A pesar de que los sistemas de refrigeración solar cuentan con casi cuatro décadas de existencia, permiten disminuir el consumo de energía eléctrica y ofrecen una opción viable en lugares donde el acceso a la electricidad resulta complicado, su implementación en gran escala aún no se consolida. Diversas instituciones en México trabajan para extender su uso y contribuir a reducir las emisiones de GEI.
Cada uno de estos captadores solares requiere de distintos niveles de temperatura de operación y, por lo tanto, de captadores distintos, así que empleamos captadores planos, concentrados tipo CPC y tubos evacuados de alta eficiencia.
Karemm Danel / Fotografía: cortesía de Roberto Best y Brown.
México se encuentra entre los cinco países con mayor potencial de generación de energía solar a nivel mundial. Al día, su potencial bruto equivale a 5 kilowatts hora por cada metro cuadrado; es decir, 50 veces el total de energía eléctrica generada en el país.
En el Instituto de Energías Renovables de la UNAM (IER-UNAM), el doctor Roberto Best y Brown, investigador Titular del Centro de Investigación en Energía UNAM (CIE-UNAM), encabeza un proyecto de refrigeración que se sirve de la transformación de la radiación solar en energía térmica para hacer funcionar el sistema. Según comenta, esta tecnología permite disminuir, hasta su virtual eliminación, el uso de energía eléctrica y las consecuentes emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI), con lo que se convierte en una opción más en el combate contra el cambio climático.
En entrevista, el doctor Best y Brown detalla las características del proyecto, sus alcances actuales y las perspectivas tecnológicas que se tienen en el Instituto, en colaboración con instituciones académicas de diversas latitudes, para desarrollar mejores sistemas y difundir su uso a escala comercial. Un proyecto similar para el sector industrial ya se encuentra en marcha.
“Se debe tener claro que el sistema de refrigeración solar no puede operar durante todo el día, por lo que requiere siempre de un sistema de respaldo para cubrir las necesidades de refrigeración del lugar donde se instale”: doctor Roberto Best y brown
Mundo HVACR (MH): ¿Cómo surge la iniciativa para trabajar con energía solar en refrigeración?
Roberto Best (RB): El uso de la energía solar para producir frío nace de la necesidad de encontrar alternativas al uso de la energía eléctrica para la refrigeración, energía generada en su mayor parte a través de energía fósil, asociada con sus emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI). El consumo se incrementa año con año y se requiere satisfacer esa necesidad sin incrementar las emisiones y la instalación de nuevas plantas generadoras. Por otra parte, se tiene la relación directa, muy conveniente, de que a mayor necesidad de enfriamiento, se tiene mayor cantidad de radiación solar.
El uso de refrigeración tiene un amplio espectro, desde las necesidades a nivel doméstico o de pequeñas comunidades, hasta las grandes empresas agroindustriales que se encuentran en crecimiento en el país. En nuestro grupo de Refrigeración y Bombas de Calor del Instituto de Energías Renovables de la UNAM (IER-UNAM) nos hemos enfocado en el estudio de sistemas de refrigeración térmicos para este fin, empleando principalmente la tecnología de la refrigeración por absorción y, en menor grado, la refrigeración termoquímica y sistemas de refrigeración por eyectocompresión.
MH: ¿Quiénes colaboran?
RB: Se han desarrollado diversas fases en el proyecto de sistemas de refrigeración solar, en las cuales han colaborado, principalmente, investigadores del IER-UNAM; pero también se han desarrollado proyectos análogos con apoyos del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) y del Fondo de Cooperación Internacional en Ciencia y Tecnología Unión Europea-México, donde han participado instituciones europeas, españolas (Cartif) e italianas (Eurac).
También se realizó el Proyecto MEXISCO, con el apoyo del Instituto Italiano de Comercio Exterior y con la Colaboración de la FES Cuautitlán y el Politécnico de Milán, para analizar posibilidades de proyectos de refrigeración industrial.
Más recientemente se aprobó un proyecto de enfriamiento solar dentro del marco del Centro Mexicano de Innovación en Energía Solar (Cemie-sol), donde participan, además de la UNAM, la Universidad Autónoma de Baja California, el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, la Universidad Autónoma del estado de Morelos y el CIATEQ. El IER-UNAM también ha participado en programas de la Agencia Internacional de Energía, como el Programa de Enfriamiento y Calentamiento Solar.
MH: ¿Cuáles son los beneficios?
RB: Los beneficios son un menor consumo de energía eléctrica y, por lo tanto, disminución en las emisiones de GEI, además del uso de refrigerantes amigables con el medioambiente, como agua y amoniaco.
MH: ¿Cómo funciona el sistema?
RB: En estos refrigeradores el proceso de condensación y evaporación del refrigerante es igual que en los equipos de compresión; sin embargo, no se utiliza un compresor, sino dos intercambiadores térmicos llamados absorbedor y generador. El refrigerante es absorbido en el absorbedor por otro fluido, formando una mezcla que luego es separada en el generador por calentamiento, el cual regresa el fluido absorbente al absorbedor para absorber más refrigerante.
Utilizamos amoniaco como refrigerante, ya que se quiere obtener temperaturas por debajo de la congelación. Como absorbentes se utiliza agua, que es el absorbente tradicional; pero también hemos desarrollado sistemas que utilizan una solución de amoniaco con nitrato de litio, que tiene ventajas respecto del agua como absorbente, y en sistemas sólidos hemos probado con cloruro de bario. Cada uno de estos captadores solares requiere de distintos niveles de temperatura de operación y, por lo tanto, de captadores distintos, así que empleamos captadores planos, concentrados tipo CPC y tubos evacuados de alta eficiencia.
MH: ¿Qué tecnología se emplea en la refrigeración solar?
RB: Se emplean sistemas de refrigeración térmicos, como sistemas de refrigeración por absorción, sistemas de refrigeración por adsorción, sistemas termoquímicos y sistemas de refrigeración por eyectocompresión. Los refrigerantes para aplicaciones por debajo de 0 °C son el amoniaco, principalmente, y el metanol, en algunos casos, sobre todo cuando se usan sistemas por adsorción donde el adsorbente es carbón activado. Dichos sistemas, a su vez, están acoplados al sistema de calentamiento solar, que puede utilizar captadores de placa plana, captadores de tubos evacuados y, si se requiere mayor temperatura, concentradores con seguimiento o sin seguimiento.
Las temperaturas requeridas para la refrigeración están por arriba de 80 °C, y en sistemas donde el enfriamiento sea inferior a -10 °C se requieren temperaturas de entre 120 y 160 °C, por lo que se deben utilizar concentradores solares, CPC y concentradores cilíndrico-parabólicos, que requieren de seguimiento solar.
MH: ¿Cuáles son los requerimientos técnicos?
RB: Contar con el espacio suficiente para colocar los captadores de energía solar y, en muchos casos, con una torre de enfriamiento de agua; los demás requerimientos serían iguales que para cualquier sistema de refrigeración.
Se debe analizar la carga de frío y su distribución horaria diaria para determinar la fracción de tal carga que puede cubrir el sistema solar.
MH: ¿En qué lugares es posible utilizar este sistema?
RB: Se requiere de lugares con buena insolación durante todo el año, para calcular el área de captadores requerido y también analizar la distribución de la carga frigorífica, a fin de cubrir más horas los requerimientos de frío.
Estos sistemas requieren de espacio suficiente, así como de buena insolación durante todo el año con el objetivo de cubrir los requerimientos de frío
MH: ¿Cuáles son las consideraciones para su instalación?
RB: Se debe tener claro que el sistema de refrigeración solar es un sistema que no puede operar durante todo el día, por lo que requiere siempre de un sistema de respaldo para cubrir las necesidades de refrigeración. Cuando el sistema de refrigeración solar opera de acuerdo con las condiciones climáticas de diseño, podrá cubrir, en casos de sistemas pequeños, el ciento por ciento de los requerimientos, pero más comúnmente se cubre una fracción y se intenta llegar a 80 por ciento para reducir las horas de operación del sistema de enfriamiento convencional y, por lo tanto, ahorrar energía eléctrica.
MH: ¿Cuál es el tiempo de vida útil del sistema, qué mantenimiento requiere y qué precauciones se deben tener?
RB: Normalmente son sistemas confiables que tendrán una vida útil de 10 años o más. Los requerimientos de mantenimiento son pocos, ya que los únicos componentes móviles son las bombas de los sistemas de refrigeración y los captadores solares. Tampoco hay muchas necesidades especiales, porque normalmente estos sistemas vienen con todo lo necesario en cuanto a sobrepresión y sobrecalentamiento. Para mantener en buen estado la instalación sólo se requiere seguir las instrucciones de los fabricantes.
MH: ¿El sistema es un proyecto económicamente viable?
RB: El costo inicial de estos sistemas es todavía más alto que los sistemas convencionales, principalmente por el área de colectores solares requeridos; esto se tiene que analizar en cada caso, ya que si se tiene una necesidad de calentamiento al mismo tiempo que la de frío, el mismo sistema puede cubrir ambas y se vuelve más viable económicamente.
MH: ¿Existe alguna normativa bajo la cual se rija dicho sistema?
RB: Hasta ahora no existe una norma internacional sobre los sistemas térmicos de refrigeración solar. Se está trabajando muy intensamente en la Unión Europea, por ejemplo, a través del programa de Calentamiento y Enfriamiento Solar de la Agencia Internacional de Energía.
MH: ¿Quiénes han sido los más interesados en impulsar económicamente y por medio de difusión este sistema?
RB: Hay programas bastante fuertes en Europa para apoyar y difundir esta tecnología, así como programas nacionales en varios países preocupados por la demanda de energía eléctrica para la refrigeración. En México se ha manifestado el desarrollo de estos sistemas como un área de mucho interés a través de las convocatorias de la Sener y del Conacyt, donde se han apoyado proyectos para el desarrollo de prototipos nacionales y montar a mediano plazo sistemas demostrativos en algún lugar del país. El IER participa en estos programas y es el líder en el más reciente del Cemie-sol, que se otorgó a principios de este año.
MH: ¿Existe algún caso de éxito?
RB: Un sistema intermitente de pequeña capacidad para la producción de hielo. El prototipo está diseñado para la producción de 5 a 10 kg de hielo por día y está protegido por una patente. Aún requiere de una intensa etapa de investigación y desarrollo para lograr un sistema más barato y con mucha mayor confiabilidad; es una etapa donde se espera trabajar con una empresa interesada en su desarrollo comercial.
MH: ¿Hay proyectos en desarrollo?
RB: Estamos iniciando un proyecto para la operación de cámaras frigoríficas con energía solar, con la idea de tener una cámara de conservación de productos muy cercano o por debajo de los 0 °C, que deberá estar en funcionamiento demostrativo en los siguientes tres años.
———————————————————————————————————————————————–
