La aplicación de la energía solar térmica en la industria

La energía solar térmica tiene un enorme potencial de aprovechamiento muy poco empleado hasta ahora, el sector industrial. La energía solar térmica es capaz de proveer de forma natural y económica de parte del calor que la industria necesita.

La energía solar térmica es cada vez más utilizada a nivel doméstico para la obtención de agua caliente sanitaria y como apoyo a la calefacción. Sin embargo esta tecnología tiene también otro enorme potencial de aprovechamiento que ha sido muy poco empleado hasta la fecha; el sector industrial. La energía solar térmica es capaz de proveer de forma natural y económica de parte del calor que la industria necesita.

colectores 1

Aunque pocas, existen ya algunas industrias que han decidido instalar sistemas solares térmicos y que han comprobado como con esta tecnología es posible reducir el impacto ambiental al tiempo que obtienen un importante ahorro energético y económico.

El sol como fuente de calor para la industria.

El calor es un elemento esencial para la industria. En muchos de los procesos industriales se requieren fluidos calientes (aire, agua o vapor), con temperaturas que comprenden desde los 30-40ºC hasta los más de 400ºC. Habitualmente se obtiene ese calor a través de la quema de combustibles fósiles o a través de la electricidad.

Sin embargo existe también la posibilidad de obtener ese calor por medio de sistemas solares térmicos, ahorrando dinero y evitando emisiones de contaminantes a la atmósfera.

La energía solar térmica es capaz de proveer una amplia gama de temperaturas. Así para cuando se requiera calor a bajas temperaturas (hasta 100ºC) es posible instalar colectores solares, planos o de tubo de vacío, en cualquier superficie, incluso aprovechando los techos o tejados de las naves industriales habitualmente sin uso. Para las altas temperaturas por encima de 200ºC es posible optar por sistemas de concentración de los rayos solares capaces de proporcionar temperaturas elevadas que aunque si bien son rentables, su desarrollo es notoriamente más complejo.

colectores solares

Las azoteas son un excelente lugar para colocar colectores solares térmicos

Pese a lo útil que puedan resultar los sistemas solares térmicos siempre habrá que tener en cuenta que será muy rara la aplicación industrial en la cual el sol pueda aportar el 100% de la energía necesaria. El sol no aparece a diario o durante todo el día lo que no siempre se compagina con los requerimientos energéticos industriales. En la gran mayoría de los casos, habrá que recurrir a sistemas complementarios convencionales de quema de combustibles (gas, gasoil) o de electricidad para cubrir los requerimientos de calor que la energía solar no pueda proporcionar en determinados momentos. Existe también la opción ecológica de emplear como complemento a la energía solar calderas de biomasa o de biogás, productos estos totalmente renovables y limpios.
El porcentaje de energía que un sistema solar térmico puede aportar a una aplicación industrial es imposible de precisar en modo general. Cada caso será único y distinto y dependerá de factores tales como requerimientos de calor, la aplicación industrial que se haga de el, la estrategia de aprovechamiento que se siga y las características de radiación solar del lugar donde se realice la instalación. Con todo es perfectamente posible obtener porcentajes de calor solar superiores al 50%.

Ventajas de la aplicación de la energía solar térmica en la industria

El empleo de la energía solar térmica en la industria aporta no pocas ventajas, de las cuales destacamos:

-Económicas- El beneficio económico que se obtiene se deriva del uso que se hace de la luz del sol para obtener el calor necesario, evitándose, en un porcentaje variable, la compra de combustibles, lo que implica claramente un ahorro.

La luz del sol es una fuente de energía que nos llega de forma totalmente gratuita aunque también es cierto que el equipo capaz de captarla y almacenarla no lo es. Sin embargo, con el ahorro logrado por la no compra de combustible, en un periodo de tiempo de corto a medio, se recupera el precio de la inversión del equipo solar, quedando aún un número importante de años en los que la instalación es aprovechable y el ahorro económico total.

-Mejora competitividad- El disponer de una fuente de energía gratuita permite reducir los costos de producción. Esta baja de costos repercute en una baja del precio final del producto sin reducir su calidad. Esto supone una clara ventaja competitiva frente a industrias competidoras que no empleen esta fuente energética.

-Medioambientales- La quema de combustibles fósiles provoca la emisión a la atmósfera de contaminantes tales como el CO2, el dióxido de azufre y otros. El uso de la energía solar térmica está exenta de estos problemas, por lo que las fábricas que la empleen reducirán de manera significativa la emisión de estos contaminantes a la atmósfera.

Lo mismo se aplica si la fuente de energía que se usa es la electricidad. En este caso se evitaría la combustión de carbón, de derivados del petróleo o la reacción termonuclear que se llevaría a cabo en las centrales de producción eléctrica. Aún considerando que ya existe en algunos países un aporte significativo de fuentes renovables en las redes eléctricas, por suerte, los productores de estas suelen primar por ley sobre aquellos en que usan energías contaminantes, por lo que en caso de existir una menor demanda a causa del empleo industrial de energía solar, las centrales que dejarán de producir electricidad son las de recursos contaminantes.

-Mejora de las condiciones de trabajo- Muchos de los contaminantes expulsados a la atmósfera en la quema de combustibles fósiles son perjudiciales para la salud. Quemar este tipo de combustibles en los calentadores de las fábricas llena el entorno inmediato a ellas de sustancias perjudiciales que puede potencialmente afectar la salud de los que trabajan en ella. La energía solar al no emitir ningún contaminante a la atmósfera reduce de forma clara este problema.

La energía solar térmica de baja temperatura en la industria

Se trata sin duda del tipo de aprovechamiento más sencillo y económico que se puede hacer de la energía solar térmica para fines industriales. Cuando se busque elevar la temperatura de un fluido a entre 40-100 grados o a temperaturas superiores, los colectores solares térmicos podrán proporcionar el total o una parte muy importante de la energía requerida.

En muchos casos, para temperaturas superiores a los 80-90º C grados, puede ser más interesante emplear la energía solar térmica para precalentar el fluido dejando que un calentador convencional aporte la parte de energía que falta, que tratar de alcanzar la temperatura final directamente con la energía solar

Esto se debe a que aunque los colectores solares son capaces de alcanzar temperaturas de hasta 150ºC, esto se hará a costa de bajar mucho su rendimiento. Un colector solar cuando alcanza una temperatura alta, limita la cantidad de energía del sol que puede seguir aprovechando, y libera parte del calor generado a la atmósfera. Por otro lado las temperaturas altas frecuentes en el sistema acortan la vida útil de la instalación y si estas son excesivamente altas suponen importantes problemas para los componentes del equipo.

Cuando el sistema solar trabaja a temperaturas menos altas el aprovechamiento de la radiación solar es más eficiente. El colector solar pierde menos calor en la atmósfera consiguiendo por tanto un mejor aprovechamiento de la energía solar que recibe. En cualquier caso personal debidamente cualificado será el que deba decidir la estrategia más conveniente considerando todos los factores.

Otra de las ventajas del aprovechamiento solar térmico de baja temperatura para la industria es que en muchos casos puede ser de muy fácil instalación. En muchas ocasiones solo será necesario conectar la salida de agua caliente del sistema solar térmico a la entrada de agua fría del calentador convencional. De esta forma este último solo intervendrá cuando detecte que el sistema solar no ha aportado la cantidad de calor suficiente y se optimizara la quema de combustible para emplear solo lo estrictamente necesario.

A continuación mencionaremos algunas industrias en las que ya se ha empleado la energía solar a baja temperatura como fuente de aprovisionamiento de energía térmica con buenos resultados.
-Calentamiento de agua sanitaria a nivel industrial- Los grandes sistemas solares térmicos para el calentamiento de agua pueden ser muy rentables para la industria turística. En hoteles, balnearios, spas, se puede obtener agua caliente a temperaturas de entre 25-30ºC para piscinas y los 45-60ºC para el resto de aplicaciones de forma sencilla. En estos casos se obtiene además un gran rendimiento, un gran ahorro económico y una pronta rentabilización del sistema. Puede conseguirse porcentajes de sustitución del combustible convencional muy altos, pudiendo llegar estos a ser de más del 80% de media anual en áreas climatológicamente favorables.

colectores solares en techo

-Lavanderías de ropa- El lavado de ropa de forma industrial requiere para algunos tipos de prendas agua a temperaturas de entre 40 y 60º. Este rango de temperaturas es muy apropiado para que los sistemas solares térmicos trabajen con un alto rendimiento y consigan fracciones del aporte solar muy altos.

-Lavado de coches- Algo similar ocurre en los túneles de lavados de coches. En estos la temperatura óptima para el lavado es de 60ºC. Esta temperatura es la más adecuada para lograr una buena limpieza sin dañar el esmalte de los vehículos.

-Lavado industrial (almacenes, botellas, piezas de coches)- En el lavado industrial de botellas, de piezas de coches, o en la limpieza de almacenes se puede requerir de agua caliente a bajas temperaturas fácilmente suministrable por sistemas solares térmicos. Un buen ejemplo lo constituye la instalación que se realizó en las bodegas Martín Codax que fue objeto de un artículo de sitiosolar (ver artículo)

-Deshidratadores de vegetales con energía solar- La energía solar térmica puede emplearse para deshidratar productos agrícolas tales como frutas, verduras, flores o granos. Este sistema funciona como cualquier otro sistema de deshidratación convencional, solo que empleando la energía del sol como elemento para calentar el aire que se hará circular entre el producto a deshidratar.

Existen dos tipos de sistemas para este tipo de aplicaciones; aquellos que emplean colectores solares de agua y los que emplean colectores solares de aire.

Los sistemas a base de agua, además de los colectores, cuentan en el circuito primario con un depósito de agua que almacena el calor, una o más bombas de circulación y diversos dispositivos de control. El calor pasa al aire, al circuito secundario, a través de un intercambiador agua-aire. El aire ya caliente es canalizado a la cámara donde se deshidratan los productos.

Los sistemas a base de aire calientan directamente el aire con el sol en unos colectores específicos para este fin y lo dirigen impulsado por extractores hacia el producto a deshidratar. Cuentan también con un sistema de almacenamiento de calor a base de piedras o de otros materiales masivos sólidos.

-Sistemas de calefacción- La energía solar se puede emplear también para calefactar espacios en los que se requieren temperaturas relativamente elevadas para muy distintos propósitos; desde invernaderos hasta cámaras de crianza de aves o cerdos.

En estos casos, al igual que con los deshidratadores, los elementos de captación solar pueden ser a base de agua o de aire.

Para estos fines, también es posible la aplicación de criterios bioclimáticos y de arquitectura solar pasiva, con los cuales el propio edificio actúa como colector térmico y almacena la energía calorífica

-Procesado de alimentos- También es posible emplear el calor solar obtenido para el procesado de alimentos industriales o para cocinas. Se puede emplear para elaborar conservas o para cocer alimentos (los alimentos comienzan a cocinarse a partir de los 60 ºC)

Una buena aplicación puede ser utilizar esa energía para calentar la leche en la elaboración de quesos y otros productos lácteos. La temperatura óptima a la que ha de estar la leche para que cuaje es de entre 28ºC y 37 ºC

-Acuicultura- Muchas especies acuáticas criadas en las piscifactorías requieren de temperaturas del agua de entre 18º y 30º C. Por ello muchas piscifactorías recurren a sistemas de calentamiento artíficial para poder desarrollar la cría fuera de temporada. En estos casos resulta especialmente viable el uso de sistemas solares térmicos. Al ser las temperaturas de trabajo muy bajas un colector solar podrá ofrecer un rendimiento excepcionalmente alto. Un ejemplo de este tipo de instalaciones es la que se llevó a cabo en el IGAFA en Galicia (España), donde un sistema solar térmico proporciona el calor necesario para calentar el agua obtenida del mar hasta la temperatura óptima para la cría de alevines que es de entre 18 y 22ºC. Esta instalación fue objeto de un artículo de sitiosolar (ver artículo)

colectores solares en tejado

-Destilación de agua- También la energía solar térmica puede servir para destilar el agua del mar u otros tipos de agua no potables o utilizables. Para este cometido se emplean los destiladores solares. Estos destiladores, de diverso tamaño y diseño, aunque no sean capaces de proporcionar grandes cantidades de agua por metros cuadrado, podrán ser rentables si se cuenta con un espacio lo suficientemente grande. Puede ser particularmente indicado en zonas áridas o desérticas donde se disponga de mucho terreno y donde no exista otra opción disponible. Un buen ejemplo de este tipo de instalaciones para aplicaciones industriales fue la que se llevó a cabo en 1873 en el desierto de Atacama (Chile) para una salitrera. Esta instalación era capaz de proporcionar un promedio de 22.500 litros de agua al día con una superficie de captación superior a los 4000 metros cuadrados. Este equipo estuvo operativo hasta el año 1907.

También es posible emplear los sistemas solares térmicos de agua como fuente de apoyo para obtener una parte importante del calor necesario en sistemas de destilación en los que se hierva el agua salada. (ver artículo sobre la destilación solar)

La energía solar térmica de alta temperatura para la industria

Algunos procesos industriales pueden requerir temperaturas muy altas que son difíciles cuando no imposibles de alcanzar por los colectores solares térmicos de placa plana o de tubo de vacío. En estos casos es posible emplear sistemas de concentración con los cuales se puede alcanzar temperaturas de hasta 1000 ºC o más. Estos sistemas, aunque eficientes y rentables, requerirán de desarrollos más complejos y de adaptaciones más específicas

Sistemas de concentración se emplean actualmente para la obtención de electricidad. También es posible desalar agua con esta tecnología ya que las temperaturas que se alcanzan son más que suficientes para hacerla hervir. El proyecto desertec, el cual pretende instalar centrales solares termoeléctricas en el desierto del Sahara para proveer energía a Europa, plantea también emplear parte de ese calor para desalar agua de mar para suministro humano.

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