Los sistemas de refrigeración solar, capaces de cubrir la demanda climática del sector residencial, resultan una opción nada deleznable para la transición energética.
Por Melissa Rodríguez
El aire acondicionado que basa su funcionamiento en la radiación proveniente del Sol ha sido uno de los objetivos del sector del confort; sin embargo, diversos hechos técnicos han evitado que esa ambición de alto beneficio medioambiental sea una solución de ejecución comercial sencilla. Si bien es una tecnología alternativa que se encuentra en proceso de perfeccionamiento, su diversidad de aplicaciones será de gran ayuda para sustituir el uso y gasto de combustibles fósiles en el futuro inmediato.
En primer lugar, las tecnologías disponibles para la transformación del calor en frío son escasas. Por consiguiente, estas tecnologías sólo han alcanzado su madurez comercial en productos de gran potencia, sólo aptos para uso industrial. Los sistemas de refrigeración solar presentan peculiaridades que requieren incorporar un mayor grado de detalle, al considerar sus aplicaciones dimensionales y el incremento de la fracción de las energías renovables en su operación.
En México, la significativa incidencia de radiación solar permitiría cubrir la demanda de climatización y acondicionamiento de todos los edificios y viviendas en criterios de sustentabilidad. Por ello, el funcionamiento de los sistemas está comprometido con la viabilidad económica y la demanda energética.
Descripción del sistema
Dado que la mayor parte de la energía proviene de plantas termoeléctricas que consumen combustibles fósiles, que agotan el petróleo y producen importantes emisiones de gases de efecto invernadero, se ideó el sistema de refrigeración solar, un conjunto de sistemas alternativos a la refrigeración por compresión mecánica, que, en lugar de consumir grandes cantidades de energía eléctrica, consume energía térmica; es decir, calor de propiedad solar.
El sistema de refrigeración solar funciona a través de un inyectocompresor de vapor, mecanismo que trabaja a base de toberas, intercambiadoras de calor y una pequeña bomba de fluido (único dispositivo móvil). Las toberas operan el sistema supersónico; es decir, la expansión del fluido, el cual alcanza velocidades que superan a la del sonido; su función es reemplazar al compresor mecánico tradicional.
La sustancia de trabajo que utiliza este sistema es un refrigerante (134a) y funciona cuando el fluido alcanza una temperatura que oscila entre 80 y 90 grados centígrados. Para calentar el refrigerante, se requiere de un sistema de captación solar que se instala en el techo de los lugares donde va ser utilizado, el cual, a través de un conjunto de tuberías, se conecta con el sistema de refrigeración colocado en las áreas internas del inmueble.
En el sistema por absorción, se sustituye el compresor (sistema de compresión térmica) y se integra un absorbedor que resguarda la solución de bromuro de litio y agua, en la que ésta trabaja como refrigerante a través del sistema de vacío; es decir, el agua debe encontrarse a una presión atmosférica menor a la de su punto de ebullición (entre 30 y 35 grados centígrados), para lo cual se utiliza un absorbedor, un sistema de intercambio de calor y un generador. Cuando se recibe una temperatura alta, el agua supera los 84 grados centígrados y se inicia el intercambio de calor dentro del generador, en donde se separa el agua que se encuentra a presión de vacío, lo que conduce a que se genere el efecto de enfriamiento. El agua que sobra se enfría a 70 grados centígrados y vuelve a introducirse en el sistema de calentamiento solar para volver a iniciar el ciclo.
El sistema entero fue diseñado para utilizar toda la energía térmica que se genere durante su funcionamiento, pues está construido a base de recuperadores de calor, que buscan optimizar las corrientes frías y calientes en su interior para hacer más eficiente al sistema y aprovechar íntegramente el calor en su interior.
Pueden ser aplicados en refrigeradores domésticos, en aparatos de aire acondicionado y en sistemas complejos de acondicionamiento de hasta cientos de toneladas de refrigeración. Sus mecanismos son intermitentes, por lo que tienen la capacidad de almacenar energía para que funcione durante la noche.
Para conseguir un mejor rendimiento energético, es fundamental reducir, en la medida de lo posible, tanto las pérdidas caloríficas en invierno, como los aportes indeseados en verano. Además, para mantener una situación de confort térmico, se debe tener en cuenta una serie de factores que influyen de manera significativa en la consecución de este fin. En una casa, por ejemplo, el intercambio térmico depende fundamentalmente de la diferencia de temperaturas interiores y la respuesta de la construcción frente a las condiciones externas, dependientes de la ganancia solar, y de su orientación.
Aplicaciones en México
Científicos del Centro de Investigación en Energía de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) se encuentran desarrollando el primer banco de pruebas para sistemas de refrigeración solar.
Aunque las dimensiones de este proyecto aún no son las deseables, se están buscando, en particular, nuevos fluidos de trabajo para sustituir al refrigerante 134a, lo que le permitiría incrementar su apertura comercial.
De manera paulatina, la UNAM ha estado probando el sistema de Aire Acondicionado Solar (AAS), un sistema de absorción que trabaja por medio de una solución de bromuro de litio y agua. Respecto de sus beneficios, ésta como refrigerante y aquél como absorbente son una combinación de sustancias de elevada seguridad, bajo precio, gran estabilidad y afinidad.
Esta iniciativa se fundamentó sobre los factores económicos que implica el consumo de energía por aire acondicionado tradicional, un gasto que asciende, en promedio, a 6 mil pesos mensuales para una familia de 4 integrantes en época de calor. La idea del proyecto es reducir el consumo a la mitad y que el prototipo final instalado alcance un precio de entre 30 y 35 mil pesos, con recuperación de la inversión en un plazo de dos años.
El ingeniero David Franco Martínez, responsable del área de Ahorro de Energía y Actualización de Monitoreos de Uso de Energía en la Facultad de Estudios Superiores Aragón de la UNAM, indicó que realizar sistemas de refrigeración a pequeña escala es un reto. Por ello, se estaría ahorrando alrededor de 20 kilowatts diarios con este sistema; es decir, entre 12 y 14 kilos de dióxido de carbono liberados a la atmósfera, y su peso de 1.5 toneladas de refrigeración es relativo al consumo de una casa habitada por entre 4 y 6 personas. Su vida útil es de 20 a 25 años.
Una vez que se puso en marcha el primer prototipo, se identificó baja eficiencia. El segundo prototipo será probado durante el primer cuatrimestre del 2013, además de que se analizará la relación costo-beneficio del sistema en aplicaciones reales. El objetivo a largo plazo es que la transferencia tecnológica y el proceso de manufactura se lleven a cabo en México, con el fin de generar fuentes de empleo en todo el país y obtener ahorros energéticos iniciales de 10 kilowatts por hora al día.
Impulso de proyectos
El doctor Rubén Dorantes Rodríguez, profesor titular del Departamento de Energía de la UAM, Unidad Azcapotzalco, menciona que, actualmente, el apoyo que se recibe para estos proyectos es limitado. “Por el momento no existe una patente en México; a escala internacional, este sistema no está siendo operado, por lo que gradualmente científicos y tecnólogos ingleses, belgas, franceses, norteamericanos, canadienses, chinos y árabes se encuentran en fase de creación”.
México es el único país que está desarrollando un sistema de refrigeración por inyecto-compresión, y muy posiblemente, en un par de años, China sea el primer país en comercializar este sistema.
Los sistemas de refrigeración solar aportan ventajas económicas para el usuario y de tipo ambiental para la comunidad en general; no obstante, en este tipo de proyectos es fundamental que se alcance una rentabilidad económica razonable que justifique la inversión y que, a la vez, sea cualitativamente igual a la refrigeración convencional, pues no cabe esperar que el usuario final renuncie a ello. Los proyectos son muy escalables y, desde luego, mientras más mejoras tecnológicas se apliquen, funcionará de forma más eficiente. “La tecnología nos genera un desafío intelectual, lo que mantiene a todos los investigadores e impulsores del sistema a flote para desarrollar sistemas que deben de ser útiles e importantes para el futuro”, finaliza el doctor Dorantes.
