1. Energía Solar en Procesos de Calefacción Industrial
Tabla 1: Rangos de temperatura para varios procesos
industriales
Posibilidades de combinar el sistema de energía solar
con el suministro de calor existente.
Sistemas Solares Industriales de Aire y Agua

2. Energía Solar en Procesos de Calefacción Industrial
Más allá de las aplicaciones de baja temperatura, hay varios campos de aplicación
potenciales para la energía solar térmica en procesos de temperatura media y medio-alta, lo
que representa una cantidad significativa de calor. Por ejemplo, la demanda de calor
industrial representa aproximadamente el 15% de la demanda global de energía total en los
países de la Unión Europea. La demanda actual en la UE para temperaturas medio y medio-
altas se estima en unos 300 TWh /a.
De una serie de estudios sobre la demanda de calor industrial, han sido identificados varios
sectores industriales con condiciones favorables para la aplicación de la energía solar. Los
procesos industriales más importantes que utilizan el calor a un nivel de temperatura media
son la esterilización, pasteurización, el secado, la hidrólisis, la destilación y la evaporación,
lavado y limpieza, y la polimerización. Algunos de los procesos más importantes y el rango
de las temperaturas requeridas para cada uno se muestran en la Tabla 1.
Las aplicaciones solares a gran escala para calor de proceso se benefician por el efecto de
escala. Por lo tanto, los costes de inversión debe ser relativamente bajos, incluso si los
costes para el colector son más altos. Una forma de garantizar términos económicos es el
diseño de sistemas sin almacenamiento de calor, es decir, el calor solar alimenta
directamente a un proceso adecuado (ahorro de combustible). En este caso, la tasa máxima
a la que el sistema de energía solar proporciona la energía no debe ser muy superior a la
velocidad a la que el proceso utiliza la energía. Este sistema, sin embargo, no puede ser
rentable en los casos en que el calor se necesita en las primeras o últimas horas del día, o
durante noche, cuando la industria opera en un régimen de doble turno.

3. Tabla 1: Rangos de temperatura para varios procesos
industriales
Industria Proceso Temperatura (°C)
Láctea
Pasteurización
Esterilización
Secado
Concentrados
Agua de alimentación
60–80
100–120
120–180
60–80
60–90
Comida enlatada
Esterilización
Pasteurización
Cocción
Blanqueo
110–120
60–80
60–90
60–90
Textil
Blanqueo, tintura
Secado, desengrasado
Tintura
Fijado
Planchado
60–90
100–130
70–90
160–180
80–100
Papel
Cocción, secado
Agua de alimentación
Blanqueo
60–80
60–90
130–150
Química
Jabones
Caucho sintético
Calor de proceso
Pre-calentamiento de agua
200–260
150–200
120–180
60–90
Carne
Lavado, esterilización
Cocción
60–90
90–100
Bebidas
Lavado, esterilización
Pasteurización
60–80
60–70
Harinas y subproductos Esterilización 60–80
Subproductos de la
madera
Termodifusión
Secado
Pre-calentamiento de agua
Preparación de pulpa
80–100
60–100
60–90
120–170
Ladrillos y bloques Curado 60–140

4. Plásticos
Preparación
Destilación
Separación
Extensión
Secado
Mezclado
120–140
140–150
200–220
140–160
180–200
120–140
Los tipos de industria que habitualmente utilizan más energía son las industrias alimentarias
y las de fabricación de productos minerales no metálicos. Algunos determinados tipos de
industrias alimentarias pueden emplear calor de proceso solar son las industrias lácteas
(centrales lecheras), de embutidos (salchichón, salami, etc) y en la industria de la cerveza.
La mayoría del calor de proceso en los alimentos y la industria textil es utilizado para
aplicaciones tan diversas como el secado, cocción, limpieza y extracción. Existen condiciones
favorables en la industria de alimentos porque el tratamiento y almacenamiento de alimentos
son procesos con alto consumo de energía y larga duración. Las temperaturas de estas
aplicaciones puede variar desde cercanas a la temperatura ambiente hasta vapor a baja
presión, y la energía se puede ser proporcionada tanto por una placa plana o colectores de
bajo radio de concentración.
El principio de funcionamiento de los colectores y otros componentes de los sistemas de
energía solar convencionales se aplican también a las aplicaciones de calor de procesos
industriales. Sin embargo, estas aplicaciones tienen algunas características únicas, entre las
que se destacan la escala en que se aplican y la integración del abastecimiento de energía
solar con una fuente auxiliar de energía convencional y el proceso industrial.
Al momento de diseñar una aplicación de calor de proceso industrial en general se deben
contemplar dos principales problemas: el tipo de energía a emplear y la temperatura a la que
se va a entregar el calor. Por ejemplo, si se necesita agua caliente para limpieza en la
elaboración de alimentos, la energía solar debería provenir de un calentador de líquidos. Si
un proceso requiere de aire caliente para el secado, un sistema de calefacción de aire es
probablemente la mejor opción entre los sistema de energía solar. Si el se necesita vapor
para operar un esterilizador, el sistema de energía solar debe ser diseñado para producir
vapor de agua, probablemente con colectores concentradores.
Otro factor importante que se requiere para la determinación del sistema más adecuado para
una aplicación particular es la temperatura del fluido que alimenta al colector. Otros
requisitos se refieren al hecho de que la energía puede necesitarse a una temperatura
determinada o en un rango de temperaturas y también de posibles requerimientos de
saneamiento de la planta que deben ser cumplidos, por ejemplo en aplicaciones de
procesamiento de alimentos.

5. Otra consideración importante es que, en muchos procesos industriales se necesitan grandes
cantidades de energía en espacios pequeños. Por lo tanto, puede ser un problema la
ubicación de los colectores. En caso de necesidad, los colectores pueden ser ubicados en
terrenos o edificios adyacentes. Sin embargo, la localización de colectores en dichas zonas
puede resultar en largos recorridos de tuberías o conductos, que causan pérdidas de calor, y
que deben ser considerados en el diseño del sistema. Cuando sea posible, y cuando no se
dispone de superficie terrestre, los colectores se pueden montar en filas sobre el techo de
una fábrica. En este caso se debe evitar y considerar las sombras entre las filas de colectores
adyacentes. Sin embargo, la superficie de colector puede estar limitado por la zona del
techo, su forma y orientación. Además, los techos de los edificios actuales no están
diseñados u orientados para alojar una colección de colectores, y en muchos casos, se deben
instalar estructuras de apoyo para los colectores en los techos existentes. Por lo general, es
mucho más rentable si los nuevos edificios son diseñados para permitir el montaje de
colector y facilitar el acceso.
En un sistema solar industrial de calor de proceso, debe hacerse la interconexión de los
colectores con los suministros de energía convencionales de una manera compatible con el
proceso. La forma más fácil de lograr esto es mediante el almacenamiento de calor, que
además puede permitir que el sistema funcione en períodos de baja irradiación o incluso de
noche.

6. Posibilidades de combinar el sistema de energía solar
con el suministro de calor existente.
El sistema central de suministro de calor en la mayoría de las fábricas utiliza agua caliente o
vapor a presión a la temperatura necesaria para el proceso que requiera mayor temperatura.
El agua caliente o vapor a baja presión a temperatura media (< 150 ° C) puede ser utilizado
para el pre-calentamiento de agua (u otros líquidos) y utilizarse para los procesos (lavado,
teñido, etc.), para la generación de vapor, o para la conexión directa del sistema solar a un
proceso individual que trabaje a temperaturas inferiores a la del suministro central de vapor.
En el caso del pre -calentamiento de agua se pueden utilizar colectores solares de baja
tecnología que funcionan eficientemente.

7. Sistemas Solares Industriales de Aire y Agua
Los dos tipos de aplicaciones que emplean colectores solares de aire son las aplicaciones de
circuito abierto y de recirculación. En un circuito abierto, el aire caliente se utiliza en
aplicaciones industriales donde, a causa de los contaminantes, la recirculación del aire no es
posible. Algunos ejemplos de ello son la pulverización de pintura, el secado, y el suministro
de aire fresco a los hospitales. Cabe señalar que calefacción de aire exterior es una operación
ideal para los colectores, ya que funciona de forma muy cercana a la temperatura ambiente,
y por lo tanto es más eficiente.
En sistemas de recirculación de aire, una mezcla de aire reciclado de la secadora y aire
ambiental se suministra a los colectores solares. El aire calentado por el sol suministrado a
una cámara de secado se puede aplicar a una gran variedad de materiales, como madera y
cultivos de alimentos.
Del mismo modo, los dos tipos de aplicaciones que emplean colectores solares de agua son
los sistemas de calefacción de agua de un solo paso y los de recirculación. Estos últimos son
similares a los sistemas de calefacción doméstica de agua. Los sistema de un solo paso se
emplean por ejemplo en el agua para limpieza en las industrias de alimentos donde el
reciclado del agua utilizada no es práctico debido a los contaminantes recogidos por el agua
en el proceso de limpieza.
Sistema industrial de calefacción de proceso simple con una configuración en serie con la
calefacción auxiliar.
Un sistema de energía solar puede entregar energía a la carga, ya sea en serie o en paralelo
con la calefacción auxiliar. En un arreglo en serie, la energía se utiliza para pre-calentar el
fluido de transferencia de calor de carga, que, si es necesario, puede calentarse más por el
calentador auxiliar para alcanzar la temperatura requerida. Si la temperatura del líquido en
el tanque de almacenamiento es superior a la requerida por la carga, se utiliza una válvula
de tres vías, llamada también válvula de templado, para mezclar con fluido de alimentación o

8. de retorno más frío. En la configuración paralela, puesto que la energía no puede ser
entregada a la carga a una temperatura inferior a la de la temperatura de la propia carga, el
sistema solar debe ser capaz de alcanzar la temperatura requerida antes de que la energía
pueda ser entregada.
Sistema industrial de calefacción de proceso simple con una configuración en paralelo con la
calefacción auxiliar.
Sistema industrial de calefacción de proceso simple con una configuración en paralelo con
una caldera de vapor .
Por lo tanto, es preferible una configuración serie a una paralela, ya que proporciona una
menor temperatura media de funcionamiento del colector, lo que conduce a una mayor
eficiencia del sistema. La alimentación en paralelo, sin embargo, es común en los sistemas
de producción de vapor.
Una de las características de diseño más importantes a considerar cuando se diseña un
sistema solar de calefacción industrial es la adecuación de la fuente de energía solar a la

9. carga. La carga de calefacción y refrigeración varía día a día. No obstante, en los sistemas de
calefacción de procesos industriales las cargas son bastante constantes y las pequeñas
variaciones se deben a la variación estacional de la temperatura del agua de alimentación.
‹ Energía SolararribaEnergía mareomotriz ›
Volver al índice