APLICACIONES DE LA ENERGIA SOLAR
INDUSTRIA
Los colectores solares para producción de agua caliente a baja temperatura son una tecnología bien conocida y difundida y sus aplicaciones son mas bien de uso humano (duchas, piletas de natación, lavado de vajilla, etc.), pero en el caso que se requiera colectores de alto rendimiento, se puede producir calor a temperaturas superiores a los 100ºC con un rendimiento excelente. El calor a estas temperaturas es necesario en muchos procesos industriales: generación de vapor, secado, lavado, destilación, etc.
En la actualidad, en la Argentina los sistemas térmicos aplicados a la industria prácticamente no existen, esto se debe a malas políticas de información sobre tecnologías alternativas de muy bajo costo, desinterés por los gobiernos actuales en prestar apoyo para el desarrollo e implementación de proyectos para la utilización de energías de fuentes renovables. Sin ir más lejos en Europa los sistemas térmicos solares en funcionamiento aplicados a industrias superan una superficie instalada de 15.000m2.
La gran escala de las instalaciones industriales lleva a sistemas de coste muy bajo, de forma que los sistemas solares para la producción de calor de proceso industrial pueden llegar a ser en un plazo relativamente corto económicamente competitivos con respecto a los combustibles fósiles.
POTENCIAL DE APLICACIÓN DE LA ENERGÍA SOLAR
Turismo
La utilización de la energía solar aplicada hacia los centros turísticos proporciona una alta rentabilidad energética, medioambiental y económica. La aceptación social de los sistemas orientados a la utilización de energía renovables hace que estos sean especialmente significativos en el sector turístico donde la imagen de calidad es cada vez mas demandada por los turistas.
Sector Hotelero
La gran rentabilidad que conlleva la utilización de la energía solar, enmarca a este sector como el mas predilecto para su utilización, ya que generan grandes volúmenes de consumo de agua caliente. El consumo sanitario es el que otorga mayor demanda seguido por el lavado de vajilla. La climatización de piscinas consta con una gran demanda de agua caliente a una temperatura que va de 23 a 28ºC todo el año.
Camping y Spa
Generalmente los Camping y Spa se encuentran en lugares remotos y alejados de las redes energéticas, dificultándose el suministro de las mismas. Las instalaciones de gas natural conllevan a una gran inversión ya que por lo general las redes se encuentran muy alejadas y abecés inaccesibles, por lo que las instalaciones de sistemas de colectores solares producen ahorros económicamente cuantiosos. Otro factor y de mucha importancia es que estos sistemas no producen contaminación alguna. Esta demanda es requerida por políticas propias de estas empresas (Spa, Camping), por lo general por preservar una imagen de respeto al medio ambiente, otorgándole a la misma una imagen de calidad que cada vez es mas demandada por los clientes y turistas.
Fabricación de Cerveza y Malta
La energía térmica requerida se genera habitualmente en calderas de vapor saturado que quema fuel o gas natural. Actualmente pueden integrarse o no los procesos de malteado y cerveceo. El 80% de la malta cervecera se produce en instalaciones independientes
Malta
El consumo de calor principal en la fabricación de la malta es para secado de la malta geminada al objeto de reducir su contenido de humedad. Para ello se utiliza el aire ambiente precalentado desde 35 a 80 ºC con algún fluido auxiliar (vapor saturado a baja presión o agua sobrecalentada). El consumo de calor a bajas temperaturas en el proceso de malteado es muy elevado. El proceso de malteado presenta unas condiciones ideales para la utilización de energía solar.
Cerveza
En el proceso cervecero la energía térmica representa el 77%, La demanda de calor por procesos en cerveceo son:
Preparación de mosto va desde el 40 al 50%.
Envasado va del 25 al 35%.
Utilidades va del 15 al 20%.
Las necesidades energéticas para la fabricación de cerveza son:
Calentamiento sucesivo del licor cervecero en la elaboración del mosto, desde temperatura ambiente hasta la ebullición: se emplea vapor saturado a baja presión y a veces agua sobrecalentada e incluso combustión directa.
Refrigeración del mosto precalentando el agua fría de aporte y mediante uso de sistemas de refrigeración convencionales.
Por consiguiente, en este sector existe la posibilidad de la utilización de la energía solar térmica para generación de vapor (a 104-110 ºC) y frió mediante máquina de absorción.
Industria Alimentaría
En la industria alimentaría se utilizan, bien para generación de vapor, en su mayor parte, o bien para utilización directa, Los siguientes combustibles: Fuel-oil, principalmente, gas natural, gasóleo C, propano y biomasa. En los últimos años se ha venido sustituyendo Fuel-oil por gas natural.
Vino y otras bebidas
El consumo térmico más importante en este sector, que tiene un buen potencial para el uso de energía solar, es la producción de agua caliente para la limpieza y desinfección de las botellas. Las temperaturas necesarias del agua caliente van de 70 a 90 ºC.
En muchas industrias del sector de bebidas, el volumen de producción aumenta durante los meses de verano, por lo que existe una correlación positiva entre la demanda de calor y la disponibilidad de radiación solar.
Cárnico
El consumo de calor más importante en la elaboración de productos cárnicos es el agua caliente para el lavado, cocción y limpieza. las temperaturas necesarias del agua caliente van desde 60 ºC a 100 ºC.
En la producción de conservas cárnicas, operación de esterilización se realiza en autoclaves a presión, utilizando vapor como fluido energético, siendo este el punto del proceso de mayor consumo térmico. La operación se lleva a cabo controlando la curva temperatura-tiempo de la misma.
Conservas vegetales
Dos procesos son, básicamente, los más significativos en este subsector: el escaldado y la esterilización.
Para el escaldado normalmente se utiliza vapor seco en algunos productos o mediante inmersión en agua prácticamente en ebullición durante un tiempo variable según el producto. Esta es una operación muy característica por su consumo de combustible..
La esterilización se realiza con vapor directo a presión en autoclaves, alcanzándose una temperatura entre110 y 125 ºC , manteniéndose durante unos minutos.
En la elaboración de verduras congeladas el proceso de escaldado se realiza mediante inmersión del producto en una bolsa con agua caliente a una temperatura de entre 95 y 100 ºC durante un tiempo de 2-6 minutos. Este punto del proceso es el de mayor consumo de energía térmica.
Elaboración de conservas de pescado
En el sector de conservas de pescado existe mayor variedad de procesos que requieren agua o vapor, tanto de limpieza y cocción del producto como tratamiento de los recipientes en los que se conserva el mismo.
El proceso de descamado y limpieza se procede a la eliminación de la piel y escamas de los peces sometiéndolos a duchas de vapor y agua..
Para la precocción del producto se aplica vapor directo durante un periodo apropiado de tiempo.
El proceso de cerrado de las latas se realiza al vacío, normalmente con ayuda de un chorro de vapor flash.
Para la limpieza de las latas, éstas son introducidas en una lavadora de agua caliente a presión, a fin de eliminar la suciedad y los restos de aceite.
La esterilización, por su parte por su parte se realiza en autoclaves horizontales discontinuas, con utilización de vapor para el calentamiento hasta la temperatura de esterilización. Esta es la operación de mayor consumo de térmico.
En la producción de harinas y aceites de pescados, en el proceso de cocción el producto troceado pasa a un cocedor-secador, donde el pescado o subproducto se calienta a elevadas temperaturas (95-110 ºC) por medio de vapor durante 3-20 minutos para que pierda la mayor parte de su humedad.
Elaboración de productos de alimentación infantil
Los procesos de mayo interés desde el punto de vista del consumo energético son los de cocción y esterilizado.
El esterilizado es el punto más importante de consumo térmico en la elaboración de esta clase de productos. Los tarros, una vez cerrados herméticamente y colocados en jaulas, normalmente son introducidos en esterilizadores discontinuos cerrados y rotativos, donde son sometidos a proceso de calentamiento-enfriamiento de acuerdo con la curva adecuada a las características del producto y tamaño de los botes. en el proceso se utiliza agua y vapor. El aporte de vapor es para alcanzar temperaturas de entre 110 y 125 ºC.
Industria láctea
Algunos de los otros procesos de más interés es este sector son los de pasteurización y esterilización.
Los procesos de deshidratación (fabricación de la leche en polvo) debido a su elevada y constante demanda de energía, resultan especialmente interesantes. En la producción, la leche y el suero se pulverizan en enormes torres con aire, que se calienta desde 60 ºC (apartar de la recuperación de calor) hasta 180 ºC. Estos procesos deshidratación cuentan con un tiempo de funcionamiento de hasta 8000 horas/año.
Algunos de los otros procesos de más interés es este sector son los de pasteurización y esterilización.
En el proceso de pasteurización cabe distinguir entre LTLT (temperatura baja, periodo largo), donde se calienta el producto a 62-65 ºC durante 30 minutos, y se enfría hasta 4 ºC; y HTST (temperatura alta, periodo corto), con temperaturas de calentamiento entre 72 y 85 ºC y enfriamiento hasta 4 ºC..
Por su parte la esterilización UHT (temperatura ultra elevada) precisa de temperaturas de 130-150 ºC durante 2-3 segundos, con inyección directa de vapor o, indirectamente, en un intercambiador de calor.
Industria textil
Acabado
Dentro de las operaciones de fabricación de textiles, el acabado es el que consume más energía. Las operaciones de preparación y tinte representan el mayor consumo térmico de las empresas de acabados textiles. Las principales operaciones son lavando, descrudado, blanqueo, mercerizado y tinte
El calor que se consume para el calentamiento de los baños líquidos hasta temperaturas comprendidas entre 70 y 90 ºC , para el secado de los textiles por aire caliente y por tambores de secado calentados por vapor.
El procedimiento más empleado para el calentamiento de cubas es mediante vapor, bien directamente por inyección en el líquido, bien indirectamente haciendo circular el vapor por tubos sumergidos en el interior de la cuba
En muchas de estas industrias, la producción es continua y la demanda de calor es muy alta. Existen muy buenas condiciones para la utilización de la energía solar en el calentamiento de cubas.
Fabricación de lana
En los procesos de almacenamiento, bombeo y pulverización del vellón se precisan temperaturas que oscilan entre los 40 y los 130 ºC. En este sector se utilizan diferentes técnicas de recuperación de calor residual.
Industria papelera
Sector pasta papelera
El consumo de la industria papelera (pasta, papel e imprenta) ocupa uno de los primeros lugares entre los consumidores de energía.
Todos los procesos productivos de obtención de pasta químicas tienen como base fundamental la cocción. En el proceso de fabricación de pastas de papel al sulfato blanqueadas, en la elijación - fase fundamental - se pone en contacto con la lejía con astillas, bajo una presión de 8-10 bar. y temperaturas de 170-180 ºC.
Los principales combustibles utilizados son: lejías negras, fuel-oil, fuel-oil/cortezas, cortezas y gas natural.
Generalmente se emplean sistemas de cogeneración con turbinas de vapor a contrapresión.
Fabricación de papel
Más del 90% de la demanda de calor para la producción de papel se utiliza para procesos de secado, utilizando tanto chorros de aire caliente como tambores de secado calentados con vapor a unos 135 ºC. La demanda de calor es estas industria es continua 24 horas al día casi los 365 días al año. La relativamente alta temperatura requerida en los tambores de secado se puede obtener de colectores solares.
Industria auxiliar del automóvil
Fabricación de neumáticos
Se puede estimar que en este sector la distribución del consumo energético es la siguiente: electricidad, 38 a 45 %, combustibles (mayoritariamente gas natural), 55 a 62 %.
El consumo de energía térmica se efectúa vía indirecta, mediante flujo intermedio que básicamente es vapor, Se utiliza en operaciones propias del tratamiento de la goma (del 85 al 90 %), y el resto se consume en climatización de las naves (10 a 15 %).
Pintura en la industria automovilística
En la sección de pintura de la industria del automóvil los baños líquidos a temperaturas muy baja (35 - 55 ºC) se utilizan para limpieza y el desengrasado.
Sector curtido
La energía en este sector representa entre un 4 y un 5 por ciento de los costes productivos. Sobre el coste total, la energía eléctrica representa entre el 60 y el 65 %, y la energía térmica entre el 40 y el 35 %.
El combustible mayoritariamente consumido es el fuel-oil, seguido del gas natural, gasóleo, propano residuos.
Podría aplicarse la energía solar térmica para generación de vapor saturado, que mediante cambiadores calienta principalmente el agua utilizada en los procesos húmedos y el aire en el caso de los secaderos.
Industria del corcho
Diversos procesos, tanto de tratamiento de la corteza como el propio corcho, requieren unos niveles de temperatura que oscilan entre los 40 y los 370 ºC.
En los procesos de almacenamiento y bombeo de la corteza el nivel de temperatura utilizado para calentamiento es de 40-45 ºC y 60-70 ºC, respectivamente. En la pulverización del granulado, éste se somete a temperaturas de 100-130 ºC para quemarlo, ya sea entro o fuera del quemador.
Para extraer al corcho el ácido tántico, darle flexibilidad y expandirlo, se procede a hervir el mismo, con un nivel de temperatura utilizado para calentamiento de agua de 100 ºC.
La deshumidificación del corcho para tapones con el fin de prevenir el desarrollo de microorganismos, se realiza calentando el aire a 45 - 55 ºC, bien de forma directa o indirecta. Por su parte, en la deshumidificación para elementos de amortiguamiento y en procesamiento de compuestos, el nivel de temperatura del aire alcanzado es de 150 ºC.
El nivel más alto alcanzado en la producción de aglomerado de corcho negro, en cual se calienta el vapor de agua a 300 - 370 ºC a la entrada del autoclave utilizando una caldera con hogar para corcho en polvo.
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