Estudio comparativo sobre refrigeradores domésticos no convencionales

Este artículo tiene como objetivo presentar parte de un estudio comparativo sobre refrigeradores no convencionales (solares, fotovoltaicos (FV), DC, compresión de vapor, termoeléctricos, absorción y adsorción) realizado como parte del proyecto denominado “Enser doméstico híbrido”.

Se muestra la metodología de comparación de los tipos de sistemas de refrigeración usados en refrigeradores residenciales comerciales no convencionales, patentes sobre refrigeradores no convencionales y tecnologías recientes utilizadas en este tipo de refrigeradores. Mostrando también cómo se relacionan estas tecnologías, cuáles predominan en el mercado actual y algunas tendencias de diseño sobre este tipo de equipos.

Doctor Vicente Borja Ramírez

INTRODUCCIÓN

La principal forma de generar energía eléctrica en la actualidad es a través de plantas termoeléctricas, las cuales abarcan el 45% de la capacidad efectiva instalada en México. La energía eléctrica producida por las plantas termoeléctricas, se obtiene a partir de fuentes de energía primaria como los hidrocarburos y el carbón.

El gradual agotamiento y la difícil extracción de las reservas de fuentes de energía primaria, han provocado el aumento de su valor monetario y, por lo tanto, el incremento del costo de la energía eléctrica. De esta forma, el crecimiento de la industria de energías renovables, entre ellas la solar, se verá beneficiada a largo plazo, ya que ese tipo de fuentes de energía son inagotables y no tienen costo.

De acuerdo con el Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica (Fide), el refrigerador ocupa el segundo lugar dentro del consumo de energía eléctrica de una vivienda (sin aire acondicionado) en México. De ahí, la importancia de impulsar el desarrollo de sistemas de refrigeración alternos que funcionen con fuentes de energía renovable que minimicen el consumo de energía eléctrica de la red eléctrica convencional (REC).

Cuando se diseña y desarrolla un producto como puede ser un refrigerador, una etapa previa a la generación de conceptos es la búsqueda de información, lo que nos brinda la confianza de que se han explorado sino todas, una gran parte de las alternativas.

Ulrich y Eppinger (2008) recomiendan realizar una búsqueda externa e interna previa al desarrollo conceptual.

Una búsqueda externa puede incluir un estudio comparativo, que puede contener la consulta de expertos, búsqueda-análisis de patentes, búsqueda-análisis de productos comerciales, generación de marcos comparativos e investigación sobre la tecnología utilizada.

ANTECEDENTES

La refrigeración solar ha tenido grandes avances tecnológicos y abarca diversos sistemas de enfriamiento. Los equipos fotovoltaicos han sido ampliamente usados en el sector salud. A finales de 1985, se habían instalado 600 refrigeradores solares FV en el mundo, en 1993 cerca de 3 mil 700, de los que la mitad se instalaron en África y a finales de los 90 fueron instalados 7 000 (Pilatowsky, 2004).

Se dice que algunos equipos de refrigeración con sistema de compresión de vapor de uso doméstico requieren entre 100 y 120 Watts de potencia fotovoltaica (FV) (Pilatowsky, 2004) o incluso menor en algunas regiones del país, como se ha demostrado en algunos artículos (Foster et al, 2009). Esta demanda de potencia FV irá en descenso conforme avance la tecnología de captación.

Metodología

Este estudio comparativo está basado en la metodología de búsqueda de información externa propuesta por Ulrich y Eppinger (2008).

Para la búsqueda de información, se consultaron páginas web, bases de datos en internet, folletos, revistas y algunos artículos con relación a la refrigeración no convencional.

Desarrollo del proceso

Se realizó una búsqueda extensiva sobre refrigeradores domésticos no convencionales comerciales. A la par de ir obteniendo información de los equipos, se elaboraron fichas técnicas, las cuales contienen la siguiente información: marca, modelos, dimensiones, sistema de refrigeración, tipo de aislante, consumo de energía eléctrica, valores de voltaje y precio, entre otras.

Así mismo, se hizo una búsqueda de patentes sobre refrigeradores no convencionales, enfocados al uso de energías renovables y tecnologías alternas al ciclo de compresión de vapor a través del buscador en línea Free Patents Online y en la base de datos de la Organización Mundial de la Propiedad Intelectual (OMPI, WIPO por sus siglas en inglés). Se localizaron 35 patentes sobre el tema, de las cuales fueron analizadas un total de 18. Las patentes incluyen refrigeradores termoeléctricos, híbridos (energía solar y eléctrica convencional), de absorción, adsorción y de compresión de vapor. Su análisis consistió en la elaboración de 18 fichas técnicas que sintetizan su principio de funcionamiento, componentes principales, se incluyen figuras y esquemas representativos de los sistemas de refrigeración.

Basándose en estos dos tipos de fichas (refrigeradores comerciales y patentes analizadas, no convencionales y enfocados al uso de energías renovables) se realizó un análisis y una identificación de los componentes principales de los refrigeradores comerciales.

Marcos comparativos

Estas representaciones gráficas sirvieron para identificar nichos de mercado y detectar oportunidades para la innovación. Éstos representaron gráficamente la información recopilada con refrigeradores comerciales domésticos no convencionales y en la búsqueda de patentes. Para la elaboración de estas representaciones se involucraron aspectos como el costo, el uso de energías renovables y tecnologías de refrigeración existentes en el mercado (figura 1).

Mediante la búsqueda y análisis de información de refrigeración solar y equipos comerciales domésticos no convencionales, se detectaron las distintas tecnologías utilizadas en patentes y refrigeradores comerciales:

Tipo de tecnologías encontradas en refrigeradores comerciales y patentes

Se identificaron 34 equipos de refrigeración doméstica no convencional de 11 empresas enfocadas a la refrigeración doméstica utilizando fuentes de energía alterna a la REC:

• Promethean Power Systems
• Sun Danzer
• Sun Frost
• Dometic
• Solarchill
• Solar Power Inc.
• Solatron Technologies
• Sub-Zero
• Polar Power Inc.
• Shangyu Electronic CO.
• Crystal Cold

De las anteriores se encontraron diversos sistemas:

13 Fotovoltaicos autónomos con sistema de compresión de vapor.

1 Con sistema híbrido de refrigeración (compresión de vapor-celdas termoeléctricas) y abastecido por paneles FV.

1 Solar con sistema de refrigeración por absorción.

12 DC autónomos con la posibilidad de usar Panel/es FV como medio de alimentación.

4 Gas como alimentación – absorción como sistema de refrigeración.

3 Híbridos (gas-electricidad) como alimentación y absorción como sistema de refrigeración.

En el análisis de los 34 equipos de refrigeradores no convencionales existentes en el mercado, sólo se encontraron refrigeradores con sistemas de enfriamiento del tipo: termoeléctrico, de absorción y de compresión de vapor (y algunas combinaciones como termoeléctrico-compresión). Algunos de los anteriores eran híbridos en su sistema de suministro de energía o solo contaban con un solo medio de alimentación energética.

Basándose en los dos tipos de fichas mencionadas (refrigeradores comerciales y patentes analizadas, no convencionales y enfocados al uso de energías renovables) se identificaron alrededor de 17 componentes predominantes los cuales son de gran utilidad en la etapa del desarrollo conceptual.

CONCLUSIONES Y TRABAJO POSTERIOR

Podemos decir que las tecnologías fototérmicas son mayoritariamente aplicadas a un uso externo al hogar, aplicaciones industriales como en la producción de hielo y a equipos integrales, siendo lo contrario para equipos fotovoltaicos (aplicaciones residenciales y modulares).

Por otro lado, los equipos fototérmicos resultan menos familiares a usuarios y técnicos, aunque estos ya tienen bastante tiempo de ser aplicados. Sin embargo, los sistemas de compresión predominan. En cuanto a los equipos termoeléctricos, su elevado costo es un impedimento para su aplicación, por lo que son usados mayoritariamente en refrigeración de baja escala (≤ 50-60 W de capacidad).

Hay que mencionar que las patentes más recientes van encaminadas no solo al almacenamiento eléctrico, sino al almacenamiento térmico e incremento de la eficiencia; para ello se procura la eliminación de controladores de carga, baterías e inversores para promover el uso de equipos de corriente continua y equipos con control electrónico de tal forma que incrementen la eficiencia en el manejo de energía fotovoltaica disponible.

Lo mencionado anteriormente concuerda con las tendencias de diseño mencionadas por Pérez et al, 2009, con lo cual se complementan ambas publicaciones.

En cuanto al trabajo posterior, los datos arrojados por este estudio comparativo han servido a la fecha en el proceso del proyecto “Enser doméstico híbrido”, los cuales contribuyeron al desarrollo conceptual del prototipo en actual construcción.

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