Ingenieros del MIT y China colaboran para desarrollar un dispositivo pionero de desalinización con energía solar, inspirado en los procesos oceánicos. El dispositivo utiliza la desalinización para convertir el agua de mar en agua potable. Este sistema es pequeño y produce de 4 a 6 litros de agua potable por hora. Sorprendentemente, su rendimiento es superior y más económico que el agua del grifo, y los investigadores están aprovechando este enfoque para beneficiar a las zonas costeras donde el acceso a los suministros de agua tradicionales es limitado.
Este dispositivo pasivo utiliza la luz solar natural para calentar agua salada, según un artículo publicado por el equipo de investigación. Su diseño permite que el agua circule en remolinos, de forma similar a la circulación termohalina del océano . Esta circulación, junto con el calor del sol, provoca la evaporación del agua, dejando atrás la sal. El agua evaporada se puede condensar y recolectar como agua potable pura. Mientras tanto, la sal restante continúa circulando dentro y fuera del dispositivo, evitando su acumulación y la obstrucción del sistema.
El nuevo sistema produce más agua y elimina más sal que otros sistemas pasivos de desalinización solar que se están probando. Ampliado al tamaño de una maleta pequeña, puede producir entre 4 y 6 litros de agua potable por hora y durar varios años sin necesidad de piezas de repuesto. Con este tamaño y rendimiento, el sistema puede producir agua potable a un precio más asequible que el agua del grifo.
Lenan Zhang, investigadora científica del Laboratorio de Investigación de Dispositivos del MIT, afirmó: «Por primera vez, es posible que el agua producida por la luz solar sea incluso más barata que el agua del grifo».
Zhang colaboró con Yang Zhong , estudiante de posgrado del MIT, Evelyn Wang (profesora de ingeniería de la cátedra Ford), y varios investigadores de la Universidad Jiao Tong de Shanghái, en China.
El equipo quiere crear una versión más grande del dispositivo que pueda generar agua potable para una familia pequeña . Este dispositivo también se puede utilizar en comunidades costeras que no tienen acceso a un suministro de agua convencional.
Ver también : Cómo reciclar pellets de arroz para hacer madera impermeable.
Fortalecimiento del proceso de convección
Éste no fue su primer intento de desarrollar un dispositivo de desalinización para este propósito.
Dispositivo #1
El equipo mejoró el diseño anterior creando un nuevo sistema. Probaron este diseño en la azotea de un edificio del MIT, y logró convertir eficientemente la energía solar para producir agua potable. Sin embargo, la sal residual del proceso se acumulaba y obstruía el sistema al cabo de unos días.
El siguiente sistema consta de varias capas llamadas etapas, que contienen un evaporador y un condensador. Estas etapas utilizan el calor del sol para separar la sal del agua. En la práctica, el usuario tendría que reemplazar las etapas con frecuencia , lo que encarecería el sistema.
Dispositivo #2
En el diseño posterior , crearon una solución con una disposición de capas similar. Se introdujo una nueva función para mejorar la circulación del agua entrante y asegurar la eliminación completa de cualquier resto de sal. Este diseño impidió que la sal se asentara y acumulara en el dispositivo, pero la desalinización del agua fue lenta.
Dispositivo #3
La última versión del diseño es el mayor logro. El equipo ha desarrollado con éxito un sistema que no solo produce una gran cantidad de agua a un ritmo rápido, sino que también tiene una capacidad excepcional para rechazar la sal. Esto significa que el sistema no solo es eficiente, sino también confiable, garantizando un suministro continuo de agua potable limpia durante un largo periodo.
El nuevo diseño integra lo mejor de sus dos conceptos anteriores : un sistema multietapa con evaporadores y condensadores que optimiza la circulación de agua y sal en cada etapa. Este nuevo sistema genera pequeñas corrientes , similares a la convección termohalina oceánica. Este fenómeno extraordinario impulsa el movimiento del agua en todo el mundo, debido a las variaciones en la temperatura del mar (termo) y la salinidad (halina).
Lenan Zhang explica: «Cuando el agua de mar se expone al aire, la luz solar provoca su evaporación. Una vez que el agua abandona la superficie, la sal permanece. Y cuanto mayor es la concentración de sal, más denso es el líquido, y esta agua más pesada tiende a fluir hacia abajo. Al imitar este fenómeno de un kilómetro de ancho en una caja pequeña, podemos aprovechar esta característica para eliminar la sal».
El Proceso
Los investigadores colocaron la caja completa en un ángulo inclinado dentro de un recipiente más grande. Luego, conectaron un tubo desde la parte superior de la caja hasta la base del recipiente y, finalmente, lo sumergieron en agua salada.
El diseño se basa en una estructura elegante y estilizada, con forma de caja, fabricada con un material oscuro que aprovecha eficazmente el calor radiante del sol. Está dividida en dos secciones diferenciadas : una superior y otra inferior.
- El mitad superior La estructura cuenta con una capa evaporadora especialmente diseñada en el techo, que aprovecha la energía del sol para calentar y evaporar el agua al contacto.
- Posteriormente el vapor de agua se redirige a la sección inferior de la caja.
- Aquí, una capa de enfriamiento por aire condensa el vapor, transformándolo en un líquido puro y seguro, libre de cualquier sal.
Este sistema permite que el agua ascienda de forma natural a través del tubo y entre en la caja. La combinación única de la inclinación de la caja y la energía térmica del sol no solo provoca que el agua gire a medida que avanza, sino que también garantiza que los pequeños remolinos mantengan la sal en constante circulación, evitando que se asiente y cause obstrucciones.
Además, estos movimientos giratorios ayudan a que el agua entre en contacto con la capa de evaporación superior, optimizando el proceso general.
El equipo creó diferentes prototipos:
- Uno con una etapa
- Otro con tres etapas
- A continuación con 10 etapas
Probaron estos prototipos en agua con diferentes niveles de salinidad, incluyendo agua de mar natural y agua siete veces más salada.
Basándose en estas pruebas, los investigadores han determinado que, al ampliar cada etapa a un metro cuadrado, se obtendría la impresionante cantidad de 5 litros de agua potable por hora. Lo más destacable es que este sistema está diseñado para desalinizar agua sin acumulación de sal durante varios años.
Además de su larga vida útil, el sistema funciona completamente sin electricidad, lo que lo hace increíblemente rentable. De hecho, el costo estimado de funcionamiento de este sistema es incluso menor que el costo de producción del agua del grifo en Estados Unidos.
Yang Zhong afirma: «Demostramos que este dispositivo es capaz de alcanzar una larga vida útil. Esto significa que, por primera vez, es posible que el agua potable producida con energía solar sea más barata que el agua del grifo. Esto abre la posibilidad de que la desalinización solar aborde problemas del mundo real».
Esta investigación sobre la desalinización que convierte el agua de mar en agua potable se lleva a cabo en la Universidad Jiao Tong de Shanghai y recibió financiación de la Fundación de Ciencias Naturales de China.
Fuente : Un sistema de desalinización podría producir agua dulce más barata que el agua del grifo.
