El tema del HVACR solar cada vez toma más fuerza en Latinoamérica, dada la introducción y utilización de energías renovables en el sector industrial y residencial desde hace varios años.
Por: Santiago Jaramillo H.
A propósito de los recientes logros alcanzados por Científicos del Centro de Investigación en Energía (CIE) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), con el desarrollo de un sistema de aire acondicionado alimentado por energía solar, adecuado para las circunstancias climatológicas de insolación, temperaturas y humedad que predominan en la mayor parte del territorio mexicano, y que aún está en etapa de desarrollo, quisimos invitar a alguno expertos en el tema para que nos contaran qué tan viable es una iniciativa de este tipo en la región.
Para César Alejandro Isaza Roldán, docente investigador del Grupo de Energía y Termodinámica del Instituto de Energía, Materiales y Medio Ambiente de la Escuela de Ingeniería de la Universidad Pontificia Bolivariana de Medellín, Colombia, la introducción de nuevas tecnologías de HVACR solar requiere planes estructurados que garanticen su adaptación a las condiciones de la región.
“En Latinoamérica se han tenido experiencias aisladas en el uso de sistemas HVACR solar, especialmente en México, donde estas instalaciones no perduraron en el tiempo y adicionalmente dejaron una mala reputación por parte de los usuarios, haciendo que el avance del mercado se haya estancado”, puntualiza Isaza.
El docente también reconoce que la mayoría de sistemas HVACR solares instalados en Europa, operan bajo condiciones de irradiancia solar típicamente superiores a 5 kWh/m2 día, las cuales se dan en gran parte de los países latinos. “Estas tecnologías son relativamente simples en su concepción, y en Latinoamérica se cuenta 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”, destaca.
Es de anotar que los sistemas HVACR solares, están concebidos para bajas potencias (menores a 30 TR ó 100 kW de capacidad de enfriamiento), ya que uno de los componentes más costosos (50% del valor total) es el sistema de captación solar que limita considerablemente el tamaño de los equipos. Por este motivo, la mayoría de las instalaciones en Europa son estacionales y operan tanto con energía solar como con fuentes convenciones (gas natural, vapor, etc.), buscando reducir costos de inversión y de operación.
Tras el anterior acote, el académico pondera que “la viabilidad de los sistemas HVACR solar está ligada al desarrollo de la tecnología de colectores solares y la reducción de costos, la cual se está evidenciando con el reciente aumento en suministro de equipos de captación solar provenientes de China, a precios muy competitivos y con tecnologías de tubos de vacío, aptas para alcanzar las temperaturas requeridas en estos sistemas”.
Isaza también subraya que uno de los principales obstáculos para el desarrollo de los sistemas HVACR solares en nuestra región es la ausencia de programas de promoción y difusión, como los que existen en Europa, que financien instalaciones demostrativas, impulsen el desarrollo tecnológico en empresas y universidades, se articulen con incentivos fiscales como tecnologías limpias y eficientes, y permitan a los usuarios finales adquirir confianza en una nueva alternativa de climatización.
En este mismo sentido están las opiniones del brasileño Rodnei Peres, perteneciente al Departamento de Comercio Exterior de Full Gauge Controls, quien destaca que “para que exista un mayor desarrollo es necesario que los gobiernos inviertan e incentiven el uso de este tipo de energía. En Brasil, por ejemplo, la creación de leyes que obligan el uso del calentamiento solar en nuevas construcciones hizo que este mercado creciera en grandes proporciones”. Asimismo destaca que otro elemento que contribuyó para ese escenario positivo fue “la creciente utilización de colectores solares en proyectos de conjuntos habitacionales hechos por diversos gobiernos estatales”.
Lo anterior, como lo reconoce nuestro invitado de Full Gauge Controls, hace que las industrias inviertan cada vez más en desarrollo y tecnología, fabricando productos de calidad que duren más, alcanzando niveles europeos.
“En Brasil, especialmente se ha invertido mucho en soluciones para las personas con condiciones económicas más precarias, con la misma calidad, todo por cuenta de las leyes creadas. Es una manera de posibilitar que mucha gente que no tiene acceso a la energía eléctrica pueda tener luz. Para mi, es una cuestión de tiempo para que la América Latina sobrepase a Europa en la fabricación y consumo de estos sistemas”, señala Peres..
Ventajas sobre los sistemas tradicionales
Según el representante de la compañía Full Gauge Controls, “basta comparar el sistema de energía solar con el de una ducha eléctrica (usada en la mayoría de las casas en Brasil). Al mencionar energía solar estamos hablando de un recurso gratuito y renovable, teniendo en cuenta que un calentador de agua utiliza una resistencia de 5.500 watts cuando es usado por dos horas al día, tendremos un gasto de más o menos US$40 por mes (estos valores pueden cambian de región a región y de país a país). Una instalación con energía solar se paga en menos de un año, sin decir que la manutención es reducida o inexistente. Eso (parte de ahorro) sin hablar de la cuestión ambiental, tema cada vez más importante en todo el mundo”.
De otro lado, y como lo explica el investigador César Alejandro Isaza Roldán, la instalación de un sistema HVACR solar pueden contribuir en cuatro puntos básicos:
* Reemplazar la demanda de fuentes de energía convencional mediante el uso de energía solar térmica.
* Reducir de las emisiones del efecto invernadero.
* Apoyar la estabilidad de las redes eléctricas, reduciendo tanto el consumo eléctrico como el pico de demanda.
* Optimizar el uso de sistemas térmicos solares mediante el empleo de calor solar para la asistencia combinada en la calefacción de espacios, la refrigeración y el calentamiento de agua.
En cuanto a la duración de los equipos, rendimiento y niveles de ruido que alcanzan los sistemas de HVACR en comparación con los sistemas tradicionales, y las posibles ventajas y/o desventajas, Rodnei Peres asevera que “no veo desventaja, pues actualmente las bombas son cada vez más silenciosas. Con relación a la durabilidad de los sistemas, todo material de la instalación de este sistema es fabricado para durar. Estamos hablando de una vida útil de 15 a 20 años con una manutención mínima. En la década pasada podríamos decir que en regiones frías el sistema no rendía lo suficiente para amortizar el valor invertido. Pero hoy, con temperaturas ambiente inferiores a - 20 grados centigrados, estamos calentando agua a temperaturas superiores a 80ºC. Había también el problema de las lluvias y granizo, pero actualmente la calidad del material utilizado es muy grande, haciendo que la durabilidad sea cada vez mayor”, sostiene.
Mientras tanto, el representante de la Universidad Pontificia Bolivariana sostiene que en el ámbito mundial cerca del 60% de los equipos HVACR solar operan bajo el principio del ciclo de refrigeración por absorción, por ello vale la pena destacar las características de éstos con respecto a los sistemas tradicionales.
“Los equipos de absorción prácticamente no poseen partes móviles, a excepción de un par de bombas de solución y, en algunos casos especiales, una bomba de vacío que opera esporádicamente. Por este motivo, la duración de estos equipos, bajo condiciones normales de operación y mantenimiento, pueden tener una vida útil mucho mayor que los sistemas HVACR de compresión de vapor, alcanzando incluso los 30 años”, manifiesta Isaza Roldán.
Asimismo advierte que “la eficiencia de los ciclos de refrigeración por absorción operados con energía solar depende básicamente de la eficiencia de los colectores solares y el rendimiento del sistema de refrigeración por absorción utilizado. En términos generales la refrigeración solar tiene bajas eficiencias, entre 0,5 y 0,7 para el ciclo de refrigeración por absorción de un efecto y un 0,5 a 0,6 para el colector solar, lo que resulta en una eficiencia global entre un 0,25 y 0,42 máximo. El rendimiento del sistema influirá en el retorno de la inversión, ya que el costo de operación es prácticamente nulo con respecto a un sistema convencional”.
Entre otras ventajas, concluye el docente colombiano, los sistemas HVACR solares poseen niveles de ruido mucho menores a los sistemas convencionales, usan refrigerantes ambientalmente amigables que no atentan contra la capa de ozono y no contribuyen al calentamiento global; son una opción segura con alta fiabilidad, pueden usar otras fuentes de energía de respaldo o residuales y requieren espacios reducidos en comparación con los sistemas convencionales.
En síntesis, este tipo de sistemas son una buena alternativa en tiempos como los actuales en los que los recursos no renovables representan grandes sumas de dineros anualmente para la industria, por lo que en un futuro más cercano de los que muchos piensan, dejarán de ser una simple opción para convertirse en una necesidad.
RECUADRO
Investigación y desarrollo
En materia de investigación y desarrollo, según explica César Alejandro Isaza, la tendencia al uso de la energía solar en sistemas de acondicionamiento de aire requiere probar o desarrollar nuevos y novedosos equipos de captación de radiación solar económicos y eficientes; ciclos termodinámicos adaptados especialmente para operar en las condiciones de la región, refrigerantes o mezclas de refrigerantes y absorbentes con aditivos especiales que permitan alcanzar altos rendimientos en el funcionamiento del ciclo.
Así mismo, evaluar, simular y mejorar los procesos específicos del ciclo, tales como el propio proceso de absorción; además de sistemas de control que permitan la integración óptima de los sistemas de captación solar, almacenamiento de energía, producción de frío, rechazo de calor, almacenamiento de frío y el subsistema auxiliar o de respaldo.
La tecnología de bromuro de litio (LiBr) sigue siendo la más adecuada para los sistemas de pequeña potencia que funcionen con energía solar. Sin embargo, esta opción está íntimamente relacionada con la tecnología de los captadores solares y con las temperaturas adecuadas para la generación del refrigerante.
Los objetivos perseguidos con los nuevos desarrollos tienen que ver por un lado con la reducción del nivel térmico requerido de la energía de activación, para ser operados con sistemas de captación solar planos o calores de desecho; en este caso el ciclo de refrigeración por absorción de medio efecto es una alternativa que actualmente se viene investigando. Por otro lado, la disipación del calor mediante el aire en lugar de requerir agua, ha incentivado numerosos estudios para aumentar el límite de solubilidad de las soluciones acuosas de LiBr añadiendo otras sales o aditivos, dado que cualquier tipo de mejora en la solubilidad podría ser suficiente para extender la aplicabilidad de las máquinas de absorción con LiBr/Agua enfriadas por agua y para desarrollar nuevos equipos enfriados por aire.
