Plataforma de generación de energía sostenible basada en un sistema de circuito cerrado con energía cinética de CO₂ proveniente del efecto de destello (PGES-CO₂-KE)

Resumen

Este manuscrito presenta la Plataforma de Generación de Energía Sostenible Basada en Energía de Ciclo Cerrado con Energía Cinética de CO₂ por Efecto Flash (PGES-CO₂-KE), un sistema autónomo diseñado para satisfacer la demanda de electricidad en aldeas indígenas remotas del Parque Indígena Xingu y otras Tierras Indígenas en Mato Grosso, donde la falta de infraestructura eléctrica consolidada compromete la seguridad alimentaria, la salud y la educación. Desarrollado a partir de la experiencia del autor como defensor de los derechos indígenas, el sistema combina los requisitos técnicos de modularidad para el transporte fluvial y autonomía operativa con las realidades logísticas, culturales y socioambientales de estos territorios. La tecnología opera en un ciclo cerrado, utilizando el efecto flash del dióxido de carbono líquido para producir energía cinética, que posteriormente se convierte en electricidad mediante una turbina radial biomimética. El proceso comprende tres etapas interconectadas: (i) expansión supersónica de CO₂ líquido presurizado (85 bar, 30 °C) a través de una válvula electrónica y una boquilla De Laval, generando un chorro supersónico (Mach 1.5+); (ii) conversión de energía cinética en par mecánico (15–17 Nm a 6000 rpm) mediante una turbina de 12 álabes, que acciona un generador de imanes permanentes con una potencia de hasta 4 kW y una eficiencia del 94 %; (iii) recuperación y recondensación del CO₂ residual mediante intercambiadores de calor con nanotubos de carbono y un compresor de tres etapas, reciclando el 98,5 % del fluido y requiriendo solo un 1,5 % de reposición anual. El diseño técnico incluye un depósito de compuesto de carbono-epoxi, una boquilla De Laval mecanizada en carbono-PEEK, una turbina con álabes inspirados en las alas de las aves rapaces, sellado magnético sin contacto y un sistema de recompresión con ventiladores de alto caudal. La metodología de desarrollo se estructura en tres fases: modelado termodinámico computacional (CFD) y análisis estructural; prototipado de sobremesa con instrumentación IoT para validación experimental; e implementación en campo con gestión participativa, formación de miembros de la comunidad para operación y mantenimiento preventivo. La base teórica se fundamenta en los avances recientes en ciclos de CO₂ supercrítico (Ahmed et al., 2025; Battisti, 2024; Du, Tian y Pekris, 2021), análisis exergéticos (Feng et al., 2025; Mrzljak et al., 2020) y modelos de tecnología social participativa (Rosa, 2007; Campos, 2007; Bezerra, 2021), que validan el potencial de innovación, eficiencia energética e inclusión sociocultural de la propuesta. El sistema PGES-CO₂-KE se encuentra actualmente en fase de desarrollo y prueba de concepto, en consonancia con los Objetivos de Desarrollo Sostenible 7 (energía asequible) y 13 (acción climática), y contribuye al concepto de Salud Planetaria al sustituir los generadores diésel en comunidades aisladas. Entre sus características distintivas se incluyen la eliminación de los ciclos térmicos tradicionales, la refrigeración híbrida de alta eficiencia y un ciclo autosostenible, lo que la posiciona como una alternativa estratégica para la electrificación sostenible en contextos con escasa infraestructura eléctrica, con perspectivas de replicación global a través de alianzas institucionales y su consolidación como política pública para la justicia energética.