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Hielo con energía solar

27 de enero de 2020
¿Cómo fabricar hielo con energía solar? Parece una pregunta sin sentido, y quizás fuese así si la hubiéramos hecho no hace muchos años. Pero hoy en día, los conocimientos sobre el comportamiento de algunos materiales y la tecnología solar y de absorción, nos permiten responder: “muy fácil ¿Cuánto hielo quieres? La solución está en el calor que nos aporta el sol, como energía principal, y el aprovechamiento de la transmisión de calor que ofrecen diferentes sustancias, por el efecto de absorción de calor. ¿Te interesa? Sigue leyendo.
Artículo escrito por:
Marcos Carbonell, Redactor de www.HogarSense.es
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Hielo-con-energía-solar

Fuente de la imagen: ©Hogarsense.es

¿Qué es el hielo solar?

El hielo solar no es más que hielo, agua en estado solido. Pero lo denominamos así porque fabricamos el hielo con energía solar. ¿Y cómo es esto posible? Muy sencillo, aunque parece algo muy complicado, la teoría de este sistema ya tiene algunos años. La generación de frio a partir de una fuente de calor se denomina absorción.

El ciclo termodinámico de enfriamiento por absorción, se basa en la necesidad del fluido usado como refrigerante de obtener calor del líquido a enfriar para poder pasar del estado líquido al de vapor, al reducirse la presión a la que está sometido. Pero este ciclo para generar frio necesita de una fuente da calor. Que nosotros aportaremos con placas solares.

De esta forma una de las sustancias absorbe ese calor, que luego en el proceso inverso lo disipa. En este ciclo, se consigue que el agua del sistema ceda calor, llegando a congelarse, produciendo el hielo solar.

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¿Cómo funciona?

El sistema para generar hielo con energía solar, tiene dos partes. Por una tenemos el generador de energía, es decir las placas solares. Esta primera parte del sistema nos aportará el calor que necesita la segunda parte del sistema. El segundo componente de este conjunto es un sistema de absorción, que aprovechará el calor que le aportan las placas solares para poder trabajar. Los equipos de absorción de calor pueden ser de dos tipos. Los de tipo amoníaco/agua, o también llamados „de efecto simple", o bien máquinas agua/bromuro de litio, o "de doble efecto".

El ciclo que se emplea normalmente es el de agua/bromuro de litio por tener mayor eficiencia. Se emplea el bromuro de litio porque tiene gran capacidad de absorber agua y porque puede deshidratarse mediante el calor. Que es la energía que nos aportarán las placas solares.

Explicando con más detalle, el agua, en nuestro caso es el refrigerante, que se mueve por un circuito a baja presión, se evapora en un intercambiador de calor, llamado evaporador. Para producirse la evaporación necesitamos calor, que se obtiene a partir de las placas solares en un intercambiador, en el que se congela el agua que queremos convertir en hielo que queremos fabricar.

Tras el evaporador, el bromuro de litio absorbe el vapor de agua en el absorbedor, produciendo una solución diluida o débil de bromuro en agua. Esta solución pasa al generador, donde se separan disolvente y soluto mediante calor procedente de las placas solares; el agua va al condensador, que es otro intercambiador donde cede la mayor parte del calor recibido en el generador, y desde allí pasa de nuevo al evaporador, a través de la válvula de expansión; el bromuro, ahora como solución concentrada en agua, vuelve al absorbedor para reiniciar el ciclo.

En definitiva, en el absorbedor se desprende calor al absorber el gas, mientras que en el generador se absorbe calor al desprender el gas.

Maquina-de-absorcion-de-doble-efecto

Fuente de la imagen: Guía del Frio Solar. Fenercom. Esquema–Maquina de absorción de doble efecto

Pero el sistema anterior no es el único. Existe un prototipo, creado por Ingenieros de la Universidad Nacional de Colombia (U.N.) con sede en Medellín. Este nuevo prototipo permite fabricar hielo por medio del calor de la luz solar. Este equipo creado por ingenieros del grupo de investigación en Termodinámica Aplicada y Energía Alternativa (Tayea), congela y refrigera entre uno y cinco litros de agua.

Aunque parezca complejo su mecanismo es sencillo. El secreto está en el sistema de tuberías, formado por 20 tubos de 2 metros de longitud y 10 centímetros de diámetro, los cuales contienen carbón activado, y el uso de los paneles solares, que aportan el calor necesario para el proceso. El carbón activo permite el proceso de enfriamiento, ya que es capaz de adsorber amoniaco o metanol. Además, la máquina usa un líquido refrigerante, en este caso metanol, que se evapora debido al calor que concentran los reflectores solares convexos.

Una vez en el interior del sistema, se superan los 90 grados centígrados, y el vapor atrapado en las tuberías entra en contacto con el carbón activado, el cual se vuelve líquido una vez va perdiendo calor con relación al ambiente, o se enfría al ponerse el sol. Lo que llamamos desorción-regeneración. Durante la noche, cuando el carbón activado se enfría, adsorbe nuevamente el metanol y en ese proceso es cuando se produce el frío (adsorción-evaporación), que es capaz de congelar el agua.

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Historia: ¿cómo se desarrolló?

El sistema de hielo solar tiene dos partes, como hemos dicho. Pero la que nos va a generar el hielo es la que nos interesa en esta ocasión.

El ciclo de absorción es un descubrimiento del siglo XVIII. El primer intento se produjo en 1755, cuando el escocés William Cullen consiguió obtener una pequeña cantidad de hielo en una campana donde mantenía una presión reducida. Unos años más tarde, en 1777, Gerald Nairne, también escocés, introducía ácido sulfúrico en la campana de Cullen, de manera que el vapor de agua fuera absorbido por este, dejando espacio para permitir una mayor evaporación de agua.

Ya en el siglo XIX, en 1810, John Leslie colocó dentro de la campana bajo vacío, un recipiente con el agua a evaporar y en el fondo otro recipiente con el ácido sulfúrico, logrando una producción de 3 kg de hielo por hora.

Pero fue finalmente el francés Ferdinand Carré, quién construyó y comercializó la primera máquina de absorción, destinada principalmente a la fabricación de hielo, utilizando amoniaco como refrigerante y agua como absorbente. Esta máquina fue patentada en 1859 y obtuvo el premio de la Exposición Universal de Londres de 1862. Como anécdota comentar que ya en el año 1875 el buque Paraguay, equipado con maquinas de Carré, transportó por primera vez carne congelada desde Buenos Aires hasta el puerto de Le Havre (Normandía – Francia)

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Curiosidades sobre el hielo solar

Curiosidad Motivo
Respetuoso con el medio ambiente Al utilizar energía solar que son menos contaminantes y más respetuosas con el medio ambiente y que permite disminuir las emisiones de gases tóxicos
Energía limpia y gratuita ✓ Solo se necesita del calor del sol para poder fabricar hielo
Energía gratuita ✓ El aporte de energía solar a nuestra calefacción es 100% gratis
✓ Inicialmente deberemos amortizar la instalación efectuada, pero una vez que con lo ahorrado se ha pagado el coste de la instalación, la energía solar es completamente gratuita
Disponibilidad global ✓ Puede ser aprovechada en cualquier lugar en función de la incidencia solar
Reduce la dependencia energética ✓ Una instalación de hielo solar aprovecha la energía solar térmica para generar el frio necesario
Ideal para zonas con mucho sol ✓ Ideal para zonas aisladas, con mucho sol y difícil acceso a otras energías

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Futuro del hielo solar: realidad

Aunque parezca una tecnología muy difícil de aplicar, la realidad nos dice que el hielo con energía solar no lo es. Además, con los avances tecnológicos, tanto en el campo de la energía solar como en los sistemas de absorción, cada día es más viable esta combinación.

De hecho, existe diferentes empresas que se dedican única y exclusivamente a diseñar y fabricar equipos de absorción de calor para generación de frio. Los modelos para generación de hielo aún necesitan de cierto perfeccionamiento, y sobre todo los que no necesitan ningún tipo de suministro eléctrico.

Hasta el momento, los equipos de absorción que hay en el mercado tienen elementos que necesitan un poco de electricidad para generar hielo con energía solar. Las bombas circuladoras, electroválvulas, centralita de control, etc. necesitan para su funcionamiento electricidad, aunque su consumo es sensiblemente inferior a los tradicionales equipos refrigeradores o generadores de hielo, por lo que para los equipos de hielo solar se abre un futuro prometedor.

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