7th IMRMPT

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English title:	Water desalination plant as an emergency alternative in educational institutions of La Guajira, Colombia
Spanish title:	Planta desalinizadora de agua como alternativa de emergencia en instituciones educativas de la Guajira, Colombia
English abstract:	The supply of potable water is a global challenge, especially in coastal regions such as the Atlantic coast of Colombia, La Guajira, and Magdalena, where water scarcity is a constant problem affecting children and young people, limiting schools in the region from providing basic hygiene and food services, causing infections and, in most cases, absence of students in educational institutions. To address the problem of water scarcity in Colombia's coastal regions, local governments have adopted strategies such as water rationing and new technologies to take advantage of nearby water resources. However, many technologies are costly and challenging to implement, requiring more efficient and cost-effective alternative solutions. In this regard, this project proposes the development of a water desalination plant that functions as an emergency alternative for obtaining potable water from seawater. Solar distillation technology presents an effective solution to this problem of desalinating water, as it uses the energy from the sun to evaporate water and separate it from its salts and other contaminants. The proposed solar desalination system consists of a parabolic dish solar concentrator built with mirrors and an aluminum receiver, a reactor where heat transfer occurs. Water vapor is obtained thanks to the temperature increase on the surface by solar radiation. This system aims to produce a maximum of 1000 liters of water for common uses per day, making it an efficient and cost-effective alternative for educational institutions with fewer students and difficulties in the water supply. This solar distillation technology is selected because the area where the project is developed, in this case, La Guajira, has a great energy potential in using solar radiation as a constant and accessible renewable energy source of 4.5 Kilowatts per square meter on average per day. The solar distillation process is safe and easy to use, making it suitable for supplying potable water in remote regions or emergencies. The solar desalination system has three subsystems that contribute to process efficiency: A heat exchanger system that accelerates the cooling process of the already distilled water vapor to obtain a greater liquid flow A fluid distribution system A level control system that ensures the proper water level in the reactor to optimize distilled water production A modular approach is used to construct the solar desalination system prototype, as it facilitates manufacturing and transport. Additionally, the prototype uses materials resistant to corrosion and weathering to ensure the system's durability in the marine environment. The structure of the parabolic disc concentrator is a galvanized 14-gauge wire mesh on which mirrors are used to reflect the sun's rays onto the copper receiver. To ensure remote monitoring and operation of the system, field, and control devices are employed to measure variables correctly and adjust flow and pressure values at different points in the system. This strategy allows for early detection of failures and preventive system maintenance. Once the prototype is built and tested, its efficiency, performance, and operating costs are evaluated to optimize the system's design and prepare its implementation on a large scale in the Colombian Caribbean region. Then, the system's scalability is sought by using the relationship between the solar collector's surface, the amount of water that can be desalinated per day, and the relationship between the cost of materials and the system's production capacity. It is expected that the large-scale implementation of a solar desalination system will significantly improve access to potable water in the Colombian Caribbean region, especially in areas where water supply is limited or nonexistent. Furthermore, this renewable and sustainable technology can help reduce dependence on non-renewable energy sources such as fossil fuels and promote the development of clean and environmentally-friendly technologies.
Spanish abstract:	El suministro de agua potable es un desaf�o global y especialmente en regiones costeras como la costa atl�ntica de Colombia, la Guajira y Magdalena, donde la escasez de agua es un problema constante que afecta a ni�os y j�venes, limitando a los colegios de la regi�n a prestar los servicios b�sicos de higiene y alimentaci�n, ocasionando infecciones y en la mayor�a de los casos ausencia de los estudiantes en los planteles educativos. Para abordar el problema de escasez del agua en las regiones costeras de Colombia los gobiernos locales han adaptado estrategias como el racionamiento de agua y la implementaci�n de nuevas tecnolog�as para aprovechar los recursos h�dricos cercanos. Sin embargo, muchas de estas tecnolog�as son costosas y dif�ciles de ejecutar, por lo que se requiere de soluciones alternativas m�s eficientes y econ�micas. En este sentido, el presente proyecto propone el desarrollo de una planta desalinizadora de agua que funcione como una alternativa de emergencia para la obtenci�n del agua potable a partir de agua de mar. La tecnolog�a de destilaci�n solar se presenta como una soluci�n eficaz a esta problem�tica para desalinizar agua, ya que utiliza la energ�a del sol para evaporar el agua y separarla de sus sales y otros contaminantes. El sistema de desalinizaci�n solar propuesto consta de un concentrador solar de disco parab�lico, construido mediante espejos, y un receptor de aluminio que funciona como un reactor donde ocurre la transferencia de calor y se obtiene vapor de agua gracias al aumento de temperatura en la superficie por la radiaci�n solar. Este sistema tiene como objetivo producir un m�ximo de 1000 litros de agua para usos comunes al d�a, lo que lo convierte en una alternativa eficiente y econ�mica para las instituciones educativas con un n�mero reducido de estudiantes y dificultades en el abastecimiento de agua. La selecci�n de esta tecnolog�a de destilaci�n solar se debe a que la zona donde se desarrolla el proyecto, en este caso la Guajira, cuenta con un gran potencial energ�tico en el uso de la radiaci�n solar como fuente de energ�a renovable, constante y gratuita de 4.5 Kilovatios sobre metro cuadrado en promedio por d�a, el proceso de destilaci�n solar es seguro y f�cil de usar, lo que lo hace adecuado para suministrar agua potable en regiones remotas o en situaciones de emergencia. El sistema de desalinizaci�n solar cuenta con tres subsistemas que contribuyen a la eficiencia del proceso: un sistema de intercambiador de calor, que acelera el proceso de enfriamiento del vapor de agua ya destilado para obtener un mayor flujo de l�quido, un sistema de distribuci�n del fluido y un sistema de control de nivel, que se encargan de mantener el nivel adecuado de agua en el reactor para optimizar la producci�n de agua destilada. Para la construcci�n del prototipo del sistema de desalinizaci�n solar, utiliza un enfoque modular, ya que facilita la fabricaci�n y el transporte, adem�s, el prototipo utiliza materiales resistentes a la corrosi�n y a la intemperie para garantizar la durabilidad del sistema en el ambiente marino. La estructura del concentrador de disco parab�lico es un tejido de alambre calibre 14 galvanizado sobre el cual se emplean espejos que reflejan los rayos del sol hacia el receptor de cobre. Para garantizar el monitoreo y operaci�n remoto del sistema se emplean dispositivos de campo y control que permiten la correcta medici�n de las variables, adem�s de ajustar el valor del flujo y presi�n en diferentes puntos del sistema. Lo anterior, permite la detecci�n temprana de fallas y por consiguiente el mantenimiento preventivo del sistema. Una vez construido y probado el prototipo, se llevar� a cabo una evaluaci�n de su eficiencia, rendimiento y costos de operaci�n, con el objetivo de optimizar el dise�o del sistema y preparar su implementaci�n a gran escala en la regi�n caribe colombiana. Para lograr esto se busca la escalabilidad del sistema usando la relaci�n entre la superficie del colector solar y la cantidad de agua que se puede desalinizar por d�a, y la relaci�n entre el costo de los materiales y la capacidad de producci�n del sistema. Se espera que la implementaci�n a gran escala del sistema de desalinizaci�n solar tenga un impacto significativo en la mejora del acceso al agua potable en la regi�n caribe colombiana, especialmente en �reas donde el abastecimiento de agua es limitado o inexistente. Adem�s, el uso de esta tecnolog�a renovable y sostenible puede contribuir a reducir la dependencia de fuentes de energ�a no renovables, como los combustibles f�siles, y fomentar el desarrollo de tecnolog�as limpias y amigables con el medio ambiente.
Topic:
Presentation Type:
Speaker:

Authors

Name	Institution	Email
Yennifer Yuliana Rios Diaz	Universidad Industrial de Santander	yeriosdi@uis.edu.co
A. Valentina Garnica	Universidad Tecnol�gica de Bol�var	agarnica@utb.edu.co
M. Santiago D�az M�rquez	Universidad Tecnol�gica de Bol�var	marquezm@utb.edu.co
J. Pablo Priol�	Universidad Tecnol�gica de Bol�var	jpriolo@utb.edu.co
Gaylord Carrillo Caballero	Universidad Tecnol�gica de Bol�var	gcarricaballero3@hotmail.com

Presentation

Room:	Principal Room
Date:	June 9, 2023
Hour:	08:20 - 08:40

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Seventh International Meeting for Researchers in Materials and Plasma Technology

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