Acumulación de frío mediante mezclas eutécticas




Por
Olga Esquivel Román
y Mario Iglesias Ruiz*


Alternativa para el ahorro energético en congeladores comerciales.

La acumulación de frío no es más
que absorber y almacenar durante
un período en un dispositivo de acumulación parte o toda la capacidad frigorífica de una instalación en horarios convenientes, por la baja demanda térmica o bajo costo de la energía eléctrica, para hacer entrega de ella en otro período.

 

Se conoce que los productos presentan en sus cambios de fase una capacidad de almacenar calor o frío, es decir, que absorben o liberan un calor latente para producir el cambio de fase. En el caso del agua, la solidificación se produce a 0 °C, y el calor necesario es muy grande, de 80 kcal/kg, es decir, 533 kJ/kg. Para temperaturas inferiores, se han ido desarrollando otros productos que tengan valores próximos a la del agua, basándose, sobre todo, en sales eutécticas, como se refleja en la figura 1. Cuando en el agua se va diluyendo una sal, baja su punto de congelación hasta un punto mínimo, llamado punto eutéctico. Si se le agrega más, el punto de congelación empieza a subir.

Una solución eutéctica es, por lo tanto, la que tiene una concentración de sales tal que su punto de congelación sea el mínimo, para una presión dada.

Las soluciones eutécticas usadas en las placas acumuladoras de frío se caracterizan por:

• Presentar una zona estrecha de temperatura de cambio de fase.
• Temperatura de cambio de fase requerida.
• Gran capacidad de almacenamiento de frío por unidad de volumen.
• Deben ser económicas.
• No ser tóxicas.
• Buena estabilidad química.
• Poseer adecuada conductividad térmica.
• Poseer cinética de cristalización rápida.
• Ser compatibles con los materiales en donde se las contenga.
• No variar grandemente su volumen con la temperatura.
• No producir grandes presiones al solidificarse.
• No ser inflamables y presentar seguridad en su utilización.
Las ventajas que presentan estos elementos acumuladores de frío permiten lograr:
• La optimización de la producción de frío: mediante la acumulación de frío puede optimizarse la eficiencia de las máquinas y evitar los sistemas de regulación de capacidad que bajan los rendimientos.
• La disminución de los costos de electricidad aprovechándose de las tarifas nocturnas y evitando las penalizaciones del horario pico.
• El disponer de una reserva de frío para una emergencia o en paradas para mantenimiento, de particular interés en zonas rurales, donde los cortes de electricidad pueden ser prolongados.
• Eliminar los problemas que se presentan con el empleo de fuentes energéticas intermitentes, o regular los consumos energéticos totales, aprovechándose de las producciones de calor de otros servicios.

La información recopilada de experiencias internacionales, así como de los resultados
de trabajos investigativos realizados en el país, han permitido crear una base de conocimientos para iniciar un proyecto de desarrollo e introducción de la termoacumulación en los congeladores comerciales existentes en Cuba, mediante el uso de placas eutécticas, para su uso en la conservación de productos alimenticios.
Dentro de los antecedentes mencionados se encuentran:

• En el 2003 se comenzó un trabajo conjunto con especialistas del Instituto del Frío de Madrid, en el que se analizó la posibilidad de introducir la acumulación de frío en la producción nacional de congeladores domésticos y comerciales producidos por el GRUPO RC. También en ese mismo año se realizó en Cuba, organizado por el Instituto de Refrigeración y Climatización (IRC), el Congreso Iberoamericano de Aire Acondicionado
y Refrigeración (CIAR), en el cual se analizaron trabajos sobre estas temáticas.
• En el período 2004-2005 se realizaron estudios sobre las capacidades de almacenamiento en congeladores comerciales, mediante trabajos de tesis de alumnos del Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría (CUJAE), en Palmares Cubanacán.
• En el 2006 se elaboraron normativas con los índices de consumo de los congeladores comerciales, y se realizaron los análisis correspondientes con el empleo de placas eutécticas con solución salina.
Partiendo de lo antes expuesto, el proyecto se ha trazado los objetivos siguientes:
• Disminuir el consumo de energía eléctrica en el horario pico.
• Incrementar la capacidad de acumulación frigorífica de los congeladores comerciales.
• Aumentar la fiabilidad de garantizar la temperatura de conservación de los productos.
• Disponer de una reserva de frío para emergencias o en paradas de reparaciones eventuales, en los casos en que los cortes de electricidad pueden ser prolongados.

Las placas eutécticas pueden ser utilizadas en diferentes medios: en congeladores comerciales, contenedores móviles, camiones isotérmicos, etcétera.

En el análisis preliminar para el proyecto, se ha determinado que las placas deben reunir las características técnicas siguientes:

• Dimensiones: 470 x 270 x 35 mm.
• Volumen exterior de la placa: 4,45 dm3.
• Peso del líquido: 3,1 kg.
• Punto eutéctico: –21 °C.
• Calor latente de fusión: 58 kCal/kg.
• Capacidad frigorífica de la placa: 179,8 kCal.

A partir de esas definiciones, se realizó un cálculo estimado de la energía que se deja
de consumir al desconectar 900 congeladores durante 4 horas; considerando que un congelador de 320 L consume 0,7 KWh; el cálculo arrojó que se dejarán de consumir
920 MW al año.

Este resultado pudiera representar, de manera inmediata, un desplazamiento del consumo energético apreciable en el horario pico, con las consiguientes ventajas para las entidades en las cuales se propone introducir dicha tecnología:

• Incremento de las posibilidades de congelación, al disponerse de una acumulación que permite incrementar la carga por encima de la capacidad de la unidad condensadora en períodos determinados.
• Mayor fiabilidad y garantía de las temperaturas de congelación, lo que redunda a favor
de la calidad del producto.
• Mayor estabilidad y autonomía, garantizando la congelación, en períodos de paros
o de roturas de la unidad condensadora.



Fig. 1. Fases de la concentración de las sales eutécticas.

El proyecto debe concluir con la fabricación de tres congeladores por parte de la industria nacional, de manera que se pueda validar en pruebas operacionales en unidades extrahoteleras de la empresa Palmares Cubanacán.

El proyecto se desarrollará en el Instituto de Refrigeración y Climatización, con cuatro objetivos fundamentales:

1. Realizar pruebas en un congelador con capacidad de 320 L, utilizando dos placas eutécticas que permitan determinar los tiempos de congelación y de autonomía, y su comportamiento, utilizando el congelador con productos congelados y semicongelados,
de manera que puedan realizarse las mediciones correspondientes con un termómetro pincha carne, para validar la calidad del producto en cuanto a su temperatura interior.
2. Realizar el cálculo térmico para un congelador de 320 L, utilizando el pollo como producto tipo a conservar.
3. Adquisición de 16 placas eutécticas para realizar pruebas en 3 congeladores comerciales de 320 L, con el objeto de validar los resultados obtenidos en el punto 1.
4. Análisis de prefactibilidad para la introducción de esta tecnología en la industria nacional.

* Instituto de Refrigeración y Climatización,
Grupo RC-SIME, La Habana, Cuba.
e-mail: olga@irc.cu