Prof. Dr. Isaac Pilatowsky UNAM, México

1. Enfriamiento solar

2. Refrigeración térmica
“ Ciclos de producción de frío cuyo funcionamiento esta
basado en la utilización de energía térmica de bajo y
mediano nivel de temperatura, (80 – 200 ºC) ”
• Refrigeración utilizando el ciclo Rankine
• Refrigeración por eyecto-compresión
• Refrigeración utilizando el fenómeno de sorción:
absorción, adsorción y termoquímica (absorción sólidogas)

3. Ejemplos de sistemas absorbente-refrigerante utilizados en la
refrigeración por sorción
Amoniaco – agua
agua – bromuro de litio
Agua - cloruro de litio
Monometilamina - agua
Amoniaco – nitrato de litio
Amoniaco - Ticianato de sodio
Amoniaco y aminas con sales de halogenuros
alcalino-terreos (cloruro de calcio)
Hidratos

4. Cualidades
Utilización de una gran diversidad de fuentes de energía térmica,
entre 60 y 250 Cº (gas natural, gas LP, diesel, gases de escape,
biomasa, efluentes térmicos industriales, energía solar y
geotérmica.
Utilización de refrigerantes de mínimo impacto ambiental:
amoniaco, agua, alcohol, aminas primarias.
Mínimo consumo eléctrico
Su manufactura no requiere de una industria metal mecánica
especializada.
Son silenciosos en su operación
Un largo período de vida media útil
Mínimo mantenimiento
Aplicaciones
muy
diversas;
principalmente
para
el
acondicionamiento de aire , conservación y congelación de
alimentos y producción de hielo

5. El sol se esta enfriando???

6. ¿Porque producir frío con energía solar?
• Requieres el frío cuando mas sol tienes
• No contamina, no utiliza o usa menos
energía eléctrica convencional
• Puede llegar a resolver problemas en horas
pico por aire acondicionado en el país

7. ¿Porqué enfriamiento solar?
• La tendencia al uso de la refrigeración solar
térmica esta resurgiendo debido a las siguientes
razones:
• El problema de cambio climático que esta
tomando ya relevancia a nivel mundial
• La búsqueda de refrigerantes alternativos a los
clorofluorocarbonos CFC y los
hidroclorofluorocarbonos HCFC a nivel
internacional,

8. Tecnologías disponibles para la refrigeración
solar
Sistemas Térmicos
•
•
•
•
Refrigeración por absorción
Refrigeración por adsorción
Sistemas deshumidificantes
Sistemas de eyectocompresión
Sistemas Fotovoltaicos
• Sistemas de compresión
mecánica de vapor con
motor CA o CD
• Sistemas termo-eléctricos
• Sistemas con ciclo Stirling
(no comercial)

9. Elementos de un sistema de enfriamiento solar
Disipación de calor
Calentamiento
solar
Unidad de enfriamiento
Producción de frío

10. Enfriamiento solar
20°
C
°
C
400
R a n k in e
A b s o rció n
Calor
200
A d s o rció n
Acondicionamiento
de
espacios
R e a c c ió n q u ím ic a
15°
C
8°
C
150
E ye c to c o m p re s o r
Conservación
100
D e s e c a n tes
0°
C
T e r m o e lectric o
Hielo
C o m p re sio n d e
vapor
- 10 °
C
Congelación
Electricidad
- 30 °
C

11. Características de los sistemas de enfriamiento solar
enfriamiento
solar
Absorción ,
una etapa
Absorción
doble etapa
adsorción
Sorbentes
sólidos
Sorbentes
líquidos
Mercado
Muchos
productos
>100 Kw,
pocos < 100
kW
Algunos
fabricantes
fuego directo
Algunos
productos
Sistemas
usando rotores
de sorción,
Operación en
planta piloto
Fluidos de
trabajo
LiBr, NH3/
H2O
LiBr / H2O
H2O/silica ge
LiBr / H2O
H2O/silica gel
H2O/ LiCl
COP
0.7
1.1
0.6
0.5-0.8
Alto potencial
Temperatura de
operación C
75-100
140-160
65-95
> 60
> 60
Grandes y
pesados
Configuracion
es para
diferentes
climas
Desacoplamie
nto de
regeneración
Observaciones

12. Rendimiento de los ciclos de refrigeración solar
ηRS = (ηCR ) ( ηCS )
en donde:
= eficiencia del refrigerador solar
ηRS
= eficiencia del ciclo de refrigeración
ηCR
.
ηCS = eficiencia del colector solar
En términos generales,
50< ηCR<70 %
50< ηCS<60 %
Por lo tanto,
25< ηRS<42 %

13. Refrigerador de absorción intermitente (amoniaco-agua)

14. Refrigerador solar
COLDFEGO
(Cloruro de calcioamoniaco)

15. Refrigerador solar
GASPARD
(Carbón activado –
Metanol)

16. Refrigerador ISAAC con ciclo de absorción amoniaco-agua

17. RESUMEN DE TECNOLOGÍAS DE ENFRIAMIENTO
SOLAR

18. Refrigeradores solares comerciales
Fabricante
Capacidad
KW
Tipo de máquina
COP
Climatewell AB
10
Absorción
H2O/LiCl
0.68
Energieanlanbau
Westenfeld, EAW
15
Absorción
H2O/LiBr
0.75
Solanext AG
10
Absorción
NH3/H2O
0.64
Sonnenklima
10
Absorción
H2O/LiBr
0.75
Sortech AG
5.5
Adsorción
H2o/silica gel
0.6
Rotartica
5
Absorción
H2O/LiBr
0.7
Y
azaki
17.5
Absorción
H2O/LiBr
0.7

19. Enfriamiento solar
En Europa existían 96 proyectos en operación en
el verano del 2008. La mayoría instalados en
Alemania y en España. La mayoría instalados en
oficinas y laboratorios.
Los componentes periféricos e hidráulicos juegan
un papel mas importante, siendo el mas grande
potencial para ahorros.
Fuente Rococo study, June 2007

20. Refrigeración solar: mercado
Enfriadores de absorción (63%):
H2O / LiBr
H2O / LiCl
H2O / NH3
Enfriadores de adsorción (8%):
Zeolita / Agua
Silica Gel / Agua
Sistemas con desecantes (29%)

21. Mercado
Disponibilidad sobre el mercado:
China, India, Japón (1977),
Corea.
Desarrollos europeos
Absorción de 10 a 25 Kw
Adsorción de 8 a 15 kW
Hasta 100 kW (SolarNext y
Schiico(Alemania), Solution,
Gasokol y Startec (Austria),
Kloben (Italia), Kingspan (UK) y
Thermax (India)
Costos de inversión para
potencias entre 7 y 105 kW
(sin considerar costos de
instalación y distribución de
frío), aprox. 5,500 euros/kW,
para pequeñas unidades a
2,700 euros/Kw para equipos
de mediana capacidad.

22. Empresas y capacidades
Adsorción:
Nishyodo (70 a 500 kW)
Maekawa ( 50 a 350 kW)
Absorción:
Yazaki WFC SC10 (Japón), 35 kW/ Thermax (España
EAW ( Westernfeld), 15 Kw, LiBr/agua
Sonnenklima (Berlín), 10 Kw, LiBr/agua
Rotarica (Bilbao), 4.5 Kw, LiBr/agua
Climatewll (Suecia/España ), 10 kW, LiBr/agua
Pink (Austria), 10 kW, NH3/agua
Otros Desarrollos:
FH Stuttgart (Alemania)
Solar Frost (Austria) 2 a 10 kW, NH3/agua
AoSol ( Portugal), aun no comercializados, NH3/agua
Robur (Italia) 17 kW, BrLi/agua
Broad ( China), LiBr/agua

23. Unidades de enfriamiento por sorción de pequeñas capacidades
Fabricante, país
modelo
Potencia
nominal de
enfriamiento,
Kw
(1TR= 3.5 kW)
Agua
fría
entrada/
salida, ºc
Agua
caliente
entrada/
salida, ºC
Agua de
enfriamiento
entrada/
salida, ºCº
COP
Tecnología
Fluidos de
trabajo
Precio
€
Clima Net
(Shuangliang,
China)
Clima Net
15
12/7
90/85
32/38
0.73
Absorción
H2O /LiBr
22,0000
Clima Net
15
12/7
Vapor, doble
efecto
32/38
1.3
Absorción
H2O /LiBr
26,000
(1733/Kw)
Clima Net
Clima Net
11
15/10
90/85
30/35
0.68
absorción
H2O /LiBr
22,000
(2000/Kw)
ClimateWell
Suecia
Sola-chiller
7.5
20/15
95/87
27/34
0.55
absorción
H2O /LiCl
-
EAW,
Alemania
Wegracal
SE 15
15
17/11
90/80
30/35
0.71
absorción
H2O /LiBr
24,950
1663/kW
Inventor
Alemania
LTC 09
9
18/14.5
72/66
27/31.5
0.61
adsorción
H2O
/zeolita
12,900
1433 /kW
HTC10
10
18/15
85/77
27/32
0.5
adsorción
H2O
/zeolita
14,500
1450/Kw
Pink, Austria
PinkChiller
19
12/6
85/78
24/30
0.63
absorción
NH3/H2O
26,400
1389/kW
Solarice,
Alemania
AAC 25
25
2/-3
-
-
0.5
absorción
NH3/H2O
-
SolarNext,
Alemania
Chillii
PSC12
12
12/6
85/78
24/29
0.62
absorción
NH3/H2O
-
Thermax
India
LT 0.5
17.5
12/6
-
-
0.7
absorción
H2O /LiCl
-
SorTech
Alemania
ACS08
8
18/15
72/65
27/32
0.6
adsorción
H2O /silica
gel
-
ACS15
15
18/15
72/65
27/32
0.6
adsorción
H2O /silica
gel
WFC-SC5
17.5
12.5/7
88/83
31/35
0.7
absorción
H2O /LiBr
Yazaki
-

24. Desglose de costos de una instalación de
enfriamiento solar
Captadores solares
Unidad de enfriamiento
Control y monitoreo
Respaldo
Equipo auxiliar
35%
20%
19%
5%
6%

26. Oferta de paquetes
Captador solar
Almacenamiento de agua
caliente
Enfriados de sorción
Sistema de enfriamiento
Intercambiador de calor
Bombeo y control
Opciones: almacenamiento y
distribución de frío
4.5 m2/Kwenf (SolarNext)
3.2 m2/Kw (Sciico)
Promedio europeo (2006): 3
m2/kW
Para residencias unifamiliares
la tasa de retorno es entre 12 y 18
años, dependiendo de las
condiciones locales. En Europa
Central, los edificios residenciales
requieren de 50 – 200h de
enfriamiento anual. En el
Mediterráneo, las industrias y los
edificios públicos cerca de 1000 h.
La fracción solar podría exceder
hasta el 70%.

27. Refrigeración Solar
Actualmente hay 276 instalaciones, 254 en Europa,
13 en Asia (China, Japón), 4 en America (3 en
Estados Unidos, 1 en México) 3 en Australia y 2 en
África (Egipto y Sudáfrica)
En Europa; 24% instalado en España, 19.5 % en
Alemania y 17.4% en Italia
Capacidad total instalada, 15.7 MW, con 14.1 MW
de gran escala y 1.6 MW de pequeña escala.

28. Tecnologías de absorción
Del total de las instalaciones corresponden a 71% de
absorción, 13% adsorción, 14% desecantes sólidos y 2% de
desecantes líquidos
113 de gran escala
156 pequeña escala
105 de pequeña escala de absorción, el 50% (4.5 Kw)
corresponden a la empresa Rotartica.
16 sistemas de adsorción corresponden a Sorthech
Para instalaciones a gran escala no hay mucha información
a excepción de Yazaki (35 kW)

29. Instalaciones solares
Pequeñas instalaciones
38% en oficinas
28% casas privadas
9% laboratorios
8% industrias
7% escuelas, universidades
4% centros deportivos
6% otros servicios
Grandes instalaciones
53% oficinas
12% otros servicios
9% industrias
9% escuelas, universidades,
centros educativos
7% laboratorios
4% hoteles

30. Climatewell AB
Suecia/España
Cloruro de litio-agua
10 kW
Almacenamiento integrado
de solución salina.

31. Energieanlangen bau, EAW
Wegracal SE:
Bromuro de litio-agua
Potencia de enfriamiento/potencia de
calentamiento: 15/25, 30/40, 54/72, 83/111,
150/197, 200/266
15/21:
Temperatura mínima: 6 ºc
Temperatura de generación: 70 – 95 ºC
Temp. condensación: 25 – 40 ºC

32. Adsorción:
Agua-zeolitas
Agua- silicagel
Potencias : 8 y 15 Kw
nominales
Temp de condensación 27/32
ºC
Temp de generación: 65/72 ºC
Temp de agua helada: 6/20 ºC
COP = 0.6

33. Yazaki
Japón
Fabricante desde 1977.
Bromuro de litio-agua
Potencias de 35, 70 y 105 kW (la más
comercializada es de 35 kW.
Desde 2008 se ofrece en Europa la de
17.5 kW
TE= 11 ºc, TG=90 ºc, TC= 30 ºC
Unidad de 17.5 kW

34. Robur
Italia
Utiliza gas
Potencias: 17.7, 35.4, 53.1,
70.8, 88.6 kW
Características 17.7:
TE mínima 3 ºC, Ta=45/0,
Tc=45/6
TG= 80 ºC
Potencia de calentamiento:
21 Kw
COP = 0.72

35. Rotartica
Absorción un solo efecto
(bromuro de litio-agua)
Dos modelos (exterior e
interior)
Potencia de 4.5 Kw y energía
térmica de 7.2 kW a 90 ºC
Agua fría a 12 ºC
COP = 0.62

36. SonnenKlima
Bromuro de litio-agua
Frío/calor: 10 Kw nominales:
8.8/11.7 y 10/15.8 con temp.
Agua 6 a 12 ºc y 15 a 18 ºC, con
temp. De generación 85/95 y
75/95 y de condensaciín d3 3527/36-27 y 35-27/39-27
respectivamente.
COP = 0.78
Con 10 Kw se puede enfriar un
espacio entre 150 y 200 m2
www.sunnenklima.com

37. Nisshiyodo-Mayekawa
Adsorción: silica gel-agua
Potencias 11 a 1357 kW
Agua fría de 7 a 11.7 ºC
Temp. Generación 90 ºc
COP alrededor 0.7

38. Operados con agua caliente:
Baja temperatura
158 – 230 F; 100 – 650 TR
Mediana Temperatura:
230 – 302; 100 -1400 TR
Baja Temperatura: 158 –
230; 10 – 80 TR
(35 – 280 Kw)

39. Jiangsu shuangliang
Agua caliente
Gas residual
Gas directo
vapor
La SWAC-10 funciona con silica gel –
agua, desarrollada por la Universidad
Shanghai Jiao Tong y se produce en China
por Jiangsu Shuangliang Air Conditioner
Equipments

40. Broad Air Conditioning
Enfriamiento, calentamiento, agua
caliente (simultáneamente o por
separado)
Potencia 23 – 11630 Kw (6.6 – 3307
TR)
Agua fría mayor a 5 ºC
Temp. Generación debajo de 95 ºC
Operan con: gas natural, biogas,
diesel, aceite reciclado, gas/aceite,
gas LP, calor de desecho
Gran diversidad de ciclos, una y dos
etapas, con operación con agua
caliente, con vapor con calor
recuperado y combinación de ellos.

41. Solar Next (Enfriador Pink )
Amoniaco-agua
Potencias 6 – 20 kW
Primeras instalaciones
en: Suecia y Austria
Chillii PSC-10 KW

42. World Energy
Simple efecto (agua caliente)
Características:
Potencia: 105 – 3956 Kw
(30 – 1125 TR)
Temp. Agua fría: 13/8
Temp. Enfriamiento:
31/36.5 ºC
Temp. de generación 80/95
ºC

43. Equipos de hasta 30 kW
Gtrin Solar, empresa alemana con el adsorbedor
Sortech
Schuco Internacional, alemania con LB15 y LB30
(absorbedores de EAW)
Solution, Austria con enfriador a adsorción de
Sortech y Alaska Sets, basados en el absorbedor de
EAW.
Solarnext, Alemania, absorbedores de EAW y Yazaki
para el sistema Chillii

44. Servi bares
de absorción
30 L
50 L
40 L

45. Enfriamiento solar
El campo del enfriamiento solar esta en
movimiento, las unidades y sistemas son cada
vez más pequeñas y mas potentes, nuevas
compañias se establecen y hay nuevos
mercados globales. Se requieren 10 m2 de
capatación por 1000 m3 de aire y 3 m2 /Kw.Lla
empresa sueca Climate Well esta centrando sus
esfuerzos en España y ha vendido 158
proyectos de aire acondicionado para casa
unifamiliares. Los costos específicos de
sistemas de enfriamiento con colectores
solares y recipiente de agua caliente esta en el
dominio de 3,500 a 4,500 €/Kw de capacidad
instalada. Sòlo en Japòn, existen 70 plantas en
operación, con 6.3 MW (17,500 m2)
Enfriamiento solar a gran escala, 342 m2 de capatadores solares al vacío
(242kW), para el enfriadmiento de un oficina de la Federal Environmental
Agency en Dessau, Alemania

46. Instalaciones de
Enfriamiento solar
Museo en Uze, Francia
Oficinas , 10 Kw, en Bachler, Austria
Oficinas y laboratorios, 35kW, 80 m2
Barcelona, España
Oficinas de EAW en Eggenfelden, Alemania
83kW

47. Empresa Guttermann-Polygal, industria textil en Jiutepec, Morelos, Sistema
termosolar para la climatización de nave industrial
Ductos de aire frío
Manejadoras de aire
Torre de enfriamiento
Unidad de enfriamiento
por adosrción

48. Sistema de aire acondicionado solar en la empresa
Güttermann-Polygal
Campo de colectores solares de 440 m2

49. Nuevas tecnologías de absorción
El sistema Bromuro de Litio - Agua sigue siendo el más utilizado por su simplicidad y su
reducido impacto ambiental. Se ha logrado incrementar el COP hasta 1.37 en las
maquinas de doble efecto y también se ha desarrollado la tecnología de "double lift" que
básicamente divide el Absorbedor y Evaporador en dos secciones independientes para que
trabajen a 2 presiones distintas, con 2 o 4 pasos de agua; o "Side by side" que pone el
evaporador al centro y el absorbedor a los lados, ambos con Película descendente (r
Shuangliang).
Con el sistema NH3- H2O, se sigue aplicando para potencia para maquinas de menor
tonelaje y sigue siendo un buen nicho de mercado y Robur y Carrier son los lideres en
desarrollo.
Hoy en día, con las restricciones ambientalistas, absorción sigue teniendo un camino
amplio por recorrer, y definitivamente serán parte del futuro de la refrigeración y aire
acondicionado. Cada día, las exigencias del mercado son a usar agua caliente o fluidos de
desecho con menor y menor temperatura. Alemania, por ejemplo, tiene aplicaciones con
agua de entrada a 85°C y la tecnología de double lift es la única que logra aprovechar ese
bajo contenido energético disponible. Italia tiene muchas aplicaciones en plantas de
cogeneración donde usan un enfriador de doble efecto que usas gases de escape de turbinas
para manejar el generador de primera etapa. York no cuenta con esta tecnologia pero
comercializa los equipos Hitachi en este tipo de aplicaciones.
Hoy en día, York, sigue siendo el único enfriador por absorción de origen Norteamericano
fabricado en America (Durango, México). Carrier comercializa los enfriadores Sanyo
(Japoneses), fabricados en China. Trane comercializa los chillers Thermax (Indios) hechos
en India.

50. Tendencias
En los 60 una sola etapa operada con vapor con COP de 0.6
En los 70 un sola etapa con vapor y agua caliente con un COP 0.7
En los 80 doble etapa operada con gas y combustibles líquidos con COP
de 0.9
En los 90 doble etapa, con COP de 1.0 (investigación y desarrollo en tres
eapas), película descendente
A principio de 2000 doble etapa con COP de 1.1 0o 1.25 con doble
absorbedor y evaporador . Doble etapa con gases de escape
Al final de los 2000, doble etapa con COP 1.3. Una etapa con agua caliente
para aplicaciones a baja tempeatura con COP 0.8 con película descendente.
Futuros desarrollos para altas eficiencias, con mayores incrementos de
temperatura para aplicaciones de cigeneración.

51. futuro de la energía
“ El uso de la energía se esta incrementando debido al
crecimiento económico y al mismo tiempo el sumistro global
de energía esta teniendo más limitaciones. Una posible
solución, que esta emergiendo es el uso innovador de la
recuperación de la energía térmica (reciclado de la energía)
en donde el calor de desecho de la generación de potencia y
otros procesos es convertido a vapor útil, agua caliente,
agua fría u otros tipos de enfriamiento (trigeneración)”
Usemos el calor para producir frío

52. Refrigeración solar fotovoltaica

53. Refrigerador solar fotovoltaico
Alimentación directa o
a tráves de la batería

54. Refrigerador Fotovoltaico Sun Danzer
•
Especificaciones:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Requerimientos de energía: 90 a 150 Wp
Voltaje:12 VDC
No requiere baterías
Reserva térmica: 7 días 29 oC
Insolación solar mínima: 4 horas sol/día
Refrigerante 134a
Aislante 110 mm poliuretano
Capacidad: 105 litros
Dimensiones en cm: 102 x 76 x 94
Costo: $1200 dólares + paneles
fotovoltaicos

55. Refrigerador Fotovoltaico Sun Danzer
Especificaciones:
Requerimientos de energía: 90 a 150 Wp
Voltaje:12 VDC
No requiere baterías
Reserva térmica: 7 días 29 oC
Insolación solar mínima: 4 horas sol/día
Refrigerante 134a
Aislante 110 mm poliuretano
Capacidad: 105 litros
Dimensiones en cm: 102 x 76 x 94
Costo: $1200 dólares + paneles fotovoltaicos

56. SUNDANZER

57. Paquete Solar de Refrigeración rural
Arreglo solar con módulos de 80 W.
Refrigerador SunDanzer capacidad de
50 litros, opera en CD a 12 V o 24 V .
Control Phocos CX, PWM 12/24 V,
microprocesador,
programable,
indicador a pantalla de cristal líquido
LCD, con interfase para PC
opcional. Banco de Baterías Cale Solar
12 V, de 115 Ah a 345 Ah según modelo,
libre de mantenimiento, vida útil: 3 a 4
años.
Soporte para módulos solares tipo poste
de 3 m de altura, galvanizado, con
cabezal de inclinación y orientación
ajustable.
Gabinete profesional para baterías en plástico resistente a la corrosión, con salidas de ventilación,
salida de cableado, cinto de seguridad, contención de derrames, agarraderas y cubierta de
protección. Cable y accesorios para interconexión de módulo: 10 m cordón duplex flexible,
especificación UV para acometida exterior, calibre 2x12 AWG Cable y accesorios para instalación
profesional del sistema en su conjunto.
1,897 USD

58. Solarchill
• tres paneles fotovoltaicos de 60 W
• Compresor de corriente continua
• Almacenamiento en hielo
• Conservación de vacunas y de
alimentos
• Vacunas (0 y 8 ºC), 50 litros
• Alimentos , 100 litros
• Costo:
1500
a
2000
USD
paneles incluidos

59. Coca-Cola lanza refrigerador solar
Coca-Cola lanzará en la India los refrigeradores 'eKOCool', que funcionan con energía solar.
La prueba piloto, con 20 refrigeradores distribuidos en puntos de ventas rurales, multiplicó
por cinco las ventas. La prueba de mercado que se realizará con 100 unidades hasta finales
de 2011 es la antesala para una producción masiva de refrigeradores solares.
El 'eKOCool', desarrollado por
un equipo interno de CocaCola en la India,
busca aumentar las ventas y la
presencia en las zonas rurales,
donde no hay suministro de
energía o si lo hay representa
un alto coste para los
comerciantes
El refrigerador 'eKOCool' de
Coca-Cola tiene capacidad para
almacenar dos cajas, de 48
botellas de cristal de 300 ml
cada una.
El tiempo necesario para refrigerar esta carga está entre las 6 y las 8 horas.

60. El futuro de la energía térmica
El uso de la energía se esta incrementando debido
al crecimiento económico y al mismo tiempo el
sumistro global d eenergía esta teniendo más
limitaciones. Una posible solución que esta
emergiendo es el uso innovador de la recuperación
de la energía térmica (reciclado de la energía) en
donde el calor de desecho de la generación de
potencia y otros.
Hagamos frío con calor