ESTUDIO TECNOECONÓMICO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA AUTÓNOMO DE GENERACIÓN DE OXÍGENO MEDICINAL EN EL HOSPITAL SEVERO OCHOA

Abstract

El aire atmosférico está compuesto en su gran mayoría por nitrógeno, oxígeno y argón. Si se analiza el oxígeno, éste tiene un papel fundamental en el ciclo energético de los seres vivos, ya que es un gas esencial en la respiración celular. Este gas es empleado en medicina para el tratamiento de enfermedades respiratorias y, en la gran mayoría de los casos, su suministro a centros médicos se realiza desde empresas externas por medio de bombonas. En la actualidad, existen distintos métodos y procesos de obtención de oxígeno a partir de aire atmosférico. Por un lado, está la destilación criogénica, que hasta la fecha es el método más empleado, aunque se trata de una operación costosa debido a las bajas temperaturas que es necesario alcanzar. El segundo método es la adsorción por oscilación de presión (PSA), el cual se trata de hacer pasar una corriente de aire a una presión elevada por un lecho adsorbente en el que quedan retenidos aquellos componentes que se quieren separar, obteniendo una corriente de oxígeno con una pureza elevada. Otra opción de separación de oxígeno son las membranas. Se trata del método menos extendido por su menor madurez técnica, pero con el que mayores purezas se pueden llegar a alcanzar independientemente el grado de producción deseado, ya que se emplean membranas que dejan pasar prácticamente el 100% del oxígeno de la corriente que las atraviesa, quedando el resto de los componentes del aire en la corriente de retenido. El presente Trabajo Fin de Grado tiene como principal objetivo analizar desde un punto de vista tecno-económico dos de las alternativas tecnológicas para la obtención de oxígeno de calidad medicinal según las necesidades actuales del Hospital Severo Ochoa (Leganés, Madrid): unidad Pressure Swing Adsorption (PSA) y unidad de separación mediante membranas. La elección de la alternativa más adecuada se realizará llevando a cabo un análisis económico tras asegurar primero su viabilidad técnica. La primera alternativa de estudio, la unidad PSA, plantea comprimir una corriente de aire hasta alcanzar 3 bar de presión, filtrarla y secarla, para hacerla pasar a una temperatura de 20 °C por un lecho de adsorción compuesto por zeolita 13X. En el lecho quedará retenido el nitrógeno, saliendo por cabeza una corriente de oxígeno, hasta que se produzca la saturación del adsorbente. En ese momento, mediante la apertura de determinadas válvulas, se disminuye la presión del sistema, haciendo que el lecho se regenere y se expulse el nitrógeno retenido. Este proceso se repite de forma cíclica, llegando a obtener una corriente de oxígeno con una pureza de 97,7% que permite el abastecimiento del hospital y cuyo coste es de 0,92 €/m3. La segunda alternativa planteada, la unidad de membranas, es ciertamente similar a la anterior, aunque el aire comprimido (a 8 bar en este caso), filtrado y secado, se calienta en un cambiador de calor hasta alcanzar 900 °C. En ese momento se hace pasar por una membrana cerámica de conducción mixta iónica-electrónica, en concreto Ce0,9Gd0,1O2¿¿ - La0,6Sr0,4FeO3¿¿ (CGO ¿ LSFO), altamente selectiva al oxígeno y con una geometría de módulo de fibra hueca. Dicha membrana permite la separación del oxígeno presente en la corriente alimento, quedando el nitrógeno y otros posibles elementos contenidos en el aire en menor proporción en la corriente de retenido. Con este proceso se obtiene una corriente de oxígeno con una pureza del 99%, capaz de abastecer la demanda del hospital y con un coste del oxígeno de 1,27 €/m3. Haciendo una comparación económica de ambas propuestas con el suministro actual del hospital, se demuestra que la unidad PSA supone un 80% de ahorro, llegando a amortizar la inversión inicial del proyecto en apenas 2 años y medio, mientras que la unidad de membrana también tiene unos resultados positivos, esto es un 72% de ahorro frente al suministro actual, aunque el periodo de amortización es algo superior, siendo de poco más de 3 años.