Ahorro en refrigeradores domésticos

 

Aníbal Borroto Nordelo
Doctor en Ciencias Técnicas.
Centro de Estudios de Energía
y Medio Ambiente,
Universidad de Cienfuegos.

Inocente Costa Pérez
Ingeniero químico.
Grupo de Energía,
Dirección de Economía y Planificación,
Cienfuegos.
Miembros de CUBASOLAR.
Tel.: (53 432) 519252
E-mail: ieecfgos@perla.inf.cu

¿Cómo ahorrar electricidad en nuestros refrigeradores domésticos con una sencilla modificación?

Dentro de la política económica cubana, el ahorro de energía ha ocupado y sigue ocupando un lugar de máxima prioridad.

 


Fig. 1. Los refrigeradores domésticos inciden
de manera decisiva en el consumo eléctrico en el sector residencial.

La actualidad
Ya se aprecian los primeros resultados del Programa de Ahorro de Electricidad de Cuba (PAEC), iniciado en 1998, y se trabaja sostenidamente en la regulación de la carga eléctrica en todo el país. En el período de 1998 a 2000 se alcanzó un crecimiento promedio del Producto Interno Bruto de 4 %, mientras que el consumo de electricidad solo creció 2 %, a la vez que se logró una reducción en la demanda máxima global del Sistema Electroenergético Nacional. Tanto en el sector industrial, como en el comercial y el residencial, se han establecido importantes medidas para el ahorro de electricidad.

Este último sector, el residencial, tiene un peso significativo en el consumo global de electricidad, y en particular, dentro del horario pico. En América Latina, el consumo de electricidad del sector residencial oscila entre 25 y 40 %. En Cuba, este sector consume cerca de 30 % de la electricidad y es el responsable de 45 % de la demanda máxima dentro del horario pico, y llega a ser determinante en algunas provincias, donde representa más de 65 % del consumo total.

Dentro del sector residencial, los refrigeradores constituyen uno de los principales consumidores, y su incidencia aumenta en los países de menor desarrollo económico.
En los Estados Unidos, los refrigeradores domésticos representan 7 % del consumo de electricidad, equivalente a toda la producción de las centrales nucleares instaladas en ese país. En Brasil, 33 % del consumo de electricidad en el sector residencial corresponde a los refrigeradores domésticos. En Nicaragua, donde el sector residencial consume 39 % de la energía eléctrica y cerca de 50 % de la demanda máxima, los refrigeradores y la iluminación consumen más de 95 % de la electricidad en ese sector (Fig. 1).

En Cuba, se considera que el consumo de los refrigeradores puede representar entre 30 y 50 % del consumo en el sector residencial (Tabla 1).

Tabla 1. Consumo de electricidad
de los refrigeradores domésticos.

Tipo de refrigerador

Consumo

W

kWh/día

kWh/mes

Refrigerador pequeño
Refrigerador mediano
Refrigerador grande

112
180
220

1,6
2,5
3,1

40,8
76
92

El estudio
Todo lo anterior evidencia la importancia que tiene la aplicación de medidas encaminadas a reducir el consumo de los refrigeradores domésticos, particularmente en el caso de nuestro país. Por eso, en el PAEC se contemplan medidas al efecto, dentro de las cuales está, en primer plano, el cambio de juntas en mal estado a 950 000 refrigeradores, con un ahorro calculado de 37 GWh/año.

Dentro de los factores que inciden en el consumo de energía en un sistema de refrigeración por compresión, la presión de condensación es uno de los más influyentes. Al reducir la presión de condensación se disminuye el trabajo del compresor y, por tanto, el consumo de energía. Para un refrigerador doméstico dado, la presión de condensación está determinada por las condiciones del medio de enfriamiento y por el valor del coeficiente pelicular de transferencia de calor al aire, que es el controlante en este caso.

En los refrigeradores domésticos, el movimiento del aire de enfriamiento del condensador se produce por convección libre. Al recibir el calor cedido por el refrigerante en el condensador, el aire se calienta y asciende al reducirse su densidad. Muchos de los refrigeradores domésticos que se encuentran en explotación en Cuba poseen el condensador en posición vertical. Cuando el condensador está vertical, las partes superiores del condensador son bañadas por el aire caliente que asciende desde la parte inferior. Por el contrario, si el condensador está inclinado, toda la superficie de transferencia de calor está bañada por aire a la temperatura ambiente, mejorando con ello la transferencia de calor y reduciendo la presión de condensación.

Los resultados de una investigación experimental desarrollada en un laboratorio especializado, de un estudio con termografía infrarroja y de dos evaluaciones de campo, permitieron comprobar la influencia del ángulo de inclinación de los condensadores de los refrigeradores domésticos sobre el consumo de energía. Se demostró que con un ángulo de inclinación del condensador respecto a la vertical de 6 grados, se logra reducir en más de 10 % el consumo de energía en los refrigeradores estudiados, con un costo prácticamente despreciable.

En la figuras 2 y 3 se muestran los resultados de las pruebas de un refrigerador doméstico en cuanto al consumo de energía en kilowatt hora por día (kWh/día), para distintos ángulos de inclinación del condensador respecto a la vertical.


Fig. 2. Consumo diario (kWh/día) para diferentes ángulos de inclinación del condensador.

Se observa cómo se reduce el consumo de electricidad del refrigerador al inclinar el condensador. La reducción máxima se alcanza para un ángulo de 60, pero ya para 40 se logra una reducción casi similar a la máxima alcanzada.

En la figura 4 se ofrece un esquema de la modificación que debe realizarse en la posición del condensador.

¿Qué hacer?
En Cuba existen cerca de dos millones de refrigeradores domésticos. Si el procedimiento se aplicara a la quinta parte de estos, o sea, 400 000 refrigeradores, el consumo promedio sería de 65 kWh/mes y la reducción del consumo de electricidad fuera de 10 %, se ahorrarían 31,2 GWh/año, equivalentes a 11 000 t de fuel oil al año, con un valor económico de más de un millón cien mil de dólares.

Los resultados de los estudios y evaluaciones de campo evidencian que existe una influencia significativa del ángulo de inclinación del condensador en los modelos de refrigeradores evaluados sobre su consumo de energía, por lo que se alcanzan valores superiores a 10 % de ahorro de energía para un valor del ángulo de inclinación de 60.

La modificación propuesta puede tener un efecto económico importante, si se considera que una gran parte de los refrigeradores domésticos existentes en Cuba poseen el condensador situado en posición vertical, y en otros modelos, como algunos producidos en la fábrica INPUD, de Santa Clara, tienen una inclinación por debajo de los valores recomendados en este estudio.

La modificación a realizar es muy sencilla, totalmente viable para ser generalizada en los talleres de las empresas de servicios o por los propios usuarios. Se estima que el costo unitario en las empresas de servicios puede ser inferior a dos pesos. Este costo está asociado a salarios y gastos indirectos, ya que el material necesario para el soporte que permita desplazar la parte superior del condensador puede obtenerse a partir de desechos.

La modificación planteada pudiera ser realizada por los propios usuarios, utilizando diversos materiales de acuerdo con sus posibilidades; ya con algunas experiencias en este sentido se reduciría a cero el costo de aplicación, sólo quedaría la necesidad de gastos asociados a la divulgación, que podrían ser asumidos por el PAEC, en el caso de que así procediera y se considerara.


Fig. 3. Resultados de la termografía infrarroja aplicada a un refrigerador con el
condensador vertical y al mismo refrigerador con el condesador inclinado a 6°.

Es de destacar que el cambio de juntas instrumentado por el PAEC y la inclinación del condensador no son medidas mutuamente excluyentes, ambas pueden complementarse y los ahorros pudieran ser superiores.

Es importante señalar que el ahorro calculado con la inclinación del condensador se ha realizado sobre la base del consumo de un refrigerador en buen estado, lo cual presupone una correcta hermeticidad, motocompresor en buen estado, etc. Las condiciones promedio de los refrigeradores en el país son diferentes, por lo que se estima que los ahorros alcanzables en la generalización pudieran ser ligeramente superiores. 

Para la generalización de los resultados se propone inclinar el condensador 40, para lo cual se puede, como regla práctica, medir la distancia entre los centros de los apoyos del condensador, dividirla por 14, y esta será la longitud a aumentar en el soporte superior del condensador.

 
Fig. 4. Esquema de la inclinación
del condensador. Para un ángulo de 40, S = L/14; y para un ángulo de 60, S = L/10.