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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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Lima - Perú
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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
700 – 1000 millones (1)
Refrigeración doméstica
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
856,000
Aire acondicionado (sistemas de agua fría)
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)
Seminario Internacional “Energía Solar, Medio Ambiente y Desarrollo”, Cusco -Perú
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
Refrigeradores domésticos
Refrigeración comercial
Enfriadores de leche
Bodegas frigoríficas
Enfriadores de absorción
Enfriadores centrífugos
Enfriadores, reciprocantes, tornillo
Aire acondicionado (cuarto)
Aire acondicionado (paquete)
Enfriamiento por techos
Vehículos de transporte refrigerados
Contenedores refrigerados
Aire acondicionado en vehículos de pasajeros
Aire acondicionado en vehículos comerciales
Aire acondiconado en trenes y coches
Bombas de calor residenciales
Bombas de calor comerciales
Bombas de calor industriales
Instalación de plantas de refrigeración
TOTAL
Producción anual
(M = millon)
82 M (1)
Precio promedio
de venta (USD)
400 (2)
15 M m3 (4)
8,600 (5)
8,000 (5)
114,000 (5)
29.9 M (7)
9.8 M (7)
133 (2)
93,000 (5)
116,000 (5)
20,000 (5)
700 (8)
1,600 (8)
135,000 (9)
50,000 (9)
31 M (11)
11 M (11)
40,000 (2)
12.3 M (12)
1.5 M
4000
15,500 (9)
24,000 (9)
900 (10)
1500 (2)
7000 (8)
1000 (2)
3000 (13)
250,000 (13)
(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:
Total
(mil millones, USD)
32.8
18.6 (3)
2.4
2.0
0.8 (6)
0.9 (6)
2.3
20.9
15.7
6.5 (6)
2.0
1.2
27.9
16.5
0.3
12.3
4.5
1.0
30.0 (2)
198.6
•
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.
Seminario Internacional “Energía Solar, Medio Ambiente y Desarrollo”, Cusco -Perú
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.
Seminario Internacional “Energía Solar, Medio Ambiente y Desarrollo”, Cusco -Perú
•
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 absorbenterefrigerante. Como se puede observar, en función
de los requerimientos térmicos, se asocia una
tecnología solar específica.
Seminario Internacional “Energía Solar, Medio Ambiente y Desarrollo”, Cusco -Perú
Seminario Internacional “Energía Solar, Medio Ambiente y Desarrollo”, Cusco -Perú
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.
Seminario Internacional “Energía Solar, Medio Ambiente y Desarrollo”, Cusco -Perú
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
Iberoamerica.
del
enfriamiento
solar
en
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
Seminario Internacional “Energía Solar, Medio Ambiente y Desarrollo”, Cusco -Perú
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
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1987, “Energy and Radiative Precursor Emissions”,
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IIR, 2002, “ Industry as a partner for sustainable
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Meunier, F. and Douss, N., 1990, “Performance of
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RIRAAS,
2002,
Refrigeración
y
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Acondicionado Solar: Investigación, Desarrollo y
Educación en Iberoamerica, 2001. RT-01
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Ammonia/Sodium Thiocyanate as the RefrigerantAbsorbent in a Solar Refrigeration System”, Solar
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Ward, D.S. et al., 1979, “Integration of Evacuated
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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 “Energía Solar, Medio Ambiente y Desarrollo”, Cusco -Perú
SEMINARIO INTERNACIONAL DE ENERGÍA SOLAR, MEDIO AMBIENTE Y
DESARROLLO
26 al 30 de abril de 2004
Cusco, Perú
Oportunidades del Enfriamiento Solar en
la Región Iberoamericana
Isaac Pilatowsky Figueroa
Red Iberoamericana de Refrigeración y Aire Acondicionado Solar
RIRAAS
Centro de Investigación en Energía, Universidad Nacional Autónoma
de México
Cerrada Xochicalco s/n, Colonia Centro, 62580, Temixco, Morelos,
México
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 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.
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 supermecados
Restaurantes, cuartos fríos, mostradores, almacenamiento de vinos y
bebidas frías.
Equipo doméstico, refrigeradores, congeladores, enfriadores de
bebidas.
USUARIOS (continuación)
2. Sector industrial
industrias de ingeniería mecánica
Industria del hule
Industria 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).
USUARIOS (continuación)
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
USUARIOS (continuación)
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)
Sector de Actividad
Refrigeración doméstica
Número de equipos y plantas en
servicio
700 – 1000 millones (1)
Refrigeración comercial
Supermercados
Unidades condensadoras
117,000 (2)
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
Tabla 1. Equipo de refrigeración instalado en uso en el mundo en 1998.
Fuente: Industry as partner for sustainable development, IIR, 2002)
(continuación)
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)
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
Refrigeradores domésticos
Producción
anual
(M = millon)
82 M (1)
Precio
promedio
de venta (USD)
400 (2)
Total
(mil millones,
USD)
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)
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)
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
Instalación de plantas de refrigeración
4000
250,000 (13)
1.0
30.0 (2)
TOTAL
198.6
IMPACTO AMBIENTAL
Industria de la refrigeración
•
Emisiones atmosféricas de ciertos refrigerantes, debidas a
fugas 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 se
requiera menor cantidad de refrigerante, en particular cuando se
usan 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 para
ingenieros, técnicos y personal de servicios de refrigeración y
programas de educación continua para adquirir el conocimiento
sobre 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 cuales
1413 (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 que
los 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 usan
refrigeradores 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 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
Absorción
Adsorción
Refrigeración solar
Enfriamiento con desecantes
Ciclo de aire
Ciclo Stirling
Enfriamiento 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 los
países 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 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.
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 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
TECNOLOGÍAS DE CALENTAMIENTO SOLAR UTILIZADAS PARA LA
REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO SOLAR
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 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 °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.
Refrigeración fotovoltaica y termoeléctrica para la conservación de
medicamentos en hospitales y clínicas rurales, de acuerdo a las
normas establecidas por la OMS.
Aplicaciones
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 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.