Investigadores de la Facultad de Ciencias Experimentales de la Universidad de Almería (UAL) analizan la viabilidad técnica y económica de un sistema de climatización por energía solar y basado en sales que cambian de estado sólido a líquido
¿Es compatible la climatización de edificios y la refrigeración de alimentos en almacenes con el respeto al medio ambiente? Esta misma pregunta se la hicieron un grupo de investigadores de la Facultad de Ciencias Experimentales de la Universidad de Almería, que trabajan en un proyecto europeo, con el que intentan demostrar la viabilidad de un sistema de climatización y refrigeración industrial basado en energía solar.
Luz solar para producir frío y calor
Estos investigadores del Departamento de Química y Física, liderados por Antonio Manuel Puertas, se han empeñado en demostrar la viabilidad técnica y económica de un equipo de última generación, en el que llevan trabajando los últimos tres años, que transforma la luz del sol en energía térmica válida tanto para calentar como para enfriar edificios. Y que puede tener un recorrido muy interesante en el sector agroalimentario, ya que podría dar frío a las grandes cámaras frigoríficas.
La clave del sistema que analizan está en el uso de materiales con cambio de fase, es decir, materiales que cambian de estado sólido a líquido a una temperatura determinada, y cuyo uso, en un principio y sobre el papel, supone un avance importante en el rendimiento de los equipos de climatización.
De sólido a líquido
El proyecto se ha titulado Thermal Energy Storage with Phase Change Materials for Solar Cooling and Heatin Aplications: A technology viabiliti analysis, aunque sus responsables se refieren a él como PCMSOL, el acrónimo con el que se resume el título de un trabajo financiado con fondos europeos, y que implica también a las universidades de Antofagasta (Chile), la Universidad Católica Boliviana San Pablo y la Universidad de Ciencia y Tecnología Wroclaw (Polonia).
Las tareas de coordinación se llevan desde la Universidad de Almería, concretamente desde el Centro de Investigación en Energía Solar (CIESOL), un espacio científico de referencia en España, fruto de la colaboración entre el la UAL y el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT).
Es justamente en el edificio CIESOL donde se han instalado un par de tanques de 2.000 litros de capacidad cada uno, para realizar las pruebas de este sistema de climatización basado en materiales de cambio de fase. El hecho de que se haya instalado ahí no es casual, ya que este edificio es una infraestructura demostrativa, en la que se ponen a prueba tecnologías renovables, tanto para la generación de energía, como para los servicios de confort de este espacio singular.
Esta tecnología de almacenamiento de calor en materiales de cambio de fase viene a solucionar los valles de producción energética durante las horas que no hay luz.
“Principalmente se trata de calentar un material durante las horas que hay luz y emplear ese calor durante las horas en las que no hay luz. De tal forma que al final de la noche, ese material ha trasladado el calor al sistema y se carga al día siguiente”, explica Antonio Manuel Puertas.
La novedad de este proyecto reside en el tipo de material empleado, que en vez de ser uno convencional que cuando alcanza el punto máximo de calor lo libera de manera paulatina, se opta por uno que cambie de estado líquido a sólido a una temperatura de 50 grados.
Ventajas del material de cambio de fase
¿Qué se consigue con este material? Pues, por un lado, obtener un flujo de calor continuo a la temperatura elegida, que en este caso son los 50 grados en los que se produce el cambio de estado. Y, además, se avanza en la eficiencia de todo el sistema, ya que se necesita menos energía para obtener la temperatura adecuada para calentar un edificio o poner en marcha un sistema de frío basado en la tecnología termodinámica de adsorción, además de que con este sistema se puede almacenar muchas más energía en forma de calor, apostilla el investigador principal de este proyecto.
El material se calienta durante el día, gracias a placas solares como las que se emplean para calentar agua. Al alcanzar los 50 grados, el material almacenado en los tanques pasaría a estado líquido.
Al llegar la noche se emplea un líquido refrigerante que lo va enfriando. Y cuando vuelve a los 50 grados cambia de fase, es decir regresa a estado sólido, en vez de seguir enfriándose. Y es ahí cuando se genera una fuente continua de calor a una temperatura de 50 grados.
Material reciclado de minas chilenas
Una de las partes fundamentales de este proyecto internacional consiste en encontrar el material adecuado para llevar a buen puerto la idea. Y ahí entra en juego la Universidad de Antofagasta. Este campus chileno se ubica en una región minera, donde se produce la mayor parte del litio que se consume en el mundo.
En un principio, la idea era emplear los escombros de estas minas para fabricar el material de cambio de fase. Y si bien se ha conseguido, no ha sido en la proporción que se esperaba, ya que solamente el 50% de los componentes de este producto procede de los desechos de las minas, entre ellos la bischofita, y la otra mitad, fabricado a partir de compuestos que se pueden encontrar en el mercado.
Además, la fórmula misma del material de cambio de fase está suponiendo un problema. Diversos estudios han demostrado que los nitratos se adaptan a la perfección a esta tarea. Sin embargo, son materiales muy contaminantes, peligrosos y que comportan un peligro elevado de explosión. Es por ello que han decidido dejarlos de lado en este diseño.
La Universidad de Almería se está encargando del modelado de cómo el material hace el cambio de fase, el diseño de las placas solares, así como de los contenedores en los que se va a almacenar, que serán similares a las placas de frío que todos congelamos en nuestros frigoríficos y utilizamos en las neveras portátiles.
Del modelado de los tanques y el cálculo del volumen óptimo acorde a la cantidad de calor que se quiera obtener se encarga la parte polaca, que ha sido la encarga de dar las medidas de los tanques de almacenamiento que se han instalado en CIESOL.
Por último, la universidad boliviana está haciendo los cálculos del rendimiento de los tanques y comparándolo con el rendimiento que tendrían si funcionaran con solamente con almacenamiento térmico convencional, sin cambio de fase.
Con todos estos estudios, se pretende conocer hasta qué punto es viable desde el punto de vista técnico y económico este sistema para la climatización de edificios y la generación de frío industrial. “Tratamos de ver cómo optimizar todos los parámetros, qué aplicaciones reales podría tener y qué ventajas tendría este sistema”, explica Antonio Manuel Puertas.
Y todo ello, para acercarse a un modelo de climatización y producción de frío a coste cero, que se alimente de la energía solar para funcionar y que suponga un método de ahorro energético.
Es por ello que en el proyecto está implicada una empresa vasca especializada en este tipo de tecnología, que aportará su experiencia en instalaciones de este tipo. “Nosotros conocemos el ámbito de la investigación, pero no tanto los problemas reales que implica la instalación de un tanque y de un sistema de este tipo”, añade el investigador de la Facultad de Ciencias Experimentales.
PCMSOL también contempla el tratamiento de estos materiales una vez terminada la vida útil de la instalación, ya que el criterio de sostenibilidad es una cuestión que no se quiere dejar aparte. Aunque todavía no se han puesto a trabajar en esta línea del proyecto.
Esta investigación financiada con 370.000 euros procedentes de la Unión Europea finaliza en noviembre de este año, fecha para la que los investigadores de este consorcio internacional tendrán que dilucidar la viabilidad de esta tecnología y las aplicaciones que puede tener. Porque muchas veces, los proyectos sobre el papel parecen sencillos, sin embargo hasta que no se ponen en marcha no se conocen todas sus aristas.
