Optimización de un sistema de desalinización de agua por osmosis inversa (OI) en el departamento de La Guajira, Colombia

En el departamento de La Guajira se encuentran zonas remotas y aisladas que no tienen acceso a la energía eléctrica y al agua potable, en donde la gran mayoría se encuentran habitadas mayoritariamente por comunidades indígenas, pero estas zonas tienen un potencial significativo de altas radiaciones solares y recursos hídricos como pozos subterráneos. La generación de energía eléctrica a partir de fuentes renovables son una opción crucial para satisfacer las demandas energéticas. Además, estas mismas fuentes de energía renovable pueden ser empleadas en la desalinización de agua, lo cual amplía su utilidad y pertinencia en la gestión de recursos esenciales. La optimización de sistemas de desalinización de agua no solo permite reducir costos, sino también mejorar la eficiencia energética del sistema, minimizando el consumo de energía asociado a este proceso. El objetivo principal de este trabajo es minimizar el consumo de energía especifico (SEC) del sistema para reducir la cantidad de paneles solares fotovoltaicos necesarios sin afectar la producción de agua potable requerida por la comunidad indígena. Para este proceso, se partió de un trabajo previo donde se realizó la modelación y simulación de un sistema de desalinización de agua por OI en la comunidad indígena “Yuyurupana”. Esta comunidad se encuentra ubicada en la zona rural del municipio de Maicao, donde cuenta con un pozo subterráneo de 3055.77 mg/L de Solidos Totales Disueltos (TDS) y una radiación solar directa promedio de 5.51 kWh/m2/día, donde bajo estas condiciones para la simulación, el sistema obtuvo una calidad en la concentración de permeado (agua potable) de 317.45 mg/L por debajo del valor máximo permisible; de acuerdo con el Ministerio de Ambiente de Colombia. Además, se obtuvo un SEC de 0.644 kWh/m3, requiriendo una cantidad de 152 paneles solares fotovoltaicos de 385 Wp para suplir la energía eléctrica del sistema. Aplicando a este mismo sistema una optimización no lineal con restricciones utilizando una ecuación algebraica en función de la velocidad de alimentación y resistencia de la válvula en el canal de salmuera; para mantener la presión del sistema a nivel constante, se logró disminuir el SEC del sistema a 0.405 kWh/m3, requiriendo una cantidad de 92 paneles solares fotovoltaicos, sin afectar el caudal requerido por la comunidad para satisfacer la necesidad de agua potable. El uso de modelos de optimización en sistemas de desalinización de agua se presenta como una alternativa prometedora para hacer frente a los desafíos energéticos y de acceso al agua en estas comunidades, con el respaldo de fuentes renovables como la energía solar fotovoltaica.