Capítulo 4. Desarrollo metodológico
4.3. Comparativa entre las tecnologías de refrigeración
La Tabla 10 muestra las características particulares de cada tecnología de refrigeración sujeta a comparación, alrededor de diferentes aspectos técnicos relacionados con las variables de evaluación:
Tabla 10. Cuadro comparativo entre las tecnologías de refrigeración con fuentes no convencionales de energía. CARACTERÍSTICA REFRIGERACIÓN POR
COMPRESIÓN REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN REFRIGERACIÓN POR ADSORCIÓN REFRIGERACIÓN TERMOELÉCTRICA REFRIGERACIÓN STIRLING Aplicaciones
Es una de las tecnologías más utilizadas en la refrigeración, teniendo gran número de aplicaciones en diferentes contextos (López et al., 2017). La aplicación dependerá principalmente de los fluidos de trabajo que se utilicen. Las temperaturas
de trabajo de estas aplicaciones fluctúan entre
los -20 y 20°C (López et al., 2017).
Las unidades de energía pequeñas (1-10 kW) se usan normalmente para aplicaciones relativas a la salud (almacenamiento de vacunas y medicinas) (SET4food, 2014) Funcionan en equipos científicos de laboratorio, tecnologías para transporte de alimentos y fármacos por aire, tierra o mar. Almacenamiento estacionario de sangre e insumos medicinales, en barcos, submarinos, camiones y aviones militares. (Rubio Ramírez, Lizarazo,
& Vera Duarte, 2017)
Adecuada en casos de requerimientos de bajas temperaturas o temperaturas ambientales elevadas. Ejemplo: conservación de carne o pescado en climas cálidos. (Hachem et al., 2018a)
Capacidad de Almacenamiento
Posible en amplio rango de volúmenes. (SET4food, 2014)
Posible en amplio rango de volúmenes. (SET4food, 2014)
Posible en rango de volúmenes altos y medios.
Los bajos volúmenes aún se encuentran subdesarrollados. (Aste et al., 2017a)
Capacidad entre 1 y 50 Litros, para vacunas y
alimentos que no necesiten temperaturas
muy bajas de refrigeración. (SET4food, 2014)
Existen ejemplares solo con baja capacidad. (Aste
et al., 2017a) Capacidad de enfriamiento Amplio, llegando a la congelación. Se encuentran proyectos para temperaturas en el rango de 2°C a 8°C para vacunas y sangre, y de menos de 4°C para lácteos en uso comercial.
(SunDanzer, 2018)
Capacidad de enfriamiento según par de trabajo. Puede llegar a -77 °C al emplear amoniaco (López et al., 2017). Poca potencia de enfriamiento. Máximo 30 °C por debajo de la temperatura ambiente (SET4food, 2014) La temperatura más baja que alcanza es de 5°C a una temperatura ambiente de 25°C. No llega a la congelación. Máximo 30 °C por debajo de la temperatura ambiente
(Barbieri et al., 2015).
Logra temperaturas muy bajas
(Aste et al., 2017a)
Capítulo 4: Desarrollo metodológico
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(Aste et al., 2017a) contener pocas o ninguna parte móvil (N’Tsoukpoe et al., 2014)
de absorción, por tanto, simples de fabricar (SET4food, 2014) Se pueden desarrollar prototipos funcionales en hogares. (SET4food, 2014)
(Aste et al., 2017a)
Componentes Principales
Caja hermética, fluido refrigerante, compresor, evaporador, sistema de control (SET4food, 2014) Refrigerante (sorbente) y absorbente (Pares de trabajo) condensador, evaporador (Sarbu & Sebarchievici, 2015b)
Sorbente sólido, adsorbente, condensador,
nevera evaporadora (Sarbu & Sebarchievici,
2015b).
Dos placas de materiales semiconductores: tipo P y tipo N, conductor eléctrico
de cobre, aislante eléctrico (ejemplo:
cerámica) (Ramírez & Guillermo Martheyn Lizarazo, 2017)
Motor eléctrico, pistón, desplazador, gas de funcionamiento, caja de
almacenamiento (Aste et al., 2017a)
Confiabilidad
Muy alta debido al sellamiento con posibilidad limitada de fuga o contaminación
(López et al., 2017).
Solución válida siempre que se cuente con radiación solar disponible por completo. En caso de tener suministro biomasa, la confiabilidad será alta garantizando rendimiento
en casi todas las condiciones; sin embargo,
requerirá cuidado en la planificación de la cadena
de suministro de la biomasa (Aste et al., 2017a).
En caso de tener suministro biomasa, la confiabilidad será alta garantizando rendimiento
en casi todas las condiciones; sin embargo,
requerirá cuidado en la planificación de la cadena
de suministro de la biomasa (Aste et al., 2017a)
Alta gracias a que no requieren fluidos refrigerantes, ni piezas
móviles (Aste et al., 2017a).
Funciona siempre y cuando cuente con un dispositivo externo que pueda accionar el pistón (Hachem, Gheith, Aloui, &
Ben Nasrallah, 2018b).
Costo
En el mercado se puede adquirir productos y módulos a bajo costo,
(Aste et al., 2017a) sin embargo el costo de
Los precios de adquisición pueden ser de medios a altos (Aste et al., 2017a) su costo de instalación y operación puede ser
Los precios de adquisición pueden ser de medios a altos (Aste et al., 2017a) su costo de instalación y operación puede ser
Los costos de funcionamiento, instalación y operación
son bajos. (Aste et al., 2017a)
El costo de compra y de instalación es alto, sin
embargo, el costo de operación es medio. (Aste
instalación puede ser alto (SET4food, 2014)
menor que el que tienen los dispositivos de compresión (SET4food,
2014)
menor que el que tienen los dispositivos de compresión (SET4food,
2014)
Desarrollo en contextos fuera de la red
De uso común para zonas conectadas y además
para lugares no conectados a la red con
resultados favorables. (Aste et al., 2017a)
Se han desarrollado varias aplicaciones en contextos fuera de la red (N’Tsoukpoe et al., 2014)
Pocas aplicaciones debido a la falta de pares de
trabajo con buen rendimiento (Sarbu & Sebarchievici,
2015b).
Muy desarrollados y aplicados en el campo
(Aste et al., 2017a)
No se encuentran desarrollos o aplicaciones comprobadas para zonas no conectadas a la red.
Eficiencia energética
El COP varía típicamente entre 1,5 y 3,5, dependiendo del tamaño, las condiciones de carga y
las temperaturas de funcionamiento (SET4food, 2014)
Baja. COP entre 0,6 y 0,8. Los sistemas de absorción de doble y triple efecto (con condensadores de alta y baja temperatura y
generadores) tienen mayores coeficientes de
rendimiento (1,0-1,6) (SET4food, 2014)
El COP varía de 0,2 a 1,5 dependiendo del número de efectos. Los de efecto simple tienen un COP de
0,5 a 0,7 (López et al., 2017)
Baja. Tiene un coeficiente de rendimiento equivalente a 1/5 del de un sistema de compresión
de vapor (SET4food, 2014)
Alta en el caso del refrigerador Stirling de pistón libre (SET4food, 2014) Estado de desarrollo tecnológico Las investigaciones actuales buscan reducir el
grado de GWP (Global Warming Potencial) de los
gases refrigerantes (López et al., 2017).
Las investigaciones buscan aumentar el COP.
(Sarbu & Sebarchievici, 2015b)
Las investigaciones buscan desarrollo de mejores pares de trabajo y
mejoramiento del COP. (Sarbu & Sebarchievici,
2015b)
Las investigaciones buscan el mejoramiento
del COP, así como el aumento del tamaño de la
caja de refrigeración. (Enescu, Ciocia, Mazza, &
Russo, 2017b)
Las investigaciones de las industrias de enfriamiento
que utilizan estos refrigeradores están dirigidas hacia el logro de la reducción de tamaño de los dispositivos; factor que hasta la actualidad ha sido inversamente proporcional
a la capacidad de enfriamiento del
dispositivo. (Hachem et al., 2018b)
Capítulo 4: Desarrollo metodológico
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Fuentes de alimentación de energía
Existen proyectos que alimentan los dispositivos
a partir de celdas fotovoltaicas que accionan directamente el compresor
(SunDanzer, 2018).
Calor residual, energía solar térmica y biocombustibles (Allouhi et al., 2015). Se adopta muy frecuentemente para la refrigeración solar. Requieren ser alimentados con fuentes de calor de 80 a 110 °C en simple efecto y 120- 150 °C en doble efecto (López et al., 2017).
Pueden ser alimentados con fuentes de calor de 50
a 100 °C. En caso de ser biomasa funciona con
cualquier fuente localmente disponible (ejemplo: carbón, estiércol
de vaca, combustibles fósiles, etc.) (Sarbu & Sebarchievici,
2015b).
Se puede alimentar la placa de la celda Peltier directamente a partir de celdas fotovoltaicas. (Aste
et al., 2017b) Pueden conectarse a fuentes de energía de 12/24 V o unidades más grandes a 110/230 V (SET4food, 2014).
El motor eléctrico podría ser alimentado por fuentes
alternativas de energía (Hachem et al., 2018b). Grado de control (precisión de temperatura) Moderado (Belman, Barroso, Rodriguez, & Camacho,
2015)
Moderada (según diseño). (SET4food, 2014)
Moderada (según diseño). (SET4food, 2014) Alta Precisión. (Enescu et al., 2017b) No se encuentra información al respecto. Impacto ambiental
Los refrigerantes suelen tener alto GWP (Global Warming Potencial) (López et al., 2017) Desarrollos actuales buscan mitigar el impacto
en la capa de ozono. (Belman et al., 2015)
Los colectores térmicos pueden emplear refrigerantes ecológicos
(2017, Fraunhofer) El circuito usa gases con
bajo o nulo potencial de GEI
(Allouhi et al., 2015)
El uso de keroseno o fluidos inflamables puede
resultar en graves consecuencias si no se usan correctamente (SET4food, 2014). Los colectores térmicos pueden emplear refrigerantes ecológicos (López et al., 2017). Nuevas tecnologías para máquinas de hacer hielo usan agua como agente enfriador en lugar de CFC
Principal impacto ambiental asociado al uso
de baterías. No emite gases de efecto invernadero debido a que
no utiliza fluidos de trabajo. (Aste et al., 2017a)
No se encuentra información al respecto.
(o un gas tóxico) (SET4food, 2014) Necesidades de mantenimiento Requerido bajo mantenimiento tanto en el
producto como en la red de suministro solar. La
necesidad de un compresor representa las
principales necesidades de mantenimiento (López et al., 2017).
Disminución de requerimientos por contener pocas o ninguna
parte móvil. (N’Tsoukpoe et al., 2014)
Muy poco en relación con las demás tecnologías,
debido a que requiere pocas o nulas partes
móviles (SET4food, 2014)
No requieren mantenimiento frecuente debido a que no emplea fluidos y requiere pocas partes móviles. Pueden tener una larga vida útil. Requiere mantenimiento de las baterías en caso de
emplearlas (Aste et al., 2017a)
Su complejidad técnica hace que el mantenimiento exija
personal altamente capacitado para realizar
mantenimiento e instalación. (Hachem et al., 2018b) Otras ventajas En países desarrollados se han implementado
proyectos con esta tecnología para zonas no
conectadas a la red. (SET4food, 2014)
Fáciles de controlar, no producen vibraciones o ruido (Allouhi et al., 2015)
Control más simple, ausencia de vibración. Transforma el calor solar
directamente en frío, sin ningún paso intermedio como la conversión del sol
en electricidad. (SET4food, 2014) Compacta y duradera. Adecuado para aplicaciones en condiciones de vibraciones o choques.
(Aste et al., 2017a)
Su principal ventaja es la baja temperatura que
puede alcanzar. (Hachem et al., 2018a)
Requerimientos Particulares
Espacio de disipación de calor al exterior. Si hay altos niveles de humedad
relativa, se tiene que considerar un sistema de
drenaje y eliminación. (Belman et al., 2015)
La caja térmica tendrá un grado variable de aislamiento dependiendo
de las condiciones ambientales. La cubierta
debe ser impermeable (SET4food, 2014)
Deben ubicarse en un espacio donde el calor
producido por el condensador pueda ser
disipado al entorno externo; por esta razón, las máquinas se colocan
siempre al exterior. (SET4food, 2014)
Debe estar en espacios cubiertos debido a que el
aislamiento e impermeabilidad del sistema es fundamental para su funcionamiento (SET4food, 2014). Es importante transportar el
calor de una manera eficiente, por lo cual los intercambiadores de calor
y ventiladores deben mantenerse limpios, con
Requiere de un motor eléctrico para funcionar.
Capítulo 4: Desarrollo metodológico
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adecuados flujos de aire. (Aste et al., 2017). Susceptibilidad al clima Funciona en climas externos en rangos de 5 °C hasta 43 °C (SET4food, 2014) Periodos de alta nubosidad pueden ser problemáticos en caso de
que dependa de la energía solar (SET4food, 2014)
Periodos de alta nubosidad pueden ser problemáticos en caso de dependencia de la energía
solar (Aste et al., 2017a)
Periodos de alta nubosidad pueden ser problemáticos (Aste et al.,
2017a) Funciona a temperaturas
ambiente superiores a 25°C. (SET4food, 2014)
Periodos de alta nubosidad pueden ser
problemáticos (Aste et al., 2017a)
Uso portable
Posible. Típicamente, los sistemas portátiles tienen un volumen refrigerado a partir de 30-40 litros
(SET4food, 2014)
No son adecuados debido al alto volumen de la
tecnología. (Sarbu & Sebarchievici,
2015b)
No son adecuados ya que son muy voluminosos, lo
cual dificulta su transporte. (Sarbu & Sebarchievici,
2015b)
Adecuado debido al pequeño tamaño de los dispositivos, además de
que los elementos termoeléctricos no sufren por vibraciones o golpes.
(Aste et al., 2017a)
No se encuentra información al respecto.
Utilización de almacenes térmicos
Hielo o material de cambio de fase (SET4food, 2014) Posibilidad de emplear hielo (SET4food, 2014) Posibilidad de emplear hielo (SET4food, 2014).
Disponible, con una capacidad limitada (Aste et al., 2017a)
Disponibles con una capacidad limitada (Aste
et al., 2017a)
Utilización de Baterías
Necesaria al acoplarse a módulos fotovoltaicos, a menos de que se incluya
almacén térmico (materiales PCM). Vida
útil limitada. (Aste et al., 2017a)
No se acopla fácilmente debido que utiliza paneles
térmicos principalmente. (Aste et al., 2017a)
No se acopla fácilmente debido que utiliza paneles
térmicos principalmente. (Aste et al., 2017a)
Inclusión posible con una duración de 2 a 5 años. El
costo representaría el 30% del costo del
dispositivo. (Aste et al., 2017a)
En soluciones fotovoltaicas tienen una
duración de 2 a 5 años (Aste et al., 2017a).
Vida Útil
Entre 15 y 30 años (en condiciones de funcionamiento óptimas) (SET4food, 2014) Promedio de 15 años (Barbieri et al., 2015) Promedio de 25 años (Barbieri et al., 2015) No se encuentra información sobre esta
variable.
2 a 5 años dura la batería para aplicaciones con
celdas fotovoltaicas (Aste et al., 2017a)