UNIVERSIDAD DE CIENCIAS Y ARTES DE CHIAPAS

TERMODINAMICA

DESTILADOR SOLAR

DR. CARLOS MANUEL GARCIA LARA

TERCERO UNICO

DIAZ LOPEZ KARLA VIRIDIANA

ZARARE MARQUEZ LEONARDO MANUEL

Introducción

Un Destilador Solar es un sistema muy sencillo y eficiente que permite reproducir de manera acelerada los ciclos naturales de evaporación y condensación del agua, que al utilizarlos de manera controlada, se puede obtener agua pura.

Este proceso quita las sales, elimina residuos de hongos, bacterias, virus y demás contaminantes, obteniendo agua apta para consumo humano

Los principios de la destilación solar pueden ser aplicados en distintas escalas; desde destiladores pequeños domésticos para obtener unos cuantos litros de agua al día hasta grandes instalaciones con los que obtener varios metros cúbicos diarios.

Actualmente existen grandes instalaciones de este tipo que se han desarrollado en diversas zonas del mundo con escasez de agua pero con acceso al mar como Israel, Islas Canarias (España) y en diversas islas áridas del mediterráneo entre otras.

Antecedentes

El primer destilador solar de la historia se instaló en Chile, en Las Salinas, provincia de Antofagasta, Fue diseñado en 1874 por Charles Wilson. El destilador estaba constituido por piscinas con el fondo pintado de negro y cubiertas por un tejadillo de vidrio. Las piscinas se llenaban con agua salada, y el calor del Sol se utilizaba para evaporar el agua que se recuperaba, ahora en forma de agua dulce, por condensación en los tejadillos de vidrio, dispuestos en ligera pendiente para provocar el escurrimiento de las gotas de agua hasta los canalillos del extremo de las piscinas.

Este destilador suministró agua potable para los mineros que explotaban las minas de salitre (nitrato potásico), que es un constituyente de la pólvora, y su demanda se disparó a finales del siglo XIX, porque los ejércitos afilaban sus dientes preparándose para lo que poco después sería la Primera Guerra Mundial. El destilador de Las Salinas funcionó impecablemente desde 1874 hasta 1914, cuando se completó la primera traída de agua desde los Andes hasta Antofagasta, que hizo innecesaria la destilación. Tenía una superficie de 4 757 m2 y suministraba 22,5 m3 de agua al día

Propiedades físicas y químicas del agua

Propiedades Físicas Del Agua

1) Estado físico: sólida, liquida y gaseosa2) Color: incolora3) Sabor: insípida4) Olor: inodoro5) Densidad: 1 g./c.c. a 4°C6) Punto de congelación: 0°C

7) Punto de ebullición: 100°C8) Presión crítica: 217,5 atm.9) Temperatura crítica: 374°C

Propiedades Químicas del Agua

1) Reacciona con los óxidos ácidos2) Reacciona con los óxidos básicos3) Reacciona con los metales4) Reacciona con los no metales5) Se une en las sales formando hidratos6) Los anhídridos u óxidos ácidos reaccionan con el agua y forman ácidos oxácidos.

DifusiónProceso mediante el cual ocurre un flujo de partículas (átomos, iones o moléculas) de una región de mayor concentración a una de menor concentración, provocado por un gradiente de concentración.

ÓsmosisFenómeno que consiste en el paso del solvente de una solución de menor concentración a otra de mayor concentración que las separe una membrana semipermeable, a temperatura constante.

CapilaridadEs el ascenso o descenso de un líquido en un tubo de pequeño diámetro, o en un medio poroso, debido a la acción de la tensión superficial del líquido sobre la superficie del sólido.

Precipitación del agua

Se entiende por precipitación a la caída de partículas liquidas  o sólidas de  agua. Es cualquier tipo de agua que cae sobre la superficie de la tierra, la cual es medida a base de pluviómetros.

Los estudios sobre el rendimiento del agua son la base del aprovechamiento económico y seguro de los abastecimientos superficiales de agua por consumo directo y mediante almacenamiento, por lo que los registros de agua colectada en periodos fijos del año (días, semanas, meses y años) y los registros de intensidad y duraciones de lluvia y flujos crecientes son de interés principal ya son de utilidad para la ubicación y la determinación adecuadas de las obras colectoras de agua.

En ciertas partes del continente donde las poblaciones han crecido, las precipitaciones pluviales anuales oscilan entre 10 y casi 80 ft (254 a 2,032 mm). Para las regiones bien ricas en agua, el coeficiente de variación es tan bajo como 0.1; para las zonas áridas tan alto como 0.5. La perdida por la evaporación y transpiración, junto con la infiltración no recuperada, reduce el escurrimiento anual a un valor inferior al de la precipitación pluvial anual.

Metodología

La destilación es un proceso por el cual, mediante la aplicación de calor se puede separar las distintas sustancias de una mezcla líquida. Este proceso se basa en las diferentes temperaturas que necesitan cada una de las sustancias de una mezcla para evaporarse y en la posterior condensación por separado de cada una de ellas.

Nuestro modelo es un Destilador Solar de dos vertientes, cuyo funcionamiento se describe a continuación:

Su principio de funcionamiento reproduce en pequeña escala el ciclo natural del agua independiente del tipo que sea. Este consiste en una caja o espacio contenedor donde se dispone un recipiente o estanque con fondo de color negro para depositar el agua salada o contaminada a destilar.

En la parte superior y cerrando este espacio se coloca una superficie transparente que permite pasar la radiación solar, por el efecto invernadero se logra el calentamiento del agua al tiempo que también se retiene la humedad en el interior de la superficie transparente. La radiación solar en contacto con el recipiente negro eleva la temperatura del agua en el recipiente pintado de negro, favoreciendo la evaporación.

El vapor de agua asciende entonces por convección hasta topar con la superficie transparente, que por estar en contacto con el exterior está a una temperatura más fría que el resto del destilador. En esta superficie se condensa el agua formando pequeñas gotas. La superficie transparente está dispuesta de manera adecuada para favorecer que las gotas, conforme continúa el proceso y van aumentando de tamaño y fluyan hacia un recipiente donde se recoge toda el agua destilada. Mientras dure la radiación solar y exista agua que destilar el proceso se mantiene.

Tipos de destiladores

Destilador solar de una vertiente: Se trata de una caja cubierta por un cristal inclinado. La caja está dividida en dos compartimentos: uno con el fondo de color negro donde se coloca el agua a evaporar y que ocupa la mayor parte de la caja y el otro donde se recoge el agua destilada y que se encuentra en el lado de menor altura.

Destilador solar de dos vertientes: Este modelo consta de un “tejado” dos aguas de material transparente. Las gotas de agua que se han condensado en el panel transparente se deslizan por los lados y precipitan a un depósito situado bajo la bandeja donde se dispone el agua para destilar. Desde el depósito de almacenamiento se extrae el agua por medio de un grifo.

Destilador solar de invernadero: Este es un modelo de destilador solar de gran tamaño. Se trata de estructuras de invernadero. En esencia es el mismo modelo que el destilador solar de dos vertientes pero de grandes proporciones.

Destilador solar de cascada: Posee forma de escalera o terrazas. En la parte superior de cada escalón se colocan los depósitos de color negro donde se coloca el agua a

destilar. Cuando la radiación solar incide en el destilador comienza la evaporación y el vapor de agua se condensa en una superficie transparente inclinada sobre las terrazas, este termina en un recipiente que permite recoger el agua ya destilada.

Destilador solar esférico de barredera: Este tipo de destilador posee forma esférica del material transparente y una barredera que recorre su cara interna accionada por un pequeño motor. En una bandeja con fondo de color oscuro situada en la parte central de la esfera se deposita el agua a destilar.

Destilador solar multietapa: Este modelo es más complejo pero a la vez más eficiente, emplea sistemas de colectores solares complejos (concentradores parabólicos, tubos de vacío, e incluso sistemas de placa plana de alta eficiencia), por lo que alcanza altas temperaturas. El vapor de agua se condensa con ayuda de un refrigerante y el calor se recupera y se almacena en depósitos. Este sistema requiere ya de inversiones mayores que los anteriores.

El rendimiento de los destiladores solares está en función de la intensidad de la radiación solar, de la temperatura ambiente y de las características del destilador. Es por ello que las regiones soleadas y cálidas poseen mejores condiciones para esta tecnología que las frías y húmedas, coincidiendo con las primeras con las más necesitadas de agua potable. Por cada metro cuadrado de destilador se obtiene 1 m³ de agua destilada anual, lo que significa un ahorro aproximado de 200 kg de petróleo, en cifras cotidianas significan que es posible obtener entre 3 y 5 litros diarios por m2 de destilador.

Conclusiones:

En el desarrollo de nuestro proyecto desarrollaremos un destilador solar de dos vertientes en una escala pequeña y con materiales de re uso; mediremos las propiedades físicas y químicas del agua a destilar y la compararemos con los resultados de la destilación, intentando crear un sistema pequeño de tratamiento de aguas residuales.

BIBLIOGRAFIA

FAIR, GORDON MASKEW. Ingeniería sanitaria y de aguas residuales vol. 1. Abastecimiento de agua y remoción de aguas residuales. Ed. Limusa.

FAIR, GORDON MASKEW. Ingeniería sanitaria y de aguas residuales vol. 2. Purificación de aguas y tratamiento de aguas residuales. Ed. Limusa.