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Refrigeración Solar

En los últimos años se ha producido un crecimiento considerable de las necesidades de refrigeración en los edificios, tanto por una mayor exigencia de las condiciones de confort como por el aumento de la carga térmica a causa del extenso uso de ordenadores personales o un mayor consumo de iluminación. El mercado español de aire acondicionado ha experimentado un incremento del 10% para las pequeñas unidades y se ha mantenido, con un ligero crecimiento, en el caso de grandes unidades para instalaciones centralizadas.

La teoriA se basa en la alimentación de una enfriadora mediante una "compresión térmica", en la que la alimentación de la máquna no es eléctrica sino térmica, consumiendo como fuente de alimentación agua a 85º-95ºC.

A nivel económico, la rentabilidad de los sistemas de frío solar son inferiores a los sistemas de agua caliente sanitaria (ACS), si se combina la refrigeración con la calefacción, esta rentabilidad aumenta considerablemente. Si además se considera la posibilidad de disponer de una subvención por el uso de fuentes de energía renovables, la ventaja del frío solar se hace aún más evidente.

Debido a que la mayor parte del consumo de refrigeración es abastecido mediante equipos eléctricos, el aumento de la demanda está provocando picos de carga considerables en las redes eléctricas.
Actualmente existe tecnología cuya viabilidad se ha demostrado técnicamente para producir refrigeración a través de energía solar.


El aprovechamiento de la energía solar para producir frío puede realizarse mediante dos conceptos bien diferenciados. Por un lado, el uso de módulos fotovoltaicos que generen la electricidad necesaria para accionar un equipo eléctrico, por otro lado, el uso de colectores solares que produzcan energía térmica a baja o media temperatura.
Desde un punto de vista de utilidad energética, las aplicaciones con energía solar térmica son más eficientes ya que tanto la necesidad de frío como la energía consumida para abastecerlo son de carácter térmico. La electricidad puede emplearse en otros usos que no pueden ser abastecidos térmicamente, como son la iluminación artificial o la fuerza motora.

La tendencia al uso de la refrigeración abastecida a través de energía solar térmica esta resurgiendo debido a las siguientes razones.
1.- El problema sobre las emisiones de CO2 está tomando una relevancia significativa a nivel internacional.

2.- Desde al protocolo de Montreal en 1987, se están buscando refrigerantes alternativos a los clorofluorocarbonatos (CFC) e hidroclorofluorocarbonatos (HCFC) a nivel internacional.

3.- En los últimos 10 años se ha desarrollado una sólida industria de colectores solares térmicos. Hoy en día existen productos de elevada eficiencia y numerosas aplicaciones.

4.- A nivel económico, la rentabilidad de los sistemas de frío solar son prácticamente similares a los sistemas de agua caliente sanitaria (ACS) o de calefacción solar. Además, en las áreas de clima mediterráneo, algunas aplicaciones de refrigeración solar con el soporte de equipos de compresión están muy próximas a ser competitivas con los sistemas convencionales de refrigeración. Si además se considera la posibilidad de disponer de una subvención por el uso de fuentes de energía renovables, la ventaja del frío solar se hace más evidente.

5.- La concepción integral de los edifícios actuales y sus instalaciones, así como la existencia en el mercado actual de productos para controlar sistemas complejos, permiten la incorporación de la energía solar térmica para diversos usos tales como el ACS, la calefacción y la refrigeración. De esta forma se optimiza el diseño y la operación de los sistemas.

En los sistemas de frío solar térmicos, existen dos principales tecnologías:
- Enfriadoras de absorción accionadas por energía solar térmica.
- Ciclos abiertos o cerrados de adsorción.
- Sistemas desecantes regenerados por energía solar térmica con colectores de agua o de aire.

REFRIGERACIÓN MEDIANTE PROCESOS DE ABSORCIÓN

Posiblemente la aplicación con mas futuro de la energía solar térmica, pues permite trasformar la energía térmica en frío. El principio de funcionamiento de es los absorbedores es similar al de las maquinas frigoríficas de compresión convencionales, pero en lugar de realizarse una comprensión mecánica, se realiza una compresión térmica.

Aunque el rendimiento es bajo, comparados con maquinas convencionales (COP 0.5-1.2), también proporciona numerosas ventajas, en principio el bajo consumo eléctrico, llegando incluso a la independencia de energía eléctrica de la red en combinación con energía FV. Ademas permite utilizar las instalaciones solares durante todo el año, aprovechando en invierno para la calefacción y durante el verano, meses de máxima radiación, cuando normalmente se producen grandes excedentes térmicos que deben disiparse al ambiente, para la producción de frío de manera mas respetuosa con nuestro medio ambiente.

LA MAQUINA DE ABSORCIÓN

La máquina de absorción es una bomba de calor, es decir, es un equipo que permite traspasar energía de una fuente a baja temperatura a otra fuente a alta temperatura con un pequeño consumo de energía adicional. A diferencia de las bombas de calor eléctricas, la energía aportada es térmica, por lo que, son adecuadas para acoplarlas con colectores solares (para facilitar conceptos se trata de una compresión térmica en lugar de una compresión mecánica) . Su funcionamiento se basa en la capacidad de determinadas substancias para absorber un fluido refrigerante.

En función del fluido refrigerante y absorbente, las máquinas de absorción pueden dividirse según indica la tabla siguiente:
Denominación Refrigerante Absorbente
bromuro de litio agua bromuro de litio
amoniaco amoniaco agua


La eficiencia de las máquinas de absorción en producción de refrigeración viene determinada por la relación entre el frío producido y la energía térmica empleada para producirlo. Este parámetro se denomina Coefient of Performance (COP). Realmente no es la producción de frío sino el traslado del calor a otro ambiente, esto permite tener COP>1, y no contradecir a Carnot.

Se puede distinguir entre las máquinas de absorción de simple efecto y las de doble efecto. Las de doble efecto requieren agua sobrecalentada (120 - 190 ºC) o vapor para su funcionamiento (3 - 10 bar), mientras que las de simple efecto pueden funcionar con agua caliente (80 - 95 ºC). Obviamente a mayor diferencia térmica entre los focos, mayor COP.

En función de este parámetro vendrá condicionada la tecnología de colectores solares apropiada para suministrar la energía térmica que la máquina de absorción precisa para su funcionamiento. En el caso de las máquinas de simple efecto la utilización de colectores planos selectivos o colectores CPC ( Compound Parabolic Collector ) ofrecen un buen aprovechamiento de la energía solar, y el coste respecto a otras tecnologías es significativamente más económico. Sin embargo, para la conexión a máquinas de doble efecto es preciso considerar colectores parabólicos con seguimiento solar. Hoy en dia hay maquinas de absorción de doble efecto que permiten el apoyo de energía solar a Tª<100 ºC, utilizando la energía de los colectores solares en el intercambio y no en el generador de la maquina.

Actualmente, los sistemas de refrigeración solar basados en máquina de simple efecto son competitivos frente a sistemas de compresión eléctrica convencionales. En el caso de equipos de doble efecto, aunque existe un sobrecoste en la inversión, las ventajas energéticas y medioambientales son significativas.

El esquema adjunto muestra una posible configuración de un sistema de refrigeración convencional apoyado con energía solar de estas características. El sistema solar cuenta de un tanque de acumulación con el fin de amortiguar los desfases entre la disponibilidad de radiación y la carga frigorífica. Además existe una caldera de apoyo para garantizar que en todo momento la máquina de absorción dispondrá de la energía necesaria para su funcionamiento, ademas de garantizar una Tª constante en el generador y no provocar oscilaciones térmicas que provocan una disminución de rendimiento. Otra alternativa en el diseño de estos sistemas puede consistir en añadir un tanque de acumulación en la refrigeración o bien una enfriadora de compresión de apoyo a la de absorción.