Aplicación en la industria de proyectos de energía solar térmica (1ª PARTE)

El incremento en los costes energéticos continúa haciendo perder competitividad a los sistemas productivos tales como la industria, agricultura y servicios. Ello supone una búsqueda incesante de nuevas soluciones que permitan paliar esta situación. En este nuevo artículo abordamos los proyectos de utilización de energía solar térmica en procesos industriales.

El calor supone el 37 % de la energía consumida en el mundo y el 47 % de la energía en el mundo desarrollado. Dentro del sector industrial, casi dos tercios de la energía utilizada se consume como calor. Algunas industrias tienen tasas más altas, como la industria del vidrio, que consume alrededor del 80 % de su energía para propósitos de calentamiento. Típicos procesos convenientes para la integración de calor solar son las de secado de alimentos o productos, limpieza, fermentación, generación de vapor, así como desalinización y purificación de agua.

El calor utilizado en los procesos supone alrededor del 40 % del suministro de energía primaria en la OCDE. La mayor parte de esta energía es utilizada por compañías industriales y comerciales a temperaturas inferiores a 250 ºC. Estas temperaturas fácilmente son alcanzables por colectores térmicos solares.

Una opción interesante es el uso de colectores térmicos destinados a calentar procesos por debajo de 250 º C, o con mayor rendimiento aún, en procesos con temperaturas por debajo de 100 ºC. Se trata de sistemas de generación de energía térmica que tienen también un inmenso potencial de escalabilidad. Si bien esta tecnología está aún poco implantada, lo cierto es que presenta un importante potencial de crecimiento en el futuro. El objetivo de estos proyectos no es sustituir totalmente los sistemas de generación de calor convencionales sino complementar su uso con sistemas de energía solar para conseguir ahorrar una parte significativa de la energía térmica consumida.

La utilización de energía solar integrada en los procesos es una opción rentable que debería estar más desarrollada. Si no ha avanzado más su implantación ha sido por la complejidad que supone entender cómo integrar esta tecnología en procesos que muchas veces no son fáciles de entender. Los datos de la industria deben evaluarse individualmente y darse respuesta específica para cada aplicación y proceso.

Los colectores solares usados en procesos comerciales e industriales, tales como limpieza, secado, esterilización y pasteurización, calentamiento de áreas de producción, pueden conseguir ahorros de entre el 75 – 80 %.

Una de las aplicaciones agrícolas más prometedoras para el calentamiento solar activo es el secado de productos agrícolas.

La tecnología actual permite obtener interesantes beneficios en industrias tales como la alimentaria, textil, transporte, equipos y bebidas. El desarrollo de una nueva generación de sistemas de almacenamiento térmico para compensar la disponibilidad intermitente de la fuente de calor también proporcionará beneficios en este tipo de proyectos.

Las aplicaciones típicas aplicaciones del calor solar se utilizan en procesos que requieren temperaturas que van de 30 ºC a 90 º.

Resumiendo entre el 30 y 40 % de la demanda de calor de procesos puede ser cubierta con sistemas de colectores solares de temperatura media a baja.                                                                                                                                                                         

La lentitud en la implantación de estas tecnologías se debe a que la integración de los sistemas solares en los procesos industriales no es un desafío fácil y requiere una comprensión completa de todo el sistema para tener en cuenta varios parámetros, medidas de eficiencia energética, integración de procesos de recuperación de calor, y un análisis detallado de la demanda de energía y los diferentes niveles de temperatura del proceso en diferentes momentos de tiempo.

Procesos industriales con demanda térmica

La demanda de la distribución de calor industrial muestra que el rango de temperaturas más importante para la aplicación del calor de proceso solar térmico en Alemania está por debajo de 100 ºC y entre 100 y 200 ºC. La aplicación de vapor es también una aplicación prometedora para el calor de procesos con alta cuota de insolación directa ya que el esfuerzo para la integración puede reducirse si comparamos con el nivel de proceso. Casi todas las redes de vapor operan a presiones que corresponden con temperaturas por debajo de 200 ºC.

Considerando su gran cuota de demanda de calor industrial a bajas temperaturas, y la variedad de procesos convenientes, el sector de la alimentación y bebidas tiene el mayor potencial a corto plazo para el uso de la energía solar térmica en la industria.

Niveles de temperatura en procesos industriales. AEE - Institut für Nachhaltige Technologien

Industria química

Dentro de la industria química, puede considerarse como ejemplarizante una fábrica de productos cosméticos capilares, como pueden ser champús, lociones, geles, aerosoles o tintes. Estos productos se consumen en grandes cantidades en grandes superficies, comercios o para venta a salones de belleza y peluquerías.

Las materias primas son, básicamente, productos químicos cuyo uso no está relacionado normalmente con el mes o estación del año, sino que fluctúa en función de los parámetros de demanda anuales.

En estas plantas existen numerosos procesos que exigen calentamiento. Para ello, se genera normalmente vapor mediante una caldera que, posteriormente, cede el calor a través de intercambiadores, obteniendo fluidos a menor temperatura. En las industrias químicas el calor puede utilizarse para conformar la materia prima, para el calentamiento de cubas y depósitos, para el calentamiento de agua desmineralizada, para el calentamiento de productos intermedios y también para agua de lavado. Algunos de estos procesos exigen de intercambiador de calor, mientras que otros consumen directamente el vapor.

Fabricación de materiales o piezas metálicas

La fabricación de materiales o piezas metálicas se produce en empresas industriales donde normalmente predomina el consumo eléctrico.

No obstante, existen diversos procesos donde el gasto térmico también es notable, como son los procesos de pintura (hornos) y los baños dedicados a tratamientos que otorgan propiedades a las piezas. En este caso, se ha considerado una empresa dedicada a la fabricación de piezas metálicas y fabricación de elementos auxiliares del automóvil. En este tipo de plantas se genera el calor mediante calderas de vapor o agua sobrecalentada que pasa al proceso mediante intercambiadores, y también se precisa de calor directo para hornos generado a través de quemadores. El consumo es normalmente estable a lo largo del año, ya que no suele existir temporalidad en este tipo de productos.

Las temperaturas dedicadas a los baños se sitúan normalmente entre los 30 y los 85 ºC por lo que, en el rango de temperaturas inferior, es posible analizar la aplicación de sistemas solares térmicos.

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