Aplicación de un procedimiento termoeconómico para determinar el costo de producción de agua helada

Los esquemas de abastecimiento de servicios energéticos (potencia eléctrica, calor y frío) con fuentes primarias aisladas caracterizan el sector hospitalario cubano, en la actualidad los sistemas con una única fuente primaria de energía o esquemas de trigeneración en instalaciones del sector terciario se han extendido como forma racional de elevar la eficiencia exergética de la transformación, en comparación con los esquemas tradicionales de abastecimiento separado de dichos servicios.

La producción de agua helada para los sistemas de climatización representa en la mayoría de los casos el 50 % del consumo de energía eléctrica. En ese sentido se hace necesario conocer cuanto representa, en unidades energéticas y monetarias, dicha producción.

Todo estudio de eficiencia en sistemas térmicos debe encaminarse a incidir en aquellos lugares donde existan los mayores potenciales de ahorro.

La Termoeconomía permite, mediante los costos exergoeconómicos unitarios de los productos energéticos, potencia, calor y frío en este caso, analizar los puntos donde se encarecen los procesos y las potencialidades de ahorro.

Se presenta un estudio de caso de una instalación hospitalaria urbana, con un análisis exergoeconómico en condiciones de operación actuales.

Palabras clave: Termoeconomía, costo exergético, costo exergoeconómico, refrigeración.

Introducción

Las instalaciones hospitalarias constituyen un importante consumidor de portadores energéticos, principalmente energía eléctrica, utilizada para todo un conjunto de servicios principales (equipamiento quirúrgico, rayos x, tomografía, etc.) y auxiliares (iluminación, refrigeración, ventilación y condicionamiento de aire, etc.). consume, además, grandes cantidades de combustible en la generación de vapor, como portador energético de varios servicios importantes: cocina, esterilización, lavandería, etc. en el mundo se impone desde hace varios años la tendencia a racionalizar el consumo energético en los sectores básicos como la industria y la construcción, pero también en el sector terciario de la economía, compuesto principalmente de los procesos no productivos como la educación, la salud, los servicios, etc. es en este sector donde se generaliza cada vez más la utilización de sistemas integrados de abastecimiento de energía a base de cogeneración (producción combinada de calor y energía eléctrica) o trigeneración (incluyendo, además la refrigeración). Los sistemas de refrigeración por compresión de vapores de esta entidad son grandes consumidores de energía, la producción de agua fría para climatización es el producto final y tiene un costo asociado que mediante la aplicación de herramientas termoeconómicas podemos conocer.

El costo exergoeconómico

La Termoeconomía, ciencia de frontera entre la Termodinámica y la Economía permite armonizar los procedimientos de ambas ciencias. En particular, la teoría del costo exergético define magnitudes de análisis que ayudan a caracterizar las alternativas sometidas a análisis a partir de la determinación del costo exergético unitario de los productos (o servicios energéticos), definido como la cantidad de exergía que es necesario consumir para producir una unidad de exergía del producto. Esta magnitud resulta equivalente al inverso de la eficiencia exergética global del proceso productivo en cuestión, pero posee la ventaja evidente de que es posible seguir la evolución de los costos exergéticos y su degradación en el esquema productivo, lo que facilita descubrir y caracterizar sus puntos débiles, es decir, aquellos donde se producen las irreversibilidades más relevantes.

Si a los costos exergéticos se añaden aquellos otros que no están directamente relacionados con las cantidades de exergía consumidas directamente, como pueden ser los costos de inversión, fuerza de trabajo y mantenimiento y operación (no energética), se obtendrán entonces los costos exergoeconómicos, que referidos a la unidad de exergía producida, serían los costos exergoeconómicos unitarios de los productos energéticos, potencia, calor, y frío en este caso. Suponiendo un sistema productivo cualquiera, su balance exergoeconómico podría representarse esquemáticamente:

En el esquema, ?F y ?P representan los costos exergoeconómicos de los insumos y de los productos energéticos respectivamente, en $/s o en otra unidad conveniente de flujo monetario, Z representa el flujo monetario de los gastos no directamente energéticos (salarios, inversiones, O y M y otros) expresado en las mismas unidades. Resulta evidente la idea fundamental expresada de que el costo de los productos incluye el costo de los insumos energéticos incrementado con los gastos no energéticos implícitos en el proceso o instalación: