Sistema autónomo de desalación de agua salobre alimentado por unidad fotovoltaica-térmica

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Un grupo de científicos de la Universidad Tarbiat Modares (TMU), en Irán, ha fabricado una unidad de desalinización por ósmosis inversa de agua salobre (BWRO) integrada con un sistema híbrido fotovoltaico-térmico (PVT) autónomo que, según se afirma, produce agua dulce a un costo que es similar al de las plantas desaladoras convencionales de ósmosis inversa (RO) a gran escala. El agua salobre es agua con niveles de salinidad entre el agua de mar y el agua dulce y generalmente se puede encontrar en los estuarios, donde el agua de mar y el agua dulce se mezclan.

«Fabricamos una configuración a nivel de investigación y luego la evaluamos en las condiciones climáticas de Teherán, Irán», dijo la coautora de la investigación, Shiva Gorjian, a pv magazine. “El costo total del sistema actual considerando el costo de mano de obra se ha calculado en 779.50 dólares, pero esta es una configuración a escala de investigación; para una evaluación de nivel comercial, los costos definitivamente se reducirán».

La unidad BWRO, que tiene una capacidad de producción de agua tratada de alrededor de 11,80 L / h, se construyó con un módulo de prefiltración, una bomba de CC de alta presión, un módulo de osmosi inversa y un módulo de postratamiento. En cuanto al sistema PVT, se dimensionó para cumplir con los requisitos de energía de una bomba de CC de alta presión y una bomba de circulación de tipo diafragma que se utiliza para hacer circular agua blanda debajo del módulo fotovoltaico para el enfriamiento activo del panel. Se utilizaron dos convertidores DC-DC de 10 A y 180 W de potencia para conectar las cargas a una batería.

 

 

“Dado que la eficiencia de los convertidores no es del 100%, la batería se eligió de manera que suministrara la potencia requerida de las cargas y compensara las pérdidas de potencia de los convertidores”, especificó el grupo iraní. El módulo fotovoltaico tiene unas dimensiones de 676 x 700 x 30 mm, una potencia de 60 W, una tensión de circuito abierto de 21,5 V y una corriente de cortocircuito de 3,88 A. La batería tiene un tamaño de 92,8 x 65 × 20,2 mm y una tensión nominal del sistema de 12 V.

El módulo fotovoltaico se hibridó con la adición de un intercambiador de calor de placas de cobre (PHE) con una capacidad de 23,26 kW instalado en su parte trasera para transferir el calor producido en el propio panel al agua salada. Una unidad de control de temperatura que contiene y un termostato se utilizan para controlar la temperatura del agua blanda que sale del módulo PVT.

El sistema PVT-BRWO se probó durante ocho días en octubre de 2019. Las mediciones consideraron la temperatura del aire, la radiación solar total, la velocidad del viento, la temperatura del agua de alimentación de la caldera (BFW), la temperatura de la superficie del módulo fotovoltaico y la temperatura del agua blanda en circulación. Este análisis mostró que los datos meteorológicos afectan directamente los parámetros operativos del módulo PVT y, como resultado, la productividad de todo el sistema.

 


El sistema fue probado en las condiciones climáticas de Teherán, Irán Imagen: Universidad Tarbiat Modares (TMU)

La producción promedio de agua tratada del sistema que trata 5,000 partes por millón (ppm) y 15,000 ppm es 41.40 y 34.80 kg por día, respectivamente. “El costo de producción de agua tratada de la unidad que trata el agua de alimentación con 15.000 ppm de salinidad fue 18,96% más alto que la unidad que trata 5.000 ppm de salinidad en todos los casos”, explicaron los académicos. “El costo máximo de producción de agua tratada de la unidad fue de aproximadamente 0.013 $ / L, que está más cerca del precio asociado con las unidades de ósmosis inversa convencionales que funcionan con combustibles fósiles (0.011 US $ / L) y más barato que el destilador solar pasivo (0.041 US $ / L) y unidades de destilación de membrana solar (0.017 US $ / L)”.

El tiempo de retorno de la inversión se estima entre siete y 14 años, dependiendo de varias variables, incluido el precio al que se vende el agua.

Una descripción detallada del sistema se encuentra en el estudio “Performance evaluation and economics of a locally-made stand-alone hybrid photovoltaic-thermal brackish water reverse osmosis unit,” publicado en Cleaner Engineering and Technology.

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