Climatización solar

Especialistas del Centro de Investigación en Energía de la UNAM trabajan desde hace un par de años en el desarrollo de un prototipo de aire acondicionado solar para aplicaciones en industria y comercios. El sistema no es nuevo, pues ya se usa con relativa amplitud en Europa y algunas partes de Asia. El objetivo es contar con un equipo hecho en México y establecerlo como una verdadera alternativa

Karemm Danel

Para nadie del sector HVACR es desconocido que los equipos de climatización y refrigeración representan el mayor consumo energético entre los sistemas instalados para el confort y la operación de los inmuebles. Además, en términos ambientales, este tipo de equipos son responsables de un tercio de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), mientras que los dos tercios restantes se deben a la generación de energía. Si se considera que el mayor consumo de energéticos lo efectúan los sistemas HVACR, su participación en el deterioro planetario crece considerablemente.

Por el lado de la generación de energía, ya las fuentes renovables llevan un gran trecho recorrido y cada día crece su aceptación como alternativas viables y factibles para reemplazar a los combustibles fósiles, lo que reduce de manera significativa las emisiones de GEI. En el caso de los sistemas HVACR, se ha trabajado en mejoras constantes para elevar la eficacia de su consumo energético y grades pasos se han dado ya, con lo que la industria avanza.

El consumo, no obstante, continúa siendo sumamente elevado, al tiempo que el número de personas que puede costear este tipo de sistemas crece a diario con el desarrollo de los países, lo que incrementa el número de equipos en uso y la necesidad de generación eléctrica. La alternativa de contar con sistemas de climatización alimentados por energía solar ofrece un panorama atractivo para reducir la demanda de energía y la necesidad de mayores niveles de generación.

Con esto en mente, el doctor Roberto Best y Brown, investigador titular del Centro de Investigación en Energía de la Universidad Nacional Autónoma de México (CIE-UNAM), se ha enfocado desde hace varios años en el desarrollo de sistemas alternativos de refrigeración y aire acondicionado, que se sirvan de fuentes de energía renovable para operar. Este tipo de sistemas ya se emplea en el viejo continente, lo que, empero, no demerita su utilidad y beneficio para la industria y el mercado mexicanos.

Es así que han dado cauce a un prototipo de refrigeración solar, que busca erigirse como una alternativa viable para los sistemas industriales y comerciales. A la par, en conjunto con sus colaboradores, desde hace un par de años inició un proyecto que utiliza concentradores solares, colectores planos y tubos evacuados, que permiten, según la aplicación, producir frío con el propósito de generar hielo o echar a andar sistemas de aire acondicionado.

Las características técnicas y las herramientas tecnológicas ya están disponibles y son maduras; la falta de conocimiento del mercado sobre estas aplicaciones y su difusión en gran escala aún son dos de los retos por superar. Sin embargo, el aspecto económico relacionado con la inversión inicial también constituye un tema por trabajar entre los interesados, de manera que los usuarios se aventuren y opten por esta alternativa. Los incentivos fiscales podrían representar una respuesta viable.

Para conocer con mayor detalle las características del sistema, sus proyecciones y las aplicaciones en las que es factible utilizarlo, Mundo HVACR entrevistó al experto del CIE, quien ofreció cuantiosa información al respecto. Se augura un panorama óptimo.

“El país ya está convencido de las ventajas de las energías renovables, pues ya son económicamente viables en muchos usos”: Roberto Best

Mundo HVACR (MH): ¿Cómo funciona el sistema de aire acondicionado solar?
Roberto Best (RB): En principio, se pueden tener sistemas cuya aplicación sea muy parecida a los sistemas convencionales; es decir, se puede realizar la producción de agua fría en un sistema cerrado, como un chiller, utilizando un sistema de absorción o adsorción, acoplado a un banco de captadores solares, o también se puede emplear un sistema abierto, desecando y acondicionando el aire directamente. La regeneración de la rueda desecante se realiza circulando aire, que se calienta en un intercambiador de calor con un sistema de calentamiento de agua, que a su vez es calentado por un banco de captadores solares.

MH: ¿Quiénes colaboran en este proyecto?
RB: Actualmente, el Instituto de Energías Renovables (IER) tiene varios proyectos en esta área, donde participa la empresa Módulo Solar; y en el Proyecto Cemie-Sol, sobre enfriamiento solar, participan, aunadas a la UNAM, la Universidad Autónoma de Baja California, el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, la Universidad Autónoma del estado de Morelos y el CIATEQ.

MH: ¿Cuáles son las ventajas del aire acondicionado con energía solar?
RB: Lo primero es el ahorro en energía eléctrica convencional al utilizar bombas en lugar de compresores, además de la coincidencia ente la demanda de aire acondicionado con las horas de mayor incidencia de radiación solar; igualmente, el uso de refrigerantes naturales, como el agua.

MH: ¿Qué tecnología se emplea para el aire acondicionado con energía solar?
RB: La tecnología más desarrollada para aire acondicionado es la refrigeración por absorción, que utiliza agua como refrigerante y una sal (bromuro de litio) como absorbente; al mezclarlas, se forma una solución acuosa que circula entre el generador, el absorbedor y el agua, que es separada en el generador por agua calentada en captadores solares. El agua se evapora a baja presión, produciendo agua fría que se utiliza para el acondicionamiento. El 70 por ciento de los más de 700 sistemas de refrigeración solar instalados en el mundo usan esta tecnología; alrededor de 14 por ciento utilizan sistemas desecantes sólidos en refrigeración y 13 por ciento utiliza sistemas de adsorción, empleando, principalmente, agua-sílica gel como sustancias de trabajo.

MH: ¿Este sistema de aire acondicionado es apto para instalarse en cualquier lugar?
RB: Los sistemas no requieren de un espacio especial para instalarse, lo que sí se requiere es el espacio para instalar el sistema de captadores solares, que puede constar de hasta de 50 metros cuadrados para sistemas de 10 kilowatts de frío, hasta sistemas de varios cientos de captadores para aplicaciones más grandes.

MH: ¿A qué obstáculos se ha enfrentado el desarrollo e implementación de este tipo de tecnología?
RB: El primero es el desconocimiento de que en el mercado ya existen muchos sistemas técnicamente probados al ciento por ciento. Lo otro es el costo inicial del sistema, que es más alto que los sistemas convencionales; estos costos, en muchos países, se pueden reducir con incentivos fiscales.

MH: ¿Cuáles son los requerimientos técnicos?
RB: En general, se requiere de una buena instalación hidráulica para los captadores, una torre de enfriamiento de agua y, usualmente, un tanque de almacenamiento de agua fría o caliente para alargar las horas de funcionamiento del sistema. Nada de esto conlleva una complicación técnica fuera de lo normal.

MH: ¿En qué lugares es posible utilizar este sistema de aire acondicionado?
RB: Básicamente, en cualquier lugar del país, siendo más económico en lugares con alta insolación y en aplicaciones donde se requiera aire acondicionado todo el año. Se vuelve más viable económicamente donde haya una demanda de energía térmica coincidente; por ejemplo, en el calentamiento de agua, para lo cual se utiliza el mismo sistema de captadores solares.

MH: ¿Qué se debe considerar respecto de la instalación de estos sistemas?
RB: Lo principal es tener en cuenta que al ser un sistema operado por un recurso intermitente, como la energía solar, es necesario almacenar energía para las horas que no cubre directamente la demanda el sistema solar y siempre se tendrá un respaldo convencional para cuando no opere. Normalmente, se diseñan los sistemas para un máximo de 80 por ciento de cubrimiento solar, conocido como la fracción solar.

MH: ¿Cuál es su tiempo de vida útil?
RB: Los sistemas se diseñan para 10 años de uso; pero, en realidad, son muy robustos, ya que las únicas partes móviles son las bombas que mueven el fluido caloportador, las bombas del sistema de enfriamiento y los ventiladores en la torre de enfriamiento.

MH: ¿Qué tipo de mantenimiento requiere?
RB: El mantenimiento se considera bajo los captadores solares que sólo requieren ser limpiados periódicamente por polvo acumulado y servicio a válvulas y bombas.

MH: ¿Qué precauciones se deben tener al contar con estos sistemas?
RB: En realidad no son muchas. Los sistemas comerciales de refrigeración solar ya incluyen sistemas de protección contra sobrecalentamiento y manejo de las soluciones. Son sistemas muy confiables.

MH: En términos económicos, ¿qué tan viable resulta?
RB: Los sistemas de refrigeración térmica son más costosos que los sistemas convencionales de la misma capacidad; esto es normal por el volumen de producción y las ventas. Pueden costar dos o tres veces más que un sistema convencional, pero el costo fuerte está en el campo de captadores, que puede representar más de 50 por ciento del costo total. Esto se ha reducido año con año y la formulación de paquetes tecnológicos más eficientes y a menor costo se está introduciendo en Europa.

MH: ¿Qué obstáculos ha enfrentado la implementación de este tipo de sistemas en la industria y en los hogares?
RB: Sobre todo a la falta de conocimiento respecto de que es una tecnología ciento por ciento factible técnicamente y con una viabilidad que crece año con año al avanzar la tecnología; que se trata de sistemas más confiables y con menores costos.

El sistema sí resulta menos viable económicamente para sistemas de pequeña capacidad. Una posibilidad interesante es juntar la demanda de un conjunto de viviendas y diseñar un sistema centralizado.

MH: ¿Existe alguna normativa bajo la cual se rija dicho sistema?
RB: No existe aún una normativa especial para estos sistemas. Se tienen normativas para los captadores, por un lado, y por parte de los sistemas de absorción se puede seguir en cierta forma la normatividad para sistemas operados con gas. Se está trabajando en normatividad en laboratorios europeos, pero aún no se cuenta con ello.

MH: ¿Quiénes han sido los más interesados en apoyar e impulsar económicamente y por medio de difusión este sistema?
RB: Hay programas bastante fuertes en Europa para apoyar y difundir esta tecnología, así como programas nacionales en varios países preocupados por la demanda de energía eléctrica para la refrigeración. En México, se ha manifestado el desarrollo de estos sistemas como un área de mucho interés a través de las convocatorias de la Secretaría de Energía (Sener) y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), donde se han apoyado proyectos para el desarrollo de prototipos nacionales y para montar a mediano plazo sistemas demostrativos en algún lugar del país. El IER participa en estos programas y es el líder en el más reciente de la Cemie-sol, que se otorgó a principios de este año.

MH: ¿Existe ya algún caso de éxito?
RB: Hay más de 700 sistemas instalados, sobre todo en Europa. En México, en la zona industrial de Morelos, ya tiene varios años la operación de una fábrica de hilados que cuenta con un sistema de adsorción, fabricado en Japón, de 50 kW y es activado con captadores solares, con un área de más de 300 metros cuadrados de captadores solares fabricados en México.

MH: ¿Hay otros proyectos en desarrollo? ¿Cuáles son?
RB: El IER participa en el desarrollo de un sistema de aire acondicionado de pequeña capacidad: entre 5 y 10 kW de capacidad de enfriamiento, financiado por el Conacyt y la Sener. La idea es desarrollar un sistema de diseño nacional para este fin, que deberá entrar en operación demostrativa en los próximos años.

MH: ¿Se vislumbra un panorama prometedor en el país para el desarrollo de estos proyectos?
RB: El país ya está convencido de las ventajas de las energías renovables, pues ya son económicamente viables en muchos usos, incluyendo el calentamiento de agua de uso doméstico y comercial. La extensión a sistemas térmicos de refrigeración confiables, eficientes y económicos es una consecuencia lógica que requerirá de inversión en investigación y desarrollo.

El desarrollo de los captadores solares aún está en etapas iniciales; los costos tendrán que bajar al utilizar procedimientos de desarrollo industrial. Ya existe la tecnología de tubos evacuados y concentradores que permite operar sistemas de simple y doble efecto, más eficientes y a costos competitivos.

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