Análisis del rendimiento de un sistema de desalación solar operado mediante la técnica de humidificación–deshumidificación

Convertir la luz solar en agua potable

El agua limpia es cada vez más difícil de asegurar en muchas regiones áridas, incluido Egipto, donde las ciudades y los nuevos complejos junto al mar necesitan con urgencia agua dulce pero disponen de ríos y precipitaciones limitados. Este estudio explora un dispositivo solar a pequeña escala que puede convertir agua salada del mar en agua potable mediante calentamiento suave en lugar de ebullición intensa. Midiendo con cuidado el comportamiento de este sistema en condiciones reales al aire libre, los investigadores muestran cómo extraer más agua dulce de la misma radiación solar mientras se mantienen bajos los costes y la contaminación.

Por qué importa este tipo de desalación

Las grandes plantas de desalación ya suministran agua a muchas ciudades costeras, pero requieren bombas de alta presión, filtros complejos y gran cantidad de electricidad. Eso las hace caras y difíciles de instalar en aldeas remotas o comunidades pequeñas. El sistema probado aquí utiliza una idea diferente llamada humidificación–deshumidificación: en lugar de forzar el agua de mar a través de membranas finas, imita el ciclo natural del agua. El agua salada caliente se evapora al aire, dejando la sal atrás, y luego ese aire húmedo se enfría para que el agua pura se condense y pueda recogerse. Como las temperaturas se mantienen muy por debajo de la ebullición y la fuente principal de calor es el sol, este enfoque puede ser más sencillo, silencioso y limpio que las plantas convencionales.

Cómo funciona el sistema de prueba

El equipo construyó una planta piloto en la azotea de un edificio en El Cairo y la alimentó con agua real del Canal de Suez, que es más salina que la media oceánica global. La luz solar calienta primero el agua de mar en un colector solar de tubos evacuados, elevando su temperatura a niveles comparables con el agua de baño o superiores. Esta agua salada y caliente se pulveriza luego sobre un material relleno de plástico dentro de una caja alta llamada humidificador. Mientras gotea hacia abajo, un ventilador hace pasar aire hacia arriba a través de las superficies mojadas, recogiendo vapor de agua y convirtiéndose en aire cálido y húmedo. Este aire se desplaza por conductos aislados hasta una segunda caja, el deshumidificador, donde pasa sobre bobinas metálicas frías alimentadas con agua fría de la ciudad. El vapor se condensa en las bobinas y gotea en una cuenca como agua destilada lista para almacenarse y usarse más tarde.

Qué midieron los investigadores

Desde las nueve de la mañana hasta las cinco de la tarde, en 36 jornadas de ensayo separadas durante febrero y marzo, los investigadores variaron dos controles principales: la velocidad de flujo del agua de mar y la velocidad de circulación del aire. Registraron la radiación solar, las temperaturas, la humedad del aire y la cantidad exacta de agua dulce producida cada hora. Como era de esperar, la producción aumentó durante la mañana, alcanzó el máximo alrededor del mediodía cuando el sol fue más intenso y luego disminuyó al final de la tarde. Velocidades de aire más altas transportaron más vapor desde el humidificador al deshumidificador, y un mayor caudal de agua de mar proporcionó más agua caliente disponible para la evaporación. En las mejores condiciones probadas —flujo de agua de mar de 0,63 kilogramos por segundo y velocidad del aire de 13,2 metros por segundo— la producción diaria alcanzó 17,04 kilogramos de agua destilada, aproximadamente 17 litros, durante la ventana de operación de ocho horas.

Equilibrar rendimiento, eficiencia y coste

Más allá de la producción simple, el equipo examinó cuán eficientemente el sistema usaba el calor solar entrante. Emplearon una medida llamada razón de salida de ganancia (gain output ratio), que compara la energía almacenada en el agua dulce producida con la energía térmica suministrada. Esta razón, junto con una relación de recuperación que compara el agua dulce producida con el agua de mar alimentada, alcanzaron su pico cuando el caudal de agua de mar y la velocidad del aire eran altos pero aún equilibrados: una combinación concreta ofreció el mejor compromiso entre fuerte evaporación y condensación efectiva. En esas mejores condiciones, la razón de salida de ganancia global alcanzó 1,22, lo que indica que la recuperación interna de calor dentro del sistema ayudó a reutilizar energía. Un análisis económico, basado en una vida útil estimada de diez años y las condiciones financieras locales, mostró que cada litro de agua destilada costaría alrededor de 1,7 centavos de dólar estadounidense, suponiendo 340 días soleados de operación al año. Dado que el calor proviene del sol y no de combustibles fósiles, los autores estiman que se evitan aproximadamente seis toneladas de emisiones de dióxido de carbono a lo largo de la vida útil del sistema.

Qué significa esto para regiones sedientas

En términos sencillos, este trabajo demuestra que un dispositivo solar modesto del tamaño de una azotea puede convertir de forma fiable agua salada de un canal en agua limpia a bajo coste sin añadir gases de efecto invernadero. Afinando la velocidad de paso del aire y del agua de mar por el sistema, los investigadores identificaron condiciones de operación que maximizan la producción de agua dulce y la eficiencia energética bajo el clima real de El Cairo. Aunque el volumen diario es demasiado pequeño para abastecer a una gran ciudad, encaja bien con las necesidades de viviendas aisladas, explotaciones agrícolas o campamentos turísticos a lo largo de las costas de Egipto. El estudio aporta cifras prácticas que ingenieros y planificadores pueden usar para diseñar la próxima generación de unidades de desalación pequeñas, asequibles, de bajo mantenimiento y alimentadas principalmente por la luz solar.

Cita: Gomaa, A., Hassaneen, A.E., Ibrahim, H. et al. Performance analysis of a solar desalination system operated by humidification–dehumidification technique. Sci Rep 16, 9805 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40700-6

Palabras clave: desalación solar, humidificación deshumidificación, tratamiento de agua a pequeña escala, energía renovable, recursos hídricos de Egipto