Amortiguación térmica con PCM de temperatura media para mejorar el rendimiento de destiladores solares en las calurosas condiciones de Egipto

Convertir la luz solar en agua potable segura

El mundo se está quedando sin agua limpia justo cuando muchas regiones soleadas, desde el norte de África hasta Oriente Medio, disponen de abundante energía solar sin aprovechar. Este estudio explora cómo convertir esa luz solar disponible en agua potable de forma más eficiente usando sencillos “destiladores solares” de tamaño para tejado. Al añadir materiales especiales que almacenan calor y, en una versión más avanzada, un circuito de agua caliente, los investigadores muestran cómo un dispositivo de baja tecnología puede producir mucha más agua dulce a partir de suministros salinos o salobres al tiempo que reduce costes e impacto climático.

Por qué importa obtener agua limpia del sol

Miles de millones de personas carecen de acceso fiable a agua potable segura, y las plantas convencionales de desalinización son caras, consumen mucha energía y a menudo dependen de combustibles fósiles. Los destiladores solares ofrecen una alternativa más suave: llenan poco fondo una cuenca oscura con agua salada, la cubren con una tapa transparente y dejan que el sol provoque la evaporación. El vapor se condensa en la cara inferior de la cubierta y gotea hacia un canal colector como agua dulce. Estos dispositivos son sencillos y robustos, pero un inconveniente importante los ha limitado: en condiciones reales al aire libre, un destilador solar estándar suele producir solo unos pocos litros por metro cuadrado al día y deja de funcionar poco después del atardecer.

Almacenar el calor diurno para trabajar de noche

Para alargar la jornada de trabajo de un destilador solar, el equipo recurrió a materiales de cambio de fase, o PCM. Estas sustancias absorben grandes cantidades de calor al fundirse y lo liberan lentamente al solidificarse, como una bolsa de hielo al revés. Los investigadores eligieron un PCM comercial a base de sales que se funde alrededor de 48 °C, una temperatura que se alcanza comúnmente dentro de destiladores solares en los veranos calurosos de Egipto. Instalaron paquetes de PCM revestidos de metal bajo la cuenca de un destilador para que, mientras brillaba el sol, el material se cargara silenciosamente de calor y lo devolviera al agua después del atardecer, manteniendo la evaporación más tiempo por la tarde-noche.

Probando tres vías para obtener más agua dulce

Al aire libre, en la ciudad 10th of Ramadan, Egipto, el equipo operó tres destiladores casi idénticos en paralelo: un diseño básico, una versión con PCM bajo la cuenca y un diseño híbrido que combinaba PCM con un circuito de agua caliente doméstica e intercambiadores de calor. Variaron sistemáticamente la cantidad de PCM añadida y registraron cuidadosamente la radiación solar, las temperaturas y el volumen de agua destilada. Para el destilador solo con PCM, encontraron un punto óptimo en 2,5 kilogramos de PCM. Con esa carga, la cuenca se mantuvo entre 6 y 10 °C más caliente que la unidad convencional durante gran parte del día, especialmente a última hora de la tarde y comienzos de la noche, y el destilador produjo aproximadamente 2,48 litros de agua dulce por metro cuadrado al día—alrededor de un 74 % más que el destilador básico.

De las ganancias de eficiencia a los beneficios económicos y climáticos

La cuenca más caliente y el periodo de evaporación más largo se tradujeron en un mejor aprovechamiento de la energía solar entrante. El destilador optimizado con PCM alcanzó una eficiencia energética de casi el 25 % y una eficiencia exergética (o de “trabajo útil”) de alrededor del 7 %, ambas notablemente superiores a muchos diseños anteriores. Dado que el calor adicional procedía de la luz solar almacenada y no de combustible o electricidad añadidos, el coste por litro de agua cayó a pesar del material adicional. Según las hipótesis del estudio, el precio por litro bajó de unos 6,8 céntimos en el destilador básico a 3,1 céntimos en la versión mejorada con PCM. Durante una vida útil de diez años, el diseño mejorado también podría evitar más de 40 toneladas de emisiones de dióxido de carbono en comparación con una alternativa alimentada con combustibles fósiles de producción similar.

Ir más lejos con un circuito híbrido de agua caliente

El sistema híbrido dio un paso adicional al hacer circular agua caliente doméstica a través de intercambiadores de calor dentro del destilador, encima de la capa de PCM. Esta fuente adicional de calor mantuvo la cuenca aún más caliente al final del día y permitió usar eficazmente una masa de PCM algo mayor (alrededor de 3 kilogramos). En el mejor de los casos, la producción de agua dulce aumentó más del 50 % respecto al PCM solo y se más que duplicó en comparación con el destilador convencional. Sin embargo, esto añadió complejidad y coste inicial, y la economía depende en gran medida de cómo se genere esa agua caliente en condiciones reales.

Qué significa esto para las regiones soleadas sedientas

Para comunidades en climas calurosos y soleados con infraestructura limitada, el estudio muestra que materiales de almacenamiento térmico cuidadosamente elegidos pueden convertir un destilador solar modesto en una fuente de agua dulce mucho más capacitada. Un diseño relativamente sencillo mejorado con PCM, usando un material de temperatura media ya disponible comercialmente, puede suministrar mucha más agua cada día a menor coste y con reducciones significativas de emisiones de gases de efecto invernadero. Aunque los experimentos cubrieron solo un corto periodo veraniego y aún se necesitan pruebas a más largo plazo en distintas estaciones y ubicaciones, los resultados apuntan a opciones prácticas y escalables de desalinización impulsada por energía solar que podrían ayudar a aliviar la escasez de agua en Egipto y regiones similares.

Cita: Elsayed, M., Mansour, M.S., Yahya, H. et al. Thermal buffering with medium-temperature PCM for enhanced solar still performance in hot Egyptian conditions. Sci Rep 16, 12733 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47006-7

Palabras clave: desalinización solar, destilador solar, material de cambio de fase, almacenamiento de energía térmica, agua limpia