Desalinizar con el Sol

 


Por
Cesar A. Cisneros Ramirez*


Utilización de fuentes renovables de energía, fundamentalmente eólica y fotovoltaica,
en la desalinización.

 

Tanto el crecimiento industrial, como el de la población, y a su vez la indisciplina o falta de control en el empleo de los recursos hídricos, han conllevado a que las fuentes naturales de agua estén cada vez más contaminadas, lo cual es agravado también por la escasez de lluvia en diversas regiones, como la zona oriental de Cuba. Según las estadísticas de la Empresa de Aprovechamiento Hidráulico, el 2004 pasará a la historia como uno de los más secos de todos los tiempos, precisamente cuando transcurre un decenio que se caracteriza por niveles decrecientes de lluvias.

Por otro lado, el desarrollo alcanzado por el turismo y las perspectivas de seguir elevando la afluencia de turistas a todo el archipiélago cubano, hacen pensar en la opción de la desalinización de agua de mar para cubrir las necesidades de agua potable en varios territorios, incluidas las zonas turísticas, fundamentalmente en los cayos, que no están conectados a la red eléctrica nacional y, además, en muchos casos se hace imprescindible la transportación de agua hacia los mismos, lo que conlleva el encarecimiento de los costos.

Es usual en estas regiones el empleo de motores diésel para la generación de electricidad. El empleo de la energía eólica en combinación con el motor diésel es atractivo económicamente cuando la velocidad y la estabilidad de los vientos es elevada (>5 m/s y 70%, respectivamente), ya que en esos casos se requiere menor utilización del equipo diésel, por lo que se consume menos combustible y disminuyen los costos de operación y mantenimiento.

Definida la sostenibilidad sobre la base de cubrir las necesidades del presente sin comprometer el cubrimiento de las futuras, es que se hace necesario que la desaliniza

ción de agua de mar, la cual necesita energía para su realización, se haga sin recurrir, en tanto sea posible, a los combustibles fósiles. El mero hecho de utilizar eficientemente éstos últimos, no es suficiente para alcanzar la sostenibilidad.

Fuentes renovables de energía
La disponibilidad de las fuentes renovables de energía varía en el tiempo según períodos fijos o variables, y en cantidades no necesariamente constantes. Son formas de energía solar directa la térmica y la fotovoltaica; mientras que la energía solar indirecta comprende las energías eólica, hidroeléctrica, geotérmica y la obtenida a partir de la biomasa (carbón vegetal, biogás, etcétera).

Estudios realizados en Cuba han arrojado que la costa norte desde Villa Clara hasta Guantánamo es una región con altas velocidades del viento, donde por lo menos ocho zonas han sido identificadas con velocidades anuales medias superiores a 5,7 m/s a 10 m de altura. Por otra parte, la intensidad de la radiación solar tiene un valor considerable de
5 kWh/m2 diarios, como valor promedio anual, siendo las horas de mayor insolación de 10:00 a.m. a 2:00 p.m. hora solar, esto es, aproximadamente, de 10:30 a.m. a 2:30 p.m. en La Habana y de 10 a.m. a 2 p.m. en Santiago de Cuba.

Desalinización
La desalinización de agua de mar puede realizarse por dos métodos fundamentales (aunque se utilizan otros): por evaporación y por membranas; entre estos últimos está la ósmosis inversa (OI), la cual en comparación con los demás métodos es de menor intensidad energética.

La ósmosis inversa consiste en la aplicación de una presión suficientemente elevada a una disolución (en este caso, agua de mar) con el objetivo de obtener agua potable a través de una membrana semipermeable, desde la disolución hacia el otro lado de la membrana. En las plantas potabilizadoras de ósmosis inversa este proceso se realiza de forma continua.

En estos procesos el empleo de bombas es imprescindible para lograr la circulación del agua que se ha de desalinizar, el agua desalada o producto, la salmuera o subproducto y las sustancias de pre y postratamiento del agua. La presión desarrollada por la bomba de alimentación es el principal parámetro que influye directamente en el consumo energético de una OI. Esta presión varía desde 60 hasta 90 bar, correspondiendo los valores menores a plantas de dos etapas y de baja razón de recuperación; y los valores altos corresponden a plantas de una etapa y alta razón de recuperación. Este valor también depende del total de sólidos disueltos (TSD) y de la calidad del agua producida.

Para los análisis se consideran las siguientes categorías de capacidades de producción de agua: baja capacidad (< 50m3/d), media capacidad (50-250 m3/d) y gran capacidad (> 250 m3/d).

Acoplamiento de las fuentes renovables a la planta de desalinización
El proceso de desalinización se diseña para régimen de operación estable, es decir, para una capacidad fija de producción, lo cual no coincide con la característica intermitente de las fuentes renovables de energía, y esto es un problema a la hora de combinar ambas tecnologías, lo cual constituye un desafío técnico. No obstante, si el agua se almacena, se pueden aprovechar con ventajas las fuentes renovables intermitentes, como la solar fotovoltaica y la eólica.

Hay varias formas de lograr este acople. La primera es cuando el objetivo de la planta generadora es proporcionar la energía a la planta desalinizadora según la demanda; esto significa que la planta de suministro de potencia debe diseñarse para una producción fija de energía, aunque la demansa casi siempre es variable. Ello requiere de un sistema híbrido con varias fuentes de suministro de energía, el cual podría incluir tanto fuentes renovables (eólica, fotovoltaica), como no renovables (diésel), además de los sistemas de almacenamiento (baterías, o tanques para el agua tratada).

El segundo tipo se corresponde con la carga: en este diseño la planta generadora se basa totalmente en fuentes renovables de energía y el objetivo es variar las características de la carga para que toda la potencia producida sea absorbida por ella. El acoplamiento de la carga se obtiene conectando y desconectando módulos de desalinización, lo que permite un ajuste del trabajo de la planta fuera de las condiciones de diseño, fundamentalmente relacionado con la presión y el flujo de agua. No obstante, las plantas diseñadas para operar con paneles fotovoltaicos utilizan bombas con variadores automáticos de frecuencia, que regulan el bombeo según la radiación solar.

Un tercer tipo de esquema se denomina sistema integrado. Su objetivo es minimizar la dependencia de las fuentes no renovables de energía; sin embargo, en lugar de aplicar el control de acoplamiento de potencia a la planta de desalinización, se aplica junto al suministro de la potencia renovable.

Evaluación económica
Los principales parámetros que influyen en el comportamiento económico de una planta desalinizadora funcionando con fuentes renovables, son: condiciones climáticas, capacidad de producción y los parámetros económicos, tanto de la planta desalinizadora, como de la generadora (eólica, fotovoltaica, etcétera).

El costo unitario promedio del agua producida ($/m3/d) por el método de ósmosis inversa, bajo las condiciones de radiación y vientos promedios en Cuba, se ha comprobado que oscila entre 2,24 (para los 5 m3/d) y 0,8 (para 1 000 m3/d). Estos son valores tentativos que hacen pensar en la posibilidad del empleo de estas fuentes de energía para la desalinización.


* Doctor en Ciencias Técnicas y Profesor Auxiliar. Director del Centro de Estudio de Tecnologías Energéticas Renovables (CETER), Instituto Superior Politécnico José Antonio Echevarría (CUJAE), Cuba.
Tel.: (537) 2663754.
e-mail: cesar@ceter.cujae.edu.cu