{"id":791,"date":"2020-09-15T08:35:00","date_gmt":"2020-09-15T07:35:00","guid":{"rendered":"http:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/?p=791"},"modified":"2020-09-15T08:35:00","modified_gmt":"2020-09-15T07:35:00","slug":"produccion-de-agua-y-energia-electrica-usando-el-mismo-aparato","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/2020\/09\/15\/produccion-de-agua-y-energia-electrica-usando-el-mismo-aparato\/","title":{"rendered":"Producci\u00f3n de agua y energ\u00eda el\u00e9ctrica solar usando el mismo aparato."},"content":{"rendered":"\n

Unos investigadores han logrado que la producci\u00f3n de energ\u00eda el\u00e9ctrica y la de agua potable vayan de la mano. Normalmente, los paneles fotovoltaicos producen energ\u00eda, mientras que la desalinizaci\u00f3n de agua la consume, pero ahora se ha podido hacer un aparato que produce ambas cosas a la vez.<\/p>\n\n\n\n

Comienzan en la introducci\u00f3n explicando que la falta de agua potable y la generaci\u00f3n de energ\u00eda m\u00e1s limpia son problemas que est\u00e1n muy unidos, dado que para desalinizar agua hay que consumir grandes cantidades de energ\u00eda, y para producir energ\u00eda suele hacer falta agua. De hecho, comentan que cerca del 50% del agua que se extrae en algunos pa\u00edses es para la producci\u00f3n de energ\u00eda. Y dado que hay cada vez menos agua, y la generaci\u00f3n de energ\u00eda debe tender cada vez m\u00e1s a emplear sistemas renovables, la uni\u00f3n de sistemas de generaci\u00f3n de agua con c\u00e9lulas fotovoltaicas es una gran idea.<\/p>\n\n\n\n

El art\u00edculo contin\u00faa recordando que la idea de destilaci\u00f3n solar de cualquier fuente de agua, sea esta el mar o aguas residuales, para obtener agua potable ya se ha implementado, pero con rendimientos finales de agua muy bajos debido a la poca concentraci\u00f3n de energ\u00eda que tiene el sol. Esto impide el uso m\u00e1s generalizado de esta tecnolog\u00eda, porque exige grandes superficies para obtener cantidades relevantes de agua. Sin embargo, recientemente, usando sistemas multimembrana se logr\u00f3 generar una cantidad de agua potable que entra dentro del rango de lo comercial, expresada en el art\u00edculo como 3 kg m\u207b\u00b2 h\u207b\u00b9 con condiciones de iluminaci\u00f3n de 1 sol(1). Para lograrlo, emplearon el calor que se produc\u00eda durante la evaporaci\u00f3n en una etapa como fuente de calor para la siguiente. <\/p>\n\n\n\n

Adem\u00e1s, la producci\u00f3n simult\u00e1nea de agua potable y energ\u00eda el\u00e9ctrica ya se ha planteado, pero generalmente con muy poca eficiencia en la generaci\u00f3n de energ\u00eda el\u00e9ctrica, por eso los investigadores cambiaron las estrategias anteriores, consistentes en usar para generar la energ\u00eda el\u00e9ctrica alguna energ\u00eda sobrante de la destilaci\u00f3n del agua mediante energ\u00eda solar, por un sistema en el que se integr\u00f3 el panel solar fotovoltaico con una membrana de destilaci\u00f3n de tres etapas. <\/p>\n\n\n\n

Con este dispositivo lograron producir 1,8 kg m\u207b\u00b2 h\u207b\u00b9 de agua mientras la c\u00e9lula solar ten\u00eda una eficiencia del 11%, lejos de las mejores eficiencias actuales, que se encuentran cerca del 16-20%, pero dentro de m\u00e1rgenes comerciales. Adem\u00e1s, al usar la misma superficie para destilar agua y producir energ\u00eda, su uso se hace mucho m\u00e1s interesante la reducci\u00f3n tanto de costos como de superficie ocupada.<\/p>\n\n\n\n

Su dispositivo tiene en la parte de arriba una c\u00e9lula solar comercial, y debajo tres etapas de desalinizaci\u00f3n que aprovechan el calor producido por la c\u00e9lula superior, que crearon ellos en el laboratorio. Para que el calor producido por la c\u00e9lula solar no se perdiera, cada m\u00f3dulo solar estaba aislado en sus paredes laterales con espuma de poliuretano, un conocido aislante. Cada etapa de evaporaci\u00f3n de las tres que acoplaron ten\u00eda cuatro capas, de arriba a abajo:<\/p>\n\n\n\n

  1. Una primera capa conductiva del calor,<\/li>
  2. Otra capa hidrof\u00edlica(2), donde se evapora el agua,<\/li>
  3. una membrana hidrof\u00f3bica(3) para el paso del vapor y<\/li>
  4. Una capa de condensaci\u00f3n del vapor de agua.<\/li><\/ol>\n\n\n\n

    La \u00faltima parte, la condensaci\u00f3n del vapor de agua, produce calor que se aprovecha como fuente de calor de la capa conductiva del calor de la siguiente etapa.<\/p>\n\n\n\n

    La figura siguiente presenta su sistema completo, con el panel solar encima y las tres etapas de evaporaci\u00f3n de agua salada en la parte inferior:<\/p>\n\n\n\n

    \"\"
    Sistema integrado de producci\u00f3n de agua potable y electricidad mediante luz solar. Las cuatro capas del sistema multimembrana de evaporaci\u00f3n son visibles, a la vez que el aislante t\u00e9rmico que rodea todo el panel. Adaptado de la figura 1.a<\/strong> del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    Para usar su m\u00f3dulo pensaron en dos posibles configuraciones, una donde el agua salada o a evaporar est\u00e1 circulando en circuito cerrado hasta que est\u00e1 tan saturada de sales que no puede evaporarse m\u00e1s, y otra configuraci\u00f3n donde el agua a evaporar se bombea a la parte de arriba del panel y la salmuera que queda se elimina del panel, en un sistema de circulaci\u00f3n continua, como indica la figura siguiente:<\/p>\n\n\n\n

    \"\"
    Configuraciones para empleo del m\u00f3dulo. La de la izquierda(a) es un circuito cerrado que deja de funcionar cunado hay demasiada sal en el agua a evaporar. La de la derecha(b) funciona en circuito abierto de agua, desde el dep\u00f3sito superior hasta el inferior, donde se acumula la salmuera.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    La ventaja de primer sistema es que puede obtiene m\u00e1s agua, al aprovechar todo el calor residual del agua, aumentando su productividad. La mayor desventaja es que es el agua que queda con sales hay que limpiarla del sistema, y eso es caro y emplea agua limpia. El sistema de circulaci\u00f3n continua no precisa limpieza, pero obtiene un menor rendimiento de agua limpia. Sin embargo, es mucho m\u00e1s f\u00e1cil de implementar en un sistema comercial, donde la salmuera producida ir\u00eda a parar al mar.<\/p>\n\n\n\n

    Tratando de caracterizar su dise\u00f1o, comprobaron que su sistema multimembrana de depuraci\u00f3n ten\u00eda un rendimiento similar al de otros sistemas publicados en la literatura, emple\u00e1ndola s\u00f3lo como depurador. Luego, le a\u00f1adieron el c\u00e9lula fotovoltaica y comprobaron su comportamiento bajo varias condiciones de iluminaci\u00f3n y carga del panel solar. Los resultados obtenidos indican que la carga a la que se somete la c\u00e9lula solar apenas var\u00eda la producci\u00f3n de agua limpia, que s\u00ed es inferior al caso en el que la parte superior del m\u00f3dulo de evaporaci\u00f3n es una membrana de absorci\u00f3n de luz solar, no un panel.<\/p>\n\n\n\n

    Tambi\u00e9n comprobaron si el sistema pod\u00eda trabajar en modo continuo durante varias horas, dejando funcionar su sistema seg\u00fan el esquema de flujo continuo durante tres d\u00edas, observando entonces que la cantidad de agua que pod\u00edan extraer era de 1,6 kg m\u207b\u00b2 h\u207b\u00b9 con un flujo de entrada de 5 g h\u207b\u00b9, m\u00e1s baja que en condiciones ideales, pero todav\u00eda viable para un sistema comercial. Tambi\u00e9n evaluaron la calidad del agua introduciendo en vez de agua salada, agua salada muy contaminada con metales, y como indica la figura siguiente, el agua evaporada que obtiene es perfectamente potable:<\/p>\n\n\n\n

    \"\"
    Presencia de iones de metales pesados en agua antes(negro) y despu\u00e9s(dorado) de ser evaporada por el sistema. Las rayas rojas indican los valores admitidos por la Organizaci\u00f3n Mundial de la Salud como m\u00e1ximos para agua potable. Adaptada de la figura 5.c <\/strong>del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    Siguen explicando en una secci\u00f3n posterior que gran parte de la p\u00e9rdida de la energ\u00eda t\u00e9rmica de la c\u00e9lula solar se pierde porque las c\u00e9lulas solares se dise\u00f1an espec\u00edficamente para tener una alta emitividad de radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica, de forma que no se calienten mucho. La raz\u00f3n es que las c\u00e9lulas solares pierden eficiencia al aumentar la temperatura. Pero como en este sistema doble, el calor producido por la c\u00e9lula se emplea en la evaporaci\u00f3n de agua, los autores especulan que la producci\u00f3n de paneles solares con una emitividad reducida mejorar\u00eda la eficiencia de su sistema.<\/p>\n\n\n\n

    Terminan el art\u00edculo, pecando quiz\u00e1s de un exceso de optimismo, comentando que la sustituci\u00f3n total de sistemas fotovoltaicos actuales por el que ellos proponen generar\u00eda una gran cantidad de agua. <\/p>\n\n\n\n

    El art\u00edculo citado se public\u00f3 en la revista Nature Communications, 10. Al estar publicado con licencia Creative Commons, es accesible a trav\u00e9s de su web: Nature Communications volume 10, Article number: 3012 (2019)<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

    (1) Cuando se habla de energ\u00eda solar, es muy com\u00fan que se especifique las cantidad total de irradiaci\u00f3n solar necesaria respecto a la solar \u00abest\u00e1ndar\u00bb de un d\u00eda soleado habitual. Este \u00faltimo se llama iluminaci\u00f3n a un sol.<\/p>\n\n\n\n

    (2) Hidrof\u00edlica: Que atrae el agua hacia su superficie.<\/p>\n\n\n\n

    (3) Hidrof\u00f3bica: Que repele el agua.<\/p>\n\n\n\n

    <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Unos investigadores han logrado que la producci\u00f3n de energ\u00eda el\u00e9ctrica y la de agua potable vayan de la mano. Normalmente, los paneles fotovoltaicos producen energ\u00eda, mientras que la desalinizaci\u00f3n de agua la consume, pero ahora se ha podido hacer un aparato que produce ambas cosas a la vez. Comienzan en la introducci\u00f3n explicando que la … Continuar leyendo \u00abProducci\u00f3n de agua y energ\u00eda el\u00e9ctrica solar usando el mismo aparato.\u00bb<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":378,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[2],"tags":[9,22,32],"class_list":["post-791","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-articulo-interesantes","tag-agua","tag-energia-solar","tag-ingenieria"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/791","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/users\/378"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=791"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/791\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=791"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=791"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=791"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}