Optimización económico-ambiental de sistema de concentradores de canal parabólico para calor de proceso industrial mediante herramientas de cómputo avanzado

Abstract

El presente trabajo propone un análisis económico y ambiental para el diseño de sistemas de calor solar y su incorporación al sector industrial. Se implementó una nueva metodología computacional para auxiliar en el proceso de integración sustentable de la tecnología fototérmica de colectores cilíndrico parabólicos de pequeña escala en las actividades industriales de baja y mediana entalpía. Se utilizó una red neuronal artificial multivariada misma que involucra aspectos ambientales, operativos y económicos para transferir el fenómeno en estudio a un modelo matemático de salida múltiple de computación simple y rápido. La compensación óptima entre los beneficios ambientales y la viabilidad de la inversión del diseño de la planta solar híbrida se obtuvo empleando un proceso de optimización de objetivos múltiples. Las funciones objetivo consideran la maximización en la mitigación de CO2 y el valor presente neto, así como la minimización del costo total del ciclo de vida. El resultado óptimo final se seleccionó utilizando el método de toma de decisiones TOPSIS. Adicionalmente, se realizó un análisis de sensibilidad para informar el rendimiento del sistema con respecto al tipo de combustible de la caldera de respaldo, la región climática, el volumen del tanque de almacenamiento y el área del campo solar. El trabajo contempló el caso de estudio de una planta termosolar basada en colectores parabólicos integrados en un proceso industrial preexistente en México. El estudio consideró cuatro de las regiones climáticas más comunes y los combustibles fósiles para calefacción más representativos en el sector industrial nacional. Según los resultados, la mejor rentabilidad y la mitigación de CO2 se lograron en las regiones de clima templado. Además, se identificó al diésel como el escenario de combustible de respaldo más rentable; y el gas natural como el menos viable. El análisis de la contribución energética demostró que la implementación de colectores cilíndrico parabólicos en el proceso industrial cubre entre el 40% y el 80% de la energía requerida, según la región climática. La metodología presentada constituye una herramienta computacional rápida y de bajo costo que facilita la toma de decisiones para la implementación de sistemas de procesos industriales de calor solar. Además, se puede adaptar a otros procesos industriales con diversas tecnologías fototérmicas para la generación de calor limpio.