Un sistema de desalinización con energía solar completamente pasivo desarrollado por investigadores del MIT y en China podría proporcionar más de 1.5 galones de agua potable fresca por hora por cada metro cuadrado de área de recolección solar. Tales sistemas podrían servir potencialmente a zonas costeras áridas fuera de la redpara proporcionar una fuente de agua eficiente y de bajo costo.
El sistema usa múltiples capas de evaporadores y condensadores solares planos, alineados en una matriz vertical y rematados con aislamiento de aerogel transparente. Se describe en un documento que aparece hoy en la revista Energía y ciencias ambientales , escrito por los estudiantes de doctorado del MIT Lenan Zhang y Lin Zhao, el postdoc Zhenyuan Xu, profesor de ingeniería mecánica y jefe del departamento Evelyn Wang, y otros ocho en el MIT y en la Universidad Jiao Tong de Shanghai en China.
La clave para la eficiencia del sistema radica en la forma en que utiliza cada una de las múltiples etapas para desalinizar el agua. En cada etapa, el calor liberado por la etapa anterior se aprovecha en lugar de desperdiciarse. De esta manera, el dispositivo de demostración del equipo puede lograruna eficiencia general del 385 por ciento para convertir la energía de la luz solar en energía de evaporación del agua.
El dispositivo es esencialmente un alambique solar multicapa, con un conjunto de componentes de evaporación y condensación como los utilizados para destilar licor. Utiliza paneles planos para absorber el calor y luego transferir ese calor a una capa de agua para que comience a evaporarse.El vapor luego se condensa en el siguiente panel. El agua se recoge, mientras que el calor de la condensación de vapor pasa a la siguiente capa.
Cada vez que el vapor se condensa en una superficie, libera calor; en los sistemas de condensadores típicos, ese calor simplemente se pierde en el medio ambiente. Pero en este evaporador multicapa, el calor liberado fluye a la siguiente capa de evaporación, reciclando el calor solar y aumentando el totaleficiencia.
"Cuando condensas agua, liberas energía como calor", dice Wang. "Si tienes más de una etapa, puedes aprovechar ese calor".
Agregar más capas aumenta la eficiencia de conversión para producir agua potable, pero cada capa también agrega costos y volumen al sistema. El equipo se decidió por un sistema de 10 etapas para su dispositivo de prueba de concepto, que fue probado en un MITtecho del edificio. El sistema suministró agua pura que excedió los estándares de agua potable de la ciudad, a una tasa de 5.78 litros por metro cuadrado aproximadamente 1.52 galones por 11 pies cuadrados de área de recolección solar. Esto es más de dos veces la cantidad récordpreviamente producido por cualquier sistema de desalinización pasivo con energía solar, dice Wang.
Teóricamente, con más etapas de desalinización y una mayor optimización, tales sistemas podrían alcanzar niveles de eficiencia generales de hasta 700 u 800 por ciento, dice Zhang.
A diferencia de algunos sistemas de desalinización, no hay acumulación de sal o salmueras concentradas para eliminar. En una configuración de flotación libre, cualquier sal que se acumule durante el día simplemente se llevaría a la noche a través del material absorbente y volvería ael agua de mar, según los investigadores.
Su unidad de demostración fue construida principalmente con materiales económicos y fácilmente disponibles, como un absorbente solar negro comercial y toallas de papel para una mecha capilar para llevar el agua al contacto con el absorbente solar. En la mayoría de los otros intentos de hacer sistemas pasivos de desalinización solar,El material absorbente solar y el material absorbente han sido un solo componente, que requiere materiales especializados y costosos, dice Wang. "Hemos podido desacoplar estos dos".
El componente más costoso del prototipo es una capa de aerogel transparente que se usa como aislante en la parte superior de la pila, pero el equipo sugiere que otros aisladores menos costosos podrían usarse como alternativa. El aerogel en sí está hecho de tierra-sílice barata pero requiere un equipo de secado especializado para su fabricación.
Wang enfatiza que la contribución clave del equipo es un marco para comprender cómo optimizar tales sistemas pasivos de etapas múltiples, que denominan desalinización de etapas múltiples localizadas térmicamente. Las fórmulas que desarrollaron probablemente podrían aplicarse a una variedad de materiales y arquitecturas de dispositivos, permitiendo másoptimización de sistemas basados en diferentes escalas de operación o condiciones y materiales locales.
Una posible configuración sería paneles flotantes en un cuerpo de agua salada, como un estanque de embalse. Estos podrían entregar constantemente y pasivamente agua fresca a través de tuberías a la orilla, siempre que el sol brille todos los días. Otros sistemas podrían diseñarse para servirun solo hogar, quizás usando una pantalla plana en un gran tanque poco profundo de agua de mar que se bombea o transporta. El equipo estima que un sistema con un área de recolección solar de aproximadamente 1 metro cuadrado podría satisfacer las necesidades diarias de agua potable de una personaEn producción, piensan que un sistema construido para satisfacer las necesidades de una familia podría construirse por alrededor de $ 100.
Los investigadores planean más experimentos para continuar optimizando la elección de materiales y configuraciones, y para probar la durabilidad del sistema en condiciones realistas. También trabajarán para traducir el diseño de su dispositivo a escala de laboratorio en algo que seríaadecuado para el uso de los consumidores. La esperanza es que en última instancia podría desempeñar un papel en el alivio de la escasez de agua en partes del mundo en desarrollo donde la electricidad confiable es escasa pero el agua de mar y la luz solar son abundantes.
El equipo de investigación incluyó a Bangjun Li, Chenxi Wang y Ruzhu Wang en la Universidad Jiao Tong de Shanghái, y Bikram Bhatia, Kyle Wilke, Youngsup Song, Omar Labban y John Lienhard, profesor de agua Abdul Latif Jameel en el MIT.La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, la Alianza Singapur-MIT para Investigación y Tecnología y el Centro MIT Tata de Tecnología y Diseño.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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