ENERGIAS RENOVABLES

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

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

22. VISTA GENERAL DEL DST

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