Integración energética para una planta desalinizadora

Abstract

El agua es un recurso esencial para la actividad agrícola, considerada la principal fuente de producción de alimentos que sustentan la vida humana. Sin embargo, los requerimientos de agua se han incrementado en todo el mundo originando sobreexplotación de los acuíferos. En este trabajo se analiza la desalinización del agua de mar como una opción para reducir el consumo de agua subterránea en zonas agrícolas con alta demanda hídrica. Se propone un modelo de programación no lineal entera mixta multiobjetivo multiperíodo basado en una superestructura que integra diversas configuraciones del sistema, empleando los solvers Lindoglobal, Conopt y CPLEX para su solución. En la superestructura se considera un ciclo Rankine integrado con sistemas energéticos, energía solar y combustibles fósiles, para satisfacer los requerimientos energéticos del proceso de desalinización y de la agricultura. La función multiobjetivo busca minimizar simultáneamente el consumo de agua subterránea y el costo anual total, que incluye los costos de capital y de operación. El costo de capital abarca los costos del área de captación, proceso de desalinización, ciclo de potencia y bombas. Los costos operativos consideran los costos de bombeo, y el consumo de combustibles fósiles, del agua subterránea y del agua desalinizada. El modelo de optimización se aplicó a un caso de estudio del estado de Sonora, México, donde se evaluaron tres escenarios económicos y ambientales mediante una curva Pareto, mostrando un ahorro máximo de hasta 60% en el consumo de agua subterránea. La formulación es general y adaptable a otros contextos con escasez hídrica.