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DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE
UN DESTILADOR SOLAR TUBULAR DE AGUA DE
MAR”
PIURA, 10-14 NOVIEMBRE 2014
CARLOS POLO BRAVO
CENTRO DE ENERGIAS RENOVABLES DE TACNA (CERT)
FACULTAD DE CIENCIAS
UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN, TACNA
XXI SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA
SOLAR
18.03.2008 2
PACÍFICO :1,8%
disponibilidad de
Agua
70 % población
2 027 m3/hab
ATLÁNTICO:
97,7%
disponibilidad agua
26% población
292 000 m3/hab
TITICACA:
0,5% disponib
de agua
4% población
9 715 m3/habREGIÓN
TACNA
• La capacidad actual de nuestros glaciares es de 43 mil millones de m3
(2007)
• representa el 60% de nuestro ‘stock’ de agua
• El 40% de nuestro ‘stock’ de agua -25 mil millones de m3- participa en el
flujo hídrico
• Se proyecta que en 10 años el 40% de nuestro ‘stock’ de agua (glaciares)
se irá en el flujo hídrico
Escenario
Altamente
Posible
4
BALANCE HÍDRICO DE LAS CUENCAS DE LA
REGIÓN TACNA (m3/s)
DESCRIPCIÓN PROMEDIO (m3/s)
1. OFERTA DE AGUA 11,486
1.1 Cuenca Caplina 3,088
1.2 Cuenca Sama 2,227
1.3 Cuenca Locumba 6,170
2. DEMANDA DE AGUA 19,611
2.1 Cuenca Caplina 7,066
2.2 Cuenca Sama 4,521
2.3 Cuenca Locumba 8,024
3. BALANCE HÍDRICO Déficit: - 8,125
Fuente: PET 2006
SALINIDAD DE AGUAS (CONDUCTIVIDAD ELECTRICA)
1387
2459
1808
1286
1860
2529
611
1557
125194
4819
2410
248
2366
1016
1216
499
235
439
566
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4000
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4500
4750
5000
5250
R.Callazas
R.Salado
R.Curibaya
R.Ilabaya
R.Locumba
R.Salado
R.Pistala
R.Aruma
R.Sama
R.Quilvire
R.Ancoaque
Borateras
Calachaca
R.Chiliculco
R.kallapuma
R.Ancomarca
R.Maure(Chuapalca)
Boc.uchusuma
C.Patapujo
C.UchusumaAlto
Boc.Chuschuco
Boc.Calientes
CE(uS/cm)
CUENCA
LOCUMBA
CUENCA
SAMA
CUENCA
MAURE
CUENCA
UCHUSUMA
CUENCA
TACNA
OBRAS DE INFRAETRUCTURA HIDRÁULICA ANDINA
PARA MEJORAR LA DISPONIBILIDAD DE AGUA EN LA
REGIÓN TACNA
LA ESCACEZ HÍDRICA ACTUAL EN LA CIUDAD DE
TACNA
0
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1200
1400
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1800
2000
1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025
Zona de escasez hídrica
Zona de estrés
hídrico
Zona de adecuada disponibilidad hídrica
Disponibilidad hídrica según tasa de
crecimiento demográfica baja
Disponibilidad hídrica según tasa de
crecimiento demográfica alta
El Perú podría ser en el 2025:
Un país con estrés hídrico si se
asume una tasa de crecimiento
demográfica baja (disponibilidad de
1200 m3/hab/año)
O un país con escasez hídrica si se
proyecta con una tasa de
crecimiento demográfica alta.
(Disponibilidad de agua dulce de
1000 m3/hab/año)
Fuente: Action Population Internationalna
60 – 100 m3/añoxhab
Caso Región Tacna
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA
DESALINIZACIÓN
VENTAJAS
 Se cuenta en la costa con gran cantidad
de materia prima: agua de mar
 No es necesario construir estructuras
para almacenar el agua de mar
 Nula dependencia de las lluvias,
deshielo, o caudal de los ríos
 La ubicación de las plantas facilita el
control de las operaciones
 Abundante recurso energético solar y
geotérmico, autonomía energética
DESVENTAJAS
 Generación de un residual concentrado
(salmuera e insumos químIcos)
 Afectación de la vida marina en la zona
costera donde se instale la
desalinizadora
 Alto consumo de energía (mayores
emisiones de CO2, si se usan energías
tradicionales)
 Mayor costo para producir y distribuir
el agua potable
 Falta de tecnologías y recursos
humanos especializados
SEPARACIÓN ENERGÍA USADA PROCESOS
MÉTODO DE
DESALINIZACIÓN
AGUAS DE SALES TÉRMICA
EVAPORACIÓN
Flash Multi estado
(MSF)
Multiefecto (MED)
Compresión Térmica
de vapor (TVC)
Destilación Solar (SD)
CRISTALIZACIÓN
Enfriamiento (FR)
Proceso de gas
hidratado (GH)
FILTRACIÓN /
EVAPORACIÓN
Membrana /
Evaporación (ME)
MECÁNICA
EVAPORACIÓN
Compresión Mecánica
de vapor (MVC)
FILTRACIÓN Osmosis inversa (OR)
SALES DE AGUAS
ELÉCTRICA FILTRACIÓN
SELECTIVA
Electrodiálisis (ED)
QÚIMICA INTERCAMBIO Intercambio Iónico (EI)
CUADRO DE LOS DIFERENTES PROCESOS PARA
LA DESALINIZACIÓN DE AGUA
DIFERENTES MODELOS DE DESTILACIÓN DE AGUA BAJO EL
SISTEMA DE AVAPORACIÓN
SISTEMA DE DESALACIÓN DE AGUA DE
MAR POR ÓSMOSIS INVERSA: FILTRACIÓN
NUEVA GENERACIÓN DE DESTILADORES SOLARES:
DESTILADOR TUBULAR SOLAR
FENÓMENOS DE TRANSFERENCIA DE
ENERGÍA Y MASA EN EL DST
• Transferencia de calor por evaporación-convección desde el agua de
mar depositada en canaleta hacia aire húmedo en el interior de DST
• Transferencia de calor por convección-condensación ocurre desde aire
húmedo interno hacia la cubierta tubular interna y la otra
transferencia de calor por radiación entre el agua superficial y
cubierta tubular interna
• Radiación - convección desde la cubierta tubular hacia la atmósfera
• La canaleta negra de aluminio tiene una transferencia de calor por
convección al estar en contacto por ambos lados (externo e interno)
con el aire húmedo y agua de mar, en el interior del DST
• El agua de mar es evaporada y transferida al aire húmedo y
finalmente, condensado en la superficie interna de la cubierta tubular
INTERCAMBIO DE ENERGÍA Y MASA EN EL INTERIOR
DEL DST
Caracterización de transferencia de calor
en el agua de mar en el interior del DST
Caracterización de transferencia de calor
de la canaleta en el interior del DST
Caracterización de transferencia de calor
para el aire Húmedo en el interior del DST
Caracterización de transferencia de calor para
la cubierta tubular transparente
La eficiencia de producción de agua
destilada por el DST
ARREGLO EXPERIMENTAL PARA LA EVALUACIÓN DEL
DST
VISTA GENERAL DEL DST
Perfil térmico del DST para días
soleados
0
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Temperaturas(ºc)
Tíempo en horas del dia (h)
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Fuente: Elaboración propia (2012)
VOLUMEN DE AGUA DESTILADA POR EL DST EN
FUNCIÓN DE LAS HORAS, días soleados
Fuente: Elaboración propia (2012)
Volumen acumulado de agua destilada
por el DST en días soleados
0
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volumendeaguadestilada(ml)
Tíempo en horas del dia (h)
volumen acumulativo de agua destilada
Fuente: Elaboración propia. (2012)
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GLOBAL INCIDENTE SOBRE EL DST EN FUNCIÓN
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Volumen acumulado de agua destilada
por el DST en días semi nublados
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Volumendeaguadestilada(ml)
Tíempo en horas del dia (h)
volumen acumulativo
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por el DST en días nublados
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Voluemenacumulativodeaguadestilada(ml)
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volumen de agua destilada acumulativo
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Análisis comparativo del volumen de agua destilada en
función de las horas del día para tres escenarios de
irradiancia solar global incidente sobre el DST
0
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Volumendeaguademardestiladapara4temporadas
diferentes(ml)
Tíempo en horas del dia (h)
para el dia totalmente
nublado
para el dia parcialmente
nublado
dia totalmente soleado
primer dia de la evaluacion
Fuente: Elaboración propia. (2012)
Conclusiones
• El destilador solar tubular muestra un desempeño favorable en
el proceso experimental para destilar agua de mar, bajo las
condiciones meteorológicas de la ciudad de Tacna
• Se ha determinado que el volumen de agua destilada por el
sistema para días soleados, en valor promedio es de 2950 ml
/m2día, en días semi nublados de 1600 ml/m2día, y en días
nublados de 200 ml/m2día; con eficiencias promedios de 62,
47 y 18 %, respectivamente
• La concentración de los gramos de sal contenida en cada litro
de agua con el proceso de destilación del DST se bajó de un
valor inicial de 41,6 g.sal/l del agua de mar a 0,003 g.sal/l del
agua dulce destilada, con pH de 7,93 y 7,13, respectivamente
6:35:15
Conclusiones
• El rendimiento del volumen de agua destilada depende de las
condiciones meteorológicas, especialmente de la irradiancia
solar global, temperatura y humedad relativa ambiente, y del
área de la cubeta metálica expuesta a la irradiancia solar
global; esto nos indica que el volumen de agua destilada por
día en los meses de setiembre a abril, debe ser mucho mayor
considerando que en dicho periodo la irradiancia solar global
en la región Tacna alcanza valores superiores a los 7,5
kWh/m2día, con mayor número de horas de sol por día.
• El valor de la concentración final de sal en el agua destilada
nos indica que esta puede ser usada para el consumo
poblacional, industrial, agropecuario y medicinal.
MUCHAS GRACIAS……………………..
CARLOS POLO BRAVO
CERT – FACI - UNJBG
E-mail: polodomando@gmail.com
Tel: 952 34 29 09

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Polo bravo carlos diseño, construcción y caracterización de un destilador solar tubular

  • 1. DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE UN DESTILADOR SOLAR TUBULAR DE AGUA DE MAR” PIURA, 10-14 NOVIEMBRE 2014 CARLOS POLO BRAVO CENTRO DE ENERGIAS RENOVABLES DE TACNA (CERT) FACULTAD DE CIENCIAS UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN, TACNA XXI SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR
  • 2. 18.03.2008 2 PACÍFICO :1,8% disponibilidad de Agua 70 % población 2 027 m3/hab ATLÁNTICO: 97,7% disponibilidad agua 26% población 292 000 m3/hab TITICACA: 0,5% disponib de agua 4% población 9 715 m3/habREGIÓN TACNA
  • 3. • La capacidad actual de nuestros glaciares es de 43 mil millones de m3 (2007) • representa el 60% de nuestro ‘stock’ de agua • El 40% de nuestro ‘stock’ de agua -25 mil millones de m3- participa en el flujo hídrico • Se proyecta que en 10 años el 40% de nuestro ‘stock’ de agua (glaciares) se irá en el flujo hídrico Escenario Altamente Posible
  • 4. 4 BALANCE HÍDRICO DE LAS CUENCAS DE LA REGIÓN TACNA (m3/s) DESCRIPCIÓN PROMEDIO (m3/s) 1. OFERTA DE AGUA 11,486 1.1 Cuenca Caplina 3,088 1.2 Cuenca Sama 2,227 1.3 Cuenca Locumba 6,170 2. DEMANDA DE AGUA 19,611 2.1 Cuenca Caplina 7,066 2.2 Cuenca Sama 4,521 2.3 Cuenca Locumba 8,024 3. BALANCE HÍDRICO Déficit: - 8,125 Fuente: PET 2006
  • 5. SALINIDAD DE AGUAS (CONDUCTIVIDAD ELECTRICA) 1387 2459 1808 1286 1860 2529 611 1557 125194 4819 2410 248 2366 1016 1216 499 235 439 566 1159 1651 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 5250 R.Callazas R.Salado R.Curibaya R.Ilabaya R.Locumba R.Salado R.Pistala R.Aruma R.Sama R.Quilvire R.Ancoaque Borateras Calachaca R.Chiliculco R.kallapuma R.Ancomarca R.Maure(Chuapalca) Boc.uchusuma C.Patapujo C.UchusumaAlto Boc.Chuschuco Boc.Calientes CE(uS/cm) CUENCA LOCUMBA CUENCA SAMA CUENCA MAURE CUENCA UCHUSUMA CUENCA TACNA
  • 6. OBRAS DE INFRAETRUCTURA HIDRÁULICA ANDINA PARA MEJORAR LA DISPONIBILIDAD DE AGUA EN LA REGIÓN TACNA
  • 7. LA ESCACEZ HÍDRICA ACTUAL EN LA CIUDAD DE TACNA 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 Zona de escasez hídrica Zona de estrés hídrico Zona de adecuada disponibilidad hídrica Disponibilidad hídrica según tasa de crecimiento demográfica baja Disponibilidad hídrica según tasa de crecimiento demográfica alta El Perú podría ser en el 2025: Un país con estrés hídrico si se asume una tasa de crecimiento demográfica baja (disponibilidad de 1200 m3/hab/año) O un país con escasez hídrica si se proyecta con una tasa de crecimiento demográfica alta. (Disponibilidad de agua dulce de 1000 m3/hab/año) Fuente: Action Population Internationalna 60 – 100 m3/añoxhab Caso Región Tacna
  • 8. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA DESALINIZACIÓN VENTAJAS  Se cuenta en la costa con gran cantidad de materia prima: agua de mar  No es necesario construir estructuras para almacenar el agua de mar  Nula dependencia de las lluvias, deshielo, o caudal de los ríos  La ubicación de las plantas facilita el control de las operaciones  Abundante recurso energético solar y geotérmico, autonomía energética DESVENTAJAS  Generación de un residual concentrado (salmuera e insumos químIcos)  Afectación de la vida marina en la zona costera donde se instale la desalinizadora  Alto consumo de energía (mayores emisiones de CO2, si se usan energías tradicionales)  Mayor costo para producir y distribuir el agua potable  Falta de tecnologías y recursos humanos especializados
  • 9. SEPARACIÓN ENERGÍA USADA PROCESOS MÉTODO DE DESALINIZACIÓN AGUAS DE SALES TÉRMICA EVAPORACIÓN Flash Multi estado (MSF) Multiefecto (MED) Compresión Térmica de vapor (TVC) Destilación Solar (SD) CRISTALIZACIÓN Enfriamiento (FR) Proceso de gas hidratado (GH) FILTRACIÓN / EVAPORACIÓN Membrana / Evaporación (ME) MECÁNICA EVAPORACIÓN Compresión Mecánica de vapor (MVC) FILTRACIÓN Osmosis inversa (OR) SALES DE AGUAS ELÉCTRICA FILTRACIÓN SELECTIVA Electrodiálisis (ED) QÚIMICA INTERCAMBIO Intercambio Iónico (EI) CUADRO DE LOS DIFERENTES PROCESOS PARA LA DESALINIZACIÓN DE AGUA
  • 10. DIFERENTES MODELOS DE DESTILACIÓN DE AGUA BAJO EL SISTEMA DE AVAPORACIÓN
  • 11. SISTEMA DE DESALACIÓN DE AGUA DE MAR POR ÓSMOSIS INVERSA: FILTRACIÓN
  • 12. NUEVA GENERACIÓN DE DESTILADORES SOLARES: DESTILADOR TUBULAR SOLAR
  • 13. FENÓMENOS DE TRANSFERENCIA DE ENERGÍA Y MASA EN EL DST
  • 14.
  • 15. • Transferencia de calor por evaporación-convección desde el agua de mar depositada en canaleta hacia aire húmedo en el interior de DST • Transferencia de calor por convección-condensación ocurre desde aire húmedo interno hacia la cubierta tubular interna y la otra transferencia de calor por radiación entre el agua superficial y cubierta tubular interna • Radiación - convección desde la cubierta tubular hacia la atmósfera • La canaleta negra de aluminio tiene una transferencia de calor por convección al estar en contacto por ambos lados (externo e interno) con el aire húmedo y agua de mar, en el interior del DST • El agua de mar es evaporada y transferida al aire húmedo y finalmente, condensado en la superficie interna de la cubierta tubular INTERCAMBIO DE ENERGÍA Y MASA EN EL INTERIOR DEL DST
  • 16. Caracterización de transferencia de calor en el agua de mar en el interior del DST
  • 17. Caracterización de transferencia de calor de la canaleta en el interior del DST
  • 18. Caracterización de transferencia de calor para el aire Húmedo en el interior del DST
  • 19. Caracterización de transferencia de calor para la cubierta tubular transparente
  • 20. La eficiencia de producción de agua destilada por el DST
  • 21. ARREGLO EXPERIMENTAL PARA LA EVALUACIÓN DEL DST
  • 23.
  • 24. Perfil térmico del DST para días soleados 0 10 20 30 40 50 60 09:00 09:10 09:20 09:30 09:40 09:50 10:00 10:10 10:20 10:30 10:40 10:50 11:00 11:10 11:20 11:30 11:40 11:50 12:00 12:10 12:20 12:30 12:40 12:50 13:00 13:10 13:20 13:30 13:40 13:50 14:00 14:10 14:20 14:30 Temperaturas(ºc) Tíempo en horas del dia (h) temperatura de cubierta temperatura de canaleta temperatura de agua de mar temperatura de aire humedo Fuente: Elaboración propia (2012)
  • 25. VOLUMEN DE AGUA DESTILADA POR EL DST EN FUNCIÓN DE LAS HORAS, días soleados Fuente: Elaboración propia (2012)
  • 26. Volumen acumulado de agua destilada por el DST en días soleados 0 20 40 60 80 100 120 140 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 volumendeaguadestilada(ml) Tíempo en horas del dia (h) volumen acumulativo de agua destilada Fuente: Elaboración propia. (2012)
  • 27. Variación diaria de humedad relativa del aire en el interior del DST (izquierda); Variación de la temperatura ambiente en función de horas del día (derecha) Fuente: Elaboración propia (2012)
  • 28. COMPORTAMIENTO DE LA IRRADIANCIA SOLAR GLOBAL INCIDENTE SOBRE EL DST EN FUNCIÓN DE LAS HORAS DEL DÍA Fuente: Elaboración propia (2012)
  • 29. Volumen acumulado de agua destilada por el DST en días semi nublados 0 10 20 30 40 50 60 70 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 Volumendeaguadestilada(ml) Tíempo en horas del dia (h) volumen acumulativo 6:35:15 . Fuente: Elaboración propia. (2012)
  • 30. Volumen acumulado de agua destilada por el DST en días nublados 0 1 2 3 4 5 6 7 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 Voluemenacumulativodeaguadestilada(ml) Tiempo en horas del dia (h) volumen de agua destilada acumulativo Fuente: Elaboración propia. (2012)
  • 31. Análisis comparativo del volumen de agua destilada en función de las horas del día para tres escenarios de irradiancia solar global incidente sobre el DST 0 20 40 60 80 100 120 140 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 Volumendeaguademardestiladapara4temporadas diferentes(ml) Tíempo en horas del dia (h) para el dia totalmente nublado para el dia parcialmente nublado dia totalmente soleado primer dia de la evaluacion Fuente: Elaboración propia. (2012)
  • 32. Conclusiones • El destilador solar tubular muestra un desempeño favorable en el proceso experimental para destilar agua de mar, bajo las condiciones meteorológicas de la ciudad de Tacna • Se ha determinado que el volumen de agua destilada por el sistema para días soleados, en valor promedio es de 2950 ml /m2día, en días semi nublados de 1600 ml/m2día, y en días nublados de 200 ml/m2día; con eficiencias promedios de 62, 47 y 18 %, respectivamente • La concentración de los gramos de sal contenida en cada litro de agua con el proceso de destilación del DST se bajó de un valor inicial de 41,6 g.sal/l del agua de mar a 0,003 g.sal/l del agua dulce destilada, con pH de 7,93 y 7,13, respectivamente 6:35:15
  • 33. Conclusiones • El rendimiento del volumen de agua destilada depende de las condiciones meteorológicas, especialmente de la irradiancia solar global, temperatura y humedad relativa ambiente, y del área de la cubeta metálica expuesta a la irradiancia solar global; esto nos indica que el volumen de agua destilada por día en los meses de setiembre a abril, debe ser mucho mayor considerando que en dicho periodo la irradiancia solar global en la región Tacna alcanza valores superiores a los 7,5 kWh/m2día, con mayor número de horas de sol por día. • El valor de la concentración final de sal en el agua destilada nos indica que esta puede ser usada para el consumo poblacional, industrial, agropecuario y medicinal.
  • 34. MUCHAS GRACIAS…………………….. CARLOS POLO BRAVO CERT – FACI - UNJBG E-mail: polodomando@gmail.com Tel: 952 34 29 09