Por: Periódico de la Universidad Nacional - Periódico Unal. Foto de portada: UCI del Hospital Departamental San Juan de Dios de Puerto Carreño, como por ejemplo, las UCI. Fuente: Luis Miguel León, magíster en Ingeniería Eléctrica.
Puerto Carreño, capital del departamento del Vichada (Orinoquia), se encuentra casi en la punta final del mapa colombiano, separado de Venezuela por el río Orinoco. Justo por este río, hasta inicios de 2021 se suministraba energía al municipio a través de la red eléctrica venezolana. Por medio de un cable de media tensión que atravesaba el río “llegaba la luz” a este municipio de 14.767 habitantes, según el Departamento Administrativo Nacional de Estadística (DANE).
En medio de ambos países está el Hospital Departamental San Juan de Dios, “la única institución prestadora de servicios de salud (IPS) del departamento”, afirma Yonik Lesmes, subgerente administrativo y financiero del Hospital, que no solo atiende a los habitantes de Puerto Carreño, sino que también abarca los municipios de Primavera, Cumaribo y Santa Rosalía.
Por sus condiciones geográficas, en el Vichada la distancia entre las zonas rurales dispersas del casco urbano dificulta la atención en salud para sus habitantes. El funcionario Lesmes cuenta que dentro de la labor del hospital realizan jornadas extramurales para poder atender a pacientes de comunidades indígenas y étnicas del departamento que se encuentran en zonas rurales.
La sede principal del Hospital queda en Puerto Carreño, la capital del departamento, las cosas para esta institución y sus pacientes no son más fáciles. Siendo un hospital de nivel 2 con cerca de 345 camas y servicios de hospitalización, Unidad de Cuidados Intensivos (UCI), cirugía, consulta externa y demás, la falta de energía eléctrica dificulta la atención oportuna.
A pesar de contar generadores de diésel de respaldo, el Hospital se ve afectado por la intermitencia en el servicio de energía eléctrica. “Las fluctuaciones de energía son situaciones que a nosotros nos afectan. Por ejemplo, tenemos equipos de alta complejidad que se pueden descalibrar y eso nos impacta en los diagnósticos oportunos y puntuales”, expresa el subgerente del Hospital.
Para un hospital, un minuto sin “luz” puede significar incluso la pérdida de una vida. Precisamente esta situación es la que pretende solucionar el proyecto de micrroredes del grupo de investigación EMC-UN de la UNAL Sede Bogotá, del cual es miembro el profesor Camilo Andrés Cortés Guerrero, quienes propone un sistema local e independiente de energía fotovoltaica y sistemas de almacenamiento híbrido que sería la solución al problema del hospital.
¿Qué es una microrred?
El docente de la UNAL y director del proyecto explica que “una microrred es una red autónoma local de generación y distribución de energía que, como su nombre lo indica es de tamaño pequeño. La cual puede funcionar conectada a la red principal, o cuando se requiera, funcionar de forma aislada abasteciendo a los equipos en su interior”. El profesor Roberto Bernal, de la UNAL Sede Orinoquia, complementa diciendo que “para el caso del proyecto se está trabajando principalmente con energía solar fotovoltaica”.
El sistema que buscan implementar tiene una particularidad, y es que trabaja con un almacenamiento de energía híbrido: uno por batería y otro por supercapacitores o ultracapacitores.
Un supercapacitor es un sistema de almacenamiento de energía que permite entregar grandes cantidades de potencia en un tiempo relativamente corto.
“Encontramos que esta tecnología de almacenamiento híbrido con supercapacitores mejora las capacidades del rendimiento de la batería”, explica el ingeniero eléctrico Luis Miguel León.
Por su parte, el docente Cortés agrega que “en nuestros trabajos previos hemos avanzado en supercapacitores en combinación del sistema de baterías, esto se conoce como un sistema híbrido de almacenamiento”. La tecnología de almacenamiento por supercapacitor permite almacenar, entregar o consumir grandes valores de corrientes de energía eléctrica, una acción que a las baterías por sí solas les cuesta mucho y eventualmente las deteriora.
Desarrollo de software, innovación del proyecto
Además del Hospital, el proyecto también tuvo en cuenta la Gobernación de Vichada como otra carga crítica para implementar de microrredes. Modelar estas cargas y obtener el dimensionamiento de cada microrred fue posible gracias al desarrollo de una herramienta en Python, un lenguaje de programación mediante el cual se pudieron realizar los diseños de forma óptima.
Esta herramienta se basa en la solución de un problema matemático modelado en la estructura de programación lineal con enteros mixtos (MILP). El investigador Cortés explica que “en este problema las variables que se introducen son enteras; por ejemplo 4 paneles solares, no puedo poner 3,5 paneles solares porque compro 3 o compro 4. Una situación diferente con la capacidad de la batería que se puede poner de forma lineal”.
“Este tipo de formulaciones se deben resolver matemáticamente con algoritmos de optimización, y justamente ese fue el desarrollo que generamos. Además, la herramienta considera la incertidumbre asociada con cada variable, lo que aumenta su complejidad”.
“Existen variables determinísticas como la altitud del mar, que es única. Pero otras son estocástico porque tienen la incertidumbre asociada, como por ejemplo la irradiación solar; aunque podemos tener datos históricos y predecir cuánto será, está asociada con cierta incertidumbre”.
Gracias al desarrollo de esta herramienta el modelo de microrred se puede expandir a casos de estudio en otras ZNI introduciendo datos como el comportamiento y la indisponibilidad de la red, además de datos asociados con el comportamiento eólico y la irradiación solar.
Esta optimización no solo resulta ser más precisa, sino que además reduce los costos, lo que podría incentivar la inversión en este tipo de proyectos.
De derecha a izquierda: David Romero, Camilo Cortés, Andrei Nicolai Rodríguez, Fabian Fracica y Óscar Serrano junto con el prototipo de microrredes que se encuentra en la UNAL Sede Bogotá.
La salud, la gran beneficiada
Las ZNI son municipios, corregimientos, localidades y caseríos que no están conectados al Sistema Eléctrico Interconectado Nacional. Según la Comisión de Regulación de Energía y Gas (CREG), en estas zonas del país la prestación del servicio se hace especialmente mediante plantas de generación de diésel, paneles solares y pequeñas centrales hidroeléctricas. Sin embargo, la intermitencia es el común denominador en estos lugares.
La Corte Constitucional señaló la importancia de reconocer el acceso a la energía eléctrica como un derecho fundamental, ya que este permite el “disfrute de otros servicios y garantías fundamentales”. Uno de esos servicios fundamentales es la salud.
El Hospital Departamental San Juan de Dios es el centro médico más importante de Puerto Carreño; presta sus servicios de manera ambulatoria, urgencias y por medio de jornadas extramurales a gran parte del departamento. La sede de Puerto Carreño recibe alrededor de 800 pacientes al mes que asisten al departamento ambulatorio general del edificio, y otros 300 el departamento ambulatorio privado.
En el proceso de caracterización del Hospital, el grupo de investigación encontró que su carga promedio es de 890 kilovatios. “Como cualquier otro hospital, este cuenta con plantas de energía de respaldo; sin embargo, estas no entran en funcionamiento de manera inmediata, y por eso el Hospital estará sin energía unos minutos, y eso en general es muy crítico”, asegura el docente Cortés.
Los investigadores aseguran que, dada la alta carga del Hospital, no es viable actualmente suministrar energía a todo el edificio a través del uso de autogeneradores cuando la red principal no esté disponible. Por ello proponen una solución a través de la instalación de microrredes que prioriza el suministro de las cargas más importantes.
El docente Bernal asegura que “las microrredes son una alternativa que da autonomía a los lugares, en este caso los centros críticos. Con la microrred se puede tener un sistema autónomo, es un modelo que da ventajas sobre la red general”.
Para el funcionario Lesmes, “este proyecto es el panorama más alentador que tiene el Hospital. Con la implementación de las microrredes se mejoraría la calidad de la prestación del servicio, se disminuirían los costos de operación del Hospital, y sobre todo se mejoraría la calidad de vida de la población en general; con este modelo se puede suplir la demanda energética de las áreas críticas del Hospital”.
“Tener esta solución es vital para el centro de salud, especialmente si llega un paciente con un accidente grave o se presente un código azul (paro cardiorrespiratorio); podemos hacer esa atención inmediata porque tenemos un sistema de energías limpias (microrredes)”.
Las zonas críticas a las que se refiere el subgerente Lesmes también fueron valoradas por los investigadores. Cruzando la información del Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas de Colombia (apartado de instalaciones en instituciones médicas) con los datos suministrados por el hospital Departamental San Juan de Dios, se priorizan los puntos críticos que deben ser abastecidos por la microrred: salas para la atención de cuidados intermedios, UCI y quirófanos.
Consideran un valor constante de carga crítica a suplir de 10 kilovatios a través de la instalación del modelo de microrred. Para definir ese valor de la carga consideraron la variable “costo de energía no suministrada”, y así calculan además que el costo de energía con la microrred para la carga hospitalaria incrementaría en un 20%.
Para el Hospital se pretende implementar una microrred que contará con un sistema fotovoltaico, un sistema de almacenamiento híbrido y un generador de respaldo que funciona con combustible diésel.
