Integración de energía solar fotovoltaica y electrolizador PEM para la producción autónoma de oxígeno médico, caso de estudio Hospital Teodoro Maldonado Carbo 2019-2022

Resumen

El oxígeno y el hidrógeno son elementos esenciales en el ámbito médico, especialmente en tratamientos respiratorios de unidades de cuidados intensivos. La pandemia de COVID-19 en 2020 puso de manifiesto la creciente demanda de oxígeno medicinal y las limitaciones de los hospitales que dependen exclusivamente de proveedores externos. Este trabajo propone la simulación y optimización de un sistema híbrido basado en paneles solares fotovoltaicos (PV) acoplados a un electrolizador de membrana de intercambio protónico (PEM), aplicado al Hospital Teodoro Maldonado Carbo de Guayaquil, considerando registros de consumo de oxígeno desde 2019 hasta 2022. La metodología abarca el desarrollo de un modelo matemático que integra datos reales de irradiancia solar, temperatura ambiental y perfiles de demanda hospitalaria. Se analizaron variables críticas; intensidad, voltaje, potencia máxima, número de paneles y configuración del electrolizador, mediante un estudio techno-económico. Las simulaciones anuales mostraron que en 2022 el hospital consumió 438,46 t de oxígeno (un promedio de 36,54 t/mes), siendo este el año de mayor demanda. Sobre esta base, la configuración óptima económicamente consiste en un electrolizador de 24 celdas con un área activa de 6 cm² cada una, respaldado por 4 778 paneles solares. Bajo esta configuración, el costo de producción de oxígeno asciende a US $ 0,5212 por kilogramo, incluyendo la generación simultánea de hidrógeno como subproducto. Los resultados de simulación confirman que este sistema PV-EL optimizado puede cubrir de forma continua y autónoma la demanda de oxígeno del hospital, reduciendo la dependencia de suministros externos y fortaleciendo la resiliencia operativa ante futuras crisis sanitarias. Este estudio demuestra la viabilidad técnica y económica de integrar tecnologías renovables para asegurar el suministro de oxígeno médico, aportando una solución sostenible y adaptable a las necesidades reales de los centros de salud.