En la naturaleza tenemos bienes que son indispensables cuidarlos para preservar la vida tal y como la conocemos, principalmente el aire y el agua. Sin embargo, aunque cuidemos muy bien de este recurso, existen poblaciones que no tienen acceso permanente al uso y consumo de agua.
En lugares que somos privilegiados, como la ciudad de Cuenca, tenemos agua potable de muy buena calidad al alcance de nuestras manos y esto nos debe hacer reflexionar sobre lo bendecidos que somos y la obligación que tenemos de proteger las fuentes de este recurso, esto se debe a la gran gestión que ha realizado durante varios años de las autoridades municipales de la ciudad y de los directores de las empresas encargadas del cuidado y gestión del agua.
Sin embargo, en el Ecuador existen varias poblaciones, principalmente de la costa, que sufren de déficit de agua potable de manera efectiva y la gran contradicción es que viven en zonas en las cuales existe agua que podría ser usada pero que contiene sal, como es el agua de mar.
La desalinización de agua de mar es una técnica ya conocida, sin embargo, la novedad que se plantea en el trabajo que se ha hecho desde la universidad es, aprovechar la energía residual de los gases de escape de motores de combustión interna para la evaporación y desalinización del agua.
Existen dos formas principales para desalinizar el agua de mar: con energía mecánica y con energía térmica.
Para desalinizar agua por medios mecánicos, la técnica más utilizada es la de la osmosis inversa que, en líneas generales, se trata de bombear el agua salada por diferentes membranas con una porosidad muy pequeña y retener la sal en ese proceso, para esto es necesario una gran inversión de energía, principalmente por la presión que se necesita en el sistema.
Por otro lado, se puede usar energía en forma de calor para evaporar el agua y separar la sal presente en el agua de mar, en este proceso también es necesario invertir energía, sin embargo, si se aprovecha la energía de los sistemas de escape de motores de combustión se puede mejorar la eficiencia del proceso e inclusive usar energía que está siendo liberada al ambiente en forma de calor por los gases de escape.
En términos generales un motor de combustión solo puede aprovechar alrededor de un 30% de energía del combustible para transformarla en movimiento, las pérdidas mecánicas y de fricción en un motor de combustión son alrededor de un 40% y en los gases de escape se desperdicia aproximadamente un 30%. Por lo tanto, de todas las plantas de generación de energía que existen en el país, se podría utilizar este 30% de energía para evaporación y generación de agua sin sal.
Las centrales térmicas (gas, vapor y motores de combustión interna), tienen una potencia instalada de 3555MW en el país y generan alrededor de 8019 GWh/año de energía, de los cuales en la costa se encuentra un 50% de esta potencia instalada. Por lo tanto, se dispondría de aproximadamente 4000GWh/año de energía térmica para el proceso de desalinización.
Prototipo
Para hacer la evaluación de la propuesta se ha construido un prototipo en la Facultad de Ciencia y Tecnología de la Universidad del Azuay, en el cual se aprovecha la energía de los gases de escape de un motor Mazda G6, de 2000 cm3 de cilindrada con una potencia de 139 hp (104kw) a 4700 (rpm).
El prototipo consiste en montar un intercambiador de calor en el sistema escape como se observa en la figura 1. En la parte interna del intercambiador de calor pasa el agua salada la cual recibe la energía de los gases de escape y se evapora, después el vapor de agua se conduce a un condensador para poder bajar la temperatura del agua y obtener como resultado agua sin sal.
En el esquema general de la instalación se puede observar en la figura 2. En la cual se presentan las partes del sistema: evaporador (intercambiador de calor), bomba de agua, condensador. Además, el sistema cuenta con un módulo electrónico para registrar valores de flujo másico de agua, temperaturas de entrada y salida del agua.
Las pruebas en el sistema han demostrado que se puede aprovechar un 10% del agua salada que se ingresa al sistema. El flujo másico de ingreso de agua salada (concentración controlada de sal 35gr/l) es de 43.2 kg/h y se logró obtener a la salida un flujo másico de 4.3kg/h.
Las pérdidas del sistema están relacionadas principalmente al decantador de agua después del evaporador y al condensador de agua.
Se ha logrado reducir la concentración de sal de 35gr/l hasta 5.5gr/l. El agua a la salida deberá ser tratada de manera adicional para que pueda ser usada en riego, limpieza e inclusive con tratamientos químicos se podría utilizar para consumo humano.
Desde el punto de vista energético, el sistema es capaz de recuperar el 11% de la energía de los gases de escape, en el sistema principal de evaporación, para esto se considera un flujo másico de agua promedio de 37kg/h (entre la entrada y salida del evaporador). Un aprovechamiento de energía nada despreciable.
El proyecto está relacionado con el cumplimiento del Objetivo de Desarrollo Sostenible número 6: Agua limpia y saneamiento. Al ser un prototipo “escalable” se debe continuar con las pruebas para hacer instalaciones más grandes a nivel de plantas de generación de energía como se propone en la introducción del presente artículo. (I)
