, por lo que se impone estudiar formas de pago individual al alcance de las posibilidades de los beneficiarios y la formación de fondos para el mantenimiento de la técnica. En esto, la educación económica, energética y ambiental a la población desempeña un papel importante respecto a la relación existente entre las fuentes renovables de energía y la ecología.

Material
CIE (MJ/m2mat)
Electricidad
Petróleo
Carbón
kgCO2/kg
Polietileno de alta densidad
Vidrio plano de 4 mm
Totales
2 082,0
138,0
2 220,0
520,5
20,7
541,2
1 561,5
117,3
1678,8
-
-
-
123,0
8,7
131,7
Coeficientes de inversiones energéticas (CIE) y cantidades
de CO2 emitidas según la fuente de energía.

Impacto medioambiental
El impacto medioambiental de los equipos se reduce a la cantidad de energía consumida y de emanaciones de gases de efecto invernadero equivalente generados durante la fabricación de los materiales que integran los equipos. Estos índices se exponen en la tabla.

Proyecciones
El aumento de la sostenibilidad de los sistemas mediante la introducción de la destilación solar incide positivamente en la confiabilidad de los sistemas y, por tanto, en el aumento de su nivel de aceptación.

Existen opciones reales de producción cooperada de destiladores solares para cubrir todas las necesidades planteadas fundamentalmente para aplicaciones, tales como el llenado de baterías de sistemas de acumulación eléctrica, la utilización en necesidades propias de policlínicos y consultorios del médico de la familia y en perspectiva la potabilización de agua de mar.