Refrigeración solar

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Actualmente, no sólo debemos preocuparnos por el costo en la adquisición de un producto de refrigeración, también debemos tener consideraciones de impacto ambiental en busca del mejor aprovechamiento energético.

Por Myriam Sánchez.

A causa del calentamiento global que padecemos en nuestros días, los cambios de temperatura se hacen presentes de una forma inesperada y drástica, lo cual se manifiesta con el calentamiento de la atmósfera terrestre y los océanos. Es por ello que los habitantes del globo terráqueo sufren las consecuencias de este efecto natural al tener que soportar veranos aún más calurosos de los acostumbrados.

Estar dentro de una atmósfera de confort llevó al ser humano a ingeniárselas para crear aparatos que lo ayudaran a sentirse dentro de un ambiente más placentero y cumplir ciertas necesidades, como mantener frescos algunos productos. Se inició con la invención del ventilador, para posteriormente pasar a los sistemas de aire acondicionado.

La adquisición de éstos ha presentado un incremento considerable en los últimos años, ya que, después de ser considerado como un accesorio elitista, se ha convertido en una necesidad para los hogares, negocios y empresas, principalmente. Sin embargo, qué tanto impacto ambiental provoca el alto consumo de este equipo de aire es un rasgo que se considera poco. Se debe tener en cuenta que con su utilización se realiza un gasto mayor en la red eléctrica y por lo tanto gran afectación ecológica.

Ante esta problemática, ingenieros especializados en el ramo se han preocupado por generar nuevas opciones de energía renovable, con las cuales se ofrece un ambiente refrescante en tiempos de calor y simultáneamente se cuida la ecología. Una de estas alternativas es la denominada “refrigeración solar” o “refrigeración ecológica”, la cual consiste en el mayor aprovechamiento del Sol.

Este tipo de tecnología tiene varias ventajas, como la sustitución de combustibles fósiles en muchas aplicaciones; la relación entre demanda y suministro es correspondiente (es decir, cuando mayor energía solar se necesita, también es cuando hay mayor disponibilidad del recurso); la correspondencia entre las tecnologías y necesidades energéticas de las edificaciones es excelente, sustituye la instalación de líneas eléctricas en zonas protegidas.

La radiación solar llega al exterior de la atmósfera de la tierra en una cantidad conocida como constante solar, debido a su gran disponibilidad.

  • Gsc = 1367 W/m2
  • A la superficie llega un máximo de G 1000 W/m2
  • La cantidad promedio de energía que llega en un año es 2350 kW/h/m2

Con colectores de 20 por ciento de eficiencia se podría suplir el consumo total de energía mundial con 0.1 por ciento de la superficie total de la Tierra.

Para la refrigeración solar existen diversas tecnologías disponibles:

  • Sistemas fotovoltaicos
  • Sistemas de refrigeración por absorción

Sistemas fotovoltaicos
Estas unidades, al estar basadas en tecnología desarrollada por la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio, representan una importante evolución para la refrigeración fotovoltaica por eliminar la utilización de baterías y un convertidor.

Este refrigerador permite el rastreo de puntos pico de energía del panel fotovoltaico y la eliminación de baterías del sistema por medio de la conservación de la energía eléctrica en forma de almacenamiento térmico. Hace una conexión directa con el sistema de refrigeración por comprensión de vapor y el panel fotovoltaico, después de haber realizado una mezcla de propilenglicol y agua con material de cambio de fase, contenido en un gabinete de refrigerador aislado, que desarrolla un sistema de control basado en un microprocesador. Éste realiza el enlace directo de un panel fotovoltaico a un compresor con motor de corriente directa y velocidad variable. De esta forma, el refrigerador solar almacena la energía térmica en un material de cambio de fase y no en una batería.

El equipo está conformado por la utilización de un gabinete de aislamiento estándar y una solución no tóxica basada en agua, con buenas propiedades de congelamiento, con lo que se calcula que una cantidad de material de almacenamiento térmico, basándose en la tasa de fuga térmica del gabinete, puede proporcionar siete días de almacenamiento frío con una temperatura ambiente promedio de 29.5 ºC (85 ºF).

Para que el sistema sea eficaz, hay que tener en cuenta que un mal contacto entre el material de almacenamiento térmico y el evaporador del sistema de refrigeración reduce la capacidad de enfriamiento del compresor. El material de cambio de fase se almacena en contenedores colocados contra la pared interior fría del gabinete del refrigerador, detrás de un revestimiento de polietileno, que mantiene el contenedor en su lugar y oculta los contenedores de almacenamiento térmico.

Para lograr su funcionamiento con el uso de paneles solares, se utiliza un compresor de corriente directa, de velocidad variable, que permite que opere más tiempo durante el día y aproveche al máximo el recurso solar variable. Caso contrario si se utiliza un compresor de velocidad fija, ya que con éste sólo se podría utilizar cerca de 50 por ciento del recurso solar debido a que no podría enfriar muy temprano por la mañana, ni entrada la tarde. Esto representa un desperdicio de energía durante el mediodía.

La velocidad se controla mediante un microprocesador para maximizarlo, también lleva a cabo pruebas de carga del sistema antes de arrancar el compresor, control adicional de velocidad y control de temperatura del gabinete, según se necesite, para mantener la energía del compresor.

A0CG0000285El refrigerador libre de baterías obtiene al menos cuatro horas de sol por día, utilizando el compresor de velocidad variable y el rastreo de energía pico.

La operación de esta unidad refrigerante, con la utilización de un módulo FV y el almacenamiento de hielo, ofrece expectativas de consumo de aproximadamente 55 W, optimizando tiempos y mejorando la calidad de vida por su gran desempeño.

A0CG0000286Sistema de refrigeración por absorción
Las aplicaciones industriales termodinámicas de la absorción de un vapor por un líquido se basan en la capacidad que tienen algunas sustancias para absorber en fase líquida vapores de otras sustancias con un bajo consumo eléctrico.

A través de colectores solares se capta la energía solar para calentar el agua a altas temperaturas y conseguir la evaporación del líquido, el cual permite el enfriamiento de un fluido secundario en el intercambio de calor. Para el intercambio de calor se necesitan dos fluidos: uno refrigerante y otro absorbente. Por ejemplo, el amoniaco y el agua destilada actuarían como refrigerantes, mientras que el agua y la solución de Bromuro de Litio serían absorbentes.

La forma en que funciona el sistema consiste en que el agua es calentada por el Sol y cede calor al absorbente, de manera que se consigue el agua fría. Luego, el absorbente vuelve a ceder calor a otra sustancia que actúe como refrigerante para regenerarse y volver a hacer su función.

Con temperaturas de 80 ºC es suficiente para los sistemas de efecto simple, los cuales utilizan colectores planos; pero los de doble efecto deben utilizar colectores de vacío, con  los que se requieren temperaturas de 150 grados centígrados.

Estos equipos cuentan con un COP (Coeficient of Performance) muy bajo, sobre todo en comparación con los generados por compresión mecánica. Una máquina de absorción de una etapa con Bromuro de Litio no supera 0.7; mientras que el de doble etapa puede ser de hasta 1.2.

A0CG0000287Las tres sustancias utilizadas en este sistema tienen un comportamiento muy favorable con el medioambiente; si acaso, en lo que se refiere al amoniaco, puede ser peligroso para el ser humano en caso de existir fugas o malos manejos (ver tabla 3).

Con esta tecnología en refrigeración se logra una mejor calidad de vida al contribuir con el ahorro energético y el uso de energía renovable, limpia e inagotable. Disponer de frío solar en verano se convierte en un beneficio técnico, económico y viable.

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