Tendencias del enfriamiento solar en México

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Las tecnologías de enfriamiento participan en los sectores industrial, comercial, residencial, servicios, energético, científico, tecnológico y educativo. Apesar de ello, se tiene poco conocimiento de su importancia y la manera en que influyen en la vida profesional y personal.

Por Dr. Isaac Pilatowsky Figueroa. Coordinación de Refrigeración y Bombas de Calor, CIE-UNAM.

México está situado en la banda de mayor intensidad de la irradiancia solar, con un promedio de 5 Kwh/m2 día

La refrigeración comercial es intensiva en el uso de la electricidad, a pesar de que en muchas regiones del país no se encuentran electrificadas, siendo la refrigeración solar una buena alternativa. México está situado en la banda de mayor intensidad de la irradiancia solar, con un promedio de 5 Kwh/m2  al día.

Desde hace más de 30 años, existen grupos de investigadores nacionales interesados en la aplicación e innovación tecnológica de la refrigeración solar, en particular para la climatización de espacios, la conservación de productos y la fabricación de hielo con los siguientes sistemas: amoniaco-agua, bromuro de litio-agua, cloruro de calcio-monometilamina, cloruro de bario-amoniaco y nitrato de litio-amoniaco, contribuyendo a la optimización de los diferentes componentes de estos ciclos, simulaciones y otras diferentes actividades.

México cuenta con una gran industria metal-mecánica, capaz de fabricar la mayor parte de los componentes de estos sistemas de porción, tales como condensadores, evaporadores, absorbedores y generadores de vapor.

Hace cerca de 50 años, se consolidaron empresas fabricantes, instaladoras y comercializadoras de sistemas de calentamiento solar, sin mencionar la experiencia de grandes instalaciones a nivel nacional e internacional.

Enfriamiento
La refrigeración y el acondicionamiento del aire son tecnologías que han contribuido al desarrollo social y económico de muchos países. Han permitido ampliar sus mercados externos, gracias al enfriamiento y la conservación de productos perecederos, y también permiten optimizar el desarrollo de las actividades humanas. La tecnología frigorífica es altamente intensiva en su consumo energético, sobre todo en los requerimientos de energía eléctrica, siendo necesario establecer principios y estrategias conducentes al ahorro energético y al uso eficiente de la energía, con un fuerte carácter de sustentabilidad.

Es sabido, además, que ciertos refrigerantes, como los clorofluorocarbonados (CFCs), que son liberados en el ambiente, afectan a la capa de ozono y contribuyen al efecto invernadero.

Todo lo anterior conduce a desarrollar sistemas de enfriamiento que operen con energías alternativas; tecnologías simples que pueden ser desarrolladas en cualquier país con una sólida industria metal-mecánica, que utilicen refrigerantes con un mínimo impacto ambiental y que además estén disponibles, que cuenten con personal científico y técnico para su desarrollo, instalación, operación y capacitación. Así, la refrigeración térmica puede ser una alternativa para coadyuvar a la resolución de la problemática planteada.

Enfriamiento solar
El uso de la energía solar puede tener una gran participación en la operación de los sistemas de refrigeración, ofreciendo la posibilidad de obtener un ahorro substancial de energía convencional  y disminuir el impacto ambiental. La refrigeración solar ofrece una gran variedad de opciones tecnológicas, que pueden operar por conversión térmica o fotovoltaica.

Zonas geográficas con potencial de uso de energía solar
Geográficamente, el uso de la energía solar es interesante en las zonas intertropicales, precisamente entre las latitudes situadas entre 10° norte del Trópico de Cáncer y 10° sur del Trópico de Capricornio. En esta región la irradiación promedio anual corresponde a cerca de 6 mil W/m2 sobre una superficie horizontal por día, con una diferencia máxima de cerca de 3 mil W/m2  por día.

En el interior de esta vasta zona existen:

  • Zonas tropicales áridas entre 15° y 35° de latitudes norte y sur, con insolación de cerca de 3 mil horas al año; con radiación solar representando 2 mil 300 a 4 mil 600 W/m2 día, en invierno, y 7 mil a 9 mil 300 W/m2 día, en verano.
  • Zonas ecuatoriales, 15° a cada lado del ecuador, con 2 mil 200 a 2 mil 400 horas de insolación y radiación solar, representando 3 mil 500 a 6 mil W/m2 día, a lo largo del año.

Tecnologías de refrigeración con mejores perspectivas para su acoplamiento a la energía solar 

a)         Ciclos de absorción
b)         Enfriamiento con desecantes
c)         Nuevos ciclos con absorbentes líquidos
d)         Sorción sólida en ciclos cerrados (reacciones termoquímicas y adsorción)
e)         Ciclos avanzados de eyección de vapor a bajas temperaturas de generación
f)          Ciclos avanzados combinados, como la deshumidificación con control convencional de temperatura

Las más utilizadas
1.         Colectores de placa plana (30-60 °C).
2.         Colectores de placa plana, con superficie selectiva y doble vidrio (40-90 ° C)
3.         Colectores de placa plana al vacío (50-130 °C)
4.         Colectores de placa plana con sistema de panal (80-120 °C)
5.         Colectores con concentración óptica
5.1       Colectores parabólicos compuestos (80-150 °C)
5.2       Colectores de canal parabólicos  (100-400 °C)

Perspectivas tecnológicas
Ciclos de absorción; enfriamiento con desecantes; nuevos ciclos de enfriamiento con absorbentes líquidos; absorción sólida en ciclos cerrados (termoquímicos y adsorción); ciclos avanzados de eyección de vapor a bajas temperaturas de generación; ciclos combinados avanzados como deshumidificación con control convencional de temperatura.

Aplicaciones
Aire acondicionado con temperaturas de operación entre 75 y 90 °C, con bromuro de litio-agua, para el enfriamiento de agua entre 8 y 10 °C y 120 a 160 °C; para la producción de bajas temperaturas entre -10 y -30 °C, utilizando soluciones de amoniaco, básicamente para la producción de hielo y usando colectores solares al vacío, con concentración o parabólicos compuestos, para evitar el sistema de seguimiento solar

Cubrir la demanda de hielo para conservación de perecederos, desarrollo de cámaras frigoríficas, congelación conservación de productos frescos y enfriamiento de espacios

Requerimientos para el desarrollo de la refrigeración solar
Estudios de mercado, en particular de unidades entre 2 y 5 toneladas de hielo
Infraestructura industrial para la producción de las unidades
Desarrollo industrial para la producción de colectores solares tipo CPC, siendo los más adecuados para la RS.

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