Oportunidades del enfriamiento solar en la región iberoamericana · 2015-04-08 · juega un papel esencial en el desarrollo sostenible. Sin embargo existe una grande brecha entre

Oportunidades del enfriamiento solar

en la región iberoamericana

Isaac Pilatowsky Figueroa

OPORTUNIDADES DEL

ENFRIAMIENTO SOLAR

EN LA REGIÓN IBEROAMERICANA

Primera edición

Enero, 2012

Lima - Perú

© Isaac Pilatowsky Figueroa

PROYECTO LIBRO DIGITAL

PLD 0501

Editor: Víctor López Guzmán

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PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD)

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de investigación de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electró-nicas recomendadas.• Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales y mejorar la sustentación de sus presupuestos anuales en el Congreso.

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Lima - Perú, enero del 2011

“El conocimiento es útil solo si se difunde y aplica” Víctor López Guzmán Editor

OPORTUNIDADES DEL ENFRIAMIENTO SOLAR EN LA REGIÓN IBEROAMERICANA

Isaac Pilatowsky Figueroa Red Iberoamericana de Refrigeración y Aire Acondicionado Solar

Centro de Investigación en Energía, Universidad Nacional Autónoma de México Cerrada Xochicalco s/n, Colonia Centro, 62580, Temixco, Morelos, México

Resumen La geografía climática de Iberoamerica establece condiciones ambientales en donde se requiere de una infraestructura frigorífica capaz de brindar un manejo adecuado y oportuno de sus productos perecederos, así como de la creación y conservación de espacios climatizados para ofrecer bienestar. Existen en Iberoamerica varios grupos de trabajo que están desarrollando tecnologías frigoríficas, utilizando para su operación fuentes renovables de energía, en particular la solar, que han demostrado su viabilidad técnica. El desarrollo tecnológico de la refrigeración y el aire acondicionado solar podría tener un impacto importante sobre el desarrollo social y económico de la región iberoamericana, ofreciendo un recurso energético confiable, tal que, podría contribuir a la resolución de los problemas relacionados con la refrigeración y conservación de los productos alimentarios y medicamentos, así como con la climatización del hábitat, con un mínimo impacto ambiental. Abstract

Most Iberoamerican countries are located in geographic latitudes where the environmental conditions require a cooling infrastructure able to satisfy the needs for refrigeration of perishable products and air conditioning. There are in Iberoamerica several research groups working on cooling and refrigeration technologies, using renewable energy resources such as solar energy, which technical viability has been demonstrated. The development of solar assisted refrigeration and air conditioning systems could be important to improve the social and economical conditions in these regions. These technologies are based on a very reliable energy resource that can give a major contribution to the solution of the issue in refrigeration and conservation of food products, medicines, as well as climatization, with minimal environmental impact. Introducción La refrigeración y el acondicionamiento del aire son tecnologías que han contribuido al desarrollo social y económico de muchos países, ampliando sus mercados externos a través del enfriamiento y la conservación de productos perecederos, beneficiando sus mercados nacionales al ofrecer productos de alta calidad con períodos de conservación a más largo término y permitiendo optimizar el desarrollo de las actividades humanas al proporcionar bienestar a través del acondicionamiento del aire. 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. Además, es sabido que ciertos refrigerantes, como los clorofluorocarbonados (freones), producen un impacto ambiental al liberarse al ambiente, afectando a la capa estratosférica de ozono y contribuyendo al efecto invernadero (Edmonds, Wuebles and Scott, M.J., 1987). La tecnología de la refrigeración cubre un gran dominio de aplicaciones particularmente en la alimentación, la salud y en la generación de espacios confortables. Actualmente la refrigeración

juega un papel esencial en el desarrollo sostenible. Sin embargo existe una grande brecha entre países industrializados y los países en desarrollo, en términos de disponibilidad de equipo de refrigeración, en el conocimiento y en la capacitación. El impacto de la refrigeración y el aire acondicionado cubre tres dimensiones: la social, la económica y la ambiental. En los países industrializados, la refrigeración genera empleos, particularmente en la industria, comercio y los servicios, hace posible la preservación de productos perecederos en los diferentes niveles desde la producción o captura, hasta la distribución, asegurando el abasto alimentario a todas las poblaciones. Gracias a la mejora en la seguridad alimentaria, al desarrollo de nuevos equipos y herramientas en el sector médico, el sector promueve la salud y finalmente el aire acondicionado hace posible la generación de ambientes de trabajo con los niveles de temperatura y humedad deseados. Desde un punto de vista económico, se puede mencionar, el impacto de la industria de la refrigeración, en 1998, había de 700 a 1000 millones de refrigeradores domésticos, 240 millones de unidades de aire acondicionado y cerca de 300,000,000 m3 de bodegas frigoríficas en funcionamiento en todo el mundo. Las tablas 1 y 2 muestran el equipamiento de refrigeración en uso a

Seminario Internacional “Energía Solar, Medio Ambiente y Desarrollo”, Cusco -Perú

nivel mundial y la correspondiente estimación de ventas anuales de equipo de refrigeración, aire acondicionado y bombas de calor, respectivamente, (Internacional Institute of Refrigeration, 2002). En los países en desarrollo, el papel de la refrigeración, es menos marcado que en los industrializados, debido básicamente a la falta de equipamiento e insuficiencia en la transferencia tecnológica, sin embargo es muy significativo en los siguientes campos: • En el campo de la salud, el papel de la refrigeración en la inmunización de las poblaciones contra las enfermedades infecciosas gracias a los refrigeradores para la conservación de vacunas, incrementará la expectativa de vida y contribuirá a la erradicación de padecimientos como la poliomielitis. • El aire acondicionado contribuirá en el desarrollo social y económico en las regiones calientes y húmedas. • Las tecnologías de refrigeración tienen una importancia en muchos dominios, notablemente en el sector de los alimentos, en donde la reducción en las pérdidas de la pos-cosecha, la mejoría en la

seguridad alimentaria y la higiene, la promoción del comercio internacional y el aseguramiento del abasto alimentario, pueden ser objetivos de alta prioridad. Lo mismo es válido en el campo de la salud en donde se pueden prevenir los decesos debidos a la ingestión de alimentos en mal estado. Otro ejemplo de la brecha económica entre los países; en el año 1996 sólo el 33% de refrigeradores domésticos fabricados anualmente, fueron a los mercados de los países en desarrollo, cuando cerca del 80% de la población mundial vive en estas regiones. Desde un punto de vista ambiental, las actividades ligadas a la refrigeración, dentro del marco del desarrollo sustentable, tiene dos componentes: las emisiones atmosféricas de ciertos gases usados en las instalaciones frigoríficas y el CO2 , emitido en la generación de la energía requerida para la operación de estas plantas. Las emisiones de clorofluorocarbones y hidroclorofluorocarbones, impactan la capa de ozono y los hidrofluorocarbones tienen un efecto sobre el calentamiento global.

Tabla 1. Equipo de refrigeración instalado en uso en el mundo en 1998.

Fuente: Industry as partner for sustainable development, IIR, 2002) Sector de Actividad Número de equipos y plantas en servicio

Refrigeración doméstica 700 – 1000 millones (1) Refrigeración comercial Supermercados 117,000 (2) Unidades condensadoras 2,850,000 (3) Gabinetes aislados (exhibidores) 10,000,000 Misceláneos 13,250,000 Agro-alimentos Enfriadores de leche 5,000,000 (1) Refrigeración industrial Bodegas frigoríficas 300 millones de m3(5) Aire acondicionado (sistemas de aire frío) Aires acondicionados para cuartos 79 millones Unidades de paquete y abertura(splits) 89 millones Sistemas de abertura dividida (splits) 55 millones Sistemas unitarios comerciales 16 millones Aire acondicionado (sistemas de agua fría) 856,000 Transporte refrigerado Contenedores marinos 410,000 (6) Barcos 1,088 Transporte ferroviario 80,000 Transporte carretero 1,000,000 Marina mercante 30,000 Autobuses y camionetas 320,000 Transporte de gas licuado 71 (8) Aire acondicionado automotríz Autos de pasajeros y vehículos comerciales 380 millones (9) Bombas de calor Bombas de calor residenciales 110 millones (10) Bombas de calor en aplicaciones comerciales e institucionales 15 millones (10) Bombas de calor industriales 30,000 (10)


Todos los datos provienen del Programa de Naciones Unidas para el Ambiente UNEP (1988). Los otros datos provienen de: (1) Estimaciones del Instituto Internacional de Refrigeración, (2) áreas de venta mayores a los 400 m2, (3) pequeños cuartos fríos, máquinas expendedoras, etc, (4) máquinas de hielo, etc. (5) L. Mattarolo, 1990. (6)

Unidades actuales, de acuerdo al tamaño, (7) Barcos mayores a300 tonelas con bodegas frigoríficas y aire acondicionado. (8) Crosnier, 1992. (9) Representa el 51.7% del estimado de 740 millones de vehículos de pasajeros y comerciales en el 2000. (10) Agencia Internacional de Energía/ Centro de Bombas de Calor.

Tabla 2. Estimación de las ventas anuales mundiales de equipo de refrigeración, aire acondicionado y

bombas de calor. Fuente: Industry as partner for sustainable development, IIR, 2002)

Equipo Producción anual

(M = millon) Precio promedio de venta (USD)

Total (mil millones, USD)

Refrigeradores domésticos 82 M (1) 400 (2) 32.8 Refrigeración comercial 18.6 (3) Enfriadores de leche 2.4 Bodegas frigoríficas 15 M m3 (4) 133 (2) 2.0 Enfriadores de absorción 8,600 (5) 93,000 (5) 0.8 (6) Enfriadores centrífugos 8,000 (5) 116,000 (5) 0.9 (6) Enfriadores, reciprocantes, tornillo 114,000 (5) 20,000 (5) 2.3 Aire acondicionado (cuarto) 29.9 M (7) 700 (8) 20.9 Aire acondicionado (paquete) 9.8 M (7) 1,600 (8) 15.7 Enfriamiento por techos 6.5 (6) Vehículos de transporte refrigerados 135,000 (9) 15,500 (9) 2.0 Contenedores refrigerados 50,000 (9) 24,000 (9) 1.2 Aire acondicionado en vehículos de pasajeros 31 M (11) 900 (10) 27.9 Aire acondicionado en vehículos comerciales 11 M (11) 1500 (2) 16.5 Aire acondiconado en trenes y coches 40,000 (2) 7000 (8) 0.3 Bombas de calor residenciales 12.3 M (12) 1000 (2) 12.3 Bombas de calor comerciales 1.5 M 3000 (13) 4.5 Bombas de calor industriales 4000 250,000 (13) 1.0 Instalación de plantas de refrigeración 30.0 (2) TOTAL 198.6 (1) Producción mundial en 1966, (UNEP, 1998), (2) Estimación, (3) www.profound.com: (4) 1/20 de la capacidad de almacenamiento frigorífico en el mundo, (5) Producción mundial en 1997, (6) valor mundial, (7) Envios mundiales en al año 2000, (8) Estimación, (9) Carrier Transicold, 2001, (10) Automotive News Market Data Book, 1999. (11) Delphi Automotive Systems, (12) IEA/HPP, 2001, (13) El precio depende grandemente del tamaño, especialmente para bombas de calor comerciales e industriales. La mejoría en la eficiencia energética de las plantas de refrigeración, es de suma importancia, ya que reduce el efecto del calentamiento global, al disminuir la emisión de CO2 debida a la producción y consumo de energía para la operación de las plantas. Se estima que las emisiones de CO2 corresponden al 80% de la contribución del sector refrigeración al calentamiento global. El desarrollo del sector refrigeración en los países en desarrollo está limitado, entre otros factores, por:

• Educación para técnicos en refrigeración en buenas prácticas e instalaciones, no siempre disponibles:

• Mantenimiento insuficiente, causando grandes pérdidas de refrigerante y otras anomalías en las plantas

• Regeneración y destrucción de los refrigerantes escasa y dispersa.

Es posible identificar acciones que se pueden implementar en el sector: refrigeración doméstica, comercial e industrial, bodegas frigoríficas, aire acondicionado unitario, enfriadores de agua, transporte, y aire acondicionado móvil, definir objetivos en la reducción de emisiones, mediciones de la eficiencia energética, desarrollo de nuevas tecnologías y nuevos refrigerantes, retroconversión de plantas para el uso de nuevos refrigerantes. Se considera que a nivel internacional los sistemas de compresión de vapor dominarán el mercado en los próximos 20 años. El reto está en desarrollar estos sistemas que sean amigables ambientalmente, eficientes en el uso de la energía, robustos y sustentables, costo-efectivo y seguros para los usuarios.


http://www.profound.com/

Existen tecnologías de refrigeración y aplicaciones diferentes a las de compresión de vapor que podrían jugar un papel muy importante para el aseguramiento del desarrollo sustentable. Dentro de estas propuestas están las siguientes: • Los sistemas de enfriamiento basados en los

principios de la absorción y la adsorción, los cuales a menudo son operados con fuego directo usando combustibles, son medios prácticos para el abasto de frío a nivel comercial e industrial, que no requieren de un desarrollo de infraestructura eléctrica y puede ser limitante la disponibilidad de capital en los países en desarrollo. El aire acondicionado utilizando sistemas por absorción, bajo la forma de grandes enfriadores para aplicaciones en edificaciones, comerciales e industriales, son las más generalizados hasta ahora. El inconveniente principal son las bajas eficiencias térmicas. Se considera necesario un futuro desarrollo y simplificaciones tecnológicas para que tengan una más amplia utilización.

• La refrigeración solar es una tecnología que podría darse en prioridad cuando se escoja opciones de sustentabilidad en los países en desarrollo. El crecimiento en la demanda de hielo para productos perecederos, el desarrollo de bodegas frigoríficas para el almacenamiento de alimentos, la congelación de productos frescos y cocinados, aplicaciones para la climatización de espacios, entre otras aplicaciones de la refrigeración son sólo un ejemplo del potencial de aplicaciones de esta tecnología.

• La tecnología de desecantes incluye un amplio espectro de sistemas que suministran enfriamiento, deshumidificación y ventilación, con el objeto de controlar la calidad del espacio interior en los sectores industriales, comerciales y vivienda.

• La trigeneración, que es una combinación de enfriamiento, calor y generación de potencia, tiene beneficios considerables desde un punto de vista energético. Esto permite de manera parcial o total, utilizar el calor disipado al ambiente como el residual generado durante la producción de energía eléctrica y usar parte de esta en aplicaciones de refrigeración. El desarrollo de plantas de absorción de alta eficiencia podría aumentar los beneficios de la trigeneración.

• Muchas otras tecnologías que han sido desarrolladas promueven el desarrollo sustentable o son el centro de proyectos de investigación, en particular los ciclos de refrigeración Stirling y el enfriamiento termoeléctrico.

Acciones prioritarias a implementarse en países en desarrollo.

• Reducción de las pérdidas de poscosecha. Los

alimentos perecederos representan el 31% del total del volumen de alimentos que se consumen en los países en desarrollo. En estos sólo una quinta parte de los alimentos es refrigerada, lo que significa que se tienen grandes pérdidas en la cosecha, matanza, pesca y ordeña, durante el transporte y finalmente durante la venta. La refrigeración es una de los más efectivos métodos para reducir as pérdidas.

• Desarrollo de las cadenas del frío. El asegurar que tanto la calidad de la comida y la seguridad de 5 billones de habitantes de los países en desarrollo gracias al establecimiento de cadenas efectivas de frío es uno de los mayores retos para el sector refrigeración.

• Transferencia de tecnología: Un camino para apoyar las iniciativas en los países en desarrollo es a través de compartir la tecnología industrial, el como hacer e información, incluyendo normas y programas de certificación.

• Reforzar las estructuras. Es importante definir un ministerio encargado de manejar las politicas sobre refrigeración a nivel nacional. Las organizaciones indutriales y asociaciones juegan un papel indispensable en federating refrigeration stakeholders. Un state-approved, neutral una asociación con autoridad nacional es siempre necesario. Una organización interministerial e interprofesional como un consejo nacional de refrigeración puede jugar un importante papel en la definición de un plan de refrigeración que incluya, los inventarios del equipo existente y un plan de desarrollo al largo plazo.

• Captura de datos. Un inventario preciso de las necesidades de los países en desarrollo es un paso importante preliminar con el objeto de facilitar los programas focalizados de diseño y actividades en los diversos campos referentes a: las estructuras, tecnologías y entrenamiento.

En conclusión los mayores retos que puede encontrar el sector refrigeración en los países en desarrollo, se puede resumir en:

• Hacer que la refrigeración este disponible en

los países en desarrollo, particularmente en los de menor desarrollo, en apoyo a las áreas de la preservación de los alimentos, industria y aire acondicionado.

• Establecer las reglas para que los países en desarrollo tengan los mismos derechos a la tecnología de la refrigeración como los países desarrollados.


• Tomar ventaja de los alcances de la tecnología corriente con el propósito que permita dar un gran salto a la amigabilidad ambiental.

Las tecnologías de 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 las cuales pueden operar por conversión térmica o fotovoltaica. La refrigeración solar fototérmica se utiliza en ciclos termodinámicos cerrados como los de absorción, adsorción, eyecto-compresión, entre otros, y con sistemas abiertos de absorción o adsorción con desecantes líquidos y sólidos y ciclos Rankine (Swartman, R.K. and Swaminathan, 1975, Ward et al., 1979, Worsoe-Schmidt, 1983, Staicovici, 1986, Meunier and Douss, 1990, Leite and Daguenet, 1998). La refrigeración solar fotovoltaica se utiliza por lo general con los ciclos de compresión de vapores y en sistemas de enfriamiento basados en el principio termoeléctrico (efecto Peltier). Las aplicaciones de la refrigeración solar van desde el acondicionamiento de aire para la climatización de edificios hasta la producción de hielo y el congelamiento de alimentos. La refrigeración solar tiene un importante antecedente a mediados de los años treintas, en la Universidad de Florida, en donde se produjo vapor con energía solar para operar un sistema de aire acondicionado por medio de un eyector de vapor. A pesar de los esfuerzos realizados, el crecimiento del conocimiento tecnológico de la refrigeración por absorción y los avances tecnológicos hechos por la tecnología solar, hasta ahora ha sido difícil desarrollar una sola tecnología de enfriamiento que satisfaga las necesidades de los países en desarrollo. Aunque el desarrollo se ha encontrado con muchos obstáculos, la refrigeración solar ha permitido que millones de vacunas sean almacenadas en países cálidos, a través de la tecnología de la compresión de vapor operada con sistemas fotovoltaicos. El cuadro 1, representa una forma de clasificar las tecnologías de refrigeración solar.

Entre los alcances claves en el campo de la refrigeración solar está el desarrollo de los sistemas de absorción para aire acondicionado operados con soluciones acuosas de bromuro de litio, los cuales trabajan con simples captadores solares planos, con un dominio de temperaturas entre 75 y 100 °C. Algunas de estas unidades están funcionando satisfactoriamente en mucha partes del mundo. Las tecnologías de refrigeración consideradas con las mejores perspectivas para usarse con sistemas de energía solar son: 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 dehumidificación con control convencional de temperatura. Para la operación de los sistemas de refrigeración solar, que usan energía térmica, el rango requerido es de 75 °C a 90 °C, operando con el sistema bromuro de litio-agua, con el objeto de obtener agua fría entre 8 y 10 °C, para aplicaciones de aire acondicionado y el rango de temperat de 120 °C a 160 °C, en el caso de producción de bajas temperaturas (-10 °C a -30 °C) en donde se usa el sistema amoniaco-agua. Para la producción de hielo (-10°C), se propone un ciclo de absorción amoniaco-agua, con captadores solares con concentración o tubos evacuados, los cuales alcanzan una temperatura entre 120 °C y 130 °C. Con el uso de colectores al vacío o con captadores parabólicos compuestos, CPC, hace posible la eliminación de los problemas debidos al seguimiento óptico del sistema. En la actualidad, la tecnología está en una fase de desarrollo industrial y se espera que estos dispositivos solares se usen en ciclos de enfriamiento, debido a su simplicidad y posible bajo costo en comparación con otros sistemas disponibles de calentamiento. La figura 1, relaciona los requerimientos de temperatura de generación en función del nivel de temperatura de enfriamiento para diferentes temperaturas de enfriamiento para algunos sistemas absorbente-refrigerante. Como se puede observar, en función de los requerimientos térmicos, se asocia una tecnología solar específica.



Figura 1. Condiciones de operación de sistemas de refrigeración solar para diferentes aplicaciones de enfriamiento.

Entre los principales argumentos a favor del desarrollo de los sistemas de enfriamiento solar están los siguientes:

• Aspectos ambientales; el uso del calor solar

reduce la demanda e energía fósil. • Aspectos de la industria solar: La industria de

los colectores solares se ha desarrollado en los últimos 15 años en algunos países. La alta eficiencia de alcanzada por los productos y el decremento en los precios han hecho que los sistemas permanezcan en algunos mercados. Otro factor importante es la experiencia adquirida en grandes instalaciones solares en donde miles de metros cuadrados de captadores solares se han instalado y trabajan satisfactoriamente.

• Diseño integral. Los nuevos conceptos de diseño integral, así como también la capacidad de los complejos sistemas de control con soporte de unidades en-línea, abren nuevas posibilidades para la buena integración de componentes activos solares para algunas aplicaciones, entre ellas, el enfriamiento. Este nuevo enfoque sobre el sistema integral, más que sobre una tecnología específica ha sido desarrollada fuertemente en los últimos años. Esto ha producido aplicaciones con una operación eficiente y un consecuente ahorro de energía con un mínimo impacto ambiental

El uso de la conversión fotovoltaica de la energía solar se puede emplear para operar ciclos basados en la compresión de vapor y en

la refrigeración termoeléctrica. Actualmente se usan en hospitales y clínicas rurales en regiones aisladas, para la conservación de vacunas y almacenamiento de medicinas, de acuerdo con las normas establecidas por la Organización Mundial de la Salud. Es difícil estimar el mercado potencial de la refrigeración solar en los países en desarrollo, sin embargo, el crecimiento de la demanda de enfriamiento va en aumento, en el área de la capacidad instalada de almacenamiento frigorífico para productos perecederos, la creación de parques vehiculares para la transportación en frío, la producción de hielo en apoyo a la captura, transportación, almacenaje y venta de alimentos, el equipamiento de refrigeración en apoyo al sector salud y el aire acondicionado en el sector terciario y de servicios, principalmente en los polos de desarrollo turístico, sobre todo en el mantenimiento del ecosistema. Compañías locales o convenios entre empresas locales y extranjeras podrán focalizar sus esfuerzos en el desarrollo de la tecnología e instalación de captadores solares con concentración del tipo de parabólicos compuestos, CPC, que será la tecnología más conveniente para el enfriamiento solar. Los problemas tecnológicos por venir serán el diseño y la producción de dispositivos de control, particularmente para la producción de unidades de baja capacidad, las cuales tienen inconvenientes: su impacto será menor y costarán más.


Para coadyuvar a la implementación de las estrategias antes mencionadas, es necesario llevar a cabo lo siguiente:

• Un estudio de mercado sobre varios aspectos

de la demanda de enfriamiento, con prioridad a la fabricación de hielo, proponiendo unidades que produzcan entre 2 y 5 toneladas de hielo por día, para el suministro de pequeñas comunidades pesqueras.

• Establecer la infraestructura requerida para la producción de unidades de refrigeración solar por medio de la planta industrial existente y obtener soporte de compañías extranjeras en lo posible.

• Aspectos importantes incluyen tales como los beneficios tecnológicos y económicos de las tecnologías de enfriamiento solar, así como también la obtención de financiamiento y la investigación de la tasa de recuperación de la inversión inicial.

• Proponer programas educativos y entrenamiento en la operación y mantenimiento de las plantas solares así como también en los aspectos del diseño e instrumentación.

• En el caso de la conservación de productos perecederos usando hielo, es importante tener acceso a la tecnología del diseño, construcción e instrumentación de bodegas frigoríficas.

Oportunidades del enfriamiento solar en Iberoamerica. La región iberoamericana comprende la geografía de España y Portugal en Europa, así como la mayoría de los países latinoamericanos, su extensión comprende desde el norte de México hasta el sur de Argentina. La región tropical está caracterizada por los climas cálido seco y cálido húmedo, con zonas desérticas, semidesérticas y selváticas, con economías muy diversas. La mayoría de la población está dispersa en miles de pequeñas comunidades, en ocasiones de difícil acceso. Las actividades predominantes son: la agricultura, la ganadería y la pesca. A pesar de la importancia que podría tener la creación de infraestructura frigorífica como un medio para incentivar el desarrollo económico y social de estas comunidades, al permitirle por un lado la conservación de sus productos para autoconsumo o para la venta con un valor agregado (congelados) y por otro ofrecerle un espacio confortable que le permita el buen desarrollo de sus actividades a través del uso del aire acondicionado, los gobiernos han invertido parte de sus capitales en la actividad industrial. Está situación ha provocado la movilización de la población hacia las grandes urbes, desequilibrando las economías locales.

Cabe mencionar que una muy buena parte de ésta región no cuenta con el beneficio de la electrificación y en algunas de ellas, la infraestructura eléctrica es a base de generadores que operan con combustibles líquidos, los cuales tienen que recorrer muchos kilómetros, encareciéndolos y dificultando su disponibilidad. Por otro lado, la región iberoamericana en una gran extensión cuenta con el recurso solar, que en promedio rebasa los 750 kW por m2 . Se considera importante la participación de la refrigeración y el aire acondicionado solar en el desarrollo socioeconómico de las regiones rurales iberoamericanas, en donde la insuficiencia del abasto energético, dificulta la integración de sistemas convencionales de refrigeración y conservación de productos perecederos, necesarias para cubrir sus necesidades básicas y de desarrollo económico. Es conocido que las técnicas de refrigeración podrán dar un valor agregado a los productos agropecuarios y del mar, así como permitir la conservación de medicamentos en apoyo a las campañas de salud llevadas a cabo en las zonas aisladas. En la mayoría de los países iberoamericanos, dadas sus condiciones geográficas, se requiere del enfriamiento del hábitat sobre todo en le época estival, en la que los consumos energéticos eléctricos por uso de sistemas de acondicionamiento de aire son muy elevados. La refrigeración solar ofrece actualmente diversas tecnologías, pudiendo citarse entre otras, la absorción de agua en soluciones de bromuro de litio, que puede ser una alternativa en el enfriamiento de espacios, cuya viabilidad técnica ha sido probada a través de varios proyectos de demostración desarrollados en diferentes países; esta técnica se caracteriza por una gran confiabilidad, un bajo consumo de electricidad y uso de sistemas simples de calentamiento solar. La producción de hielo es otra de las aplicaciones del frío en la región iberoamericana, sobre todo en las comunidades pesqueras; en este caso la tecnología de la absorción de amoniaco en soluciones acuosas puede ofrecer ciertas ventajas. La organización mundial de la salud ha establecido normas muy estrictas en cuanto a las características técnicas que deben cumplir los sistemas de enfriamiento y conservación de medicamentos, especialmente para las aplicaciones durante las campanas de vacunación en zonas aisladas. Lo anteriormente expuesto representa una gran oportunidad para el desarrollo de los sistemas fotovoltaicos ya que pueden tener estos un control muy preciso sobre los niveles de temperatura requeridos; cabe mencionar además que existen ya en el mercado motores de corriente directa a diferentes voltajes de operación, que se pueden acoplar a módulos fotovoltaicos y contribuir así a la resolución de los problemas planteados por el


sector salud en esta región. La refrigeración termoeléctrica, presenta también un gran potencial para la conservación de medicamentos en donde se requiere un buen control de la temperatura además de tener la ventaja de producir calor de manera alterna. Otras técnicas de enfriamiento de gran interés para su aplicación en la climatización del hábitat o para la producción de hielo son las de enfriamiento radiativo y evaporativo. El enfriamiento radiativo puede utilizarse en muchos lugares de la región iberoamericana; para ello se necesita disponer de cielos claros y climas secos, condiciones que se dan frecuentemente, por ejemplo, en regiones andinas o en los altiplanos de América del Norte. Es una forma natural y sencilla que puede ser utilizada tanto en climatización ambiental como en producción de hielo (para conservación de alimentos, vacunas, etc.). Países como Argentina, Chile, Brasil y México han llevado a cabo varios trabajos de investigación y desarrollo de este método de enfriamiento (Leite and Klüppel, 1993). En lo referente al enfriamiento evaporativo, este método puede tener un uso efectivo en zonas desérticas o con climas de tipo continental, donde las humedades relativas son bajas. Es posible conseguir condiciones ambientales dentro del área de bienestar con un coste energético muy bajo. La mayoría de estas tecnologías son relativamente simples en su concepción, y se cuenta en Iberoamérica con la tecnología necesaria para construir estos equipos, sin depender fuertemente de los países industrializados, lo cual puede representar una oportunidad de desarrollo tecnológico para la región, en aplicaciones antes mencionadas, tales como: enfriamiento y conservación de productos lácteos, producción de hielo para la conservación de productos del mar, climatización ambiental, etc. Todos los sistemas anteriormente mencionados operan bajo condiciones de irradiancia solar superiores a 5 kWh/m2día, las cuales se dan en gran parte de la región iberoamericana. La investigación, el desarrollo tecnológico de la refrigeración solar es Iberoamerica, están sustentadas por más de 25 grupos de 9 países de reconocido prestigio, con cerca de 100 investigadores y técnicos. Las líneas de investigación y desarrollo se centran en el estudio teórico y experimental de ciclos de refrigeración basados en el principio de absorción líquida-gas, termoquímica y adsorción, ciclos abiertos con desecantes, refrigeración termoacústica, sistemas pasivos de climatización, en particular, enfriamiento radiativo y evaporativo. Estos sistemas operan con sistemas de calentamiento solar con colectores solares planos, tubos evacuados y concentradores parabólicos compuestos. Además se tienen experiencias en sistemas de compresión de vapor oprados con

sistemas fotovoltaicos. Las aplicaciones son para la climatización y la producción de hielo, (RIRAAS, 2002). Conclusiones Como se ha podido constatar, existe una gran oportunidad para las tecnologías de enfriamiento solar, que permitirían coadyuvar al desarrollo económico y social de las áreas más desfavorecidas de la región iberoamericana. Existe una gran soporte científico y técnico. Las tecnologías son simples, lo que permite, aprovechas la infraestructura industrial en cada país. Existen barreras económicas, sociales y políticas que obstaculizan el desarrollo tecnológico, sin embargo, el avance tecnológico logrado y la adaptación de estas tecnologías comprobarán en el corto plazo su viabilidad técnica y económica. Referencias Edmonds, J.A., Wuebles, D.L. and Scott, M.J., 1987, “Energy and Radiative Precursor Emissions”, 8th Miami International Conference on Alternative Energy Sources, Dec. 14-16. IIR, 2002, “ Industry as a partner for sustainable development, Refrigeration” Leite, A.P.F. and M. Daguenet, 1998, “Simulation of a New Adsorptive Solar Ice Maker Using Activated Carbon-Methanol Pair”, International Journal of Ambient Energy, Vol.19, No 2, pp.59-68. Leite, A.P.F. and Klüppel, R.P., 1993, “Intercambio de Calor en una Piscina de Techo Usada como Enfriador Pasivo”, Proc. 1th Mechanical Engineering Iberoamerican Congress, Madrid, España, Vol. 2, pp. 379-384. Meunier, F. and Douss, N., 1990, “Performance of Adsorption Heat Pumps: Active Carbon-Methanol and Zeolite-Water Pairs”, Trans. ASHRAE Meeting, Saint Louis, USA, pp. 491-498. RIRAAS, 2002, Refrigeración y Aire Acondicionado Solar: Investigación, Desarrollo y Educación en Iberoamerica, 2001. RT-01 Staicovici, M.D., 1986, “An Autonomous Solar Ammonia-Water Refrigeration System”, Solar Energy, Vol. 36 (2), pp. 115-124. Swartman, R.K. and Swaminathan, C., 1975, “Comparison of Ammonia/Water and Ammonia/Sodium Thiocyanate as the Refrigerant-Absorbent in a Solar Refrigeration System”, Solar Energy 17, pp. 123-127. Ward, D.S. et al., 1979, “Integration of Evacuated Tubular Solar Collectors with Lithium Bromide Absorption Cooling Systems”, Solar Energy, Vol. 22, pp. 335-341. Worsoe-Schmidt, P., 1983, “Solar Refrigeration for Developing Countries Using a Solid Absorption Cycle”, International Journal of Ambient Energy, Vol. 4, pp. 115-123.


SEMINARIO INTERNACIONAL DE ENERGÍA SOLAR, MEDIO AMBIENTE Y DESARROLLO

26 al 30 de abril de 2004Cusco, Perú

Oportunidades del Enfriamiento Solar en Oportunidades del Enfriamiento Solar en la Región Iberoamericanala Región Iberoamericana

Isaac Pilatowsky FigueroaIsaac Pilatowsky Figueroa

Red Iberoamericana de Refrigeración y Aire Acondicionado SolarRed Iberoamericana de Refrigeración y Aire Acondicionado SolarRIRAASRIRAAS

Centro de Investigación en Energía, Universidad Nacional AutónomCentro de Investigación en Energía, Universidad Nacional Autónoma a de Méxicode México

Cerrada Xochicalco s/n, Colonia Centro, 62580, Temixco, Morelos,Cerrada Xochicalco s/n, Colonia Centro, 62580, Temixco, Morelos,MéxicoMéxico

La refrigeración y el aire acondicionado

La refrigeración y el acondicionamiento del aire son tecnologías que han contribuido al desarrollo social y económico de muchos países, ampliando sus mercados externos a través del enfriamiento y la conservación de productos perecederos, beneficiando sus mercados nacionales al ofrecer productos de alta calidad con períodos de conservación a más largo término y permitiendo optimizar el desarrollo de las actividades humanas al proporcionar bienestar a través del acondicionamiento del aire.

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 fuertecarácter de sustentabilidad

Además, es sabido que ciertos refrigerantes, como los clorofluorocarbonados (freones), producen un impacto ambiental al liberarse al ambiente, afectando a la capa estratosférica de ozono y contribuyendo al efecto invernadero.

La tecnología de la refrigeración cubre un gran dominio de aplicaciones particularmente en la alimentación, la salud y en la generación de espacios confortables. Actualmente la refrigeración juega un papel esencial en el desarrollo sostenible. Sin embargo existe una grande brecha entre países industrializados y los países en desarrollo, en términos de disponibilidad de equipo de refrigeración, en el conocimiento y en la capacitación.

USUARIOS

1. Sector alimentario

Equipo agrícola. Enfriadores de leche, cuartos fríos para lácteos.Equipo pesquero, cuartos fríos en barcos cajas de hielo.Procesamiento de alimentos, lácteos, carnes, pescado y mariscos, fruta y vegetales, pan y pastelería, enlatados, vinos, cervezas, jugos de frutas, secado por enfriamiento.Operación de cámaras frigoríficas, enfriamiento y congelación,

empacado de frutas, rastros.Fabricantes de hielo.

Transporte refrigerado, ferrocarril, autotransporte, aéreo, marino.Equipo comercial a pequeña escala, pequeños comercios (carnicerías,

pastelerías, heladerías, pescaderías) y supermecadosRestaurantes, cuartos fríos, mostradores, almacenamiento de vinos y

bebidas frías.Equipo doméstico, refrigeradores, congeladores, enfriadores de

bebidas.

USUARIOS (continuación)

2. Sector industrial

industrias de ingeniería mecánicaIndustria del huleIndustria del plástico (enfriamiento de moldes, prensas hidráulicas,etc)Industria de la construcción, (estabilización de suelos, congelación de

concreto:Tratamiento de desechos, (recuperación de vapores de solventes, purificación de soluciones acuosas, por medio de la cristalización o por congelación).


3. Sector Salud y Biológico

Conservación de vacunas.Aire acondicionado para hospitales (sala de operación y

pacientes.Criocirugía y crioterápia.Conservación de biológicos, sangre, esperma, gametos y

embriones. Conservación de órganos y cadáveres


4. Calidad de vida interior

Aire acondicionado en el sector terciario (oficinas, hoteles, etc) y residencial.

Aire acondicionado en la industria.Aire acondicionado en unidades móviles (vehículos terrestres,

marinos y aéreos).Cuartos limpios.

USUARIOS (Continuación)

5. Entretenimiento

Pistas de patinaje para competencias y espectáculos

Producción de nieve artificial

IMPACTO SOCIAL

• Generación de empleos (industria, comercio y servicios)

• Conservación de perecederos y aseguramiento del abasto alimentario.

• Mantenimiento de la calidad de los alimentos para disminuir el riesgo de enfermedades.

• El aire acondicionado influye sobre la creación de espacios de trabajo con características de temperatura y humedad determinadas.

Tabla 1. Equipo de refrigeración instalado en uso en el mundo en 1998.Fuente: Industry as partner for sustainable development, IIR, 2002)

16 millonesSistemas unitarios comerciales

55 millonesSistemas de abertura dividida (splits)

89 millonesUnidades de paquete y abertura (splits)

79 millonesAires acondicionados para cuartos

Aire acondicionado (sistemas de aire frío)

300 millones de m3(5)Bodegas frigoríficas

Refrigeración industrial

5,000,000 (1)Enfriadores de leche

Agro-alimentos

13,250,000Misceláneos

10,000,000Gabinetes aislados (exhibidores)

2,850,000 (3)Unidades condensadoras

117,000 (2)Supermercados

Refrigeración comercial

700 – 1000 millones (1)Refrigeración doméstica

Número de equipos y plantas en servicioSector de Actividad

30,000 (10)Bombas de calor industriales

15 millones (10)Bombas de calor en aplicaciones comerciales e institucionales

110 millones (10)Bombas de calor residenciales

Bombas de calor

380 millones (9)Autos de pasajeros y vehículos comerciales

Aire acondicionado automotríz

71 (8)Transporte de gas licuado

320,000Autobuses y camionetas

30,000Marina mercante

1,000,000Transporte carretero

80,000Transporte ferroviario

1,088Barcos

410,000 (6)Contenedores marinos

Transporte refrigerado

856,000Aire acondicionado (sistemas de agua fría)

Tabla 1. Equipo de refrigeración instalado en uso en el mundo en 1998.Fuente: Industry as partner for sustainable development, IIR, 2002)

(continuación)

Tabla 2. Estimación de las ventas anuales mundiales de equipo de refrigeración, aire acondicionado y bombas de calor.

Fuente: Industry as partner for sustainable development, IIR, 2002)

6.5 (6)Enfriamiento por techos

15.71,600 (8)9.8 M (7)Aire acondicionado (paquete)

20.9700 (8)29.9 M (7)Aire acondicionado (cuarto)

2.320,000 (5)114,000 (5)Enfriadores, reciprocantes, tornillo

0.9 (6)116,000 (5)8,000 (5)Enfriadores centrífugos

0.8 (6)93,000 (5)8,600 (5)Enfriadores de absorción

2.0133 (2)15 M m3 (4)Bodegas frigoríficas

2.4 Enfriadores de leche

18.6 (3)Refrigeración comercial

32.8400 (2)82 M (1)Refrigeradores domésticos

Total(mil millones,

USD)

Precio promedio

de venta (USD)

Producción anual

(M = millon)

Equipo

Tabla 2. Estimación de las ventas anuales mundiales de equipo de refrigeración, aire acondicionado y bombas de calor.

Fuente: Industry as partner for sustainable development, IIR, 2002)(continuación)

198.6TOTAL

30.0 (2)Instalación de plantas de refrigeración1.0250,000 (13)4000Bombas de calor industriales

4.53000 (13)1.5 MBombas de calor comerciales

12.31000 (2)12.3 M (12)Bombas de calor residenciales0.37000 (8)40,000 (2)Aire acondiconado en trenes y coches

16.51500 (2)11 M (11)Aire acondicionado en vehículos comerciales

27.9900 (10)31 M (11)Aire acondicionado en vehículos de pasajeros1.224,000 (9)50,000 (9)Contenedores refrigerados

2.015,500 (9)135,000 (9)Vehículos de transporte refrigerados

IMPACTO AMBIENTAL

Industria de la refrigeración

• Emisiones atmosféricas de ciertos refrigerantes, debidas afugas en las instalaciones o durante el mantenimiento.

• Adelgazamiento de la capa de ozono

• Calentamiento global, efecto invernadero.

• Consumo de energía de las instalaciones frigoríficas.

• Otros impactos indirectos (SO2, NO2), producción de componentes y productos de desecho asociados a la destrucción de refrigerantes, aceites y los propios equipos

Emisiones atmosféricas de gases refrigerantes

El ciclo de refrigeración más utilizado es el de compresión de vapor, el cual utiliza refrigerantes con efectos adversos para el ambiente.

CFC (clorofluorocarbonos), descubiertos en 1930, en 1974, Rowland y Molina, descubren el deterioro estratosférico del ozono así como el calentamiento global.

HCFC (hidroclorofluorocarbonos), más recientes, con considerable menor impacto sobre el ozono y sobre el calentamiento.

HFC (hidrofluorocarbonos), no afectan la capa de ozono, son una alternativa a los CFC y HCFC, sin embargo contribuyen al calentamiento global en menor grado que los CFC.

TECNOLOGÍA FRIGORÍFICA Y MEDIO AMBIENTE

ACCIONES A SEGUIR

• Mejorar el diseño de la planta de refrigeración para que serequiera menor cantidad de refrigerante, en particular cuando seusan refrigerantes fluorocarbonados.

• Desarrollar tecnologías que permitan el uso del amoniaco,particularmente en la industria alimentaria.

• Implantar tecnologías de bajo consumo energético.

• Mejorar el almacenamiento de refrigerantes y prevenir sus fugas.

• Recuperar, reciclar y regenerar los refrigerantes.

• Establecer en el largo plazo programas de entrenamiento paraingenieros, técnicos y personal de servicios de refrigeración yprogramas de educación continua para adquirir el conocimientosobre nuevas tecnologías y nuevos fluidos refrigerantes.

Medios de implantación: estrategias, alcances y límites

Principales estrategias

• Reducción de las emisiones de refrigerantes.

• Reducción en el consumo de energía.

• Investigación y desarrollo de nuevos refrigerantes y nuevas tecnologías.

• Nuevos desarrollos en la cadena del frío

• Nuevos desarrollos en la calidad del aire interior

Países industrializados

• La refrigeración genera empleos, particularmente en la industria, comercio y en los servicios.

• Hace posible la preservación de los productos perecederos, en los diferentes niveles, desde la producción o captura hasta la distribución y consumo, asegurando el abasto alimentario a todas las poblaciones.

• Gracias a la mejora en la seguridad alimentararia, el desarrollo de nuevos equipos y herramientas en el sector médico, el sector salud promueve la salud y finalmente;

• el aire acondicionado hace posible la generación de ambientes de trabajo con los niveles de temperatura y humedad adecuados.

Alcances globales

• Se ha alcanzado un COP de 2.5 durante 1960, en 1990, 3.3 y actualmente 3.8

• Se ha reducido la intensidad de energía del 42% y se ha aumentado la eficiencia de aire acondicionado en un 20%: Se redujeron 10 millones de ton. De CO2 y más de 80 y 34 billones de gramos de SO2 y NO2

• Un refrigerador americano fabricado en 1997 consume 48% menos energía que su ancestro de 1980 y esto representa para los 112 refrigeradores un consumo de 151TWh. Proyectan reducir en un 50% los costos de energía en la fabricación y mantenimiento en los próximos 10 años. En términos de calentamiento, refrigeración y aire acondicionado, sólo en edificios comerciales se consumen 1610 TWh.

• Europa ha logrado ahorros de energía en los nuevos refrigeradores de un 15% etre 1992 y 1995, en Alemania 1 m3 de espacio refriegardo consume 560 kWh/año

PARTICIPACIÓN DEL FRÍO EN LA ALIMENTACIÓN MUNDIAL

• Reducir las pérdidas de los perecederos

• Aumentar la higiene alimentaria

• Mejorar el aprovisionamiento de las ciudades.

• Aprovechar los intercambios internacionales.

REDUCCIÓN DE LAS PÉRDIDAS ALIMENTARIAS

En 1994, se produjeron 4561 millones de toneladas de alimentos, de los cuales1413 (31%) tenia necesidades de conservación en frío

(25% de las raíces, 50% de las frutas y 100% de carne, leche, huevos y pescado). La disponibilidad del frío se estima en 0.5 metros cúbicos de almacenaje frigorífico por persona, (40% en grandes almacenes, 60% en la refrigeración comercial, doméstica y de los transportes). México, cuenta con 0.006 metros cúbicos de almacenamiento frigorífico por habitante, un aumento en la capacidad impactará la reducción en las pérdidas, a través de una organizada cadena del frío

AUMENTAR LA HIGIENE ALIMENTARIA

Aceleración del crecimiento bacteriano en climas cálidos en alimentos de origen cárnico. No hay estimaciones a nivel mundial sobre el número de personas intoxicadas por alimentos ni el costo social.

En los Estados Unidos, la Secretaría de Agricultura, declaró quelos organismos patógenos de la carne fueron la causa de 4000 decesos y 5 millones de enfermedades por año, con un costo de seis mil millones de dólares.

REFRIGERACIÓN Y SALUD

Avances en la expectativa de vida.

Disminución de enfermedades por comida contaminada con microorganismos patógenos.

Compromiso de los gobiernos en el aseguramiento del abasto alimentario.

Consumo rápido de productos perecederos

Conservación por refrigeración o cocimiento.

Almacenamiento de vacunas

La temperatura de conservación oscila entre 0 y 8 °C, y se usanrefrigeradores de compresión de vapor, con el refrigerante HFC134a. La OMS, promueve el uso de refrigeradores fotovoltaicos para su programa de expansión de Inmunización, además ha publicado las especificaciones para refrigeradores solares para uso médico. A finales de 1985, se habían instalado 600 refrigeradores solares en el mundo, en 1993, cerca de 3700 de los cuales la mitad se instalaron en Africa y al final de 1997, se instalaron 7000. Sin embargo sólo unos cuantos están en uso.De los 40,000 refrigeradores instalados en la India, sólo 32 operan con energía solar.La refrigeración de vacunas ha permitido la casi erradicación de la poliomelitis; en 2000 disminuyeron los casos a 3500, representando un decremento del 99% con respecto a los 350,000 caos en 1988.

En los países en desarrollo

El impacto de la refrigeración es mucho más importante impacto,falta de equipo y la insuficiente transferencia tecnológica. Teniendo un mayor impacto en el sector alimentos y salud, pudiendo influir en los aspectos social y económico, siendo la falta de recursos financieros uno de los principales obstáculos.

En lo referente al empleo, es difícil obtener información precisa, ya que no se considera el subempleo en donde se encuentran muchos técnicos. El personal calificado en procesos de refrigeración es escaso y la mayoría no cuenta con una certificación.

La cadena del frío en los países en desarrolloLa cadena del frío en los países en desarrollo

• Tecnologías obsoletas.• Alto consumo de energía.• Ineficiente e inadecuado transporte frigorífico.• Inadecuado y escaso volumen de almacenaje.• Deficiencias técnicas en el diseño y operación.• Inadecuada capacitación técnica y profesional.

Tecnologías diferentes a la compresión de vapor

AbsorciónAdsorciónRefrigeración solarEnfriamiento con desecantesCiclo de aireCiclo StirlingEnfriamiento termoeléctrico

OTRAS TECNOLOGÍAS

• Los sistemas de enfriamiento basados en los principios de la absorción y la adsorción, los cuales a menudo son operados con fuego directo usando combustibles, son medios prácticos para el abasto de frío a nivel comercial e industrial, que no requieren de un desarrollo de infraestructura eléctrica y puede ser limitante la disponibilidad de capital en los países en desarrollo.

La refrigeración solar que es una tecnología que podría darse en prioridad cuando se escoja opciones de sustentabilidad en los países en desarrollo.

La tecnología de desecantes incluye un amplio espectro de sistemas que suministran enfriamiento, deshumidificación y ventilación, con el objeto de controlar la calidad del espacio interior en los sectores industriales, comerciales y vivienda.

La trigeneración, que es una combinación de enfriamiento, calor y generación de potencia, tiene beneficios considerables desde un punto de vista energético. Esto permite de manera parcial o total, utilizar el calor disipado al ambiente como el residual generado durante la producción de energía eléctrica y usar parte de esta en aplicaciones de refrigeración.

La tecnología de absorción

• Potencial de aplicación en aire acondicionado en forma de grandes enfriadores para aplicaciones comerciales e industriales.

• Los sistemas de alta eficiencia son más grandes y más costosos en comparación con la refrigeración mecánica.

• Adopción de sistemas de fuego directo para conservación de alimentos en zonas rurales donde no hay disponibilidad de energía eléctrica.

• Desarrollo de sistemas que puedan operar sin consumir ni evaporar agua fresca utilizada para la disipación del calor en los condensadores y absorbedores, es decir sistemas enfriados por aire.

Absorción aplicada al enfriamiento.

• Estos sistemas son más caros en un 25 hasta 100% comparados con los sistemas mecánicos, justificándose sólo por los ahorros en el costo de la energía, con apoyo a los incentivos fiscales, problemas de abasto de energía eléctrica o beneficios ambientales.

• Impacto ambiental. Disminución en las emisiones de CO2 causados por el consumo de energía, pudiéndose usar ciclos de múltiples etapas para aumentar la eficiencia.

• Mejora en la eficiencia. Existen empresas que están por comercializar sistemas a tres etapas con fuego directo, con COP de 1.4, reduciendo el CO2 hasta 150 kg/MWh de refrigeración. De manera similar se desarrollan ciclos GAX, usando soluciones de amoniaco, para bombas de calor para uso residencial. El mejoramiento en la eficiencia aumenta sensiblemente el costo del equipo. Ambientalmente atractivos.

Contribución de la refrigeración en los países en desarrollo

• En el sector salud en la inmunización, conservación de vacunas y medicamentos, erradicación de enfermedades y aumento en la expectativa de vida.

• En el sector alimentos, reducción en las pérdidas de poscosecha, mejoría en la seguridad alimentaria, promoción del comercio internacional y el aseguramiento del abasto alimentario.

• El aire acondicionado contribuirá en el desarrollo social y económico en las regiones cálido-húmedas.

• Desde un punto de vista ambiental, contribuirá a la reducción de emisiones, al mejorar la eficiencia energética de las instalaciones, al desarrollar nuevas tecnologías y nuevos refrigerantes, ya la reconversión de plantas para el uso de nuevos refrigerantes.

• Creación de mercados nacionales e internacionales, principalmente de congelados de productos frescos y cocinados.

ACCIONES PRIORITARIAS A IMPLANTARSE EN LOS PAÍSES EN DESARROLLO

• Reducción de las pérdidas de poscosecha. Los alimentos perecederos representan el 31% del total del volumen de alimentos que se consumen en los países en desarrollo. En estos sólo una quinta parte de los alimentos es refrigerada, lo que significa que se tienen grandes pérdidas en la cosecha, sacrificio, pesca y ordeña, durante el transporte y finalmente durante la venta. La refrigeración es una de los más efectivos métodos para reducir as pérdidas.

• Desarrollo de las cadenas del frío. El asegurar que tanto la calidad de la comida y la seguridad de 5 billones de habitantes de los países en desarrollo gracias al establecimiento de cadenas efectivas de frío es uno de los mayores retos para el sector refrigeración.

•Transferencia de tecnología: Un camino para apoyar las iniciativas en los países en desarrollo es a través de compartir la tecnología industrial, el como hacer e información, incluyendo normas y programas de certificación.

• Reforzar las estructuras. Es importante definir un ministerio encargado de manejar las políticas sobre refrigeración a nivel nacional. Las organizaciones industriales y asociaciones juegan un papel indispensable en la federación de la administración de la refrigeración. Una asociación con reconocimiento estatal, neutral con autoridad nacional es siempre necesario

• Captura de datos. Un inventario preciso de las necesidades de los países en desarrollo es un paso importante preliminar con el objeto de facilitar los programas focalizados de diseño y actividades en los diversos campos referentes a: las estructuras, tecnologías y entrenamiento.

Mayores retos que puede encontrar el sector refrigeración en lospaíses en desarrollo

Hacer que la refrigeración este disponible en los países en desarrollo, particularmente en los de menor desarrollo, en apoyo a las áreas de la preservación de los alimentos, industria y aire acondicionado.

Establecer las reglas para que los países en desarrollo tengan los mismos derechos a la tecnología de la refrigeración como los países desarrollados.

Tomar ventaja de los alcances de la tecnología corriente con el propósito que permita dar un gran salto a la amigabilidad ambiental.

Acciones para coadyuvar a la implantación de las estrategias.

• Un estudio de mercado sobre varios aspectos de la demanda de enfriamiento, con prioridad a la fabricación de hielo, proponiendo unidades que produzcan entre 2 y 5 toneladas de hielo por día, para el suministro de pequeñas comunidades pesqueras.

• Establecer la infraestructura requerida para la producción de unidades de refrigeración solar por medio de la planta industrial existente y obtener soporte de compañías extranjeras en lo posible.

• Aspectos importantes incluyen tales como los beneficios tecnológicos y económicos de las tecnologías de enfriamiento solar, así como también la obtención de financiamiento y la investigación de la tasa de recuperación de la inversión inicial.

• Proponer programas educativos y entrenamiento en la operación ymantenimiento de las plantas solares así como también en los aspectos del diseño e instrumentación.

• En el caso de la conservación de productos perecederos usando hielo, es importante tener acceso a la tecnología del diseño, construcción e instrumentación de bodegas frigoríficas.

Análisis de beneficios tecnológicos y económicos, obtención de financiamiento, estudios sobre la tasa de recuperación de la inversión.

Proponer programas educativos y de entrenamiento en la operación y mantenimiento de plantas solares, así como en el diseño y aspectos de instrumentación.

En el caso de la conservación de perecederos usando hielo; diseño, construcción e instrumentación de las cámaras frigoríficas.

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 las cuales pueden operar por conversión térmica o fotovoltaica.

Las tecnologías de refrigeración con mejores perspectivas para su acoplamiento a la energía 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.

Las tecnologías de refrigeración solar:

a) ciclos de absorciónb) enfriamiento con desecantesc) 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 degeneración f) ciclos avanzados combinados como la dehumidificación con control convencional de temperatura

TECNOLOGÍAS DE CALENTAMIENTO SOLAR UTILIZADAS PARA LA REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO SOLAR

1. COLECTORES DE PLACA PLANA (30 – 60 °C).

2. COLECTORES DE PLACA PLANACON 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 PARABÓLICA (100 – 400 °C)

Figura 1. Condiciones de operación de sistemas de refrigeración solar para diferentes aplicaciones de enfriamiento

REFRIGERACIÓN SOLAR

Ciclos de absorción para el aire acondicionado, utilizando bromuro de litio-agua y colectores solares entre 75 y 100 °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 dehumidificación 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 °Cy 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.

Refrigeración fotovoltaica y termoeléctrica para la conservación de medicamentos en hospitales y clínicas rurales, de acuerdo a las normas establecidas por la OMS.

AplicacionesCubrir 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 ton. 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.

PRINCIPALES ARGUMENTOS A FAVOR DEL DESARROLLO DE LOS SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO SOLAR

• ASPECTOS AMBIENTALES

•ASPECTOS DE LA INDUSTRIA SOLAR

• DISEÑO INTEGRAL

La investigación, el desarrollo tecnológico de la refrigeración solar es Iberoamerica, están sustentadas por más de 25 grupos de 9 países de reconocido prestigio, con cerca de 100 investigadores y técnicos. Las líneas de investigación y desarrollo se centran en el estudio teórico y experimental de ciclos de refrigeración basados en el principio de absorción líquida-gas, termoquímica y adsorción, ciclos abiertos con desecantes, refrigeración termoacústica, sistemas pasivos de climatización, en particular, enfriamiento radiativo y evaporativo. Estos sistemas operan con sistemas de calentamiento solar con colectores solares planos, tubos evacuados y concentradores parabólicos compuestos. Además se tienen experiencias en sistemas de compresión de vapor oprados con sistemas fotovoltaicos. Las aplicaciones son para la climatización y la producción de hielo

CONCLUSIONES

• Cooperación internacional para acelerar el desarrollo sostenible en los países en desarrollo.• Cambio en los patrones de consumo.• Promoción y protección de la salud humana• Promover el desarrollo sostenible de los asentamientos humanos.• Protección de la atmósfera.• Promover una agricultura y un desarrollo rural sostenible• Conservación de la biodiversidad biológica.• Participación de la comunidad científica y tecnológica.• Transferencia de la tecnología ambiental.• Promoción de la educación y entrenamiento• Desarrollo en la capacidad de construcción en los países en desarrollo.• Instrumentación y mecanismos legales a nivel internacional.

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Oportunidades del enfriamiento solar en la región iberoamericana · 2015-04-08 · juega un papel esencial en el desarrollo sostenible. Sin embargo existe una grande brecha entre