Tipos y métodos de desinfección solar

1. Original: español
DESINFECCIÓN SOLAR
Lydia G. Márquez-Bravo
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua
Paseo Cuauhnáhuac 8532, Jiutepec, Mor. México
RESUMEN
Se analizan algunas alternativas de bajo costo para la
desinfección del agua mediante energía solar,
principalmente aquellas cuyo uso es factible en
comunidades rurales. Estas alternativas se dividieron en
procesos térmicos y fotoquímicos y se presentan las
ventajas y limitaciones de cada uno de los métodos. Se
incluyen también resultados de la eficiencia de los
procesos de desinfección mediante el uso de un colector
solar plano, así como de bolsas y envases de polietileno,
frascos de vidrio expuestos directamente al sol. Los
resultados de la evaluación de un prototipo demostraron
que el proceso es útil aún en días nublados pues
depende más de la cantidad de radiación total que de la
radiación directa únicamente.
1. Introducción
La desinfeccion es el proceso que se lleva a cabo para eliminar o controlar los
microorganismos en el agua que pudieran afectar negativamente su calidad,
causando, entre otras cosas, enfermedades debidas a la actividad microbiana.
Debe notarse la diferencia entre desinfección y esterilización, la cual destruye todos
los organismos (Hooper, 1987)
La desinfección implica la exposición de los microorganismos a condiciones físicas
o químicas a fin de destruirlos o detener su crecimiento. En realidad, lo que se
observa son poblaciones de organismos y no indiviudos y esto resulta en un efecto
cinético en términos de la tasa de mortalidad, donde el criterio de muerte de un
microorganismo es la pérdida irreversible de la habilidad para reproducirse
(Hooper, op. cit.)
Hasta hace poco tiempo se consideraba que para establecer la calidad
bacteriológica del agua era suficiente con determinar la cuenta de organismos
coliformes totales y fecales. Sin embargo, se ha encontrado que existe una escasa
correlación entre la presencia de estas bacterias con la de otros organismos
patógenos. En 1986, en Estados Unidos de Norteamérica, las reformas al Acta del

2. 2
Agua Segura para el Consumo (SDWA, por su sigla en inglés), fijaron como
objetivos adicionales de la desinfección, antes de la distribución, los siguientes
(Smith et al., 1991).
• Asegurar la inactivación del 99.9% (3 log) y 99.99% (4 log) de quistes de Giardia
lamblia y virus entéricos, respectivamente.
• Asegurar el control de otros microorganismos dañinos.
• No impartir toxicidad al agua desinfectada.
• Minimizar la formación de subproductos indeseables en la desinfección.
• Cumplir con los niveles máximos de contaminantes para los desinfectantes
utilizados y los subproductos que pudieran formar.
La difusión de métodos alternativos como la adición de sustancias químicas, el
tramiento con ozono o luz ultravioleta, la ebullición y algunos tipos de filtración se ve
limitada debido a los problemas asociados con la confiabilidad, operación,
mantenimiento, costos, sabor resultante y particularmente, en el caso de la ebullición,
la disponibilidad de fuentes de abastecimiento de combustible. Uno de los métodos
más simples y menos costosos de proveer de agua segura para el consumo humano
a las comunidades rurales es el uso de la radiación solar para inactivar bacterias y
otros patógenos.
En este documento se presentan algunas de las aplicaciones del uso de la energía
solar para la desinfección del agua de consumo humano en comunidades rurales.
Estas aplicaciones se han dividido para su presentación en fototérmicas, es decir,
en las que se utiliza la radiación infrarroja del espectro y fotoquímicas, en las que el
efecto se debe principalmente a la radiación ultravioleta. Aunque se presentan varios
métodos de desinfección solar, el énfasis es en aquellos cuya eficiencia ha sido
probada en el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA). La selección del o
los métodos a utilizar dependerá del sitio donde se pretenda implantar.
2. Procesos térmicos de desinfección
Las altas temperaturas tienen un marcado efecto sobre todas las clases de
microorganismos. A altas temperaturas las células vegetativas mueren debido a la
desnaturalización de las proteínas y la hidrólisis de otros componentes. En el agua,
las bacterias mueren entre los 40 y los 100ºC, mientras que las algas, protozoarios y
hongos lo hacen entre los 40 y los 60ºC. Las esporas requieren condiciones de calor
mucho más rigurosas para destruirse: 120ºC en calor húmero (vapor) durante 20 min
o 170ºC en calor seco durante 90 min, (Hooper, 1987)

3. 3
2.1 Ebullición
La ebullición es uno de los métodos más eficaces y accesibles para la desinfección
del agua. A pesar de esto, su uso en el medio rural está restringido por la creciente
escasez de combustible, principalmente leña. En 1987, el consumo total de leña en
el medio rural en México fue de 15.69 millones de toneladas, cuyo uso se destinó
principalmente a la preparación de alimentos y al calentamiento del agua como
segunda prioridad (SEMIP, 1988). Desde el punto de vista ambiental, se espera que
las restricciones en contra del uso de la leña aumenten para prevenir una mayor
desforestación, sobre todo en las zonas con problemas agudos de erosión.
Un estudio económico determinó que, a pesar de su efectividad, la ebullición del
agua como método normalizado para asegurar la calidad del agua de consumo es
una opción económicamente poco factible para la mayoría de las familias rurales en
los países en desarrollo (Gilman, 1985).
Es en estos lugares donde es posible recomendar el uso de la energía radiante del
sol en el proceso de desinfección. Como se menciona más adelante, existen varios
métodos mediante los cuales es posible llevar el agua a punto de ebullición y por lo
tanto desinfectarla.
Cualquiera que sea el método que se utilice para hervirla, es necesario que el agua
esté de preferencia filtrada para eliminar la mayor cantidad posible de carbón
orgánico disponible que puede favorecer la recontaminación. Asímismo, deben
observarse las siguientes recomendaciones:
1 El agua debe hervirse en un recipiente tapado.
2 El agua no debe hervir menos de 5 minutos ni más de 15, contados a partir del
inicio de la ebullición vigorosa.
3 Debe evitarse la aereación posterior, es decir, la práctica de vaciar el agua de
un recipiente a otro varias veces, ya que puede recontaminarse.
4 Una vez hervida, el agua debe dejarse enfriar y vaciarse directamente al vaso o
recipiente para su consumo. No deben introducirse recipientes dentro del agua
hervida.
5 El agua hervida debe consumirse dentro de las siguientes 24 h y desechar el
sobrante.
2.2 Pasteurización
La pasteurización es un tratamiento complementario en el saneamiento, cuya
relación de tiempo/temperatura conduce a la destrucción de gérmenes patógenos
que pudieran estar presentes en el agua. Este proceso destruye los organismos
coliformes y otras bacterias no termorresistentes. Afortunadamente, la mayor parte
de los patógenos se encuentran en este grupo. No obstante, la susceptibilidad al

4. 4
calor se encuentra condicionada también por otros factores como la concentración
de células presentes, su estado fisiológico y otras.
Se ha observado que al calentar el agua por arriba de los 62.8ºC durante 30 minutos
ó 71.7º durante 15 segundos son suficientes para remover las bacterias, rotavirus y
enterovirus transmitidos por el agua contaminada. Asimismo, los quistes de Giardia
lamblia que generalmente son resistentes a la cloración, se inactivan fácilmente a
56ºC durante 10 minutos, mientras que el punto térmico de muerte de los quistes de
Entamoeba histolytica se ha fijado a los 50ºC (Ciochetti, 1984).
2.2.1 Pasteurización utilizando calentadores solares
En el medio rural la pasteurización puede llevarse a cabo en calentadores solares o
en estufas solares. El uso de estos equipos representa varias ventajas:
• no depende de los energéticos convencionales cuyo costo se incrementa con la
creciente demanda;
• evitan el uso de sustancias químicas tóxicas;
• requieren de equipo relativamente sencillo y de bajo costo que se recupera
rápidamente y proporciona agua potable durante muchos años;
• su uso no deteriora el ambiente.
En 1992, en el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA) se evaluó la
eficiencia de uno de estos calentadores como método de pasteurización para el
agua de consumo en el medio rural. El equipo probado fue un calentador solar
comercial, compuesto por un colector de aproximadamente 2 m
2
de polietileno de
baja densidad, con marco de aluminio y cubierta de vidrio de 3mm. El colector está
formado por 36 tubos, también de polietileno de baja densidad, color negro, de 1.56
cm de diámetro interior, soldados a dos tubos cabezales de 2.0 cm de diámetro
interior y que almacenan aproximadamente 15 Lde agua en proceso de
calentamiento. Este colector está conectado por medio de tubos del mismo material,
a un tanque-termo hecho de plástico, fibra de vidrio y aislado con espuma de
poliuretano, con capacidad de 200 L para almacenamiento del efluente
El principio de funcionamiento de estos sistemas es conocido como circuito
convectivo o calentador solar pasivo, donde el calor de la radiación solar es
absorbido por los tubos negros lo que causa un incremento en la temperatura del
agua dentro del conector y una consecuente disminución en la densidad de ésta. En
estas condiciones la columna de agua fría en la tubería de retorno al colector ya no
queda equilibrada por la columna de agua caliente menos densa, por lo que la
gravedad origina que la primera baje y desplace a la última hacia el tanque. Esta
circulación natural conocidad como “termosifón” continúa mientras exista suficiente
calor para aumentar la temperatura del agua y la fuerza de empuje resultante pueda
vencer la caída de presión en el sistema (figura 1) .

5. 5
Tanque
Colector
Colector
Solar Influente
Efluente
Figura 1. Esquema de un termosifón para calentamiento de agua.
El equipo resulta relativamente fácil de instalar o adaptar a cualquier instalación
existente. Únicamente se requiere que el tanque colector del agua caliente se eleve
aproximadamente 60 cm por arriba del punto más alto del colector. No requiere de
una presión determinada para su funcionamiento, es suficiente con que el tanque de
alimentación de agua se coloque junto al colector, lo que hace atractivo su uso en
lugares donde no se cuenta con agua entubada. El colector debe colocarse con una
inclinación aproximada a la de la latitud del lugar (en México, entre los 15 y los 35º) y
orientado hacia el sur geográfico.
El mantenimiento se limita a mantener la cubierta del colector libre de toda suciedad
ya que se reduce la cantidad de radiación que llega al colector. La frecuencia de
limpieza dependera del grado de contaminación atmosférica. Las cubiertas de
acrílico no se recomiendan pues se deforman y rayan fácilmente.
Cuando un calentador solar se utiliza con fines de desinfección, la eficiencia
depende directamente de la temperatura que alcance para llevar a cabo el proceso
de pasteurización. Con base en los datos experimentales, se determinó que el agua
alcanza su máxima temperatura entre las 14:30 y las 15:30 h, por lo que se debe
recomendar al usuario que evite en lo posible, drenar el tanque antes de esta hora
para aumentar así el tiempo de residencia del agua en el equipo (Márquez, 1994) .
En los datos experimentales, se observó también que en un 99% de los casos, la
remoción de coliformes es total para temperaturas del efluente mayores de 55ºC. Sin
embargo, por razones de seguridad, es conveniente dejar un margen y establecer los
60ºC como la temperatura mínima de desinfección.
En la figura 2 se presenta gráficamente el comportamiento del agua del calentador
bajo diferentes condiciones climatológicas y se observa que en días soleados es
posible alcanzar temperaturas máximas de 69ºC, mientras que en los días nublados
las máximas temperaturas fueron de 54ºC, por lo tanto, en un días oleado se pueden

6. 6
obtener aproximadamente 150 Lde agua con temperaturas por arriba de los 55ºC
(Márquez, op cit.).
200160 180140120100806040200
35
40
45
50
55
60
65
70
Temperaturadelagua(°C)
Volumen extraido (L)
Día Nublado
Día Soleado
Figura 2. Variación del volumen de agua caliente disponible en función de la
temperatura ambiente en un dia soleado y otro nublado.
Desde el punto de vista económico, se determinó que la inversión inicial por el costo
del equipo ($350.00 dólares aproximadamente, a precios actuales) se recupera
rápidamente durante los primero años de su uso.
Considerando que estos equipos no fueron diseñados para este fín, no hay forma de
conocer si la temperatura alcanzó el punto de pasteurización, por lo que resultaría en
este caso conveniente, el diseño sugerido por la Universidad de San Luis Potosí, en
el que se instaló un termostato acoplado a una válvula que únicamente permite el
paso del agua a una tempratura mayor de 60ºC. Así, el agua caliente se utiliza con
un doble fin; por un lado, el agua muy caliente pasa a un depósito destinado para el
agua de consumo, mientras que la otra parte del efluente menos caliente queda
disponible para uso doméstico.
Existen en el mercado calentadores solares más sofisticados con colectores de
doble cubierta de vidrio y tubos aleteados de cobre con superficies selectivas para
captar mayor cantidad de energía solar y convertirla en calor útil, algunos incluso
alcanzan temperaturas del agua de más de 90ºC e incluso la vaporizan. No obstante,
es necesario evaluar si las condiciones climatológicas del lugar justifican la inversión,
de otra manera pueden utilizarse equipos menos eficientes pero también menos
costosos.
2.2.2 Pasteurización utilizando estufas solares

7. 7
El primer reporte sobre el uso de las estufas solares data de hace más de
doscientos años (Blum, 1992). Ahora, muchos años después, los fabricantes han
diseñado variaciones que se utilizan en todo el mundo para cocinar y hornear. En
muchos países en desarrollo, especialmente en lugares donde la desforestación es
un grave problema, los hornos solares son la única opción que tiene la población
para cocinar sus alimentos y pasteurizar el agua de consumo (Skiar, 1991).
El uso de la energía solar en la pasteurización de agua de río contaminada se
demostró hace más de 15 años. Mediante el uso de estufas solares, es posible
desinfectar el agua contenida en envases de vidrio oscuros en una o dos horas
(Ciochetti, 1984). Las bacterias coliformes del agua de río se inactivan a
temperaturas superiores a los 60ºC, mientras que en las estufas solares el agua
puede alcanzar hasta 90ºC (Blum, 1992). En la India, es posible mantener el agua en
ebullición durante cinco horas dentro de una estufa solar (Mishra, 1985).
Además de las ventajas implícitas en la prevención y el control de las enfermedades
ocasionadas por el consumo de agua contaminada, el uso de las estufas solares
representa algunas otras como:
• No consumen leña por lo que ayudan a evitar la desforestación y la erosión en las
zonas rurales. Se ha calculado que para llevar a punto de ebullición un litro de
agua, se necesita aproximadamente un kg de leña.
• Tampoco consume combustibles fósiles. Esto es especialmente útil en el medio
rural donde el suministro de gas resulta problemático.
• No emiten humo como los fogones abiertos que causan enfermedades
respiratorias.
• No son costosas y resultan fáciles de construir
• Para casos de desastres, donde quiera que la electricidad, el gas, la madera o el
agua no se encuentren, la estufa solar resulta muy útil.
Desafortunadamente, también existen algunas desventajas que deberán tomarse en
cuenta:
• Son dos veces más lentas que una estufa convencional
• No pueden utilizarse en días nublados o lluviosos.
Principio de funcionamiento. Una estufa solar se compone de un par de cajas que
pueden ser de cartón, una dentro de la otra, que sirven para atrapar el calor del sol y
utilizarlo, en este caso para calentar el agua (figura 3). El principio consiste en
aprovechar el calor que llega del sol por radiación atrapándolo en el interior de la
caja pequeña y evitando que salga por medio de una cubierta transparente que
generalmente es de vidrio. Este calor es transferido con conducción a través de las
ollas de metal hacia el agua contenida. Es conveniente utilizar un reflector que ayude
a dirigir más los rayos solares hacia dentro de la caja y así mantener el calor. El uso
de reflectores disminuye aproximadamente un 35% el tiempo del proceso (Mishra,
op. cit.)

8. 8
Figura 3. Esquema de una estufa solar
El espacio libre que queda entre las dos cajas se rellena con un material aislante que
pueden ser bolas de papel periódico, hule espuma, etc. La parte interior de la caja
pequeña se recubre con un material reflejante como papel aluminio. En el fondo de
esta caja se coloca una laminilla de color negro. También es conveniente que las
ollas de metal se pinten de negro o se ahumen para que absorban más calor. De
preferencia deben utilizarse ollas metálicas. Las ollas de barro no son muy
recomendables porque este material es aislante pero también conserva más el calor.
Si se dispone de tiempo (más de 6 h) de sol pueden utilizarse sin
problema.¡Error!Marcador no definido.
Construcción: se necesita una caja chica de madera o cartón, de 55 X 45 X 25 cm y
otra mas grande de 60 X 50 X 30 cm. Las medidas pueden variar un poco pero se
debe procurar dejar 5 cm de espacio libre entre las dos cajas para el material
aislante. La caja grande se debe forrar con algo que la mantenga seca, como pintura
de aceite, cera, aceite, fibra de vidrio, etc.
Antes de ensamblar las cajas, se fijan unos cubos de 2 ó 3 cm de alto en la base de
la caja grande que servirán de soporte para la caja chica. Estos pueden ser
pequeños cubos de madera o de cartón pegados. Los huecos se rellenan con el
material aislante. La tapa de la caja grande sirve como reflejante una vez forrada de
papel aluminio y también necesitará un soporte para evitar que el viento lo mueva.
Este soporte puede ser una tablilla de madera. Se coloca la tapa transparente sobre
la estufa, preferentemente de vidrio transparente de 3 o 4 mm.
Una vez terminada, la estufa solar se coloca en el exterior de la casa con el reflector
orientado hacia el s
ur.
En un día soleado se pueden desinfectar 4 L en 3 horas aproximadamente, (Aguilar,
1992). Para mantener limpia el agua es conveniente dejar el agua en el mismo
recipiente cubierto hasta que se vaya a usar.

9. 9
Los recipientes, ya sean de cristal o de metal, de un litro o menos de capacidad, son
mejores si se pintan de negro por fuera. No es conveniente usar materiales plásticos
porque se derriten con las temperaturas altas. También la leche de vaca y la de
fórmula para niños se desinfecta a una temperatura de 71°C. Alcanzar esta
temperatura es un proceso lento y puede cambiar un poco el sabor de la leche, pero
es un procedimiento seguro para combatir los patógenos, (Aguilar, op. cit. ) .
En el IMTA se realizaron algunas pruebas preliminares durante 20 días del mes de
noviembre de 1992. Se utilizó una caja de cartón forrada, tanto en el interior como en
el exterior con papel aluminio y una cubierta de vidrio de 3 mm. Dentro de la caja se
colocó una olla de aluminio delgado pintada de color negro mate con 7 L de agua
que se contaminó con un 1 L de un efluente somero que atraviesa las instalaciones.
El período de exposición fue de 5 horas (entre las 10 y las 15 h).
La temperatura promedio que alcanzó el agua durante el período de pruebas fue de
55.6°C, con un máximo de 60.5°C y un mínimo de 50°C, mientras que la temperatura
ambiente promedio fue de 28°C. En todos los análisis realizados la remoción de
bacterias coliformes totales y fecales fue del 99.9%.
Debe considerarse que estos resultados se obtuvieron en una caja sin aislante, por
lo que se prevé que la temperatura que es posible alcanzar sea mayor si se utilizan
las dos cajas. Con el fin de tener un margen mayor de seguridad, se recomienda
utilizar recipientes más pequeños, por ejemplo 3 recipientes de 2 L en lugar de uno
de 6 L. Es conveniente que antes de adoptar este método se realicen algunas
pruebas, tomando la temperatura del agua después de 4 ó 5 horas. Si el promedio
de temperaturas es en todos los casos mayor a los 60°C, el agua puede consumirse.
Si no es así, debe utilizarse para otros fines.
El mantenimiento de una caja solar también resulta muy sencillo, ya que únicamente
consiste en mantener limpio el interior, el vidrio y los reflectores.
Actualmente existen tres tipos básicos de hornos o estufas solares: los de caja, los
de reflector parabólico y los de reflectores múltiples. Por razones económicas, en
este reporte únicamente se consideraron los de caja.
Existen en el mercado, diseños más sofisticados como el horno solar portátil
fabricado por la compañía Burns de Milwaukee, EE. UU., hecho de fibra de vidrio,
que ya en sí es un material aislante, con cuatro reflectores de aluminio anodizado.
Sin embargo, su costo es bastante más alto y su eficiencia es ligeramente mayor a la
de una caja solar hecha de cartón.
2.3 Destiladores solares

10. 10
Una de las aplicaciones térmicas de la energía solar que puede manejarse con
tecnología desde simple hasta muy sofisticada, es precisamente la producción de
agua potable a partir de agua de mar o de agua dulce con algún problema de
contaminación.
El principio de operación de la desinfección del agua mediante energía solar es el
mismo que el que utiliza la naturaleza en el ciclo hidrológico: se evapora el agua del
embalse que tiene presencia de sales y se condensa en otra parte, donde se obtiene
agua purificada. Este proceso es fácil de lograr en lo que se conoce como destilador
solar o más correctamente como desalador solar.
El destilador solar se desarrolló inicialmente para utilizarse en islas y en general en
regiones áridas costeras para obtener agua potable a partir de agua del mar. Sin
embargo, en la búsqueda de tecnología alternativa para suministrar agua potable a
pequeñas comunidades y familias, el destilador solar resulta ser una buena
alternativa, no sólo para la remoción de sales presentes en el agua, sino también
para eliminar los microorganismos patógenos que ésta pudiera contener.
Los destiladores solares tampoco son inventos recientes. En 1847 se construyó en
Chile un gran sistema de destiladores solares para surtir de agua dulce la operación
de una mina de nitrato. El sistema operó con éxito al menos durante cuarenta años,
suministrando hasta 23 mil L de agua por día (Hermosillo, 1989). En Baja California,
México, en 1964 se construyeron dos plantas para producir 28.4 m
3
/dia. Este
conjunto fue el más grande del mundo a la fecha de su instalación y en 1989 había
alrededor de 50 plantas desaladoras distribuidas en el país. Los destiladores
solares, también se utilizan como equipo normal en algunas balsas salvavidas
usadas para emergencias en alta mar, (Hermosillo, op. cit.).
Principio de funcionamiento: en un destilador solar se requiere de un elemento que
transforme la energía solar en un incremento de temperatura del agua para poder
evaporarla, es decir, un colector solar. La radiación visible e infrarroja es absorbida
por cualquier superficie de "color" negro mate. El acabado mate es usado para
lograr una mejor absorción y evitar pérdidas de una fracción de luz por reflexión.
En los destiladores solares más simples, el colector solar consiste en una charola
horizontal, de color negro, que contiene el agua que se quiere destilar, a la que se le
denomina destilando. La superficie negra de la charola absorbe la radiación solar, lo
que se traduce en un ligero calentamiento que inmediatamente se transmite al agua.
Así, a medida que el sol sube sobre el horizonte en la mañana, el destilando va
aumentando su temperatura hasta llegar a un máximo un poco después del medio
día para luego enfriarse al ir declinando el sol.
Para evitar la pérdidas indeseables de calor, es necesario que la charola esté
aislada térmicamente por la parte inferior. Un destilador bien aislado no debe
sentirse caliente por la parte inferior. El calentamiento del destilando produce un

11. 11
incremento en su presión de vapor. Esta presión de vapor es mucho mayor que la de
las sales minerales, lo que hace que al calentar una solución, el agua se evapore
mientras las sales se retienen en la charola, por lo que se logra una separación
eficiente. Para facilitar la evaporación, conviene que el evaporador tenga un área
grande comparada con el volumen de destilando que puede contener.
Una vez que el agua, libre ya de sales, se encuentra en forma de vapor, es necesario
volverla a la fase líquida sobre una superficie limpia para después extraerla del
destilador. Esto se logra en lo que se conoce como el condensador y generalmente
es una cubierta de vidrio o algún otro material transparente colocado sobre el
evaporador a una distancia e inclinación adecuadas
Existen varios diseños de condensadores. El más simple consiste en un caseta de
vidrio de dos aguas, con una inclinación de alrededor de 20° con respecto a la
horizontal, lo cual permite que las gotas de agua condensada escurran hacia abajo
en donde se colectan en pequeños canales (figura 4).
Construcción: en un destilador solar, la charola o colector puede construirse de
diversos materiales que sean resistentes al agua y a la temperatura de unos 80°C.
Se han construido colectores-evaporadores de lámina de hierro, de plástico
reforzado con fibra de vidrio, de mampostería, de madera, de ferrocemento, etc.
El material más utilizado como condensador es el vidrio o algunos plásticos como el
acrílico, el polietileno, el polivinilo y el poliester, aunque estos últimos tienden a
degradarse más rápidamente por la radiación solar y a opacarse con el tiempo.
Los aislantes térmicos a los lados y abajo del destilador, son muy importantes.
Resultan muy útiles el corcho y las espumas sólidas de diversos materiales plásticos
como el polietileno, poliuretano y poliestireno. También son buenos aislantes el
aserrín (viruta de madera), la lana de fibra de vidrio, el cartón corrugado y el papel en
capas. Muchos sólidos no metálicos pueden funcionar como aislantes y serán
mejores en cuanto menor sea su densidad y mayor su espesor.
a) Cubierta de vidrio
b) Cubierta de vidrio con reflector
c) Cubierta de plástico inflada
d) Cubierta de plástico en forma de V
Figura 4. Diagramas esquemáticos de diseños de

12. 12
destiladores solares simples.
Para sellar algunas partes del destilador, especialmente las de vidrio, se utiliza el
silicón. El material de los ductos para llevar el agua destilada a algún recipiente o
almacén también es importante y lo más recomendable para este fin parece ser la
tubería de cobre.
Alimentación del destilando: El destilador común de caseta destila, en días soleados
entre 3 y 5 litros diarios por cada metro cuadrado. Esto equivale a una disminución
en la profundidad del destilando de 0.3 a 0.5 cm/día, lo que implica que la
alimentación puede ser una vez al día. Esta forma de operación discreta o por lotes
es práctica cuando la alimentación se hace manualmente como se plantea para un
sistema rural familiar.
La función del destilador solar es la de retirar del agua contaminada (destilando) las
sustancias extrañas que contiene para obtener agua purificada (destilado).
Para darle al agua un sabor agradable es conveniente que el destilado se reciba en
una olla de barro perfectamente limpia. El agua deberá consumirse o desecharse
dentro de las 24 horas siguientes.
El Centro de Energía Solar de Florida publicó los resultados de algunos
experimentos en los que se comparan diferentes métodos para desalar agua para
consumo humano. Las conclusiones mencionan que los destiladores solares simples
resultan adecuados desde el punto de vista práctico y económico para pequeñas
instalaciones en lugares aislados, mientras que los procesos de destilación
multiefecto, destilación rápida de etapas múltiples, separación por congelación,
electrodiálisis y ósmosis inversa resultan más adecuados para grandes
instalaciones comerciales, (Block, 1989).
Este método de tratamiento se usa extensivamente en la India a nivel casero y
comunitario, por lo que diferentes instituciones en ese país se han dedicado a la
investigación del proceso, tanto desde el punto de vista técnico como económico,
(Gomkale, 1978). Durante estos estudios, se determinó que el período de retorno de
la inversión para un destilador solar rural casero es de 1.1 años (Kumar, et al. 1978).
2.3.1 Proceso combinado de precalentamiento y destilación solares.
El dispositivo propuesto por la Secretaría de Salud en México, está formado por un
depósito de alimentación de agua, un termosifón y un condensador y resulta útil en
lugares templados donde la temperatura no es suficiente para llevar a cabo el
proceso de condensación, entonces el termosifón calienta el agua antes de que
pase al condensador (figura 5)

13. 13
Llave de paso
Termosifón
Condensador
Cubierta de
vidrio
Charola
Charola de acrílico
(Recolectadora de agua destilada)
Depósito de recolección
de agua destilada
Cubierta de vidrio
Termómetro
Depósito de
alimentación
con agua
Dispositivo combinado de termosifón y destilador solares
Figura 5. Dispositivo combinado de termosifón y destilador solares.
El termosifón es un gabinete de madera sellado y cubierto con dos vidrios
transparentes de 79 X 77 cm separados 2 cm entre sí. El colector está formado por
17 tubos de cobre de l.5 cm de diámetro que se conectan a dos cabezales de 2.5
cm de diámetro uno inferior de abastecimiento y otro superior de salida. La
estructura se apoya en una charola de lámina y todo está pintado en negro mate.
El termosifón se conecta al condensador mediante una tubería de cobre de 1.25 cm
y tiene una llave de paso que permite la regular el flujo que debe mantenerse a razón
de una gota por segundo.
El condensador es un gabinete de madera sellado herméticamente. En su parte
frontal tiene un vidrio transparente de 83 X 62 cm con una inclinación de 45°. El agua
proveniente del termosifón se colecta en una charola de lámina en la parte inferior del
condensador, donde se evapora al elevar su temperatura. El destilado se recoge en
una charola de 60 por 13 cm y tiene un orificio en el extremo que drena al depósito
de recolección.
Operación del dispositivo: La instalación debe hacerse en un sitio abierto orientando
las cubiertas del termosifón el colector hacia el sur. El depósito se llena con 25 L de
agua clara, de preferencia previamente filtrada. Se abre la llave de paso y se deja
fluir el agua al termosifón hasta la charola del condensador. Se cierra la llave de paso
y se espera a que la temperatura en el interior del colector se eleve
aproximadamente a unos 70°C. Para esto es útil colocar un termómetro con escala
-10 a 110°C. Se abre entonces la llave de paso y dejar fluir el agua del termosifón a
la charola del condensador y se regula a un flujo de una gota por segundo en la
charola del condensador. Durante la noche, se cierra la llave de paso.

14. 14
3. Procesos fotoquímicos de desinfección
En 1979 en Beirut, Líbano, Acra y col. encontraron que la remoción de bacterias
coliformes totales y fecales era significativamente mayor al exponer a la luz solar
bolsas de polietileno conteniendo solución para rehidratación oral, comparada con
las muestras dejadas en habitaciones con luz artificial o en completa oscuridad
(Acra, et. al. 1980).
Tanto la radiación ionizante del tipo ultravioleta (UV) como la radiación
electromagnética de la luz visible son capaces de inducir daños a las células y
provocar su muerte. El efecto se basa en dañar las moléculas clave en las células
como los ácidos nucléicos, ya sea separándolos físicamente de tal forma que se
reproduzcan incorrectamente o por reacciones fotoquímicas que conducen a errores
en la subsecuente síntesis de proteínas, lo cual significa que el organismo no puede
sobrevivir (Hooper, 1987).
El efecto bactericida de la luz solar, o fotodesinfección, es conocido desde hace
mucho tiempo. Al principio se pensó que era debido a la acción exclusiva de los
rayos UV, pero posteriormente se comprobó que es la combinación de varias
longitudes de onda del espectro la que determina dicho efecto.
Recientemente se han llevado a cabo numerosos estudios con el fin de determinar
bajo qué condiciones es posible la desinfección con luz solar. Los resultados de
estos estudios demuestran que, sobre todo en lugares situados en los trópicos (de
preferencia entre los 15 y los 35° de latitud), donde la radiación solar incidente
alcanza un cierto nivel (>500 W/m
2
), es posible la desinfección de pequeños
volúmenes de agua contenidos en envases de vidrio o plástico translucido. Lawand,
et. al, (1994) reportan que se puede asumir que la desinfección es segura y se
obtiene 100% de inactivación, cuando los niveles acumulados de radiación solar
exceden los 4000 W-hs/m
2
durante el tiempo de exposición, que generalmente es
del orden de 5 ó 6 horas.
En estudios experimentales, se ha determinado el tiempo para alcanzar una
remoción completa de algunos microorganismos varía entre 15 min y 8 horas
(cuadro 1).
Cuadro 1. Tiempos de inactivación observados
para diferentes organismos (Acra, et al. 1984)
Tipo de microorganismo Tiempo
Pseudomonas aeruginosa 15 min
Salmonella flexneri 30 min
S. typhi y S. enteritidis 60 min
Escherichia coli 75 min

15. 15
S. parathyphi B 90 min
Aspergillus niger 3 horas
A. flavus 3 horas
Candida y Geotrichum spp 3 horas
Suspensión de Penicillium sp 6-8 horas
En experimentos realizados en Suiza se encontró que la dosis de radiación solar
requerida para inactivar E. coli, el bacteriófago f2 y un rotavirus, era de
aproximadamente 555 W-h/m
2
medidos en el rango de los 350-450 nm de longitud
de onda, o el equivalente de 5 horas del medio día a 45 grados de latitud. Asimismo,
reporta que el virus de la encefalomiocarditis era dos veces más resistente a la
radiación solar (Wegelin, et al. 1993).
Posteriormente, en 1988, se llevó a cabo en Montreal, Canadá el primer taller sobre
desinfección solar, donde se compartieron las experiencias de los investigadores de
diversos países (Alward, 1988). Los siguientes factores se consideran como los más
significativos y determinantes en la remoción de los microorganismos.
1. La intensidad de la luz solar y el tiempo de exposición depende de la localización
geográfica (latitud), variaciones estacionales, nubes, el rango efectivo de
longitudes de onda de la luz y la hora.
2. La clase de bacterias expuestas, la naturaleza y composición del medio y la
presencia de nutrientes capaces de soportar el crecimiento y la multiplicación de
los microorganismos.
3. El tipo y las características de los recipientes (color, forma, tamaño, grosor y
transparencia a la luz del sol)
4. El grado de turbidez, volumen y profundidad del agua.
En 1992, se llevaron a cabo en el IMTA algunos experimentos preliminares para
evaluar la efectividad de este método en la remoción de coliformes totales y fecales
(Tavira y Celada, 1992). En estos experimentos se expusieron diferente volúmenes
de agua (3 y 6 l) en recipientes de diversos materiales (bolsas de polietileno, frascos
de vidrio y garrafones de plástico), durante un período de 5 horas. Cada hora se
tomó una muestra y el resultado de cada de éstas se comparó contra la población
inicial de bacterias para obtener el porcentaje de remoción.
Los resultados de estos experimentos demostraron que la remoción de coliformes
totales es más eficiente en las bolsas de polietileno de 3 y 6 litros y que en 4 horas
de exposición se logra el 99.9% de remoción para ambos volúmenes, por lo que se
asume que utilizando este material, la remoción es más rápida y en cierta forma
independiente del volumen.

16. 16
100
80
60
40
20
0
1 2 3 4 5 6 7
Tiempo (h)
Plástico blanco 6 L
Bolsa de plástico 3.L
Plástico blanco3 L Frasco de vidrio 3.L
Bolsa de plástico 6.L
Figura 6. Porcentaje promedio de remoción de bacterias coliformes fecales
por tipo de material utilizado
También se observó que utilizando garrafones de plástico el proceso de
desinfección era más lento y para lograr el 99.9 % de remoción se necesitaron 6
horas. Por último, los frascos de vidrio presentaron la menor eficiencia y para un
volumen de 3 L fueron necesarias entre 4 y 6 h para lograr la desinfección total.
Estos resultados preliminares fueron la base para considerar este procedimiento
como adecuado para las comunidades rurales. El método es extremadamente
sencillo y barato. Sin embargo, aún quedaban muchas dudas con respecto al
proceso. Las principales eran: en qué condiciones de radiación solar es posible la
desinfección; qué grado de turbidez máxima debe tener el agua y hasta qué
concentración de bacterias es posible inactivar mediante este proceso.
En 1993, en el IMTA se diseñó un prototipo de dispositivo para fotodesinfección
cuya eficiencia se probó exponiéndolo al sol con 10 L de agua y diferentes
concentraciones de bacterias coliformes en períodos de 4 h durante 75 días.
Mediante un piranómetro de banda rotatoria se determinó el flujo de radiación
directa y difusa. Asimismo se midió la transmitencia de algunos materiales
(Márquez y Celada, 1994). Los resultados de este estudio demostraron que:
• la velocidad de remoción de bacterias coliformes es mayor entre menor es la
cantidad del sales y materia orgánica en el agua;
• los coliformes fecales se inactivan más rápidamente que los coliformes totales.
• las cepa pura de Escherichia coli resultó muy susceptible;
• el promedio de remoción de coliformes fecales, fue de 97.11% con
concentraciones iniciales promedio de 15000 UFC/100 mL y turbiedades hasta
de 100 UNT;

17. 17
• en Jiutepec, Mor., durante un día soleado, es posible contar con más de 8 h de
radiación directa mayor a 500 W/m
2
. Esto último resulta muy importante si se
considera que bajo estas condiciones de radiación son suficientes dos horas para
desinfectar pequeños volúmenes; los porcentajes de remoción de 99.9% están
más relacionados con flujos totales de energía mayores de 10 kW/m
2
durante el
período de prueba de 4 h. (figura 7);
• la mayor velocidad de remoción se obtuvo en días donde la cantidad de radiación
directa fue baja y la radiación difusa alta, es decir en días nublados. Lo anterior es
particularmente importante pues se contrapone a la idea de que el proceso
únicamente funciona durante los días soleados. Esto se debe a que en los días
nublados la cantidad de luz difusa o reflejada, el componente UV es relativamente
importante (figura 8);
• las pruebas a diversos materiales indicaron que el acrílico es transparente
únicamente a longitudes de onda mayores a 420 nm y disminuye su transmitancia
en un 2% después de 75 días de exposición. El PET (polietilen tereftalato)
transparente transmite el 80% de las longitudes de onda de más de 400 nm y el
vidrio delgado el 75% de las longitudes mayores de 350 nm. El material con
mayor transmitancia fue el polietileno. Este material es transparente a la radiación
UV de 250 nm hasta en un 70%.
100
99
98
97
96
95
94
93
92
91
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Radiación solar (kW/m 2
)
%deremocióndebacteriascoliformes
Figura 7. Porcentaje de remoción de bacterias coliformes en función de la
radiación solar recibida en 4 horas de exposición.
Considerando la alta transmitencia que poseen algunos materiales como el PET, y
las bolsas de polietileno, este proceso resulta altamente recomendable para
utilizarse en el medio rural y zonas marginadas. Las botellas de plástico (PET) de las
bebidas embotelladas pueden utilizarse con este fin y manejadas con cuidado para
evitar que se rayen, es posible que duren varios meses.

18. 18
Una desventaja de este usar la radiación UV o radiación solar como medio de
desinfección es que no proporciona protección residual contra recontaminación.
(Lawand, 1986). Sin embargo, si el recipiente se mantiene cerrado y en un lugar
fresco, no existe riesgo de recontaminación (Celada, 1994).
A diferencia de los procesos fototérmicos (pasteurización y destilación), donde es
más importante la radiación directa, en este caso, lo más importante es la radiación
total, es decir, la suma de la luz directa que en los días nublados es poca, más la luz
difusa que en los días nublados es considerable por la reflexión de las nubes, por lo
que el método funciona aún en días ligeramente nublados. Sin embargo, durante los
días extremadamente nublados y lluviosos debe optarse por un método alternativo
de desinfección.
En períodos como el actual, donde el riesgo de contraer enfermedades diarréicas
agudas como el cólera amenaza a la población, esta alternativa resulta
especialmente útil sobre todo en aquellas localidades donde no se cuenta con
sistemas de agua potable ni desinfección. Sin embargo, antes de adoptar este
método de desinfección es necesario determinar lo siguiente:
• el número aproximado de días soleados y nublados en el sitio;
• la concentración promedio de coliformes totales o fecales;
• la turbidez del agua (si es demasiado turbia debe filtrarse o utilizar algún otro
tratamiento para reducir la turbidez)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
11 12 13 14 15
Tiempo (horas)
Promedio de radiación directa. 75 W/m 2
Promedio de radiación directa . 824 W/m 2
SobrevivenciaUFC(ln)
Figura 8. Decaimiento de la población de E. coli en función del tiempo de
exposición en un día soleado y otro nublado
Debe recomendarse a la población que de utilizar bolsas de plástico, éstas sean de
preferencia nuevas y utilizarlas después únicamente con este fin con volúmenes

19. 19
menores de 3 L y durante más de 4 horas para dar un margen mayor de seguridad al
proceso.
También debe recomendarse que si el agua es turbia antes debe filtrarse, utilizando
un filtro de arena o de cantera y posteriormente exponerla al sol.
4. Otros procesos de desinfección solar
4.1 Concentradores solares
Los dispositivos que aumentan la intensidad solar sobre una superficie absorbente,
la cual recibiría solamente el flujo solar debido a su apertura, se denominan
concentradores. La concentración de la radiación solar se logra mediante
dispositivos ópticos que reflejan o refractan la radiación solar de manera que
concentran el flujo incidente sobre un absorbedor de área mucho menor que la de
apertura (Almanza, 1994).
La principal ventaja de un concentrador sobre un colector plano es que el flujo de
energía es mayor por unidad de superficie de absorción, por lo que se reducen las
pérdidas térmicas, ya que el área del absorbedor es menor, lográndose en esa
forma temperaturas más altas, mayores de 200°C. Existen concentradores
estacionarios cuya concentración varía entre 1 y 10 veces la radiación normal y
concentradores con mecanismo de seguimiento y curvaturas geométricas muy
precisas con razones de concentración de 10 a 3,000 (Almanza, 1994).
Los concentradores que incrementan la temperatura trabajan únicamente con la
componente directa de la radiación solar. Sin embargo, también existen
concentradores que trabajan con la componente difusa y UV de la luz solar. Debido a
la alta eficiencia de estos dispositivos, éstos últimos se han utilizado, además de la
desinfección, en procesos de destoxificación (Blanco, et al, 1991)
5. Conclusiones
Todos los procesos de desinfección que se han mencionado aquí son susceptibles
de implantarse en el medio rural. La recomendación final estará en función de la
situación geográfica, de la calidad del agua y de las costumbres y preferencias de la
población.
Se recomienda continuar a investigación sobre la eficiencia de otros métodos de
desinfección solar para ofrecer un mayor número de alternativas a la población.
6. Referencias

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