Refrigeración Solar: Funcionamiento, usos y retos de esta tecnología

ExpoCiencias Campeche 2017

REFRIGERACIÓN SOLAR: FUNCIONAMIENTO, USOS Y RETOS DE ESTA TECNOLOGÍA.

Nombre de los autores: Durán Alejos, Luis Esteban

Frías Quiroz, Valeria

Pérez García, Isaac del Jesús.

Área: Divulgación de la Ciencia (DC).

Categoría: Secundaria.

Primer Grado, Escuela Secundaria Parvulitos.

Entidad Federativa: Campeche.

Nombre del asesor: Leonardo Enrique Vera López.

Fecha: 09 de Noviembre de 2017.

Índice

Introducción 3

Marco Teórico 4

Procedimiento 5

¿Cómo funcionan los sistemas de refrigeración solar? 6

Ciclo de refrigeración por absorción 6

Diferentes diseños: una misma función 8

Usos de la refrigeración solar en México. 9

Conclusión 10

Bibliografía 12

Anexos 13

Anexo 1: Diagrama esquemático propuesto por Garibay, et al (2011). 13

Anexo 2: Diagrama esquemático del sistema de refrigeración en cascada asistido por energía solar. Wang, et al (2012). 13

Anexo 3: Prototipo del refrigerador por adsorción con básculas semi piloto. Berdja, et al (2014). 14

Anexo 4: Esquema del sistema de refrigeración solar por absorción utilizando la pareja MMA-W. Isaza, et al (2010). 14

Introducción

El término refrigeración solar, resulta altamente contradictorio, en especial, cuando se emplea para describir sistemas de refrigeración/climatización que operan a partir de la energía solar térmica.

Si bien es cierto, que este tema no es nada nuevo en el contexto científico y tecnológico actual, ya que lleva desarrollándose más de 25 años, resulta bastante interesante e innovador las diversas formas de aplicación que actualmente se están desarrollando en los diferentes ámbitos.

No obstante que existen diversas investigaciones, proyectos y prototipos que se han desarrollado alrededor del mundo y más aún, en México; resulta triste y alarmante la poca difusión o información que la mayoría de la población tanto adulta como jóvenes en proceso de formación profesional posee acerca de esta tecnología que supone potencialmente un ahorro energético, económico y que además es amigable con el medio ambiente. Es debido a esto, que se decidió investigar un poco más, respecto a esta tecnología, y dar a conocer de qué manera funciona, como se usa y los retos que ésta debe superar para ser más asequible a la sociedad en general, particularmente la sociedad mexicana.

El objetivo general del siguiente trabajo es investigar acerca del funcionamiento de la refrigeración solar, aplicaciones de esta tecnología en diferentes ámbitos y analizar los alcances y limitaciones actuales de dicha tecnología para su aplicabilidad en México.

Los objetivos específicos que surgen a partir del objetivo general se pueden catalogar en dos:

1. Investigar el funcionamiento interno, es decir, cómo es posible transformar la energía solar térmica obtenida del sol, en frío, para refrigerar ambientes.

2. Dar a conocer los resultados de dicha investigación, así como abundar en los principales alcances, limitaciones y usos tanto actuales como potenciales de la tecnología conocida como refrigeración solar.

“Las fuentes de energías renovables como: eólica, mareomotriz, solar, etc; tienen un papel básico en la economía a escala mundial […] En el caso de la energía solar, ésta sigue siendo cara debido al alto costo de las celdas fotovoltaicas que son el principal dispositivo de su aprovechamiento, por otro lado en un campo menos impulsado se encuentran los colectores y/o concentradores solares…” [Garibay, Zamorano, Martínez y Alcaraz, 2011].

Si bien, es cierto que los concentradores solares no son un invento del todo novedoso, si lo son las nuevas formas de aprovechamiento, actualmente suelen utilizarse desde direccionar y concentrar la incidencia de los rayos solares en un punto o un sector en particular de una celda o panel solar, para lograr una mayor fuente energética, también se trabajan con fines tales como hornos o estufas solares, y desde luego para climatización y/o refrigeración solar.

Esta última aplicación, resulta de sobremanera interesante, y es nuestro interés primordial, ya que, como menciona Cortés [2006]: “Los sistemas de refrigeración por adsorción permiten aprovechar fuentes térmicas no convencionales como la energía solar y desechos de calor residual generados por el proceso industrial”.

Es precisamente el aprovechamiento de la energía solar térmica como método de refrigeración, que nos atañe el proceso de investigación, ya que, en muchos países en vías de desarrollo el uso de esta tecnología podría resultar un aumento en el nivel de vida, utilizándola para hacer posible la conservación de alimentos básicos, medicinas y vacunas, debido a la alta intensidad de energía solar disponible. En México, en casi el 40% de su territorio (casi unos 2 millones de kilómetros cuadrados) se reciben en promedio unos 21MJ/m2 por día. [Garibay, et al, 2011].

Y precisamente debido a este hecho es que surge las siguientes preguntas de investigación: ¿de qué manera funciona la refrigeración solar, y por qué su uso no está tan extendido, en México, si esta tecnología tiene un gran potencial? ¿cuáles son las limitantes y los obstáculos que debe vencer esta tecnología para ser realmente viable y accesible para toda la sociedad?

Marco Teórico

La energía solar tiene varios usos y en una lista principal de estos posibles figuran: calefacción doméstica, refrigeración, calentamiento de agua, destilación, generación de energía, fotosíntesis, hornos solares, cocinas, evaporación, acondicionamiento de aire, control de heladas y secado, entre otras. [Garibay, et al, 2011].

El aprovechamiento de la energía proveniente del sol, especialmente cuando se emplea con fines de refrigeración o acondicionamiento de aire, suele tener dos formas principales de uso, la primera y más común es el empleo de paneles o celdas solares para convertir dicha energía solar, en energía eléctrica, capaz de poner en funcionamiento los sistemas de aire acondicionado o refrigeración convencionales, no obstante, esta forma de utilización resulta un poco caro, siendo el tema económico la principal limitante para su uso extensivo, ya que requiere una instalación especial y los equipos suelen ser un tanto grandes para ser realmente útiles. La segunda forma de aprovechamiento de la energía solar térmica es a partir del uso de sistemas de refrigeración por adsorción, el cual representa potencialmente una forma más eficiente de empleo de dicha energía solar.

Entre los procesos térmicos de energía solar, la refrigeración solar es uno de los procesos más adecuados para el almacenamiento, transporte y comercialización de energía. Entre sus numerosas aplicaciones, la máquina de refrigeración de adsorción parece ser una alternativa interesante a los sistemas de refrigeración convencionales en regiones aisladas donde la energía eléctrica convencional no se encuentra disponible. [Berdja, Abbad, Yahi, Bouzefour y Ouali, 2014].

Lo que diferencia primordialmente a un sistema de refrigeración convencional de un sistema de refrigeración solar, es que este último en lugar de usar un equipo de alto consumo de energía eléctrica, tal como los compresores, ocupa un ‘generador’, que cumple con la misma función, pero usando procesos diferentes: desorción y adsorción de gases […] la cual permite la generación de frío en el evaporador. [Cortés, 2006].

El ciclo de refrigeración por adsorción puede ser operado con una fuente de energía térmica, tal como la energía solar. Este tipo de aplicaciones conllevan a ahorros energéticos y por ende a la protección del medio ambiente. Sin embargo, las aplicaciones tradicionales de los ciclos de refrigeración por adsorción son muy restringidas porque no pueden operar a bajas temperaturas de generación, fácilmente alcanzables con la radiación solar térmica. La elección del fluido de trabajo adecuado en los sistemas de refrigeración por adsorción es muy difícil. En las aplicaciones industriales y comerciales, sólo los sistemas de amoniaco-agua y bromuro de litio-agua se utilizan ampliamente. Sin embargo, estos fluidos de trabajo tienen cierta desventaja, como los requisitos de alta y baja presión, toxicidad, corrosión y problemas de cristalización [Isaza, Pilatowsky, Romero, Cortés, 2010].

Procedimiento

A partir, de la pregunta de investigación, y sin perder de vista el objetivo general y cada uno de los objetivos específicos se procedió a realizar el trabajo, investigando a través de diferentes plataformas en internet.

Una de las primeras herramientas empleadas en la búsqueda de información acerca de los sistemas de refrigeración solar, fue el buscador Google, a partir de nuestro navegador, no obstante, la información que se obtenía desde esta página resultaba muy escueta y con un corte no científico, sino más bien desde el punto de vista mercadológico, y las pocas páginas que proporcionaban información respecto al tema no eran tan fidedignas y/o la información contenida no era lo suficiente para cumplir con los objetivos planteados. Con ayuda de nuestro asesor, diseñamos

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