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"La energía solar ofrece más oportunidades de lo que parece": energía solar en procesos industriales

La energía solar térmica puede hacer más cosas que simplemente ofrecernos agua caliente para los grifos o calefacción. Puede proporcionar energía a procesos industriales que pueden alcanzar hasta los 200ºC. Las aplicaciones sólo están limitadas por la imaginación: secado de semillas, limpieza de piezas de coche, secado de fruta, lavado de coches, cámaras de incubado de huevos... Ingenieros, arquitectos. Comiencen a integrar las soluciones renovables en su trabajo desde un principio; aumentará la rentabilidad de toda la instalación.

Aproximadamente el 30% del consumo de energía en la UE se convierte en calor para procesos de producción industrial. La energía solar tiene un potencial enorme para cubrir una buena parte de esta demanda de energía, ya que aproximadamente el 30% de esa demanda de calor se corresponde con procesos que demandan temperaturas inferiores a los 100ªC. Otro 27% es utilizado para procesos que requieren temperaturas de entre 100 y 400ºC. El resto se corresponde con temperaturas más elevadas que ya no se pueden cubrir con sistemas solares convencionales.

Los procesos usados en la industria alimentaria, el sector del transporte o la minería requieren de bajas temperaturas que pueden ser proporcionadas por colectores planos o por placas de tubos de vacío.

Varios estudios han calculado los m2 de colectores solares necesarios para cubrir ese tramo de demanda, y lo han situado en 140 a 180 m2 en toda la UE. Pero hoy aún estamos lejos de ese objetivo. Esther Rojas, del CIEMAT, encuentra como barrera principal la falta de conocimiento de la capacidad de la energía solar entre los que toman las decisiones en las empresas. Además de esta falta de información, es cierto que cuando las temperaturas necesarias son muy bajas, (entre 60y 80ºC), esa energía se puede recuperar del calor residual de los mismos procesos industriales.

Aparte de esto, el mayor problema parece ser la integración del sistema solar dentro del sistema de producción de energía de la empresa, pues no se trata simplemente de montar una serie de placas. En la industria, todos los pasos en los procesos de producción y la maquinaria involucrada están dimensionados para recibir la energía de una caldera. Para integrar el sistema solar, es necesario realizar una planificación de toda la instalación. "Si una lavadora industrial con un intercambiador incrustado debe comenzar a utilizar vapor, la lavadora debe ser adaptada", asegura Manfred Reuss, del Centro Bávaro para Investigación de Energías Aplicadas.

Fue precisamente este Instituto quien desarrolló un concepto solar para la cervecera del Monasterio de Andechs, en Alemania. 700 m2 de colectores sobre el tejado y 70 m2 de almacenamiento son capaces de proveer el 50% del calor que requiere la máquina de lavado de las botellas. Pero el proyecto no ha llegado a realizarse por el esfuerzo de replanifación que implicaría.

Lucio Mesquita, analista senior de soluciones de ingeniería en la empresa EnerWorks de Canadá, confirma este problema: "Muchos procesos, aunque requiren de temperaturas bajas en la utilización real, utilizan vapor como transporte del calor, lo que convierte la aplicación de la solar en un tema complejo". Además, otro de los problemas en América es que las empresas esperan recuperar la inversión en dos o tres años, algo que ahora todavía no es posible. Y el rendimiento de los colectores es más bajo que en instalaciones domésticas, donde la demanda de temperatura a veces no supera los 20ºC. en la industria, muchos procesos implican temperaturas de trabajo de entre 60 y 120ºC en un circuito cerrado, lo que reduce la eficiencia del colector.

Los procesos industriales ideales para la energía solar

Estas dificultades de integración no se dan en todos los procesos industriales, afortunadamente. La energía solar puede precalentar, ser inyectada en sistemas preexistentes o ser directamente integrada en el proceso. Los sectores que más pueden beneficiarse de la energía solar  son la industriaalimentaria, la textil y la química. Cocinar, secar y lavar son procesos muy comunes y muy apropiados para la aplicación de la energía solar.

"La energía solar térmica produce calor durante el día, por lo que la energía solar es muy adecuada para cualquier proceso industrial que requiera de grandes volúmenes de calor durante el día, explica Dorit Cohen, del departamento de marketing del fabricante de colectores israelí Chromagen. "También se puede aprovechar cuando hay una demanda de calor de alta temperatura para precalentar. Hemos realizado la instalación de una fábrica de chocolate en Tailanda. Se utilizará agua caliente para precalentar el proceso de derretir el azúcar, así como para limpiar la fábrica.

Enerworks, de Canadá, también ha instalado un proyecto para la industria alimentaria. Ronnybrook es una granja que no sólo produce leche,sino que también la procesa y fabrica yogurt, leche embotellada y otros derivados lácteos. La energía solar se utiliza tanto para procesos de limpieza como de producción. "La granja ya tenía  un calentador de agua y una caldera para la producción de vapor de baja presión, así que el sistema solar se utiliza para precalentar agua en los dos", explica Mesquita. El sistema proporciona agua caliente a 60ºC y vapor a 110.

En 2007, Bimbo México también instaló un sistema solar en DF, que proporciona una temperatura de 75ºC para precalentar agua para la caldera del vapor. Otro ejemplo es un sistema para una fábrica de queso equipada con colectores solares de tubo de vacío en 2007.

En India está teniendo mucho éxito la energía solar térmica para calentar agua para lavanderías. Otra empresa que aprovecha la energía solar la utiliza para lavar los tapones de las botellas de medicinas. El sistema proporciona agua a 85ºC solamente mediante energía solar. En la ciudad de Mysora, una empresa la utiliza para procesos de lavado y secado de su producción de seda.

En 2008, Heliomex instaló un sistema de precalentamiento de agua de 66 paneles en León, México, que puede calentar 10.000 litros de agua a 60ºC.  "Este agua se utiliza para procesos de lavado y de teñido".  Aristonthermo India Ltd ha construído una de las instalaciones más grandes que aparecen en este reportaje, en Chakan, con 640 m2 de colectores para limpiar la producción de embarcaciones.

La energía solar ya ha encontrado su sitio también en los túneles de lavado de coches. La temperatura de operación es ideal, pues utilizan agua a 60º, puesto que temperaturas más elevadas pueden dañar la pintura, y las inferiores, requiren de más detergente. El primer sistema de lavado de coches mediante energía solar abrió en 2003 en Austria, en Köflach, con una superficie de colectores de 43 m2. En momentos de mayor radiación solar, la instalación es capaz de producir ella sola toda la energía necesaria para cubrir la demanda de calor de la instalación, mientras que en inverno o en momentos de mayor carga de trabajo, la energía solar precalienta el agua. Como consecuencia de los resultados positivos, el propietario del tunel de lavado, Janko Keg, abrió otra instalación parecida cerca de Graz, en 2004.

En España, la fabricante Renault también aplica energía solar para procesos de lavado en su fábrica de Valladolid; las piezas se someten a un lavado antes de ser pintadas. El baño alcanza una temperatura de 53ºC.

En marzo de 2005, la empresa Contank, de las afueras de Barcelona, instaló también solar térmica. La empresa se dedica a limpiar containers que se utilizan para transportar líquidos por tren. El sistema solar instalado en el tejado calienta y presuriza un tanque de agua de 40 m3 donde se precalienta el agua destinada a la limpieza. Luego se presuriza a su temperatura de operación y se eleva su temperatura hasta la deseada, unos 80ºC. La instalación solar consiste en 92 colectores de 5,54 m2 cada uno.

la demanda total de energía de Contank es de 1.990 MWh/a; la instalación solar puede cubrir aproximadamente el 22% de la demanda de energía. El 50% del coste de la instalación fue cubierto por el IDAE y el ICAEN. La empresa espera un ahorro anual de costes en energía de 14.300 euros, a un precio del gas natural de 25 euros el MWh. Descontando los costes de reparaciones y mantenimiento, se espera un ahorro anual de 13.000 euros anuales, lo que se deriva en una amortización de aproximadamente diez años.

Otras aplicaciones de la energía solar

Además de lavar, secar  también es un área en el cual se han implementado ya proyectos. El fabricante de muebles Hamminger, de Austria, ha estado utilizando energía solar desde 1994 para calentar su cámara de secado, de 25 m3. En Tailandia la energía solar se utiliza para secar fruta. Pero la energía solar también puede utilizarse para secar en Alemania. Johann Krimmer, de Pulling, produce semillas de plantas silvestres, y en 2003 instaló un sistema de colectores solares de 150 m2 de superficie para secar las semillas.  Como no había aún ninguna instalación de ese tipo en funcionamiento, Krimmer desarrolló un prototipo. Dado que la recolección de flores silvestres se da entre mayo y octubre, los colectores se pueden dimensionar de forma que consigan cubrir el 95% de la demanda de calor. Para evitar problemas los días cubiertos, hay un acumulador  42 m3.  El secado se produce utilizando aire caliente que ha sido calentado por el agua calentada por el sol. La temperatura máxima necesaria es de 35ºC. Y esa no es toda la aplicación que tiene este sistema solar, pues es aprovechado a tope. Durante el invierno, se utiliza para calefactar un invernaero y evitar las heladas (algo muy común en Alemania). "Si el secado de semillas puede hacerse mediante energía solar depende de cada caso. En el nuestro, es ideal", aseura Krimmer. Para el caso del trigo, es más dificíl, porque la época de recolección es más corta, y la energía necesaria para el secado es más alta, por lo que puede no resultar rentable. De todas formas, conviene analizar cada caso, porque la energía solar ofrece más oportunidades de lo que parece", asegura Krimmer.

Volvemos a España. En Zaragoza, una granja de pollos ha incorporado 22 m2 de colectores solares a su fábrica. El sistema calienta 1.200 m3 de aire por hora a temperaturas de 60ºC, lo que mantiene las cámaras de incubación a una temperatura constante de 32ºC durante las dos o tres semanas que dura la incubación. Una caldera de gas proporciona el calor adicional cuando es necesario.

Las aplicaciones en la agricultura son un sector ideal para la solar térmica, porque sus procesos generalmente requieren solo de bajas temperaturas. Es interesante por ejemplo para la climatización de granjas de cerdos, que sólo necesitan una temperatura de 40ºC. En acuicultura también resulta ideal, y ya hay varias instalaciones de este tipo, alguna de ellas en Galicia.

En Brasil, la utilizan para calentar el agua de los estanques donde se encuentran las gambas, que crecen más rápidamente cuando están a una temperatura de entre 30 y 33ºC. El sistema se basa en este caso en calderas de gas que operan con un caudal medio de 10 m3/h, proporcionando agua caliente a 70ºC.  La temperatura de retorno se encuentra aproximadamente a 50ºC. Esta línea de retorno  es alimentada directamente a través del campo de colectores para el precalentamiento. En verano, los colectores pueden proporcionar 15ºC adicionales a la línea de retorno, proporcionando un precalentamiento de hasta 65ºC.  Uno de los retos fue integrar el sistema solar en el proceso industrial de tal forma que proporcionasen la mayor cantidad posible de calor. El ahorro anual en combustible alcanza los 70.000 dólares. La amortización se realiza en menos de dos años. Disponen de un sistema de monitorización de radiación solar, consumo eléctrico, temperatura del agua y otros parámetros.

Una aplicación muy investigada de la energía solar en países de clima cálido es la desalinización. hay varias plantas piloto en Gran Canaria.

Soliclima ha realizado ya instalaciones termicas solares para industrias cárnicas, que requieren de gran cantidad de agua caliente para limpiar los locales. 

La aplicación de la energía solar en procesos industriales es,como vemos, altamente rentable y tienen un gran futuro dada la evolución de los precios del petróleo. Y será más rentable todavía cuando los ingenieros tengan en cuenta la aplicación de las energías renovables en el diseño de las instalaciones destinadas a la producción de productos industriales.

Fuente: Sun and Wind Energy, agosto de 2009.