Refrigeració en protonteràpia: anàlisi dels sistemes òptims per a acceleradors i búnquers

Abstract

La refrigeració en entorns sanitaris d’alta exigència tèrmica és un dels reptes tècnics més rellevants del sector hospitalari, especialment en instal·lacions emergents com els centres de protonteràpia, on els acceleradors de protons generen una demanda de fred crítica per al funcionament segur i estable del tractament oncològic. En aquest context, el present treball analitza i compara diferents sistemes de refrigeració amb l’objectiu d’identificar les opcions òptimes per a la seva aplicació en acceleradors de protons i, més concretament, per al projecte d’un nou centre de protonteràpia a la ciutat de Barcelona. El nucli del treball es divideix en tres blocs d’anàlisi interrelacionats: eficiència energè- tica, cost i rendibilitat econòmica, i viabilitat tècnica. Aquests eixos estructuren l’estudi de tres alternatives tecnològiques representatives: un sistema aire-aigua, un sistema aigua-aigua amb torres de refrigeració, i un sistema geotèrmic. En primer lloc, s’aborden les condicions tèrmiques i operatives d’un centre de proton- teràpia, definint un cas base amb una demanda frigorífica de 2 acceleradors de 500 kW. A partir d’aquesta configuració, es dissenyen els tres sistemes, dimensionant els equips i les instal·lacions hidràuliques segons criteris normatius i de bon disseny. Posterior- ment, es quantifica l’eficiència energètica mitjançant indicadors com el consum elèctric anual i l’EER ponderat, identificant les diferències entre tecnologies. En segon lloc, es realitza un estudi econòmic complet que inclou l’estimació dels cos- tos d’inversió, operació i manteniment, així com el càlcul de paràmetres de rendibilitat a llarg termini (VAN, payback, ROI), tot considerant un horitzó temporal de 20 anys. Aquesta anàlisi permet valorar no només la despesa inicial, sinó també l’impacte eco- nòmic acumulat durant el cicle de vida de cada sistema. Finalment, es duu a terme una avaluació de la viabilitat tècnica que incorpora criteris qualitatius com l’espai disponible, la compatibilitat amb entorns hospitalaris o la faci- litat d’instal·lació i manteniment. Aquesta dimensió resulta especialment rellevant per contextualitzar els resultats en el cas concret de Barcelona, on condicionants urbans i estructurals limiten les opcions disponibles. Els resultats obtinguts mostren que el sistema aigua-aigua amb torres de refrigeració ofereix el millor equilibri entre eficiència, rendibilitat i viabilitat, tot i que el sistema aire-aigua amb freecooling destaca com a opció molt atractiva en entorns urbans per la seva simplicitat d’implantació. El sistema geotèrmic, tot i tenir una alta eficiència i ser el més rendible econòmicament a llarg termini, presenta limitacions importants d’inversió i execució en el context específic estudiat. En conjunt, el treball ha permès complir tots els objectius proposats, oferint una visió tècnica global, rigorosa i aplicable a futurs projectes d’instal·lació de sistemes tèrmics en centres de protonteràpia. A més, el procés ha suposat una oportunitat d’aprenentatge significativa pel que fa a la integració de coneixements adquirits durant el màster en l’àmbit de l’eficiència energètica, la gestió de projectes i l’enginyeria d’instal·lacions.