Investigación experimental y numérica del rendimiento de destiladores solares de pendiente única mejorado con materiales absorbentes porosos: evaluaciones térmica, económica y ambiental

Convertir la luz solar en agua potable

Para millones de personas que viven en regiones secas y soleadas, el agua salada o salobre puede ser abundante mientras que el agua potable segura escasea. Un dispositivo sencillo, el destilador solar, puede transformar la luz solar en agua dulce usando solo una cubeta poco profunda, una cubierta transparente y el ciclo natural de evaporación y condensación. Este estudio explora cómo añadir materiales porosos cotidianos, como una esponja de cocina o piedra volcánica, puede hacer que estos dispositivos de baja tecnología produzcan más agua, a menor coste, y al mismo tiempo reduzcan las emisiones que calientan el clima.

Una caja simple que imita el ciclo del agua

Un destilador solar de pendiente única es esencialmente un pequeño invernadero colocado de lado. Agua salada reposan en una cubeta oscura bajo una cubierta de vidrio inclinada. La luz solar atraviesa el vidrio, calienta el agua y provoca su evaporación. El aire húmedo asciende, toca el vidrio más frío y forma gotas que descienden hasta un canal de recolección como agua destilada y potable. Los diseños tradicionales son baratos y resistentes pero sufren de baja producción: incluso en un día soleado, suelen producir menos de un litro por metro cuadrado, lo que limita su utilidad para familias o aldeas que necesitan suministros fiables.

Añadir esponjas y piedras para aumentar la producción

Los investigadores probaron tres versiones de este destilador básico en el clima cálido y seco de Karbala, Irak: una unidad tradicional con una cubeta vacía; una versión cuya cubeta se llenó con piedra pómez, una roca porosa y ligera; y otra llena con esponja de melamina, una espuma muy ligera y altamente porosa que se usa a menudo para la limpieza. Estos materiales absorben agua y la exponen al aire a través de innumerables poros diminutos. Eso aumenta considerablemente el área donde puede ocurrir la evaporación, además de cambiar cómo se almacena y libera el calor dentro del dispositivo.

Experimentos en el mundo real y verificación por ordenador

Los tres destiladores se hicieron funcionar simultáneamente al aire libre bajo luz solar natural, usando agua salobre poco profunda similar a la que podría encontrarse en pozos rurales. El equipo midió cuidadosamente las temperaturas del agua, del vapor y del vidrio, así como la cantidad de agua destilada producida cada hora. Al mismo tiempo, construyeron un modelo informático detallado del flujo de calor y fluidos dentro de los destiladores usando software de simulación de ingeniería. Las temperaturas y los rendimientos simulados coincidieron estrechamente con los experimentos—con una diferencia de alrededor del 2,4 por ciento—lo que da confianza en que el modelo capturó la física clave y puede usarse para explorar el comportamiento en otras condiciones.

Más agua, menor coste y aire más limpio

Los materiales porosos marcaron una diferencia clara. El destilador con esponja de melamina produjo alrededor de 1,35 litros de agua dulce por día—un 56,9 por ciento más que la unidad tradicional—mientras que la versión con piedra pómez aumentó la producción en aproximadamente un 22,9 por ciento. Las mayores temperaturas del agua y del vapor dentro de los destiladores modificados se tradujeron en más evaporación y condensación más rápida sobre el vidrio, y la altísima porosidad de la esponja de melamina (más del 99 por ciento de espacio vacío) resultó especialmente eficaz. La eficiencia térmica, una medida de cuánto de la radiación solar entrante se convierte en evaporación, aumentó de aproximadamente un 31,5 por ciento en el destilador tradicional a un 38,2 por ciento con pómez y un 49,3 por ciento con esponja.

Considerando dinero, energía y medio ambiente

Puesto que estos sistemas están pensados para comunidades de bajos ingresos y desconectadas de la red, el equipo examinó no solo la física sino también la economía y el impacto ambiental. Incluso tras contabilizar la compra, el mantenimiento y el valor de chatarra eventual, el destilador con esponja de melamina ofreció el coste de agua más bajo, alrededor de 0,076 dólares estadounidenses por litro, una reducción del 35 por ciento respecto al diseño tradicional. Su tiempo de amortización financiero—el tiempo que tardan los ahorros por producir agua en cubrir la inversión inicial—fue de unas dos años y medio, más corto que el del destilador desnudo y el de pómez. Desde la perspectiva energética, los destiladores recuperaron la energía empleada en su fabricación en mucho menos de un año, aunque la calidad de esa energía (su capacidad para realizar trabajo útil) sigue siendo limitada, reflejando una desventaja fundamental de la calefacción a baja temperatura. Ambientalmente, sustituir la desalinización o el bombeo impulsados por electricidad por estos destiladores alimentados por el sol podría evitar aproximadamente 1,6 toneladas métricas de emisiones de dióxido de carbono por año por cada unidad con esponja de melamina.

Qué significa esto para regiones sedientas y soleadas

En términos simples, llenar la cubeta de un destilador solar sencillo con una esponja barata y altamente porosa lo convierte en un generador de agua mucho más productivo y rentable. Aunque el proceso sigue siendo más adecuado para usos a pequeña escala—hogares, fincas o lugares remotos—ofrece una vía prometedora y de bajo mantenimiento para convertir la luz solar intensa y el agua marginal en un flujo constante de agua potable segura. El estudio muestra que el uso inteligente de materiales comunes puede casi reducir a la mitad el coste por litro, acelerar la amortización y disminuir la contaminación climática, haciendo de los destiladores solares una herramienta más práctica en la lucha contra la escasez de agua.

Cita: Majeed, S.H., Rashid, F.L., Azziz, H.N. et al. Experimental and numerical investigation of single-slope solar still performance enhanced by porous absorbing materials: thermal, economic, and environmental assessments. Sci Rep 16, 8487 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41901-9

Palabras clave: desalinización solar, destilador solar, materiales porosos, esponja de melamina, agua fuera de la red