Tecnologías emergentes de refrigeración industrial de alta eficiencia energética

Las aplicaciones industriales de refrigeración industrial pueden normalmente resolverse con configuraciones muy distintas y entre las distintas configuraciones hay importantes diferencias en consumo energético.
.

De especial interés son algunas de las nuevas tecnologías emergentes, con importantes beneficios en ahorro energético, reducido impacto ambiental, productividad mejorada y reducidos costes de capital.
.

Tecnologías emergentes en refrigeración de alimentos y bebidas.

La refrigeración en el sector de procesado de alimentos y bebidas usa cantidades significativas de energía para congelación, enfriamiento y almacenaje de carne, frutas, vegetales, bebidas, además de productos congelados. La refrigeración en la industria usa mayoritariamente enfriamiento por compresión, a veces enfriamiento por absorción, y posiblemente por enfriamiento térmico solar. El uso de electricidad para refrigeración en la industria de alimentos y bebidas es usada principalmente por compresores.
.

Existen muchas opciones para mejorar el rendimiento de los sistemas de refrigeración industrial. La optimización del sistema y las estrategias de control combinadas muestran un gran potencial para mejorar la eficiencia energética hasta un 30 %. Las oportunidades incluyen diseño de sistemas, diseño de componentes (ej. variador de velocidad), además de prácticas de operación y mantenimiento mejoradas.
.

Nos centramos en este artículo en evaluar el potencial de las tecnologías de motores de gas, almacenamiento térmico, nuevos fluidos de trabajo, y enfriamiento térmico. Todas ellas muestran gran potencial de mercado en la mejora de la eficiencia energética y reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero.
.

Motores de gas.

Los motores de gas se utilizan para hacer funcionar al compresor sustituyendo al motor eléctrico. Un motor se usa con transmisión directa, y el sistema puede trabajar con cargas de refrigeración usando velocidad del motor variable. El calor residual del motor puede usarse para precalentar agua o para calentamiento de espacios.

.
GRI ha desarrollado un sistema, comercializado por Thermopower Corporation, que se ha probado en la producción de hielo, procesado de alimentos, e industrias químicas. Otros suministradores comercializan productos similares. Como ejemplo diríamos que NYSERDA realizó un proyecto de demostración un motor de gas con una enfriadora de absorción. Sin el enfriamiento sub-enfriamiento de absorción, el proyecto ahorraría un 52 % de la base de energía primaria. Con el enfriamiento por absorción el proyecto disminuiría el uso de energía primaria en un 77 %. El sistema del compresor del motor de gas (sin enfriamiento por absorción) tiene costes de capital tan altos como dos sistemas de enfriamiento, y un periodo payback de alrededor de dos años. Un sistema similar instalado en Pittsburgh tuvo un periodo de payback de 1,9 años. El sistema de enfriamiento de absorción con motor de gas tiene costes de capital sustancialmente más altos comparados con los sistemas de enfriamiento eléctrico (casi un factor 3 más altos), pero un gran ahorro de energía y pico de energía reducido resultan en un periodo de payback de 4 años. El uso de motores de gas puede generar emisiones de NOx más altas, aunque se compensa por las menores emisiones en el pico de producción de energía
.

Almacenamiento térmico.

El almacenamiento térmico es una vieja tecnología en el sentido de que ha sido usada desde hace varios siglos para el almacenamiento estacional. El almacenamiento térmico se ha redescubierto en aplicaciones de la industria alimentaria para evitar cargas pico, y para ello lo que se hace es usar energía para generar hielo en horas fuera de pico, que luego es utilizado para enfriamiento. Hay que advertir que debe analizarse en detalle el perfil de consumo de la planta para tomar decisiones como la fabricación del hielo porque no olvidemos que fabricar hielo es un proceso más costoso. Pero cuando el almacenamiento térmico es el proceso adecuado, los ahorros son importantes. En una planta de fermentación de Rochester se redujo la necesidad de energía para enfriamiento en un 80 % en comparación con el sistema de enfriamiento mecánico existente. Este sistema puede tener un periodo de payback de hasta 4 años.
.

Refrigerantes emergentes.

Otra tendencia emergente es la reducción de la carga de refrigerante y el desarrollo de nuevos fluidos de trabajo. Tradicionalmente, el fluido de trabajo más común para las bombas de calor de compresión son amoniaco y CFCs o HCFCs. Los nuevos fluidos alternativos pueden ahorrar energía. Los ahorros que se han documentado pueden ir del 2 al 20 %. Recientes desarrollos incluyen el uso de refrigerantes naturales tales como CO2 o NH3. CO2 o NH3 son convenientes para instalaciones de enfriamiento o almacenamiento.
.

Sistemas de enfriamiento térmico emergentes usando energías renovables.

Las tecnologías de enfriamiento térmico son aplicables a los enfriamientos de procesos industriales (y calentamientos) a partir de fuentes renovables, por ejemplo, energía solar. Las áreas aplicables incluyen una variedad de instalaciones de proceso de alimentos, actividades en las que la eficiencia energética en los procesos de frío es necesaria.
.

Un sistema de enfriamiento solar típico consiste en captadores de energía solar térmica, enfriadoras de absorción, depósitos de almacenamiento de agua caliente, torres de refrigeración, bombas, válvulas, y componentes adicionales.

Al contrario que una enfriadora convencional que usa electricidad de la red para hacer funcionar el compresor en su ciclo de refrigeración para producir frío, un sistema de enfriamiento solar utiliza captadores térmicos solares para producir calor que opera en una enfriadora de absorción o adsorción que trabaja mediante energía térmica, y no tiene componentes con movimientos mecánicos como el compresor de vapor tradicional que demanda más energía eléctrica. Adicionalmente, una enfriadora basada en el ciclo de compresión típicamente usa refrigerantes HCFC o CFC que causan disminución de las capa de ozono e incrementan las emisiones de gases de efecto invernadero, mientras que las enfriadoras de absorción típicamente usan amoniaco o una solución de sal tal como bromuro de litio (LiBr).
.

Las enfriadoras de absorción son máquinas térmicas que funcionan con el calor solar para cambiar las fases de la solución dentro de sus ciclos, y requieren mucha menor cantidad de electricidad para hacer funcionar las bombas de circulación. El agua calentado por los colectores solares se usa para iniciar un proceso dinámico térmico que implica cámaras de baja presión que enfrían agua.
.

Las enfriadoras basadas en LiBr presentan un amplio rango de aplicabilidad y productos en términos de su capacidad de enfriamiento, seguridad y servicio a nivel mundial. Relativamente hablando, los sistemas de enfriamiento basados en energía térmica solar pueden proporcionar el equilibrio necesario entre su prometedor alto rendimiento, simplicidad y fiabilidad.
.

La caída en los precios de la energía solar ha hecho que esta tecnología sea cada vez más atractiva. Ha sido en Europa donde mayores impulsos se ha dado a esta tecnología ( + 250 instalaciones), y ello es debido a la política de la UE para combatir el cambio climático.

Para conocer en detalle las tecnologías emergentes en refrigeración y climatización revisa aquí nuestra recopilación de artículos.
.
Bibliografía: Anish Gautam. Emerging Energy-Efficient Industrial Technologies. California Energy Commission. Lawrence Berkeley National Laboratory
Palabras clave: Absorption chiller, thermal storage, Li-Br-based chiller, solar thermal cooling technology