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¿Sabías que gracias a los conocimientos sobre el comportamiento de algunos materiales, y a la tecnología solar y de absorción de calor, se puede fabricar hielo con la energía del sol? La solución está en el calor que nos aporta el sol, como energía principal, y el aprovechamiento de la transmisión de calor que ofrecen diferentes sustancias por el efecto de absorción de calor.

¿Qué es el hielo solar?

El hielo solar no es más que hielo agua en estado sólido. Pero lo denominamos así porque fabricamos el hielo con energía solar. Aunque parece algo muy complicado, en realidad es bastante sencillo, y debemos saber que la teoría de este sistema ya tiene algunos años. La generación de frío a partir de una fuente de calor se denomina absorción.

El ciclo termodinámico de enfriamiento por absorción se basa en la necesidad del fluido usado como refrigerante de obtener calor del líquido a enfriar para poder pasar del estado líquido al de vapor, al reducirse la presión a la que está sometido. Pero este ciclo que genera frío necesita de una fuente da calor. Que nosotros aportaremos con placas solares.

De esta forma una de las sustancias absorbe ese calor, que luego en el proceso inverso lo disipa. Lo importante es que la absorción de calor, y su posterior disipación lo controlamos y hacemos en los lugares que nos interesa. En este ciclo, se consigue que el agua del sistema ceda calor, llegando a congelarse, produciendo el hielo solar.

Origen del sistema de absorción

El ciclo de absorción es un descubrimiento del siglo XVIII. El primer intento se debe al escocés William Cullen, cuando en 1755 consiguió obtener una pequeña cantidad de hielo en una campana donde consiguió reducir la presión. Unos años más tarde, en 1777, Gerald Nairne, también escocés, introducía ácido sulfúrico en la campana de Cullen, de manera que el vapor de agua fuera absorbido por este, dejando espacio para permitir una mayor evaporación de agua.

En 1810, John Leslie colocó, dentro de la campana bajo vacío, un recipiente con el agua a evaporar y en el fondo otro recipiente con el ácido sulfúrico, logrando una producción de 3 kg de hielo por hora. Pero sería finalmente el francés Ferdinand Carré, quién construyó y comercializó la primera máquina de absorción, destinada principalmente a la fabricación de hielo. Utilizando para ello, amoniaco como refrigerante y agua como absorbente. Esta máquina fue patentada en 1859 y obtuvo el premio de la Exposición Universal de Londres de 1862.  Como anécdota, comentar que ya en el año 1875 el buque Paraguay, equipado con máquinas de absorción de Carré, transportó por primera vez carne congelada desde Buenos Aires hasta el puerto de Le Havre (Normandía – Francia).

¿Cómo funciona el conjunto Solar-máquina de Absorción?

El sistema para generar hielo con energía solar tiene dos partes. Por una tenemos el generador de energía (calor), es decir las placas solares. Esta primera parte del sistema nos aportará el calor que necesita la segunda parte del sistema. El segundo componente de este conjunto es un sistema de absorción, que aprovechará el calor que le aportan las placas solares para poder trabajar.

Equipos de absorción

Los equipos de absorción de calor pueden ser de dos tipos. Los de tipo amoníaco/agua, o también llamados «de efecto simple», o bien máquinas agua/bromuro de litio, o «de doble efecto». Para los sistemas de refrigeración y generación de hielo, se emplea normalmente el sistema de agua/bromuro de litio por tener mayor eficiencia. El motivo de utilizar el bromuro de litio es porque tiene gran capacidad de absorber agua y posteriormente puede deshidratarse también fácilmente con calor. Siendo la energía que nos aportarán las placas solares.

Explicándolo con más detalle, el agua, en nuestro caso es el refrigerante, que se mueve por un circuito a baja presión, y se evapora en un intercambiador de calor, llamado evaporador. Para producirse la evaporación necesitamos calor, que se obtiene a partir de las placas solares en un intercambiador, en el que se congela el agua que queremos convertir en hielo que queremos fabricar.

En el paso posterior al evaporador, el bromuro de litio absorbe el vapor de agua en el absorbedor, produciendo una solución diluida o débil de bromuro en agua. Esta solución pasa al generador, donde se separan disolvente y soluto mediante calor procedente de las placas solares. Entonces el agua va al condensador, que es en otro intercambiador donde se cede la mayor parte del calor recibido en el generador, y desde allí pasa de nuevo al evaporador, a través de la válvula de expansión; el bromuro, ahora como solución concentrada en agua, vuelve al absorbedor para reiniciar el ciclo. En definitiva, en el absorbedor se desprende calor al absorber el gas, mientras que en el generador se absorbe calor al desprender el gas.

Otros prototipos

Pero el sistema anterior no es el único. Existe un prototipo, creado por Ingenieros de la Universidad Nacional de Colombia (U.N.) con sede en Medellín. Este nuevo prototipo permite fabricar hielo por medio del calor aportado por el sol. Este equipo creado por ingenieros del grupo de investigación en Termodinámica Aplicada y Energía Alternativa (Tayea), congela y refrigera entre uno y cinco litros de agua.

Aunque parezca complejo su mecanismo es sencillo. El secreto está en el sistema de tuberías, formado por 20 tubos de 2 metros de longitud y 10 centímetros de diámetro, los cuales contienen carbón activado, y el uso de los paneles solares, que aportan el calor necesario para el proceso. El carbón activo permite el proceso de enfriamiento, ya que es capaz de adsorber amoniaco o metanol. Además, la máquina usa un líquido refrigerante, en este caso metanol, que se evapora debido al calor que concentran los reflectores solares convexos.

Una vez en el interior del sistema, se superan los 90 grados centígrados, y el vapor atrapado en las tuberías entra en contacto con el carbón activado, el cual se vuelve líquido una vez va perdiendo calor con relación al ambiente, o se enfría al ponerse el sol. Lo que llamamos desorción-regeneración. Durante la noche, cuando el carbón activado se enfría, adsorbe nuevamente el metanol y en ese proceso es cuando se produce el frío (adsorción-evaporación), que es capaz de congelar el agua.

Curiosidades sobre el hielo solar

 ¿Es viable el hielo solar? ¿Tiene futuro?

Aunque parezca una tecnología muy difícil de aplicar, la realidad nos dice que no. Además, con los avances tecnológicos tanto en el campo de la energía solar como en los sistemas de absorción, cada día es más viable esta combinación.

De hecho, existen diferentes empresas que se dedican única y exclusivamente a diseñar y fabricar equipos de absorción de calor para generación de frío. Los modelos para generación de hielo aún necesitan de cierto perfeccionamiento, y sobre todo los que no necesitan ningún tipo de suministro eléctrico.

Hasta el momento, los equipos de absorción que hay en el mercado tienen elementos que consumen electricidad. Las bombas circuladoras, electroválvulas, centralita de control, etc. necesitan para su funcionamiento, aunque su consumo es sensiblemente inferior a los tradicionales equipos refrigeradores o generadores de hielo, por lo que para los equipos de hielo solar se abre un futuro prometedor.

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