La Integración de Procesos (IP) es una herramienta que por más de cuarenta años ha demostrado su fortaleza para brindar soluciones óptimas a problemas complejos. La interacción de los sistemas de intercambio de energía y de las redes de agua constituye un caso típico de este tipo de problemas. El incremento gradual en los consumos de agua y energía ha determinado la necesidad de desarrollar metodologías que tomen en cuenta la integración simultánea de estos recursos. El presente trabajo tiene como objetivo presentar una revisión bibliográfica relacionada con la integración simultánea de agua y energía. Primeramente se presentan elementos generales relacionados con este campo de investigación, enfatizando en los enfoques empleados para llevar a cabo la integración simultánea (análisis pinch y la programación matemática). Se presentan además algunos casos de estudios recientes que demuestran la fortaleza de estas herramientas, prestando especial interés a la industria azucarera. Finalmente se presentan algunos de los retos que deberá enfrentar la integración simultánea de agua y energía durante la diversificación de la industria azucarera cubana. | Process Integration (PI) is a tool that for over forty years has demonstrated its strength to provide optimal solutions to complex problems. The interaction of exchange systems of energy and water networks is a typical case of such problems. The gradual increase in the consumption of water and energy has determined the development of methodologies that take into account the simultaneous integration of these resources. This paper aims to present a literature review related to the simultaneous integration of water and energy. First, general items related to this research field are presented, emphasizing the approaches to simultaneous integration (Pinch Analysis and Mathematical Programming). Some recent cases of studies, demonstrating the strength of these tools mainly focus to sugar industry, are also presented. Finally some of the challenges to be faced by the simultaneous integration of water and energy for the diversification of the Cuban sugar industry are presented.

La energía del gradiente salino (EGS) es una fuente renovable abundante ampliamente desaprovechada para complementar y diversificar el mix energético actual, intensivo en emisiones y uso de agua, y apoyar la sostenibilidad y circularidad del, intensivo en energía, sector del agua. Esta tesis doctoral propone un marco metodológico para avanzar en el diseño óptimo en costes y medioambientalmente sostenible del proceso electrodiálisis reversa (EDR) en la recuperación de EGS de corrientes residuales del sector del agua. Este marco integra un modelo matemático del dispositivo EDR validado experimentalmente, una caracterización medioambiental mediante análisis de ciclo de vida, y un modelo de programación disyuntivo generalizado para la optimización de sistemas EDR a gran escala implementados en plantas desaladoras o estaciones depuradoras de aguas residuales. La herramienta de diseño propuesta puede ser de interés en del proceso de toma de decisiones que apoye la promoción y despliegue comercial de la EDR. | Salinity gradient energy (SGE) is a vast yet largely untapped renewable source for complementing and diversifying the current carbon- and water-intensive energy mix and supporting the sustainability and circularity of the energy-intensive water sector. This doctoral thesis proposes a methodological framework for advancing the cost-optimal and environmentally sustainable design of reverse electrodialysis (RED) process for SGE recovery from waste streams in the water sector. This framework combines an experimentally validated mathematical model of the RED device, an environmental characterization through life cycle assessment, and a generalized disjunctive programming model to optimize large-scale RED systems deployed in desalination plants or wastewater treatment plants. The proposed design tool may be of interest in the decision-making process that supports the promotion and commercial deployment of RED technology. | This research was financially supported through the R&D Projects CTM2017-87850-R and RTI2018-093310-B-I00 funded by the Spanish Ministry of Science and Innovation (MCIN/AEI/ 10.13039/501100011033) and by “ERDF A way of making Europe”, the R&D Project PDC2021-120786-I00 funded by the MCIN/AEI/10.13039/501100011033 and “European Union NextGenerationEU/PRTR, the R&D Project RM16-XX-046- SODERCAN/FEDER funded by SODERCAN, and the R&D Project LIFE19 ENV/ES/000143 funded by the LIFE Programme of the European Union. Carolina Tristán acknowledges the financial support from the research fellowship PRE2018-086454 funded by the Spanish Ministry of Science and Innovation (MCIN/AEI/ 10.13039/501100011033) and “ESF Investing in your future”.