Modelado transitorio y evaluación del rendimiento de un sistema de desalinización HDH alimentado por energía solar con almacenamiento en material de cambio de fase

Convertir la luz solar en agua potable

Para millones de personas que viven en regiones cálidas y áridas, el agua de mar o el agua subterránea salina cercana abunda, pero el agua potable segura no. Este estudio explora un dispositivo compacto impulsado por energía solar que puede transformar agua salada en agua dulce sin depender de la red eléctrica. Al almacenar el calor diurno en materiales especiales «tipo cera», el sistema sigue produciendo agua dulce aun cuando el sol se ha puesto, ofreciendo una opción prometedora para comunidades remotas y viviendas fuera de la red.

Cómo funciona el sencillo sistema de dos cámaras

El equipo de desalinización se construye alrededor de dos cámaras principales: un humidificador y un deshumidificador, conectados a un colector solar de agua plano. En el humidificador, un ventilador hace pasar aire a través de un lecho empacado húmedo para que el aire absorba vapor de agua, como ocurre con el aire cálido en un cuarto de baño tras una ducha caliente. Este aire ahora húmedo y templado se desplaza al deshumidificador, donde se enfría sobre superficies metálicas para que el vapor condense en gotas líquidas de agua dulce. El agua salina que aportó el vapor se calienta en un colector solar tipo tejado y luego se recircula, creando un circuito cerrado que convierte el calor solar en agua limpia.

Almacenando el calor diurno en materiales tipo cera

Un giro clave en este diseño es la incorporación de materiales de cambio de fase (PCM) en el colector solar. Estos materiales se comportan como ceras especiales que se funden a temperaturas elegidas —aquí, alrededor de 45 °C y 60 °C. Cuando se funden durante el día, absorben grandes cantidades de calor sin aumentar mucho su temperatura, y cuando se enfrían y solidifican después, liberan ese calor de forma lenta. Los investigadores integran varias capas finas de PCM bajo la placa absorbedora del colector solar, de modo que el colector pueda seguir suministrando agua caliente al humidificador incluso cuando la radiación solar comienza a disminuir.

Siguiendo el sistema a lo largo de un día

Mediante un modelo informático detallado, los autores siguieron cómo cambian las temperaturas y la producción de agua hora a hora. Por la mañana, cuando la irradiación aún es débil, el sistema produce alrededor de 2,1 litros de agua dulce por hora. A medida que el sol se intensifica y el colector calienta el agua en torno a 45–55 °C, la producción sube hasta casi 3,9 litros por hora. Sin almacenamiento térmico, la producción caería bruscamente por la tarde cuando el colector se enfría. Con los PCM instalados, el calor almacenado fluye de vuelta hacia el circuito de agua y aire, suavizando la caída de temperatura y retrasando el momento en que el sistema deja de producir cantidades útiles de agua dulce.

Por qué la tarde importa más que los picos

El modelado muestra que los PCM no incrementan el pico de producción de agua al mediodía; ese pico ya está determinado por la fuerte irradiación solar. En su lugar, los PCM actúan como una batería térmica que alarga las horas de funcionamiento. Después de aproximadamente las 15:00, los sistemas sin PCM pierden rápidamente su diferencia de temperatura motriz y se detienen antes del anochecer. En contraste, los sistemas con PCM siguen produciendo cantidades menores pero constantes de agua hasta la noche temprana. En el cómputo diario, esta extensión aumenta el rendimiento total de agua dulce en aproximadamente un 10,5 por ciento. Dos PCMs diferentes con puntos de fusión de 45 °C y 60 °C rinden de forma similar en general, pero el material de menor temperatura libera su calor de forma más gradual, ofreciendo una salida algo más estable por la tarde.

Qué significa esto para las regiones secas sedientas

Desde la perspectiva de un lector no especializado, la conclusión es sencilla: añadiendo una «cera» económica que almacena calor a un destilador solar simple basado en aire húmedo y condensación, se puede seguir produciendo agua dulce durante horas después de la puesta de sol. El modelo, cuidadosamente validado por los autores, sugiere que un sistema compacto y de baja temperatura como este podría abastecer a pequeñas comunidades alejadas de las líneas eléctricas, convirtiendo la luz solar abundante y el agua salina en un suministro diario de agua potable más fiable. Harán falta experimentos y estudios de coste futuros, pero el concepto apunta a una vía práctica y de baja tecnología para aprovechar cada hora de sol en favor de la seguridad hídrica.

Cita: Mohammad, S.I., Jawad, M., Vasudevan, A. et al. Transient modeling and performance evaluation of a solar-driven HDH desalination system with phase change material storage. Sci Rep 16, 5745 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37754-x

Palabras clave: desalinización solar, escasez de agua dulce, materiales de cambio de fase, almacenamiento de energía térmica, humidificación deshumidificación