Diseño y construcción de un destilador solar de múltiples etapas acoplado a un colector solar de tubos de calor concentrado

Abstract

La presente investigación se basó en diseñar y construir un prototipo desmontable de un destilador solar de múltiples etapas acoplado a un novedoso colector solar de tubos de calor concentrado con el fin de producir en pequeña escala agua fresca a partir de agua de mar, y cuyo objetivo era evaluar el rendimiento del destilador a través de su productividad; así como evaluar la calidad del agua fresca destinado al consumo humano. Con el fin de mejorar la productividad del sistema desalinizador se diseñó una superficie extendida de cobre para hacer más eficiente la transferencia de calor en la base o primera etapa del destilador. Para estudiar el efecto de la superficie extendida sobre la productividad la investigación se realizó en dos escenarios: un primer caso a) con superficie extendida y un segundo caso b) sin superficie extendida. Las pruebas experimentales se llevaron a cabo todo el mes de marzo del presente en la azotea del pabellón W de la Universidad de Lima (12°05'04“S; 76°50'16“W). Para el registro de la irradiación solar y las temperaturas se utilizó un sistema automático provisto de sensores, un software step 7 y un Siemens PLC modelo S7-1200. Además, se utilizó un equipo multiparámetro para la medición manual de los sólidos totales disueltos (TDS), la conductividad eléctrica, la salinidad y el pH. Se determinó para el destilador operando con la superficie extendida una productividad de 7,32 kg/m2 /día y una eficiencia térmica del 14,7 %. Además, que los parámetros de calidad del agua fresca obtenido por destilación solar a partir de agua de mar cumplen con el Reglamento de la Calidad del Agua para Consumo Humano (DS N°031-2010-SA). Adicionalmente, se ha estimado que el costo del agua fresca producido (CPL) del presente trabajo es de 0,057 $/L.

This research designed and built a demountable prototype of a multi-stage solar still coupled to a novel concentrated heat pipe solar collector to produce fresh water from seawater on a small scale, and whose objective was to evaluate the performance of the distiller through its productivity; as well as evaluating the quality of fresh water intended for human consumption. To improve the productivity of the desalination system, an extended copper surface was designed to make the heat transfer in the base or first stage of the still more efficient. To study the effect of the extended surface on productivity, the investigation was conducted in two scenarios: with an extended surface and without an extended surface. The experimental tests were conducted all the month of March of the present in the roof of the pavilion W of the University of Lima (12°05'04“S; 76°50'16“W). For the recording of solar irradiation and temperatures, an automatic system equipped with sensors, a step 7 software and a Siemens PLC model S7-1200 were used. Additionally, a multiparameter equipment was used for manual measurement of total dissolved solids (TDS), electrical conductivity, salinity, and pH. A productivity of 7.32 kg / m2 / day and a thermal efficiency of 14.7% were determined for the still operating with the extended surface. The quality parameters of fresh water obtained from solar distillation from seawater comply with the Regulation of the National Water Quality for Human Consumption (DS N ° 031-2010-SA). Additionally, it has been estimated that the cost of fresh water produced (CPL) in this work is 0.057 $/ L.