Calentadores solares mejoran calidad del agua con HDPE

El agua es un derecho y recurso vital, reconocido por la Organización de las Naciones Unidas (ONU) (1). No obstante, aún existen comunidades en donde la escasez del agua es grave, al grado de llegarse a considerar un conflicto prioritario a escala mundial.

Se considera que el 24 % del agua dulce disponible se encuentra de manera subterránea (2) y, actualmente, poblaciones aisladas requieren del proceso de extracción para obtener el preciado líquido. El agua extraída se utiliza principalmente en la agricultura, la industria y para consumo humano. (3)

Cabe mencionar que el problema principal del uso de este recurso es su baja calidad (según la NOM-127-SSA1-2021, la Norma Oficial Mexicana que regula la calidad del agua potable, y ofrece parámetros que definen si el agua es apta para el consumo humano), la cual va disminuyendo debido a las malas prácticas de extracción y la sobreexplotación, que generan una gran degradación de estos mantos acuíferos (4).

En ocasiones, los desechos urbanos, industriales y agrícolas se integran al agua como minerales que contienen metales, sales con propiedades radiactivas e hidrocarburos (5). De manera particular, la contaminación por azufre de las aguas subterráneas a escala global en diferentes países como Estados Unidos de América, China e India (6, 7, 8, 9), ya que la presencia de compuestos como sulfuro de hidrógeno (H₂S) y sulfatos impiden su uso doméstico debido a su olor y sabor, y se le considera un líquido corrosivo (10).

Estudio del CIQA sobre contaminación por azufre en Coahuila

En este contexto, el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) en colaboración con el Centro de Investigación en Geociencias Aplicadas (CIGA) de la Universidad Autónoma de Coahuila (UAdeC), investigan la contaminación por azufre de las aguas subterráneas en la región de Sabinas, Coahuila, específicamente en la Comunidad de Puente Negro, en donde se extraen aguas subterráneas con alto contenido de azufre, consideradas altamente corrosivas, que afectan los instrumentos y equipos utilizados para la extracción del agua con un deterioro excesivo. (Ver figura 1)

Se realizó un análisis de cinética de adsorción al agua extraída, con la finalidad de revisar cuánta liberación de azufre hay por día y qué variación presenta al incrementar la temperatura. Como resultado se obtuvo que la liberación del azufre es constante por día a la misma temperatura. Sin embargo, al reflejarse un incremento en la temperatura del día, se observó que el agua presenta más liberación de azufre. Con estos datos de investigación, se propuso la instalación de un sistema para calentar el agua extraída y, así, lograr una mayor liberación de azufre del agua.

Al considerar las necesidades de la región y evaluar los desarrollos en la aplicación de ciencia y tecnología que permiten el aprovechamiento de nuevas fuentes de energía, se determinó la elaboración de un calentador solar para incrementar la temperatura del agua (ver figura 2). Se estima que la energía solar —equivalente a 1.7 x 10¹⁴ kW—, comparable a 170 millones de reactores nucleares, es una fuente de energía gratuita y respetuosa con el medioambiente, además de ser una de las más prometedoras para México por su privilegiada ubicación geográfica (11 y 12).

Para la elaboración del sistema de calentamiento del agua para la liberación del azufre se propuso almacenar el agua en un tonel de polietileno de alta densidad, en donde fuera posible realizar una comparativa del número de colectores solares (de 0.40 m²) que se requieren para incrementar la temperatura del agua y así obtener la mayor liberación de azufre. Se realizaron las pruebas conectando de uno hasta tres paneles calentadores solares (0.40, 0.80 y 1.20 m² de área superficial de colector solar).

Después de analizar la liberación de azufre del sistema con 1, 2 y 3 paneles calentadores, se concluyó que la opción era el sistema que llevaba solo un calentador solar, ya que el flujo era el de mayor temperatura comparado con los sistemas que usaron 2 y 3 paneles calentadores. Finalmente, se dedujo que el uso de los calentadores solares era viable para acelerar la cinética de desorción, equivalente a la liberación del sulfuro de azufre (H₂S).