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Climatización Termosolar

El uso de energía termosolar para la climatización comienza a tomar relevancia en un panorama donde el cuidado al medioambiente es una prioridad.

El uso de energía termosolar para la climatización comienza a tomar relevancia en un panorama donde el cuidado al medioambiente es una prioridad.

Por Maricela Román Gama.

El efecto invernadero ha aumentado la temperatura global. En los sitios templados y fríos, como en los polos, el hielo se derrite, y en los sitios calurosos, como en el trópico, el calor es más abrasador. Estos hechos aumentan el precio de los combustibles -en una forma directamente proporcional- la tarifa eléctrica y el consumo de los energéticos.

Entre las energías renovables se cuentan la eólica, geotérmica, hidroeléctrica, maremotriz, termosolar, undimotriz, la biomasa y los biocombustibles. Del 12 por ciento de energía limpia, el 41 por ciento es  termosolar, sin embargo, de ese porcentaje, el 99.9 por ciento está dirigido a la generación de electricidad en  granjas solares, y sólo el 1 por ciento se aplica en la refrigeración.

El 88 por ciento de la energía que se consume en el mundo es energía fósil y el 12 por ciento es energía limpia. La buena noticia es que ésta última ha aumentado su demanda en un 20 por ciento con respecto del año anterior.

Energia Termosolar
La energía solar térmica es la transformación de la energía radiante solar en calor. Ésta se encarga de calentar el agua de forma directa, alcanzando temperaturas que oscilan entre los 40º y 50º C, gracias a la utilización de páneles solares.

Su aplicación es útil en el calentamiento de agua sanitaria (ACS), usos industriales, calefacción de espacio, calentamiento de piscinas, secaderos, refrigeración, entre otras.

La diferencia con la energía solar fotovoltaica es que aprovecha las propiedades físicas de ciertos materiales semiconductores para generar electricidad a partir de la radiación solar.

Métodos de producción de energía
1  Dispositivos de alta concentración. Son los llamados sistemas de receptor central. En éstos, la radiación solar se capta por medio de espejos curvos (heliostatos), que reflejan la luz del Sol, concentrándola en un punto o foco. Los espejos siguen el movimiento solar durante el día, controlándolo mediante programas informáticos.

El foco funciona como receptor del calor, que lo transfiere al fluido de trabajo (agua, aceite, aire, sales, etcétera), que es el encargado de transmitir el calor a otra parte de la central termosolar. Generalmente, el calor es transmitido a un depósito de agua que a altas temperaturas se evapora, esto se aprovecha para mover una turbina.

Los receptores centrales tienen características positivas, y poseen radios de concentración de 300 a 1 mil 500, por lo que son altamente eficientes, pudiendo operar a temperaturas entre 500 y 1 mil 500 ºC.

Existen dos configuraciones: los heliostatos rodean completamente la torre central (cilíndrica y de superficie con alta conductividad térmica), y en la otra, los heliostatos están colocados en el norte de la torre receptora.

Otra variedad de centrales solares térmicas de alta concentración son los discos parabólicos. Estos discos son colectores que rastrean el Sol en dos ejes, concentrando la radiación solar en un receptor ubicado en el foco de la parábola.

El receptor absorbe la energía y la convierte en térmica. Inmediatamente se puede transformar la energía térmica en eléctrica, a través de un generador, o también puede ser conducida mediante turbinas a una central de conversión.

Los colectores parabólicos tienen, entre otras, las siguientes características: están orientados directamente al Sol; son los colectores que presentan la mayor eficiencia; tienen radios de concentración de alrededor de 600 a 2 mil; pueden alcanzar temperaturas superiores a los 1 mil 500ºC. Este tipo de sistema utiliza como fluido aceite o vapor de agua.

Uso de energías limpias en la actualidad
Uso de energias
Solar Fotovoltaica
Geotérmica
Eólica
Solar Térmica
3%
16%
24%
41%
Se prevee que para 2018 el uso de energías limpias para la climatización incremente un 18 por ciento

2  Dispositivos de mediana concentración. Conjunto de colectores cilindro parabólicos que se mueven con el Sol, concentrando la radiación en una tubería ubicada a lo largo del foco, la cual concentra el fluido de trabajo que transporta el calor adquirido. El fluido que se mueve por el tubo es calentado y transportado a una red de tuberías diseñada para minimizar las pérdidas de calor.

Los sistemas parabólicos generalmente constan de una línea focal horizontal simple, permitiéndoles rastrear el Sol a lo largo de un sólo eje, Norte-Sur (N-S) o Este-Oeste (E-O).

Una orientación N-S provee un poco más de energía anual que una E-O, pero el potencial en invierno es menor en latitudes medias. Por otro lado, una orientación E-O provee un producto más constante a través del año.

Los sistemas parabólicos operan a temperaturas entre 100 y 400ºC, bastantes más bajas que el sistema de foco central. Sin embargo, este tipo de sistemas son los más desarrollados tecnológicamente, ya que son centrales que ocupan un espacio pequeño y presentan más ventajas frente a los discos parabólicos.

En sistemas de alta o baja concentración, la energía calorífica solar se transforma generalmente en energía eléctrica, aunque existe la posibilidad de almacenar calor.

Aplicación energía termosolar Aplicacion energia termosolar
Aplicación Aire Acondicionado
Para Generar Electricidad
1%
99%

Su aplicación en aire acondicionado
De acuerdo con la Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía (CONUEE) el aire acondicionado es el elemento con mayor consumo en un negocio, casa u oficina. Conducir durante un día un automóvil  equivale al uso en un día de un aire acondicionado.

Existen múltiples opciones de equipos de aire acondicionado ahorradores  y ecológicos, como la aplicación de energía termosolar en aires acondicionados a través de colectores, que ayudan al compresor a reducir su carga de trabajo.

Los captadores solares son los elementos que toman la radiación solar y la convierten en energía térmica, en calor. Como captadores solares, se conocen los de placa plana, los de tubos de vacío y los absorbedores sin protección ni aislamiento.

Para la aplicación en aires acondicionados se utilizan los sistemas de captación de placa plana con cubierta de vidrio, que son los más comunes. El vidrio deja pasar los rayos del Sol, éstos calientan los serpentines metálicos que transmiten el calor al refrigerante. La placa es de color oscuro, ya que las superficies oscuras calientan más.

El vidrio que cubre el captador no sólo protege la instalación, sino que permite conservar el calor, produciendo un efecto invernadero que mejora el rendimiento del captador.

Los captadores están formados de una carcasa de aluminio cerrada y resistente a ambientes marinos, un marco del mismo material (eloxat), una junta perimetral libre de siliconas, aislante térmico de lana de roca respetuoso con el medioambiente, cubierta de vidrio solar de alta transparencia y finalmente por tubos soldados ultrasónicos.

Composición de captadores solares
Cubierta: Es transparente, de vidrio, y también se utiliza de plástico, ya que es menos caro y manejable. Su función es minimizar las pérdidas por convección y radiación, y por eso debe tener una transmitancia solar lo más alta posible.

Canal de aire: Es un espacio (vacío o no) que separa la cubierta de la placa absorbente. Su espesor se calculará teniendo en cuenta la necesidad de equilibrar las pérdidas por convección y las altas temperaturas que se pueden producir si es estrecho.

Placa absorbente: Absorbe la energía solar y la transmite al líquido que circula por las tuberías. La principal característica de la placa es que debe tener una gran absorción y una emisión térmica reducida. Se utilizan materiales combinados para obtener la mejor relación absorción-emisión.

Serpentín o conductos: La placa debe ser absorbente para que el intercambio de energía sea lo más grande posible. Por los serpentines circula el líquido que calentará refrigerante e irá hacia el compresor.

Capa aislante: La finalidad de la capa aislante es recubrir el sistema para evitar y minimizar pérdidas. Para que el aislamiento sea efectivo, el material aislante deberá tener una baja conductividad térmica.

Especificaciones técnicas
Parrilla / Aluminio color  blanco Tipo / Material
31.92 cm Superficie de absorción
94% ± 2% Absortividad
5% ± 2% Emisividad
1/2 ≠ 12.7 mm Serpentín de cobre flexible
670 ml Capacidad
4.03kg/cm Presión máxima de trabajo

Circuito primario
El circuito primario (un circuito cerrado) transporta el calor desde el captador, hasta el acumulador (sistema que almacena calor). El líquido calentado (agua o una mezcla de sustancias que puedan transportar el calor) lleva el calor hasta el acumulador. Una vez enfriado, regresa al colector para volver a calentar, y así sucesivamente.

Intercambiador de calor
El intercambiador de calor aumenta la temperatura del agua de consumo a través del calor captado de la radiación solar. Se sitúa en el circuito primario en su extremo. Tiene forma de serpentín, ya que así se consigue aumentar la superficie de contacto y, por lo tanto, la eficiencia. El agua que entra en el acumulador, siempre que esté más fría que el serpentín, se calentará.

Fututo Prometedor
El futuro de la energía solar es prometedor. En  muchos países hay subvenciones para su uso doméstico, en cuyos casos una instalación puede amortizarse en plazo de cinco o seis años.

En lo que respecta al viejo continente, en 2006, entró en vigor el Código Técnico de la Edificación que establece la obligatoriedad de implantar sistemas ACS con energía solar en todas las nuevas edificaciones españolas.

A nivel mundial, y según datos de la Bloomberg New Energy Finance, las inversiones en 2012 ascendieron a 268 mil millones de dólares. Y un reporte denominado “Who is winning the clean energy race”, mostró que las naciones del G-20 representaron el 95 por ciento de la inversión en el sector.

Latinoamérica no se queda atrás, pueslas cifras son prometedoras. En México, las inversiones totales en energía limpia alcanzaron los 1,9 mil millones de dólares en 2012; Chile invirtió mil millones de dólares, y Perú 643 millones. Así, el objetivo internacional es reducir los subsidios a los combustibles fósiles y trasladarlos a la energía limpia, incrementando su aplicación en el área de climatización en un 18 por ciento  para 2018.
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Maricela Román Gama
Directora General de Sky Green, empresa mexicana enfocada en el desarrollo de productos ecoamigables para el sector de la climatización.

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