Supercomputador refrigerado por agua con recuperación de calor

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The Swiss Federal Institute of Technology Zurich (ETH) e IBM han construido un supercomputador refrigerado por agua que a la vez recupera el exceso de calor para el edificio de la universidad.

. El sistema se estima evita la emisión de 30 toneladas de CO2 al año si lo comparamos con un sistema convencional. .

Se trata de un paso más destinado a mejorar la eficiencia energética de los centros de datos y los sistemas de computación. El problema actual es que en los centros de datos refrigerados por aire el 50 % de la energía se utiliza para tareas que no están directamente relacionadas con la computación, sino para refrigerar el sistema y evitar el sobrecalentamiento – una situación que está lejos de ser óptima. .

Bibliografía: IBM plans water-cooled supercomputer facility for Zurich. Scientific Computing World

Microgrids: Las claves de la generación distribuida inteligente

Venimos hablando en muchos artículos del auge de la generación distribuida, un campo emergente de especial interés para todos aquellos que nos interesamos por la generación de energía en los segmentos no ocupados por las grandes multinacionales del sector. .

Los estudios de mercado que vienen realizándose indican que la creación de pequeñas redes de distribución a escala local, microgrids, van a experimentar un asombroso crecimiento en los próximos cinco años y en gran medida ello va a deberse a la incorporación creciente de las tecnologías inteligentes o “smart” a las pequeñas redes de distribución. .

El desarrollo de la “Smart Grid” implica la integración de muchas de las tecnologías que abordamos en TODOPRODUCTIVIDAD, que sirven para automatizar el sistema de transmisión y distribución. . T&D AUTOMATION .

En su forma más simple, los sistemas T&D reparten la electricidad desde las plantas de generación a los usuarios finales, pero la infraestructura que se requiere es muy extensa. En Estados Unidos, por ejemplo, existen 482.800 km de líneas de transmisión de alto voltaje y más de 8 millones de kilómetros de líneas de distribución. Pero tan colosales sistemas son también un gran agujero por el que se pierden ingentes cantidades de energía. Este enorme sistema envejece rápidamente y necesita ser modernizado, ya que el 60 % de los componentes del sistema T&D – transformadores, interruptores, subestaciones, etc. – tienen más de 50 años y han superado con creces la vida útil esperada. .

Pero los problemas de los sistemas T&D no solamente quedan en que sus componentes son obsoletos en muchos países, sino que también tenemos serios inconvenientes desde el punto de vista conceptual. En Estados Unidos, por ejemplo, el diseño del sistema T&D actual tiene más de 100 años, un época en la que ni siquiera se soñaba con la existencia de los microprocesadores. .

Una red de distribución obsoleta supone grandes problemas de eficiencia energética y encarecimiento de la energía, pero las repercusiones negativas no solamente quedan ahí. Una red obsoleta genera grandes pérdidas a las firmas industriales y comerciales a lo largo del año como resultado de cortes de energía, sobreintensidades y otros problemas. Estas pérdidas se estima que ascienden en Estados Unidos a 100.000 millones de dólares al año. .

Los nuevos conceptos de Smart Grid se espera que rectifiquen estos problemas. Con un mayor control y concienciación sobe el estado operacional del sistema eléctrico, se espera que se consiga una mayor fiabilidad y mejoras en los precios. ¿Qué es microgrid? Las definiciones pueden variar, pero esencialmente microgrid es una versión más pequeña de las grandes redes de distribución pero están diseñados para servir cargas eléctricas localizadas. Los Microgrid se diseñan para gestionar recursos de energía distribuida (DER) que proporcionan energía y hacen a la red auto-suficientes. .

Las Microgrids típicamente se conectan a una red de distribución, pero tienen la capacidad de aislarse a si mismas cuando ocurren problemas y actuar en modo aislado. Son redes pequeñas que pueden abastecer las necesidades de un solo edificio o de pequeñas comunidades. .

Las Microgrids se han desarrollado por numerosas razones. La más importante es que han sido diseñadas específicamente para servir a cargas eléctricas designadas y configuradas para asegurar que estas cargas puedan ser servidas de una forma más fiable y con alta calidad de energía. Conectadas a una red de distribución proporcionan recursos de apoyo pero están a salvo de los problemas que afectan a las grandes redes de distribución. .

Las microgrids pueden también ser más efectivas en costes que comprar electricidad a una compañía suministradora. Ya que la mayoría de las microgrids pertenecen a una propiedad local y son controladas localmente, permiten tomar decisiones de una forma más rápida. .

Las microgrids también ofrecen la oportunidad de llevar electricidad a áreas donde el servicio eléctrico no está disponible. Alrededor de 1.600 millones de personas en el mundo no tienen acceso a la electricidad por residir en lugares pobres o remotos. Los países que están desarrollando infraestructuras eléctricas pueden usar microgrids para proporcionar electricidad a muchos de estos individuos. Construyendo microgrids inteligentes Las grandes empresas de distribución de energía siempre han sido reacias a usar nuevas tecnologías no probadas. Solamente a base de incentivos públicos se ha conseguido avanzar en el desarrollo de las redes inteligentes. Pero muchas empresas comercializadoras de energía se han limitado a concentrar los esfuerzos en medidores inteligentes, comunicaciones, procesado de información, u otras áreas. .

Las microgrids, por el contrario, son mucho más fáciles de automatizar y volverse inteligentes ya que usualmente pertenecen a un solo propietario. .

Las Smart Grid, por definición, controlan de manera inteligente el sistema eléctrico y proporcionan electricidad fiable y efectiva en costes. Ya que las microgrids son parte del sistema, proporcionan un medio para desarrollar pequeños sistemas de distribución inteligentes, que pueden interconectarse entre sí para formar mayores entidades. Tendencias en el desarrollo de microgrids La creación de microgrids se ha llevado a cabo en el mundo desarrollado y en la mayoría de los casos a modo de prototipos aunque en algunos casos está completamente desarrollado. En Estados Unidos, el incremento en los costes de la distribución ha llevado a considerar su implantación a nivel de distritos y ciudades, lo cual a la vez impulsará el desarrollo de nuevos negocios. Varias ciudades, por ejemplo Sacramento en California y Austin en Texas han creado distritos especiales para ayudar al desarrollo de estos sistemas innovadores. También en Europa se están popularizando los microgrids. . Bibliografía: Microgrids key to the Smart Grid´s evolution. Power Enginering International April 2010 . Palabras clave: Transmission and distribution (T&D) system, distributed energy resources (DER)

Nueva red inalámbrica para supervisar y controlar sensores en ubicaciones remotas

Banner Enginnering ha introducido una nueva red inalámbrica escalable que puede supervisar y controlar funciones I / O, o proporcionar comunicaciones serie desde hasta 56 ubicaciones remotas. El DX80, de la nueva línea de productos SureCross sustituye al costoso cableado en una amplia gama de productos industriales, agrícolas, generación de energía, suministro de agua y eliminación de residuos. Los dispositivos que pueden controlados por la red incluyen sistemas discretos, serie y dispositivos analógicos, incluyendo sensores de ultrasonidos y fotoeléctricos, bombas, contadores, termopares y sensores de temperatura RTD.

. Los nodos remotos recopilan datos y/o transmiten los comandos de control entre los sensores u otros dispositivos a una Gateway central. La Gateway mapea las entradas de los nodos remotos y sirve como intereface para un PLC o HMI vía RS-485 Modbus o Ethernet / IP. .

Diseñados para aplicaciones donde el cableado no es práctico o inasequible, los nodos DX80 y los dispositivos que controlan pueden ser alimentados por 10 - 30 V de corriente continua, baterías o paneles solares. Esta capacidad puede eliminar la necesidad de cableado de alimentación, así como el cableado de control, proporcionando importante reducción en costes y facilidad de instalación en las situaciones que requieren cubrir amplias áreas. La capacidad de potencia y gestión y el bajo consumo del nodo permiten que el sensor funcione durante años con una batería como fuente de energía. .

Todas las unidades tienen protección ambiental IP67 y están disponibles modelos con seguridad intrínseca y Clase I, División 2 para ambientes extreemos. .

El alcance de la transmisión por radio frecuencia es de 3 km a 2,4 GHz o o 10 km a 900 MHz (línea de vista). El alcance de la señal puede ser prorrogado o desviado alrededor de los obstáculos naturales mediante la adición de módulos DataRadio como repetidores. .

La red inalámbrica DX80 SureCross es apropiada para una amplia gama de aplicaciones, incluyendo:

• Seguimiento de niveles de tanques y control de bombas a distancia para asegurar el suministro eficaz y fiable en sistemas de agua alimentados por gravedad.
• Control de nivel, flujo, temperatura y emisiones de gases.
• Activación de bombas para la extracción de lixiviados.
• Seguimiento de los niveles de fluidos en tanques.
• Posición de válvulas en plantas para el tratamiento de agua y plantas químicas para asegurar que los materiales se mantienen en la cantidad deseada.
• Control de la humedad y temperatura del suelos y la humedad del aire para el crecimiento vegetal.

Tecnología innovadora: Geotermia en aplicaciones de frío

Un nuevo artículo centrado en la descripción de tecnologías emergentes en el sector del frío, y en esta ocasión hablamos de las aplicaciones de la geotermia en climatización. .

La energía geotérmica se ha usado en refrigeración desde hace tiempo, en forma de bombas de calor geotérmicas reversibles. Las primeras instalaciones proceden de finales de los años 40, donde la bomba de calor actuaba en verano como máquina de enfriamiento y vaciaba el calor en el sistema geotérmico. La ventaja aquí es una eficiencia mucho mayor que cuando el calor se vierte en el aire atmosférico. En Canadá y USA esta tecnología es muy popular bajo el nombre de “geoexchange system”. .

A mediados de los 80, la idea de enfriamiento directo se describió en Suiza y se ensayó en Alemania. Aquí las regiones más frías en la parte superior de la corteza de la tierra (a unos 100 m de profundidad) se usan como sumidero directo, junto con unidades de fan coil, techos fríos, etc., aceptando temperaturas de enfriamiento de hasta 18 ºC. Esta tecnología puede no proporcionar dehumidificación del aire frío por lo que está restringida a ser usada en climas no demasiado húmedos, o requieren dehumidificación adicional. Actualmente, la mayoría de las bombas de calor geotérmicas en aplicaciones comerciales (oficinas, etc.) usan una de estas opciones, y también un número creciente de instalaciones en el sector residencial. .

Un nuevo uso de enfriamiento en combinación con la tecnología geotérmica ha sido demostrado en Renewable Energy House en Bruselas, donde los intercambiadores de calor del hueco taladrado para un sistema de bomba de calor geotérmica actúa como un sumidero de calor para re-enfriamiento del condensador de un sistema de enfriamiento de absorción solar. .

Existe muy buen potencial para los sistemas más grandes que pueden utilizar enfriamiento por absorción geotérmico. El calor geotérmico aquí es la energía impulsada por una enfriadora de absorción. La tecnología básica existe, sin embargo, los conceptos del sistema están todavía bajo desarrollo, y tan solo hay hasta ahora algunas plantas de demostración (en Europa por ahora). Con esta tecnología innovadora, un nuevo mercado para las aplicaciones geotérmicas puede abrirse, y los sistemas de calefacción geotérmicos pueden mejorarse y usar el calor también en verano. .

Tecnología de enfriamiento por absorción geotérmica .

El enfriamiento por absorción impulsado por la energía geotérmica puede cubrir cargas de enfriamiento; re-enfriamiento del condensador por aire o UTES. .

Las máquinas de enfriamiento por absorción son frecuentes, y utilizan el calor no necesario en verano para proporcionar frío. Esta tecnología está disponible con temperaturas de red por encima de 90 ºC. La mayoría de las máquinas de absorción requieren aproximadamente 90 ºC y más como energía de activación. .

En la mayoría de los sistemas de calentamiento geotérmico los niveles de temperatura son inferiores, en el rango de 70 – 90 ºC. Esto es debido a que las temperaturas predominantes en los acuíferos geotérmicos usados para este propósito en Francia, Alemania, Polonia, Hungría y otros. Por ello el enfriamiento por absorción geotérmica necesita o temperatura geotérmica inicial alta, o sistemas adaptados funcionando con temperaturas más bajas y con sistemas de re-enfriamiento eficientes. .

El ciclo de absorción es un proceso por el cual el efecto de refrigeración se produce a través de dos fluidos y alguna cantidad de calor de entrada, en vez de la alimentación eléctrica del más familiar ciclo de compresión de vapor. Tanto el ciclos de absorción como de compresión llevan a cabo la retirada del calor a través de la evaporación de un refrigerante a baja presión y el rechazo de calor a través de la condensación del refrigerante a una presión más alta. .

El método de crear la diferencia de presión y circulación del refrigerante es la principal diferencia entre los dos ciclos. El ciclo de compresión de vapor emplea un compresor mecánico para crear las diferencias de presión entre los dos ciclos. El ciclo de compresión de vapor emplea un compresor mecánico para crear las diferencias de presión necesarias para circular el refrigerante. En el sistema de absorción, un fluido secundario o absorbente se usa para hacer circular el refrigerante. Debido a que los requerimientos de temperatura para el ciclo caen en el rango de temperatura bajo a moderado, hay un potencial de ahorro en energía eléctrica, por lo que la temperatura de absorción parece bien interesante para las aplicaciones geotérmicas. .

Las máquinas de absorción están hoy en día comercialmente disponibles en dos configuraciones básicas. Para aplicaciones por encima de 15 ºC (principalmente aire acondicionado), el ciclo usa bromuro de líquido como absorbente y agua como refrigerante. Para aplicaciones por debajo de 15 ºC, se emplea un ciclo amoniaco/agua con amoniaco como refrigerante y agua como absorbente. .

Hay algunas restricciones de diseño para la adopción de enfriamiento por absorción geotérmica, así que es necesario evaluar los siguientes factores cuando se consideran tales aplicaciones para el acondicionamiento de espacios: .

• Temperatura del recurso: Con temperaturas del recurso inferiores a 100 ºC deben aplicarse consideraciones especiales. Si se requiere refrigeración a baja temperatura se requiere una temperatura del recurso muy alta o diseños en dos etapas.
• Requerimientos del agua caliente de la máquina de absorción comparados con los requerimientos de caudal para calentamiento de espacios: Los costes de bombeo se aplicarán a la máquina de absorción.
• Capacidad de absorción requerida: Las máquinas más grandes tienen menores costes de capital en una base €/kw.
• Carga de enfriamiento anual para acondicionamiento de espacios: Cuanto mayor sea el uso del equipo más rápido es el payback.
• Energía de bombeo del recurso geotérmico: La potencia necesaria para el bombeo puede ser aproximadamente el 50 % del consumo de la enfriadora eléctrica de alta eficiencia.

Mercado potencial

El uso de la energía geotérmica para propósitos de enfriamiento tiene unas buenas perspectivas, especialmente en las regiones más calurosas de Estados Unidos. Como la producción de energía geotérmica de baja temperatura, el enfriamiento por absorción lo térmico está restringido a las arias cuyos recursos geotérmicos son de 100º C o más. .

En Europa las oportunidades de alta entalpía están limitadas a las siguientes regiones:

• Dentro del territorio de la Unión Europea: Italia, Grecia, DOM-TOM francés, islas canarias españolas y las Azores en Portugal.
• Resto de Europa: Islandia y Turquía.

En todas estas aplicaciones con temperaturas por encima de los 100 ºC puede surgir un conflicto con la producción de energía geotérmica, ya que la misma cantidad de fluido geotérmico sólo puede ser utilizada para producir energía eléctrica o frío al mismo tiempo. No surgen conflictos en los campos geotérmicos de alta temperatura, donde la temperatura del fluido después de la conversión a energía eléctrica todavía es lo bastante alta como para hacer funcionar las enfriador de absorción. Otra opción es desarrollar enfriadores de absorción que puedan proporcionar alta eficiencia en el rango de 70-80 ºC. Este tipo de máquinas también pueden usarse muy eficientemente obteniendo el calor del sol o los residuos..

Comparada con el enfriamiento convencional e incluso con el enfriamiento con bombas de calor geotérmicas reversibles, el enfriamiento por absorción geotérmico tiene las mismas ventajas ecológicas que el enfriamiento directo desde plantas geotérmicas poco profundas. La ventaja técnica sobre la tecnología poco profunda es que con el enfriamiento por absorción, es posible la deshumidificación y pueden cubrirse cargas mucho más altas. .

Bibliografía: Innovative applications geothermal utilisation for cooling. EGEC – European Geothermal Energy Council Palabras clave: Reversible geothermal heat pump, geothermal absorption cooling

Oportunidades de ahorro energético en válvulas de control

Las acciones sugeridas para conseguir ahorrar energía en las válvulas de control son las siguientes:

• Controlar las condiciones de operación para todas las válvulas de control de proceso en la planta.
• Consultar catálogos y usar Pumping System Assessment Tool (PSAT), herramienta gratuita de DOE para calcular los datos de caída de presión de las válvulas.
• Usar PSAT para estimar las pérdidas de energía y costes de las válvulas de admisión.

Las ineficiencias de las válvulas de control en los procesos de planta ofrecen oportunidades de ahorro energético para ahorrar energía y costes de mantenimiento reducido. Las válvulas consumen una fracción importante de la caída de presión del sistema o son excesivamente estranguladas proporcionan oportunidades para el ahorro energético. Las caídas de presión en los equipos de bombeo incrementan los requerimientos de energía del sistema. Las caídas de presión son causadas por la resistencia o fricción en las tuberías y curvas, codos, o uniones, así como por el estrangulamiento en las válvulas de control. La energía requerida para superar la caída de presión es proporcional tanto al flujo de fluido como a la magnitud de la caída de presión (expresada en metros). La energía requerida para superar la caída de presión es proporcional tanto al caudal del fluido (dado en metros cúbicos por hora) y la magnitud de la caída de presión (expresada en metros). .

Oportunidades de ahorro energético .

Los controles del sistema de bombeo se evaluarán para determinar el método de control más económico.

Las válvulas con alta pérdida de presión, como las válvulas de globo, se usan para propósitos de control.

Pérdidas significativas ocurren con estos tipos de válvula, sin embargo, incluso cuando están completamente abiertas.

Si la evaluación muestra que se necesita una válvula de control, se elegirá un tipo que minimice la caída de presión a través de la válvula. A menudo se recomiendan variadores de velocidad variable (VSDs) para los sistemas de bombeo que tienen requerimientos de caudal variable.

Cuando los sistemas se reacondicionan con VSDs, la válvula de control puede eliminarse en el sistema y disminuir así caídas de presión innecesarias. La válvula de control puede reemplazarse por una válvula de pérdidas bajas.

. Bibliografía: Energy saving opportunities in control valves. World pumps October 2009

Ventiladores de refrigeración de alta eficiencia

Conforme aumenta el tamaño de una instalación frigorífica más opciones tenemos para ahorrar energía. En este nuevo artículo sobre refrigeración nos centramos en el ahorro que podemos conseguir actuando sobre los ventiladores.

Motores de ventiladores de alta eficiencia

Los motores de los ventiladores mueven aire a través del serpentin del evaporador o condensador y lo hacen típicamente a velocidad constante. El fabricante acoplará tamaño de motor y aspas al serpentín para cumplir con la carga esperada bajo las condiciones más extremas. Los motores de los ventiladores de alta eficiencia cumplen la carga esperada bajo la mayoría de las condiciones de operación. Los motores de los ventiladores de alta eficiencia reducen el consumo de energía ya que requieren menos energía eléctrica para hacer moverse al eje del ventilador. Hay una gran variedad de tipos y tamaños de motores dependiendo de la aplicación. Las características claves que definen el motor incluyen el par generado en el eje, el suministro de energía necesario (AC o DC, voltaje, frecuencia, número de fases), tipo de refrigeración del motor, condiciones ambientales, vida de diseño, etc. La potencia de salida típica de estos motores va desde tan solo 6 W a múltiplos de HP para grandes motores de los ventiladores del condensador.

Los motores eléctricos operan basándose en la interacción entre los campos magnéticos del rotor y el estátor. Los motores de inducción son muy comunes, y estos motores no tienen imanes permanentes, sino que generan campos magnéticos en el rotor induciendo el flujo de corriente en el devanado del rotor. Algunos motores tienen imanes permanentes.

Los motores de inducción monofásicos requieren devanados de arranque separados para asegurar una apropiada rotación de arranque y para de arranque. El tipo de arranque diferencia entre sí a los tres tipos principales de motores de inducción monofásicos, que incluyen el motor de polo sombreado, el motor de condensadores con división permanente (PSC), y el motor con magnetismo permanentemente conmutado (ECM). En un motor de polo sombreado, el devanado de arranque está sombreado por un bucle de cobre. La interacción entre el campo magnético generado por la parte sombreada y la generada por una porción no sombreada inducen a la rotación cuando el motor es energizado. El desequilibrio entre la porción sombreada y no-sombreada del imán permanece durante toda la operación. Como resultado de ello, los motores de polo sombreado que se usan en aplicaciones de refrigeración cuyo rango de salida de potencia en el eje va de 6 W a 37 W son ineficientes, con eficiencias de motor típicas inferiores al 20 %. Los motores de motor sombreados son, sin embargo, electricamente simples y no son caros.

En un motor PSC, además del devanado principal hay presente un devanado de arranque más pequeño. El devanado de arranque está conectado electricamente en paralelo con el devanado principal y en serie con el condensador. En el arranque, las interacciones entre el campo magnético generado por el devanado del arranque y el generado por el devanado principal inducen rotación. Debido al condensador, sin embargo, la corriente al devanado de arranque se corta cuando el motor alcanza el estado estacionario. Debido a esto, los motores PSC son más eficientes energéticamente que sus equivalentes de polo sombreado, con eficiencias para motores con energía en el eje que va de 6 W a 37 W en el rango del 50 al 70 %. Como los motores de polo sombreado, los motores de PSC se producen en grandes cantidades y son relativamente económicos. El motor sin escobillas ofrece entre un 50 y un 60 % de reducción en vatios.

Un tercer tipo de motor eléctrico, el motor de imán permanente conmutado electrónicamente (ECM) (también conocido como motor magnético permanente sin escobillas), es más eficiente que los motores PSC o los de polo sombreado. Los motores ECM son más complejos que cualquier motor de polo sombreado o PSC, particularmente para aplicaciones de refrigeración comercial, ya que internamente funcionan con corriente DC. Se requiere por ello convertir desde AC a DC, y control electrónico para manejar la conmutación electrónica, p.ej. conmutar la potencia de los devanados del motor en sincronización con la rotación del motor. Por esta razón, los motores ECM pueden pesar más que un polo sombreado o motores PSC, y son más caros.

Los ventiladores del evaporador ahorran energía adicional debido a una carga de refrigeración reducida y a que requieren menos energía del compresor.

Control de velocidad variable en los motores del ventilador

Trabajando con velocidad variable puede reducirse el consumo de energía del ventilador y la carga de calor del ventilador asociada cuando los requerimientos de capacidad de enfriamiento permiten que disminuya el caudal de aire del evaporador. Sin embargo, cuando se opera a plena capacidad, no hay beneficio de ahorro energético con los controladores del motor del ventilador del condensador.

Aspas del ventilador de alta eficiencia

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Las aspas de ventiladores de alta eficiencia reducen los requerimientos de energía en el eje del motor moviendo el aire de forma más eficiente. La mayoría de los ventiladores del evaporador y condensador usan aspas de ventiladores axiales de plástico o metales estampados. Estas aspas del ventilador son de peso ligero y no son caros. Las aspas son típicamente suministradas por un fabricante de aspas de ventilador y montado al motor por el fabricante del equipo. Estos sistemas de ventiladores se producen en masa para un amplio rango de aplicaciones, y no están necesariamente optimizados para tipos de equipos específicos. Por ejemplo, los ventiladores del evaporador pueden operar con la eficiencia comprometida, debido a que los ventiladores de metal de láminas de diseño estándar no son convenientes para las altas caídas de presión requeridas.

Bibliografía: Energy Savings Potential and R&D Opportunities for Commercial Refrigeration. Final Report. U.S. Department of Energy. Energy Efficiency and Renewable Energy.

Palabras clave: Shaded pole motor, permanent split capcitor motor (PSC), electronically commuted permanent magnet motor (ECM)

Sistemas de iluminación que consumen entre 3 y 5 vatios y su vida útil es de 30 años

Uno de los inventos más importantes de la humanidad fue la lámpara incandescente, cuyo descubrimiento se atribuye a Edison porque fue el primero que la patentó. En 1880 Edison se asoció con el financiero J. P. Morgan y fundaron General Electric. Habían creado un fabuloso negocio que aún persiste, la iluminación eléctrica; pero también una de las formas más poderosas de consumir valiosos energéticos. Estamos produciendo luz de forma ineficiente y a la vez generamos calor que no necesitamos para nada o incluso puede ser bien incómodo. Aquel primitivo invento, en el que a la vez de emitir luz se genera una importante cantidad de calor, ilumina aún a la mayor parte de la humanidad. .

En términos generales, la iluminación representa alrededor del 10 al 15 por ciento de la factura de electricidad, y por lo tanto es una de las formas más activas de devorar recursos energéticos. Pero esto puede pasar pronto a la historia, cuando se popularice la tecnología de luz LED de super ahorro energético que ya es mucho más competitiva y eficaz. Son ya varios los fabricantes que han desarrollado estos nuevos sistemas de iluminación, consiguiendo nuevas lámparas cuya eficiencia es un 90 % superior a la de sus homólogos halógenos o incandescentes. Pero también es destacable la tecnología LED por su larga vida útil, pues estos dispositivos pueden alumbrar durante 48 – 50.000 horas, mientras que una lámpara incandescente suele fundirse a las 1.000 horas de funcionamiento. .

Esto supone que uno de estos dispositivos pueda estar funcionando en una vivienda sin reponerse durante un periodo de casi treinta años. Es por ello que algunos fabricantes dan un certificado “de por vida” de forma que el consumidor sólo compra el dispositivo una sola vez y se le reemplaza de por vida. Esto lo pueden hacer los fabricantes porque más del 70 % de los componentes de la tecnología LED son reciclables. .

¿Qué ahorro puede conseguirse con estos equipos? .

El cálculo de lo que podemos ahorrar en energía es muy sencillo, pues sabiendo el número de lámparas de una vivienda y el número de horas que en promedio tendremos encendidas las lámparas actuales podemos calcular el ahorro conseguido. .

Si de lo que se trata por ejemplo es de sustituir unas 10 lámparas con una potencia de unos 50 vatios, y que se usan unas seis horas al día, el ahorro que conseguiremos con precios de electricidad europea es de unos 190 euros al año. .

El ahorro es mucho mayor para las empresas que tienen que iluminar áreas grandes y muchas veces no es fácil obtener la energía. .

Respecto a la calidad de la luz, es similar a la de las bombillas halógenas, que no parpadean y encienden al instante. Las actualmente disponibles proporcionan en torno a 400 lúmenes por unidad.

Diseño de aplicaciones de refrigeración solar

En un buen número de artículos venimos hablando de tecnologías de refrigeración y climatización solar, ya que la eficiencia energética ha conseguido que estas tecnologías emergentes abran las puertas a un buen número de aplicaciones interesantes.

. Profundizamos en el estudio de estas nuevas tecnologías centrándonos en aquellas aplicaciones que requieren frío entre 0ºC y 32 ºC. Los investigadores demostraron que la energía solar es una fuente ideal para las aplicaciones de baja temperatura tales como las que se requieren en el ámbito doméstico y comercial. .

Diseño del ciclo refrigeración por compresión de vapor con energía fotovoltaica .

En el ciclo de compresión de vapor, el frío se obtiene en el evaporador cuando el refrigerante entra en el evaporador como una mezcla de líquido y vapor y se vaporiza por la entrada térmica de la carga. El resto de los equipos en el sistema reciben el refrigerante y lo restauran a una condición en la que pueda usarse de nuevo para proporcionar frío. El vapor que sale del evaporador está en una condición saturada o ligeramente sobrecalentado y entra en el compresor que eleva la presión y, en consecuencia la temperatura del refrigerante. El refrigerante caliente y a alta presión entra en el intercambiador de calor del condensador que usa aire o agua para enfriar el refrigerante a su temperatura de saturación antes de condensarlo a líquido. El líquido a alta presión se hace pasar por la válvula de expansión a baja presión, lo que origina que el refrigerante se vaporice cuando su temperatura se reduce. El líquido a baja temperatura que queda está disponible para producir refrigeración útil. .

La mayor entrada de energía en el sistema de refrigeración por compresión de vapor es la energía mecánica necesaria para hacer funcionar el compresor. .

El rendimiento del sistema de refrigeración por compresión de vapor es su coeficiente de rendimiento (COP), definido como el ratio de la capacidad de enfriamiento respecto a la energía eléctrica requerida. .

El ciclo de refrigeración operado con energía fotovoltaica .

Los sistemas fotovoltaicos implican la conversión directa de radiación solar en electricidad de corriente directa (DC) usando un material semiconductor. Conceptualmente, la operación del ciclo de refrigeración con paneles fotovoltaicos es simple. Los paneles fotovoltaicos producen energía eléctrica DC que puede usarse para operar un motor DC, que posteriormente se acopla al compresor de un sistema de refrigeración por compresión de vapor. Las principales consideraciones de diseño del ciclo de refrigeración fotovoltaico son el acoplamiento adecuado entre las características eléctricas del motor que hace moverse al compresor con la corriente y voltaje producidos por la instalación fotovoltaica. .

La cantidad de energía eléctrica que puede generar un sistema fotovoltaico la proporciona el fabricante del módulo para unas condiciones estándar, por ejemplo radiación solar incidente de 1.000 W/m2 y una temperatura del módulo de 25 ºC. Pero en la práctica los módulos fotovoltaicos operan en condiciones que no suelen ser tan favorables como las fijadas por el fabricante en sus ensayos de rendimiento. Además, la energía producida por una instalación fotovoltaica es tan variable como el recurso solar del cual se deriva. El rendimiento de un módulo fotovoltaico, expresado en térmicos de sus características de corriente-voltaje depende principalmente de la radiación solar y de la temperatura del módulo. .

A cualquier nivel de radiación solar y temperatura del módulo, un voltaje de operación simple originará una producción máxima de energía eléctrica en el módulo. Configuraciones comunes producen energías en un rango entre 30 y 35 voltios o más. .

La eficiencia de los paneles solares, definida como el ratio de la energía eléctrica producida por la radiación incidente es superior al 10 % en las condiciones más propicias Si el sistema de refrigeración fotovoltaico opera a alta eficiencia, es esencial que el voltaje impuesto por la instalación fotovoltaica sea próxima al voltaje que proporciona la máxima energía.

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Este requerimiento puede cumplirse de varias formas. Puede transformarse el voltaje requerido al voltaje máximo. Si el sistema incluye una batería, el voltaje de la batería controlará el voltaje de operación del módulo. Los paneles fotovoltaicos pueden entonces elegirse de forma que su voltaje máximo esté próximo al voltaje del sistema de baterías. .

La batería también proporciona almacenamiento eléctrico de forma que el sistema pueda operar cuando la radiación solar no está disponible. Sin embargo, las baterías incrementan el peso del sistema y reducen la eficiencia en régimen estacionario. El almacenamiento eléctrico puede no ser necesario en sistemas de refrigeración solar cuando el almacenamiento térmico, por ejemplo, hielo u otro medio de almacenamiento, puede ser más eficiente y menos caro. .

Una opción final es seleccionar un motor eléctrico que tenga unas características de voltaje-corriente lo más próximos a la salida de energía máxima del módulo. Estudios de motores trabajando con energía solar han mostrado que los motores DC con magnetismo permanente o excitación separada son siempre mejor elección que los motores DC de excitación serie en los sistemas de acoplamiento directo. .

Refrigeración mecánica solar .

La refrigeración mecánica solar usa un sistema de compresión de vapor convencional impulsado por energía mecánica que se produce con un ciclo de energía térmica obtenida del sol. El ciclo térmico usualmente considerado para esta aplicación es un ciclo de rankine en el que el fluido es vaporizado a una presión elevada por intercambio de calor con un fluido calentado mediante colectores solares. Un depósito de almacenamiento puede incluirse para obtener almacenamiento térmico de alta temperatura. El vapor fluye a través de una turbina o expandidor de pistón para producir energía mecánica. El fluido saliendo del expandidor se condensa y bombea nuevamente a la caldera donde de nuevo se vaporiza. .

La eficiencia del ciclo de Rankine se incrementa con el aumento de la temperatura del fluido vaporizado entrando en el expandidor. La eficiencia del ciclo de Rankine se estima para un fluido orgánico de alta temperatura asumiendo que el vapor saturado se proporciona a un expandidor de eficiencia 70 %, la expansión y condensación eficiente ocurren a 35 ºC. La eficiencia de un colector solar, sin embargo, decrece cuando se incrementa la temperatura de la energía repartida. .

La eficiencia de los colectores solares depende tanto de la radiación solar como de la diferencia de temperatura entre el fluido entrante y la temperatura ambiental. La eficiencia total de la refrigeración mecánica, definida como el ratio de energía mecánica producida en la radiación solar incidente, es el producto de las eficiencias del colector solar y el ciclo térmico. .

Esta eficiencia es significativamente más baja que la alcanzada con módulos fotovoltaicos. Los sistemas mecánicos solares son competitivos solamente son competitivos con colectores de alta temperatura, lo cual sólo es aplicable en grandes sistemas de refrigeración (ej. 1.000 tons o 3.517

kWt). .

Bibliografía: Solar Refrigeration. Building for the future. A supplement to ASHRAE Journal .

Palabras clave: PV-refrigeration cycle

Dióxido de carbono como refrigerante alternativo

CO2 (R-744) se usó ampliamente como refrigerante a comienzos del siglo XX; sin embargo, durante la mitad del siglo XX fue sustituido por los fluorocarbonos. En las últimas décadas, las compañías químicas han introducido nuevos refrigerantes en respuesta a las disposiciones vigentes para proteger la capa de ozono.

En las últimas décadas, las compañías químicas introdujeron nuevos refrigerantes en respuesta a las exigencias de refrigrantes libres de agentes nocivos para la capa de ozono. Cuando se introdujeron los hidrofluorocarbonos (HFC) muchos pensaron que estábamos ante una solución permanente, pero debido al impacto del calentamiento global, el uso futuro de estos refrigerantes puede restringirse.

El uso de refrigerantes naturales, tales como el dióxido de carbono, que están libres de cloro y tienen bajo potencial de calentamietno global están ganando atención. El dióxido de carbono tiene un comportamiento favorable respecto al calentamiento global comparado con 1300 para HFC-134a). Como beneficio adicional, no hay necesidad de capturar el dióxido de carbono durante el mantenimiento, simplificando de esta forma el ahorro de costes.

El dióxido de carbono no es tóxico ni inflamable; por lo tanto, es abundante y barato. El CO2 tiene una presión de operación 3-10 veces superior a otros refrigerantes convencionales (7.38 MPa). El dióxido de carbono tiene una temperatura crítica baja (31.1 ºC), requiriendo un ciclo de refrigeración transcrítica. En un ciclo transcrítico, el condensador se reemplaza por un enfriador de gas. El refrigerante se evapora en la región subcrítica y rechaza calor a temperaturas por encima del punto crítico en el enfriador de gas. Las elevadas presiones a las que trabaja el dióxido de carbono representa tanto un desafío como una oportunidad, ya que el tamaño y peso del sistema pueden potencialmente reducirse.

Actualmente, el dióxido de carbono atrae más interés en sistemac con tasas elevadas de pérdidas de refrigerantes que son lo bastante significativas como para traer regularmente la atención (aire acondicionado de automoción y sistemas de estanterías de supermercados) y también aplicaciones de bombas de calor de alta temperatura y aplicaciones de refrigeración militar seleccionada atractiva por motivos logísticos.

Sin embargo, el uso de dióxido de carbono tiene sus desventajas. La eficiencia termodinática de los ciclos de dióxido de carbono es menor a la de los sistemas convencionales, especialmente con altas temperatura. Esta reducción de eficiencia puede contrarrestar los beneficios ambientales de los sistemas de dióxido de carbono, y puede no ser aceptable. Por lo tanto, la eficiencia debe ser mejorada antes de que los sistemas de dióxido de carbono se extiendan.

El uso de nuevos compresores scroll y de tornillo económicos pueden mejorar significativamente las eficiencias de los sistemas de dióxido de carbono que trabajan próximos, o por encima de la temperatura crítica. Los compresores actualmente disponibles son capaces de proporcionar hasta 100 bares, pero estos compresores no se han diseñado para uso en refrigeración. Sin embargo, la demanda del mercado de compresores de dióxido de carbono puede posiblemente resultar en el desarrollo de compresores de alta presión para aplicaciones de refrigeración.

El dióxido de carbono probablemente se use ampliamente en etapas de baja temperatura de sistemas en casacada y, cuando los compresores de dióxido de carbono económicos estén disponibles, se usarán también para sistemas de una ecapa en acondicionamiento de aire y refrigeración. El uso de dióxido de carbono puede presentar beneficios significativos para aplicaciones de acondicionamiento de aire y refrigeración. Los beneficios incluyen mejor transferencia de calor, tuberías mucho más pequeñas, energía para el bombeo reducida, y eliminación de agua fría.

Bibliografía: Energy Saving Potential and R&D Opportunities for Commercial Refrigeration. U.S. Department of Energy. Energy Efficiency and Renewable Energy. Building Technologies Program.

Palabras clave: Gas cooler