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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