ALFA. Revista de
Investigación en Ciencias Agronómicas y Veterinarias
Septiembre-diciembre
2023 / Volumen 7, Número 21
ISSN:
2664-0902 / ISSN-L: 2664-0902
https://revistaalfa.org
pp.
511 – 529
Destilador
solar de tipo una vertiente y la purificación de la calidad del agua, Ica
One-pour type solar distiller and water quality purification, Ica
Destilador
solar tipo one-pour e purificação
da qualidade da água, Ica
Pedro
Córdova Mendoza
pedro.cordovar@unica.edu.pe
https://orcid.org/0000-0003-3612-1149
Ramiro
Zuzunaga Morales
ramiro.zuzunaga@unica.edu.pe
https://orcid.org/0000-0003-3527-2404
Teresa
Oriele Barrios Mendoza
oriele.barrios@unica.edu.pe
https://orcid.org/0000-0002-6466-7766
Isis
Cristel Córdova Barrios
ssis.cordova@unica.edu.pe
https://orcid.org/0000-0002-3569-2671
Emily
Zuzunaga Concha
emizzuzunaga@gmail.com
https://orcid.org/0000-0001-5802-9402
Summy Maily
Diaz Huachaca
summydiaz3@gmail.com
https://orcid.org/0000-0002-1741-3640
Universidad
Nacional “San Luis Gonzaga”. Ica, Perú
Artículo
recibido 4 de agosto 2023 | Aceptado 25 de agosto 2023 | Publicado 25 de
septiembre 2023
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en tu dispositivo móvil o revisa este artículo en:
https://doi.org/10.33996/revistaalfa.v7i21.232
RESUMEN
La
carencia de agua potable en zonas costeras es un problema mundial que se ve
agravado por el cambio climático y la contaminación del agua. El destilador
solar de una vertiente puede contribuir a abordar estos problemas al utilizar
la energía solar para evaporar el agua de mar, eliminando la sal y otros
contaminantes. Objetivo. Evaluar la eficacia de un destilador solar de tipo una
vertiente para purificar agua de mar, utilizando agua obtenida de la playa
Punta Lomitas en el distrito de Ocucaje, Ica. El destilador solar utilizado en
el estudio fue fabricado con materiales económicos y de fácil acceso. Materiales
y métodos. La estrategia metodológica, se basa en la teoría de los sistemas
complejos, el estudio tiene un enfoque cuantitativo y utiliza un diseño
observacional-prospectivo-longitudinal, el método de muestreo utilizado fue un
muestreo aleatorio simple, las variables que se midieron en el estudio fueron
la salinidad, el pH, la turbidez y la presencia de bacterias. Resultados. El
destilador solar, con dimensiones de 60 cm de largo, 40 cm de ancho y 20 cm de
alto, inclinado a 17° con un área de 0.24 m² y un nivel de agua de mar de 10
cm, mostraron la obtención de 0.524 L de agua purificada. Se evaluaron dos
fechas de operación, el 05/10/2022 (14°C a 29°C) y el 14/10/2023 (11°C a 28°C),
durante un horario de 09:00 am a 17:00 pm. Los parámetros de calidad del agua
cumplieron con la norma, con DBO5 0.0 mg/L, oxígeno disuelto 10 mg/L y
coliformes termotolerantes (44.5°C) 0.0 NMP/100 ml.
La discusión señaló que el sistema propuesto cumplió las condiciones para un
funcionamiento efectivo y óptimas condiciones de salubridad. Conclusiones. El
destilador solar es un método simple y eficaz, utilizando radiación solar para
purificar agua de mar y generar agua potable.
Palabras
clave:
Destilador solar; Purificación del agua; Calidad de agua; Agua de mar
ABSTRACT
Lack of
potable water in coastal areas is a global problem that is
exacerbated by climate change and water pollution. The single-slope solar still can help address these problems
by using solar energy to evaporate
seawater, removing salt and other contaminants. Objective. To evaluate the
efficacy of a one-slope solar still to purify seawater,
using water obtained from Punta Lomitas beach in the district
of Ocucaje, Ica. The solar still used in the
study was manufactured with inexpensive and readily available materials. Materials and methods. The methodological strategy, is based
on the theory
of complex systems, the study
has a quantitative approach
and uses an observational-prospective-longitudinal
design, the sampling method used was simple random sampling, the variables measured in the study were
salinity, pH, turbidity and
the presence of bacteria. Results. The solar distiller, with dimensions of 60 cm long, 40 cm wide and 20 cm high, inclined at 17° with an area of
0.24 m² and a seawater level
of 10 cm, showed the obtaining of
0.524 L of purified water. Two operation
dates were evaluated,
05/10/2022 (14°C to 29°C) and 14/10/2023 (11°C to 28°C), during a schedule of 09:00 am to 17:00 pm. Water quality parameters met the standard, with BOD5 0.0 mg/L, dissolved oxygen 10 mg/L and thermotolerant
coliforms (44.5°C) 0.0 NMP/100 ml. The discussion indicated that the proposed system
met the conditions
for effective operation and optimal sanitation. Conclusions. The solar distiller is a simple and effective method using solar radiation to purify
seawater and generate drinking water.
Key words: Solar distiller; Water purification; Water quality; Seawater
RESUMO
A falta de água potável em áreas costeiras é um problema global que é exacerbado pelas mudanças climáticas e pela poluição da água. O alambique
solar de inclinação única pode ajudar
a resolver esses problemas usando a energia solar para evaporar a água
do mar, removendo o sal e outros
contaminantes. Objetivo. Avaliar a eficácia de um alambique solar de fonte única
para purificar a água do mar, usando água obtida da praia de Punta Lomitas, no distrito de Ocucaje, Ica. O
destilador solar usado no estudo foi
feito com materiais baratos e de fácil acesso.
Materiais e métodos. A estratégia
metodológica baseia-se na teoria de sistemas complexos, o estudo
tem uma abordagem
quantitativa e usa um projeto observacional-prospectivo-longitudinal, o método de
amostragem usado foi amostragem aleatória simples, as variáveis medidas no estudo foram salinidade, pH, turbidez e presença de bactérias. Resultados.
O alambique solar, com dimensões
de 60 cm de comprimento, 40 cm de largura e 20 cm de
altura, inclinado a 17°, com área de 0,24 m² e nível de água do mar de 10 cm, apresentou a obtenção de 0,524 L
de água purificada. Foram
avaliadas duas datas de operação,
05/10/2022 (14°C a 29°C) e 14/10/2023 (11°C a 28°C), durante o horário das 09:00 às 17:00 horas.
Os parâmetros de qualidade
da água atenderam ao padrão, com
DBO5 0,0 mg/L, oxigênio dissolvido
10 mg/L e coliformes termotolerantes (44,5°C) 0,0
NMP/100 ml. A discussão indicou
que o sistema proposto atendeu
às condições para uma operação eficaz e um saneamento ideal. Conclusões. O destilador solar é um
método simples e eficaz que utiliza a radiação solar para purificar a água
do mar e gerar água potável.
Palavras-chave: Destilador solar; Purificação de água; Qualidade da água; Água do mar
INTRODUCCIÓN
La
carencia de agua potable en zonas costeras es un problema mundial que se ve
agravado por el cambio climático y la contaminación del agua. El destilador
solar de una vertiente puede contribuir a abordar estos problemas al utilizar
la energía solar para evaporar el agua de mar, eliminando la sal y otros
contaminantes. Esta tecnología también puede ayudar a conservar las fuentes de
agua potable subterráneas y superficiales, ya que no requiere el uso de agua
dulce.
Por otra
parte, es importante mencionar que la escasez de agua potable, el cambio
climático y las actividades industriales presentan desafíos críticos e
interrelacionados que amenazan la sostenibilidad ambiental y el bienestar
humano. La falta de acceso a agua limpia compromete la salud y la producción de
alimentos, mientras que el cambio climático intensifica la frecuencia de
eventos climáticos extremos como sequías e inundaciones, exacerbando aún más la
crisis hídrica. Las actividades industriales también contribuyen al cambio
climático, lo que a su vez agrava la escasez de agua potable.
En la
región de Ica, la escasez de agua potable ha provocado conflictos entre las
comunidades y las empresas, ya que ambas compiten por los recursos hídricos
limitados. Las actividades industriales, a su vez, contribuyen a la contaminación
y a la degradación de los recursos hídricos, afectando la biodiversidad y la
calidad del agua. La búsqueda de soluciones integradas y sostenibles se vuelve
fundamental para enfrentar estos desafíos y asegurar un futuro ambientalmente
viable. Las regiones costeras afectadas por estos problemas se refieren a las
zonas costeras de diversos océanos en todo el planeta, así como a regiones
costeras específicas como la costa peruana y, en este caso particular, la
región de Ica. Estas áreas comparten la exposición a la disminución de fuentes
de agua dulce, los impactos del cambio climático y la influencia de las
actividades industriales en la calidad del agua. En esta situación, la
necesidad apremiante es encontrar soluciones eficaces y sostenibles para purificar
el agua. Esto se deriva de los retos expuestos anteriormente, relacionados con
la escasez de agua potable, el cambio climático y las actividades industriales
en las regiones costeras.
Este
estudio busca contribuir a encontrar soluciones sostenibles para purificar el
agua de mar en la costa de la Región de Ica. También tiene como objetivo
identificar información científica relevante y proporcionar datos para tomar
decisiones informadas sobre el acceso al agua potable en la zona costera.
Asimismo, busca promover la adopción de tecnologías y políticas que faciliten
un acceso sostenible al agua potable, en línea con los objetivos de desarrollo
sostenible (1).
La
desalinización del agua de mar se ha convertido en una necesidad creciente en
muchas regiones del mundo donde la escasez de agua dulce es un problema
constante. La Región de Ica, al ser una zona costera marina con una amplia
disponibilidad de agua de mar, se presenta como un escenario propicio para
evaluar la viabilidad y eficacia de esta tecnología (2).
Esta
investigación busca abordar la problemática de la escasez de agua potable en
áreas costeras, según, Sampathkumar et al. (3) el agua es un recurso invaluable provisto por la
naturaleza que desempeña un papel fundamental en el progreso económico y el
bienestar de una nación. Su presencia y disponibilidad adecuada son esenciales
para el desarrollo económico sostenible y el florecimiento de una sociedad. Continua,
de que la falta de acceso a agua potable es un desafío significativo que
enfrentan tanto los países subdesarrollados como los países en desarrollo en
todo el mundo. Una gran parte de los recursos hídricos se encuentran en los
océanos, representando aproximadamente el 97% del agua del planeta. Solo
alrededor del 2% del agua mundial se almacena como hielo en las regiones
polares, mientras que únicamente el 1% está disponible como agua dulce para
satisfacer las necesidades de la flora, la fauna y la vida humana.
Segun, Elgendi
et al. en el siglo XXI el uso de energía solar se ha posicionado como una
solución y técnica viable en la producción de agua potable para el consumo
humano, especialmente en regiones de alta insolación. Este enfoque se muestra
especialmente prometedor en zonas rurales donde la disponibilidad de
infraestructura y servicios de agua potable puede ser limitada. La energía
solar se aprovecha a través de sistemas de captación y calentamiento, como los
destiladores solares, que utilizan la radiación solar para purificar y
desalinizar el agua. Esta tecnología sostenible y de bajo costo ofrece una
alternativa eficiente y ambientalmente amigable para abordar los desafíos de
suministro de agua en estas regiones, contribuyendo así al bienestar y
desarrollo de las comunidades rurales (4). Sin embargo, Ayoub y Malaeb
(5) mencionan que, en las ciudades ubicadas cerca del mar u océanos, se
recomienda aprovechar el potencial de las aguas marinas como fuente de agua.
Esto implica replicar, a menor escala y de manera acelerada, el ciclo natural
del agua. Los principios de la destilación solar pueden ser aplicados en
diferentes dimensiones, desde destiladores pequeños de uso doméstico que pueden
producir unos pocos litros de agua al día, hasta grandes instalaciones capaces
de generar varios metros cúbicos de agua diariamente. Esta adaptación de la
destilación solar ofrece una solución eficaz para satisfacer las necesidades de
agua potable en estas áreas costeras, aprovechando los recursos naturales
disponibles de manera sostenible y resiliente (5).
En la
actualidad, existen en el mercado diversas tecnologías de desalinización que
son utilizadas para obtener agua potable a partir del agua de mar. Es
importante destacar que todas estas tecnologías requieren de energía para su
funcionamiento (6,7). También las tecnologías de desalinización están en
constante evolución con el objetivo de mejorar la eficiencia de producción,
optimizar el consumo energético y reducir los costos asociados (8). Durante la década de 1960, el costo por unidad de agua
dulce se situaba en alrededor de 10 dólares EE.UU/m3, mientras que en la
actualidad ha disminuido significativamente a menos de 0,6 dólares EE.UU/m3 (9). Sin embargo, las tecnologías de desalinización continúan
requiriendo una cantidad considerable de energía, ya sea en forma de
combustibles fósiles o electricidad, para su funcionamiento.
Además,
es necesario destacar que el uso del destilador solar como una técnica para el
dimensionamiento y aprovechamiento de la energía solar en el diseño y
construcción de sistemas de obtención de agua para consumo humano. Evaluó la
eficiencia del destilador solar y determinó que alcanza un nivel del 44%,
continuo que, en el estudio, empleo dimensiones específicas para el destilador
solar, con un área de 1.10 m2 utilizando una plancha galvanizada. Como resultado,
concluyó que el agua obtenida mediante este sistema cumple con los estándares
requeridos para el consumo humano. Por lo tanto, el proceso de destilación
solar permite un uso adecuado de la energía solar, la cual actúa como un
desinfectante natural en el proceso de purificación (10).
Se estima
que para el año 2025, Perú podría enfrentar diferentes escenarios en relación
al estrés hídrico, dependiendo de la tasa de crecimiento demográfico
proyectada. Si se considera una tasa de crecimiento demográfico baja, se
calcula que el país experimentaría estrés hídrico, con una disponibilidad de
agua de aproximadamente 1200 m3 por persona al año. Si se prevé una tasa de
crecimiento demográfico alta, se proyecta que Perú enfrentaría escasez hídrica,
con una disponibilidad de agua dulce reducida a alrededor de 1000 m3 por persona
al año. Estas estimaciones resaltan la importancia de tomar medidas adecuadas
de gestión del agua y planificación para garantizar un uso sostenible y
equitativo de este recurso vital en el país (11).
Bases teóricas
Por otra
parte, es necesario analizar las características físicas, químicas y biológicas
del agua para determinar su calidad. Esto se debe hacer a través de una medida
de la pureza y la aptitud del agua para satisfacer las necesidades humanas,
proteger el medioambiente y mantener la salud de los ecosistemas acuáticos. La
calidad del agua puede evaluarse en función de diversos parámetros, como la
presencia de sustancias contaminantes, el equilibrio de nutrientes, el pH, la
turbidez, la temperatura y la presencia de microorganismos patógenos. Estos
parámetros pueden variar según los estándares y las regulaciones establecidas
para diferentes usos del agua, como el consumo humano, la agricultura, la
industria o la conservación de la vida acuática (13). Hamadous y Abdellatif,
aproximadamente el 99% del agua disponible en la Tierra se encuentra en forma
de agua salada, salobre o congelada, mientras que solo el 1% está disponible
como agua dulce y lista para su consumo como agua potable. Esta escasez de agua
dulce ha generado la necesidad de buscar soluciones alternativas para abordar
el problema de la escasez de agua. La desalinización del agua de mar se
presenta como una de las técnicas clave para obtener agua dulce a partir de
fuentes saladas (14). Anand et al., sin embargo, es
importante tener en cuenta que la separación de las sales del agua de mar en el
proceso de desalinización requiere una cantidad considerable de energía. En
este sentido, resulta beneficioso emplear fuentes de energía renovables para
abastecer la desalación y reducir su impacto ambiental. La energía solar, en
particular, es una opción prometedora, ya que abunda en las zonas secas donde
la escasez de agua es más acuciante. Utilizar la energía solar en la desalación
permite producir agua potable de manera más sostenible, con un menor costo
energético y una menor huella de carbono. Esta combinación de desalación y
energía solar ofrece una solución más eficiente y respetuosa con el medio
ambiente para abordar el desafío de la escasez de agua en las regiones
afectadas (8).
La
transferencia de calor es un proceso físico en el cual la energía térmica se
transfiere de un objeto o sustancia a otro debido a una diferencia de temperatura.
Este proceso ocurre mediante tres mecanismos principales: conducción,
convección y radiación. Para el caso de la radiación es la transferencia de calor
a través de ondas electromagnéticas, como la radiación infrarroja. No requiere
un medio material para propagarse y puede transferir calor a través del vacío.
Es el mecanismo principal de transferencia de calor desde fuentes calientes,
como el Sol (15).
Figura
1. Mecanismos
de transferencia de calor en un destilador solar de tipo una sola vertiente (11)
Tipo
destilación solar de una sola vertiente, el modelo consiste en una caja con una
cubierta de vidrio inclinada en un solo lado. La caja se divide en dos
compartimentos: uno con un fondo de color negro donde se coloca el agua que se
va a evaporar, y el otro compartimento es el receptáculo donde se recoge el
vapor condensado, ver Figura 1 (11)
El
destilador solar de tipo una sola vertiente, conocido también como destilador
asimétrico o simple, es una tecnología que posibilita la obtención de agua
potable mediante la desalinización del agua de mar. Esta innovadora técnica
permite garantizar la calidad del agua para el consumo humano, brindando una
solución efectiva y sostenible para abordar la escasez de agua dulce en
regiones costeras., Figura 2 y Figura 3 (16).
Figura
2. La
temperatura en la destilación solar de una sola vertiente o simple puede variar
según las condiciones ambientales y el diseño del sistema (16)
Figura
3. Esquema
del prototipo destilación solar de una sola vertiente (10)
De
acuerdo a la Figura 3, El destilador solar de una sola
vertiente tiene un área de 0,24 m2, con dimensiones de 40 cm de ancho, 60 cm de
longitud y 20 cm de altura. Está compuesto por un evaporador de acero
inoxidable y una cubierta de vidrio inclinada con un ángulo de inclinación de
17 (11).
En cuanto
a la justificación del estudio hay urgencia creciente ante la escasez de agua
potable, el cambio climático y la contaminación industrial están creando una
crisis mundial del agua. En las zonas costeras, estas amenazas se agravan por
la escasez de agua dulce y la alta salinidad del agua del mar. Los destiladores
solares de una vertiente son una tecnología simple y de bajo costo que puede
ayudar a abordar estos desafíos.
El
objetivo principal de la investigación es evaluar la eficiencia y viabilidad de
un destilador solar de tipo una vertiente para purificar agua de mar en la
playa Punta Lomitas, Ocucaje, Ica. Se busca determinar la capacidad del sistema
para producir agua potable cumpliendo con estándares de calidad y operando en
condiciones climáticas variables.
MATERIALES
Y MÉTODOS
Se
procedió a recolectar muestras de agua marina en la playa Punta Lomitas,
ubicada en el distrito de Ocucaje, provincia de Ica, región de Ica, en Perú.
Para garantizar la integridad de las muestras, se siguió rigurosamente la
cadena de custodia, siguiendo las pautas establecidas por la normativa, en
concreto, el Decreto Supremo N°015-2015-MINAM (17). La investigación adoptó un enfoque
observacional-prospectivo longitudinal, que involucró la observación y análisis
de fenómenos en momentos específicos, con la intención de analizar y predecir
resultados futuros. Además, se utilizó un diseño de estudio experimental en el
cual se recopilaron datos del sistema de destilación solar de una sola
vertiente. El nivel de investigación fue aplicado, centrándose en abordar el
problema práctico de obtener agua de calidad a partir de la desalinización del
agua marina en la zona costera marina de la Región de Ica. Este enfoque
permitió generar conocimiento aplicable para resolver problemas reales.
Método
experimental y procedimiento
Se
recolectaron muestra de agua marina siguiendo las normas establecidas para el
muestreo en el área costera marina en la Región de Ica donde se consideraron
los siguientes datos:
Fisicoquímicos.
La turbidez, el color y la DBO5 fueron analizados siguiendo las técnicas
recomendadas por la Asociación de Salud Pública de América (APHA) [Tabla 1].
Microbiología.
Se utilizó el método de fermentación de tubos múltiples (APHA) para determinar
la presencia de coliformes termotolerantes en las
muestras de agua (Tabla 1).
Procedimiento
para el tratamiento del afluente se considera las siguientes etapas:
La toma
de la muestra de agua de mar se realizó en una de las playas de la zona costera
marina de la Región de Ica fue la playa Puna Lomitas, según la norma se debe
tomar la muestra a una distancia de 12 metros de la orilla. La muestra se
recolectó a una profundidad de aproximadamente 20 a 25 cm por debajo de la
superficie del agua. Una vez recogidas, las muestras se preservaron
adecuadamente en hileras para su posterior transporte al laboratorio.
Parámetros
fisicoquímicos medidos in situ. pH, temperatura, OD, las mediciones se
realizaron mediante un equipo medidor Multiparámetro, Marca: Hach Co., Modelo:
HQ40d, Serie: 180300003690. Parámetros fisicoquímicos analizados en el
laboratorio: turbiedad, DBO5. Parámetros bacteriológicos analizados en el
laboratorio: coliformes termotolerantes, Tabla 1.
Equipo.
Se utilizó el Dataloger Multi log Pro, un dispositivo
diseñado para medir las temperaturas tanto dentro como fuera del destilador
solar tipo una sola vertiente. Este equipo permitió obtener los datos de
temperatura del sistema.
Tabla
1. La
recolección de muestras de agua de mar en la playa Punta Lomitas, situada en el
distrito de Ocucaje (17)
|
Tipo de
Análisis |
Frecuencia |
LMP |
Agua marinaa |
Agua purab |
|
Fisicoquímicos |
|
|
|
|
|
DBO5 (mg/l) |
1/día |
0.0 |
x |
x |
|
pH |
1/día |
6.5 – 8.5 |
x |
x |
|
Oxígeno Disuelto (OD), (mg/l) |
1/día |
³4 |
x |
x |
|
Nitratos (N03), (mg/L) |
1/día |
13 |
x |
x |
|
Turbiedad (NTU) |
1/día |
5 |
x |
x |
|
Conductividad (uS/cm) |
1/día |
1500 |
x |
x |
|
Microbiológicos |
|
|
|
|
|
Coliformes termotolerantes
(44.5°C) (NMP/100 ml) |
1/día |
2000 |
50.45 |
0.0 |
Nota:
a
Muestra agua de mar tomada de la playa Punta Lomitas agua residual
b
Muestra agua de salida del destilador solar
Parámetros
medidos como la temperatura mediante el funcionamiento del destilador solar de
tipo una sola vertiente, Tabla 2, considerando el lugar donde se encuentra la
playa Punta Lomitas, como es el caso de la Figura 4 que exhibe una
representación de las playas de mayor relevancia en la región costera marina de
Ica, brindando una visión panorámica de su ubicación y distribución geográfica.
Por otro lado, en la Figura 5 se enfoca en la detallada localización de la
Playa Punta Lomitas, situada en el distrito de Ocucaje dentro de la Provincia
de Ica. Ambas figuras proporcionan un contexto visual esencial para comprender
la disposición geográfica de las áreas de estudio en el marco de la
investigación.
Tabla
2. Temperatura del destilador solar de tipo una sola
vertiente
|
“Ta (°C)” |
“Tve (°C)” |
“Tvi (°C)” |
“Tai (°C)” |
“Tag
(°C)” |
“Tb
(°C)” |
“Tpi (°C)” |
“Tc
(°C)” |
|
|
Temperatura ambiente
|
Temperatura
del vidrio
en el área externa |
Temperatura
del vidrio
en el área interna |
Temperatura
del aire en
el interior del destilador |
Temperatura
del Agua en
el destilador |
Temperatura
en la parte externa de la base del destilador |
Temperatura
en la pared interna del destilador |
Temperatura
en la parte externa del costado del destilador |
|
|
Hora 1 |
x |
X |
x |
x |
x |
x |
x |
x |
Técnicas
de procesamiento de datos
Destilador
Solar de tipo una vertiente a escala de laboratorio: Para la construcción del
destilador solar de tipo una sola vertiente, se tuvo en cuenta la contribución
de Dev y Tiwari en la selección de materiales (12). El proceso involucró el uso de un destilador solar con
dimensiones de 0.60 m de largo, 0.40 m de ancho y 0.20 m de alto. El área del
destilador solar fue de 0.24 m2, y se consideró un ángulo de inclinación de la
cubierta del destilador solar basado en la latitud de 14° 20′ 50″ Sur,
concretamente un ángulo de inclinación de 17°. La cubierta del destilador solar
consistió en un vidrio de 3 mm de espesor. En cuanto a la carga de
alimentación, se utilizó una altura de agua de mar de 0.10 m dentro del
sistema, lo que resultó en un volumen de carga diaria de 12 L de agua de mar
para el funcionamiento del destilador solar.
Descripción
de la Playa Punta Lomitas. Es una playa encantadora en el distrito de Ocucaje,
con un clima cálido y soleado, hermosos paisajes naturales y una serie de
comodidades que hacen de ella un destino atractivo para disfrutar de la costa y
las actividades relacionadas con el mar. Es un lugar que merece ser conocido y
apreciado por personas de todo el mundo.
Pruebas
experimentales realizadas en el sistema Destilador Solar Tipo una sola
vertiente. Se llevaron a cabo pruebas experimentales en la playa Punta Lomitas.
Estas pruebas se realizaron desde las 9:00 hasta las 17:00 horas, durante el
período de mayor intensidad de radiación solar. Durante este lapso, se
monitorearon diversos parámetros, como la temperatura ambiente (Tamb), la temperatura del vidrio en el exterior (Tvae), la temperatura del vidrio en el interior (Tvai), la temperatura del aire dentro del destilador (Taid), la temperatura del agua en el destilador (Tad), la temperatura en la parte externa de la base del destilador
(Tpebd), la temperatura en la parte externa del
costado del destilador (Tpecd), la temperatura en la
pared interna del destilador (Tpi) y la cantidad de
agua purificada producida.
Figura
4. Playas
más importantes ubicadas en la zona costera marina en la Región de Ica
Figura
5. Playa
Punta Lomitas en el distrito de Ocucaje, Provincia de Ica
RESULTADOS
Mediante
la implementación y evaluación del destilador solar, se analizaron sus
dimensiones y condiciones operativas en relación con la calidad del agua
obtenida. Los resultados obtenidos en el destilador solar, en términos de
cantidad y calidad del agua purificada, proporcionaron información vital para
comprender cómo este dispositivo influye en la mejora de la calidad del agua en
la región costera de Ica. Los datos recopilados permitieron identificar la
eficiencia del sistema en la purificación del agua de mar y su aplicabilidad en
la zona. La investigación, al relacionar las variables del destilador solar y
la calidad del agua en Ica, ofrece un enfoque práctico para abordar la escasez
de agua potable en regiones costeras, contribuyendo así a soluciones
sostenibles para mejorar la disponibilidad de agua limpia y segura en la
región.
El valor
del ángulo de inclinación de la cubierta de vidrio en el destilador solar fue
determinado mediante una prueba experimental. Esta prueba se llevó a cabo con
un ángulo de inclinación de 17°, utilizando un calefactor durante un período de
30 minutos. Como resultado de esta prueba, se logró purificar exitosamente un
volumen de 800 ml de agua.
Se empleó
un destilador solar de tipo una sola vertiente, con dimensiones de 40 cm de
ancho, 60 cm de largo y 20 cm de alto, que ofrecía un área de 0.24 m2. El
ángulo de inclinación de la cubierta de vidrio fue de 17°. El volumen de carga
utilizado en el destilador fue de 12 litros, manteniendo una altura del nivel
del agua de 10 cm. Los materiales utilizados para la construcción del
destilador consistieron en acero inoxidable, mientras que la cubierta que
permitía la entrada de radiación solar tenía un espesor de 3 mm y estaba
fabricada en vidrio.
El
incremento de la temperatura en el interior del destilador solar indujo la
evaporación de una porción del agua de mar. El vapor generado, al entrar en
contacto con la superficie interna del vidrio de la cubierta, se condensó en
forma de gotas de rocío destilado. Estas gotas se deslizaron a lo largo de la
pendiente de la cubierta y fueron guiadas por un canal de recolección hacia el
recipiente de almacenamiento del destilado. Para la captura de los datos de
temperatura en el destilador solar de una sola vertiente, se empleó el
dispositivo Multilog pro.
En la
Tabla 3 se presentan los tipos de análisis realizados, la frecuencia de los
mismos y los valores de LMP se detallan en la tabla. Se compararon los datos
del agua marina inicial con los del agua purificada para evaluar la efectividad
del proceso. Esta tabla proporciona información esencial sobre cómo los
parámetros clave en el agua, relacionados con la calidad y la pureza, se
ajustan a los estándares establecidos. Las Tablas 4 y 5 presentan datos de
temperatura obtenidos de un destilador solar de una sola vertiente durante dos
días diferentes: el 05/10/2022 y el 14/10/2022. Los registros incluyen
mediciones de temperatura ambiente, temperatura del vidrio en áreas externa e
interna, temperatura del aire dentro del destilador, temperatura del agua en el
destilador, temperatura en la parte externa de la base y costado del
destilador, así como temperatura en la pared interna del destilador. Estas
mediciones se realizaron en intervalos horarios desde las 9:00 AM hasta las
17:00 PM. Las tablas proporcionan un análisis detallado de las variaciones de
temperatura en diferentes partes del destilador a lo largo del día, lo que
contribuye a comprender mejor los patrones térmicos y su influencia en el
proceso de purificación del agua.
Tabla
3. Muestreo
de agua de mar playa Punta Lomitas
|
Tipo
de Análisis |
Frecuencia |
LMP |
Agua marinaa |
Agua purab |
|
Fisicoquímicos |
|
|
|
|
|
DBO5 (mg/l) |
1/día |
0.0 |
5.25 |
0.0 |
|
pH |
1/día |
6.5 – 8.5 |
7.82 |
7.05 |
|
Oxígeno Disuelto (OD), (mg/l) |
1/día |
³4 |
2.54 |
10 |
|
Nitratos (N03), (mg/L) |
1/día |
13 |
0.70 |
0.30 |
|
Turbiedad (NTU) |
1/día |
5 |
8.52 |
1 |
|
Conductividad (uS/cm) |
1/día |
1500 |
80.25 |
120.45 |
|
Bacteriológicos |
|
|
|
|
|
Coliformes termotolerantes (44.5°C) (NMP/100
ml) |
1/día |
2000 |
50.45 |
0.0 |
Es
relevante resaltar que las mediciones se llevaron a cabo en la ciudad de Ica,
la cual se caracteriza por tener un clima definido por veranos cálidos, secos y
con nubes dispersas, y por inviernos moderados, secos y mayormente despejados.
A lo largo del año, las temperaturas suelen variar entre 15 °C y 28 °C,
raramente cayendo por debajo de los 12 °C o excediendo los 31 °C. Estas
condiciones climáticas proporcionan el contexto en el cual se realizaron las
mediciones de temperatura, y su comprensión es fundamental para interpretar
adecuadamente los resultados obtenidos en el destilador solar de una sola
vertiente (18).
Tabla
4. La
temperatura del destilador solar de una sola vertiente, día 05/10/2022
|
Tamb (°C) |
Tvae (°C) |
Tvai (°C) |
Taid (°C) |
Tad (°C) |
Tpebd (°C) |
Tpecd (°C) |
Tpid (°C) |
|
|
Temperatura ambiente |
Temperatura del vidrio en el área externa |
Temperatura del vidrio en el área interna |
Temperatura del aire en el interior del destilador |
Temperatura del Agua en el destilador |
Temperatura en la parte externa de la
base del destilador |
Temperatura en la parte externa del
costado del destilador |
Temperatura en la pared interna del
destilador |
|
|
09:00 |
19 |
12 |
14 |
15 |
16 |
12 |
14 |
15 |
|
10:00 |
23 |
28 |
34 |
38 |
40 |
18 |
22 |
36 |
|
11:00 |
25 |
40 |
44 |
48 |
54 |
21 |
24 |
46 |
|
12:00 |
29 |
50 |
54 |
58 |
70 |
22 |
28 |
56 |
|
13:00 |
29 |
52 |
54 |
60 |
66 |
24 |
28 |
58 |
|
14:00 |
24 |
48 |
50 |
56 |
60 |
23 |
26 |
56 |
|
15:00 |
22 |
40 |
42 |
50 |
56 |
23 |
26 |
52 |
|
16:00 |
20 |
36 |
38 |
44 |
54 |
22 |
24 |
48 |
|
17:00 |
18 |
28 |
30 |
42 |
50 |
22 |
23 |
44 |
Figura
6. Temperatura
del destilador solar de una sola vertiente, día 05/10/2022
Adicionalmente,
al examinar la Figura 6 correspondiente al 05 de octubre de 2022, se observa un
notorio aumento de la temperatura en todos los componentes del destilador solar
de una sola vertiente alrededor del mediodía. Este aumento térmico evidente
respalda de manera concluyente la eficacia del diseño y operación del
destilador solar, ya que demuestra su capacidad para generar y acumular calor
de manera efectiva. Este aspecto es esencial para lograr la desalinización del
agua de mar y obtener agua purificada. Estos resultados validan la eficiencia
del sistema y refuerzan la importancia del uso de la energía solar como fuente
renovable y sostenible en el proceso de destilación.
Tabla
5. La
temperatura del destilador solar de una sola vertiente día 14/10/2022
|
Hora |
Tamb (°C) |
Tvae (°C) |
Tvai (°C) |
Taid (°C) |
Tad (°C) |
Tpebd (°C) |
Tpecd (°C) |
Tpid (°C) |
|
Temperatura ambiente |
Temperatura del vidrio en el área externa |
Temperatura del vidrio en el área interna |
Temperatura del aire en el interior del destilador |
Temperatura del Agua en el destilador |
Temperatura en la parte externa de la
base del destilador |
Temperatura en la parte externa del
costado del destilador |
Temperatura en la pared interna del
destilador |
|
|
09:00 |
17 |
11 |
13 |
14 |
15 |
11 |
13 |
14 |
|
10:00 |
21 |
27 |
32 |
36 |
38 |
17 |
21 |
34 |
|
11:00 |
25 |
39 |
42 |
46 |
52 |
20 |
22 |
44 |
|
12:00 |
28 |
51 |
52 |
57 |
68 |
21 |
27 |
54 |
|
13:00 |
28 |
52 |
55 |
59 |
64 |
23 |
26 |
57 |
|
14:00 |
24 |
47 |
49 |
55 |
59 |
22 |
25 |
55 |
|
15:00 |
22 |
39 |
41 |
49 |
55 |
22 |
25 |
54 |
|
16:00 |
19 |
34 |
36 |
42 |
53 |
21 |
23 |
47 |
|
17:00 |
17 |
26 |
28 |
40 |
49 |
21 |
22 |
43 |
Figura
7.
Temperatura obtenida del destilador solar de una sola vertiente, día
14/10/2022.
Asimismo,
en concordancia con los resultados antecedentes, la Figura 7, correspondiente
al 14 de octubre de 2022, exhibe de manera patente un aumento notable de
temperatura en la totalidad del sistema del destilador solar de una única
vertiente alrededor del horario de las 12:00. Esta tendencia al ascenso térmico
refuerza la coherencia en el funcionamiento del destilador solar, ratificando
una vez más su eficacia en la producción y acumulación de calor requeridos para
ejecutar la desalinización del agua marina y obtener agua depurada. Estos
resultados suplementarios refutan aún más la autenticidad y la eficacia del
diseño e implementación de la tecnología del destilador solar de una sola
vertiente, poniendo de manifiesto la utilización provechosa de la energía solar
como una fuente renovable y sostenible en el proceso de destilación.
Volumen
obtenido del destilador solar: El cálculo del volumen logrado mediante el
destilador solar se llevó a cabo considerando el período desde las 9:00 am
hasta las 5:00 pm, totalizando 8 horas de funcionamiento del dispositivo.
Durante este lapso, se obtuvo un total de 0.524 ml de agua purificada. La
Figura 8, al analizar la productividad a lo largo de estas 8 horas de operación
del destilador solar, reveló un aumento progresivo en la producción. Se observa
que a medida que avanzan las horas, la irradiación solar aumenta, alcanzando su
punto máximo alrededor del mediodía y luego disminuyendo. Este patrón de
irradiancia solar influyó en el incremento del volumen de agua purificada
obtenido.
Figura
8. Volumen
obtenido del destilador solar, día 05/10/2022
El
volumen obtenido del destilador solar se registró como 0.12 litros. Este
resultado señala la cantidad de agua depurada generada mediante el método de
destilación solar. La efectividad del destilador solar, en combinación con las
circunstancias climáticas y operativas, ejercieron influencia sobre el volumen
final conseguido. Es relevante resaltar que, aunque el volumen puede variar
debido a distintos factores, este valor ilustra el potencial inherente de la
tecnología de destilación solar para producir agua potable.
DISCUSIÓN
En esta
investigación al evaluar el destilador solar de tipo una vertiente y la
purificación de la calidad de agua se pudo encontrar que a recoger la muestra
de agua de mar de la playa Punta Lomitas para ser desalinizadas u obtener agua
de calidad como se muestra los resultados de las diferentes en las tablas 4 y 5
respectivamente, en ella se puede observar las temperaturas mínimas y máximas
registrados en el mes de octubre de este año y se consideró 2 fechas para el
estudio, se tomó la fecha 05/10/2022 (14°C a 29°C), como se muestra en la
figura 6, a las distintas horas (09:00 am hasta las 17:00 pm) con sus
respectivas temperaturas obtenidas del destilador solar, en este caso se
consideró la hora solar meridana 12:00 m, la de mayor intensidad solar, donde
se registró las distintas temperaturas más eficientes del sistema como son: Tamb =
29°C, Tvae = 50
(°C), Tvai = 54 (°C), Taid
= 58 (°C), Tad = 70 (°C), Tpebd
= 22 (°C), Tpecd = 28 (°C), Tpid
= 56 (°C) y la otra fecha 14/10/2022 (11°C a 28°C), como se muestra en la
figura 7, las distintas horas (09:00 am hasta las 17:00 pm) con sus respectivas
temperaturas obtenidas del destilador solar, en este caso se consideró la hora
solar meridana 12:00 m, donde se registra las distintas temperaturas más eficientes
del sistema como son: Tamb = 28°C, Tvae = 51 (°C), Tvai = 52 (°C), Taid = 57 (°C), Tad = 68 (°C), Tpebd = 21 (°C), Tpecd = 27 (°C), Tpid = 54 (°C).
Además, Dev y Tiwari, en su investigación considero
que la plancha galvanizada, permite obtener agua pura que está en condiciones
para el consumo humano y que durante el proceso hace un buen adecuado uso de la
energía solar, que contribuye en obtener agua pura (12), por lo que el sistema propuesto destilador solar con un
área de 0.24 m2, está en condiciones de obtener una buena calidad de agua en
ausencia de patógenos u otros contaminantes químicos que puedan producir
enfermedades. Para Sampathkumar et al., el
rendimiento del destilador solar tipo una vertiente, también depende de
parámetros climáticos, la temperatura ambiente, la intensidad de la radiación
solar y las condiciones meteorológicas, el ángulo de inclinación, la
orientación del destilador solar y la profundidad del agua de mar (3). Por lo que el sistema propuesto reúne toda la condición
de los parámetros de operación para un buen funcionamiento en la obtención de
una buena calidad de agua tomando como muestra agua de mar para ser
desalinizada y estar en óptimas condiciones de salubridad.
CONCLUSIONES
Los
resultados del análisis fisicoquímico y bacteriológico revelaron que el
destilado obtenido del agua de mar de la playa Punta Lomitas, ubicada en el
distrito de Ocucaje, cumple con los parámetros establecidos en el Decreto
Supremo N°015-2015-MINAM. Se observó una reducción significativa en la
concentración de DBO5, pasando de 5.25 mg/L a 0.0 mg/L, así como en la
concentración de coliformes termotolerantes,
disminuyendo de 50.45 NMP/100 ml a 0.0 NMP/100 ml en el agua desalinizada. Estos
parámetros cumplen con los estándares de calidad de agua para consumo humano.
La
desalinización se está convirtiendo en una necesidad cada vez más apremiante a
medida que las reservas de agua dulce disminuyen en todo el mundo. De acuerdo
con un estudio de la ONU publicado en la revista Science
of the Total Environment, la desalinización, combinada con un uso
responsable de los recursos hídricos, podría desempeñar un papel clave en la
solución de la escasez de agua en el futuro.
Es
importante resaltar que la desalinización del agua de mar está en consonancia
con el Objetivo de Desarrollo Sostenible (ODS) número 6 de la Agenda 2030 de
las Naciones Unidas. Este objetivo tiene como finalidad asegurar la
disponibilidad y gestión sostenible del agua y el saneamiento para toda la
población. La desalinización, conjuntamente con otras soluciones innovadoras,
desempeña un papel clave en garantizar un acceso equitativo y seguro al agua
potable, especialmente en las regiones afectadas por la escasez de agua dulce.
La
implementación de tecnologías de desalinización, como el destilador solar de
una sola vertiente, puede jugar un papel crucial en el logro de los ODS
relacionados con el agua y el saneamiento, promoviendo la utilización
sostenible de los recursos hídricos y garantizando el derecho humano al agua
potable. Estas soluciones son vitales para hacer frente a los desafíos actuales
y futuros relacionados con la disponibilidad de agua dulce y el cambio
climático, y contribuir a un desarrollo sostenible a nivel global.
Por
tanto, el estudio realizado, respaldan la viabilidad y la importancia de la
desalinización como una solución eficaz para la obtención de agua potable a
partir del agua de mar. Estos hallazgos tienen implicaciones significativas en
la gestión y conservación de los recursos hídricos, y podrían ser considerados
para su aplicación en el ámbito de la política y la planificación a nivel
mundial
CONFLICTO
DE INTERESES.
Los autores declaran que no existe conflicto de intereses para la publicación
del presente artículo científico.
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