Estudio teórico de los fenómenos de transporte en un destilador solar con material de cambio de fase

Abstract

El consumo de agua dulce para distintas actividades ha cobrado mayor importancia en los últimos tiempos, especialmente en las zonas áridas y semiáridas del planeta; la falta de zonas húmedas y vegetación orienta a los investigadores en optar por energías alternativas para la obtención de agua. En éstas, existe una discrepancia entre el consumo de agua para el mantenimiento de áreas verdes y el consumo humano, por lo que se vuelve complicado el abasto y distribución de esta. Una opción de solución para el problema de escasez de agua es la desalación de agua de mar con el uso de dispositivos denominados destiladores solares de bandeja, los cuales sólo requieren de radiación solar para separar el agua salobre de las sales disueltas y otros compuestos presentes. Aun cuando es una solución de bajo costo de construcción y de operación, los destiladores solares se ven limitados por su baja productividad y su dependencia intrínseca de la irradiación solar. Una de las opciones para incrementar la eficiencia de los destiladores es el uso de materiales de cambio de fase (PCM, por sus siglas en inglés), los cuales son sustancias cuyas propiedades físicas son favorables para el almacenamiento de energía térmica durante el día y su liberación en la noche, con lo que cual se aumenta la eficiencia del sistema. En el presente trabajo se realizó una simulación con el programa de dinámica de fluidos computacional ANSYS Fluent 18, donde para el cálculo de los términos fuente, la producción acumulada y las fracciones líquido, se escribió una función definida por el usuario (UDF, por sus siglas en inglés) en lenguaje C. Se realizaron simulaciones con tres tipos de PCM, resultando el PCM con mayor punto de fusión (70°C) el que tuvo mayor producción en un día completo con 5.05 kg/m2h, y con 15.90% de aumento con respecto al caso de no tener material de cambio de fase. A su vez, el espesor de 0.25 cm resultó con una producción de 5.43 kg/m2h y un aumento de 24.57% con respecto al caso sin PCM.