Resumen:
CONDITION FOR PUBLICATION OF PROJECT. This work presents the conceptual design of a seawater desalination system based on the
recovery of waste heat from an internal combustion engine, with the objective of contributing to
sustainable energy solutions for water supply. The problem arises from the increasing scarcity of
potable water worldwide, in contrast with the abundance of seawater, which has driven the
development of desalination technologies. The proposed system integrates a finned tube heat
exchanger and an evaporator–condenser unit, dimensioned through energy balances and heat
transfer correlations, and later validated by CFD simulation.
The theoretical analysis yielded an overall heat transfer coefficient of 888 [
𝑊
𝑚2 𝐾
] and an
estimated distilled water production of approximately 3673 L/day, depending on operating
conditions. However, CFD simulation reflected a less optimistic scenario, with an average overall
coefficient of 96.6 [
𝑊
𝑚2 𝐾
], a seawater outlet temperature of 46.2 °C, and a corresponding
production of approximately 40 L/day. These discrepancies are attributed to the idealized
assumptions of the analytical model, such as uniform flow distribution, typical fin efficiency, and
the absence of fouling resistances.
The results confirmed the partial technical feasibility of the heat recovery principle, while
also highlighting the need to optimize geometry, select more corrosion-resistant materials, and
validate the design through experimental prototypes. The main contribution of this work is to
provide a comparative technical diagnosis between theoretical calculations and numerical
simulation, serving as a reference for future improvements in the design of sustainable water
production systems.
Keywords: desalination, heat recovery, waste heat, heat transfer, finned tubes heat exchanger,
evaporator-condenser.
Descripción:
CONDICIONAMIENTO DE PUBLICACION DE PROYECTO. El presente trabajo desarrolla el diseño conceptual de un sistema de desalinización de agua
de mar mediante la recuperación de calor residual de un motor de combustión interna con el
objetivo de contribuir a soluciones energéticamente sostenibles para el abastecimiento de agua. El
problema surge de la creciente escasez de agua potable a nivel mundial, en contraste con la
abundancia de agua de mar, lo que ha impulsado el desarrollo de tecnologías de desalinización. El
sistema integra un intercambiador de tubos aleteados y una unidad evaporador–condensador,
dimensionados mediante balances energéticos y correlaciones de transferencia de calor, y
posteriormente validados mediante simulación CFD.
En el análisis teórico se obtuvo un coeficiente global de transferencia de calor de 888 [
𝑊
𝑚2 𝐾
]
y una producción estimada de agua destilada de aproximadamente 3673 L/día, dependiendo de las
condiciones de operación. No obstante, la simulación CFD reflejó un escenario menos optimista,
con un coeficiente global promedio de 96,6 [
𝑊
𝑚2 𝐾
], temperatura de salida del agua de mar de 46,2
°C y con ello resultando en una producción de aproximadamente 40 L/día. Estas diferencias se
atribuyen a los supuestos idealizados del modelo analítico, como la distribución uniforme de flujo,
la eficiencia típica de aletas y la ausencia de resistencias por ensuciamiento.
Los resultados validaron la viabilidad técnica parcial del principio de recuperación de calor,
pero también ponen en evidencia la necesidad de optimizar la geometría, seleccionar materiales
más resistentes a la corrosión marina y validar el diseño mediante prototipos experimentales. El
aporte principal de este trabajo es ofrecer un diagnóstico técnico comparativo entre cálculo teórico
y simulación numérica, que sirva como referencia para futuras mejoras en el diseño de sistemas
sostenibles de producción de agua.