Diseño y análisis de un mini generador de energía limpia con agua de mar para iluminación en patrullajes militares y hogares en el archipiélago de Coveñas

Abstract

Este trabajo desarrolla el diseño y análisis de un sistema mini OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion) orientado a proveer energía limpia y sostenible a patrullas militares y viviendas rurales en el Archipiélago de Coveñas, Colombia. La investigación surge ante la necesidad de alternativas energéticas renovables en zonas costeras con acceso limitado a la red eléctrica, priorizando la reducción de emisiones y el aprovechamiento de los recursos naturales locales. Este enfoque se alinea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de Naciones Unidas, especialmente el ODS 7 (Energía asequible y no contaminante) y el ODS 13 (Acción por el clima), promoviendo la transición hacia una matriz energética más sostenible y resiliente en el contexto nacional. La metodología empleada incluyó una revisión bibliográfica exhaustiva sobre tecnologías OTEC, consumo energético residencial y experiencias internacionales, asegurando la validez de los parámetros y modelos empleados. Se desarrollaron simulaciones numéricas basadas en el ciclo Rankine de baja temperatura, considerando variables como la temperatura superficial y profunda del mar, el caudal másico de agua y la eficiencia de los intercambiadores de calor. Para facilitar la comprensión y validación de los resultados, se implementó un simulador web interactivo siguiendo las guías de JavaScript de Mozilla Developer Network (MDN, 2024), permitiendo visualizar el comportamiento del sistema bajo diferentes escenarios y ajustar los parámetros de entrada de manera dinámica. Los resultados obtenidos muestran que, bajo condiciones locales (28°C superficial y 6°C profunda), el sistema mini OTEC puede generar hasta 2,5 kW de potencia con una eficiencia del 3%, lo que resulta suficiente para cubrir las necesidades energéticas básicas de una vivienda rural tipo, incluyendo iluminación, refrigeración y pequeños electrodomésticos. El análisis comparativo de costos y emisiones frente a soluciones diésel evidencia ventajas económicas y ambientales a mediano plazo, destacando la reducción significativa de emisiones de CO₂ y la disminución de la dependencia de combustibles fósiles. Además, se identificaron los parámetros óptimos de operación mediante la comparación de diferentes escenarios de simulación, lo que permitió establecer criterios técnicos claros para la implementación del sistema. Se concluye que el sistema mini OTEC es una alternativa viable para la diversificación de la matriz energética en zonas costeras colombianas, con potencial para mejorar la calidad de vida de comunidades rurales y contribuir a la sostenibilidad ambiental. Se recomienda continuar con la validación experimental del sistema propuesto y explorar su escalabilidad para otras regiones costeras del país. El trabajo aporta conocimiento relevante para la discusión sobre energías renovables en Colombia y sienta bases para futuras investigaciones y aplicaciones en el sector energético nacional.

This work presents the design and analysis of a mini Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) system aimed at providing clean and sustainable energy to military patrols and rural households in the Coveñas Archipelago, Colombia. The research addresses the need for renewable energy alternatives in coastal areas with limited access to the electrical grid, prioritizing emission reduction and the use of local natural resources. This approach aligns with the United Nations Sustainable Development Goals (SDGs), particularly SDG 7 (Affordable and Clean Energy) and SDG 13 (Climate Action), promoting the transition towards a more sustainable and resilient national energy matrix. The methodology included an extensive literature review on OTEC technologies, residential energy consumption, and international experiences, ensuring the validity of the parameters and models used. Numerical simulations based on the low-temperature Rankine cycle were developed, considering variables such as surface and deep-sea temperatures, water mass flow rate, and heat exchanger efficiency. To facilitate understanding and validation of the results, an interactive web simulator was implemented following the JavaScript guidelines of Mozilla Developer Network (MDN, 2024), allowing the system's behavior to be visualized under different scenarios and input parameters to be dynamically adjusted. The results show that, under local conditions (28°C surface and 6°C deep), the mini OTEC system can generate up to 2.5 kW of power with an efficiency of 3%, which is sufficient to meet the basic energy needs of a typical rural household, including lighting, refrigeration, and small appliances. The comparative analysis of costs and emissions versus diesel solutions demonstrates economic and environmental advantages in the medium term, highlighting a significant reduction in CO₂ emissions and decreased dependence on fossil fuels. Optimal operating parameters were identified by comparing different simulation scenarios, establishing clear technical criteria for system implementation. It is concluded that the mini OTEC system is a viable alternative for diversifying the energy matrix in Colombian coastal areas, with the potential to improve the quality of life in rural communities and contribute to environmental sustainability. Further experimental validation of the proposed system and exploration of its scalability to other coastal regions of the country are recommended. This work provides relevant knowledge for the discussion on renewable energies in Colombia and lays the groundwork for future research and applications in the national energy sector.