1. Curso precongreso ISES-ANES
Universidad del Caribe, Cancún,
Quintana Roo
31 de octubre al 2 de noviembre
2013
Enfriamiento
Solar
Isaac Pilatowsky Figueroa
Roberto Best y Brown
IER
Universidad Nacional Autónoma de México
Instituto de Energías Renovables, Departamento de
Sistemas Energéticos, Coordinación de Refrigeración y
Bombas de Calor,
ipf@ier.unam.mx, rbb@ier.unam.mx
2. Curso de Enfriamiento Solar
Contenido
•
•
•
•
•
•
Introducción al frío
Métodos de producción de frío
Tecnologías solares
Refrigeración solar
Comercialización e Industrialización
Experiencias internacionales y en México de
investigación y desarrollo del enfriamiento solar
• Diseño de una instalación frigorífica solar por
absorción amoniaco-agua para producción de hielo
(optativo)
4. “ La refrigeración es un industria invisible;
muy pocos tienen una idea de la inmensa
importancia que esta representa en nuestra
calidad de vida ”
Gustaf Lorentzen
Word Conference on Refrigeration for Development, International Institute of
Refrigeration, 1986
5. Imaginemos un mundo sin frío?
Conservación,
refrigeración y
congelación
de alimentos y
medicinas
Climatización de
espacios en
habitaciones y
transporte
Industria
Entretenimiento
6. El frío
¿Que es ?
¿Como se cuantifica ?
¿Cuales son sus impactos ?
¿Como se produce ?
7. Qué es el frío?
• Dentro de las múltiples acepciones que tiene el
término frío, las que más tienen que ver con este
fenómeno físico son: es un término que se aplica a
los cuerpos cuya temperatura es muy inferior a la
ordinaria del ambiente y a la que se refiere a la
sensación que se experimenta por el contacto con
cuerpos que están a temperatura baja.
• Este término tiene un carácter relativo ya que lo
que es o puede ser frío para otros no lo es. Sin
embargo, se puede considerar como un contenido
de calor a temperaturas bajas, llegando a ser nulo
en la proximidad del cero en la escala absoluta de
temperatura
8. Niveles de enfriamiento
a)El enfriamiento propiamente dicho que va de los 24 a los 14 ªC, en donde se
sitúa el bienestar humano y las temperaturas alcanzadas por diferentes procesos
naturales como el enfriamiento evaporativo y el radiativo, el acondicionamiento
del aire y la conservación de algunos productos perecederos.
b)La refrigeración en donde comienzan a suceder los cambios de estado,
principalmente del agua y en donde el abatimiento de la temperatura va desde la
temperatura de 14 ºC hasta cerca los 0 ºC, en la mayoría de los casos no ocurre
un cambio de fase.
c)La subrefrigeración, la cual opera en un dominio de temperaturas que va
desde 0 0C hasta cerca de - 15 ªC. En este dominio se lleva a cabo la formación
de hielo.
d)La congelación, en un dominio de temperaturas entre -15 y - 35 ªC, siendo
una técnica utilizada para la conservación prolongada de los productos
perecederos.
e) La subgelación, en un dominio de temperaturas los - 30 a -200 ªC.
f)La criogenia o generación de muy bajas temperaturas, a valores cercanos al
cero absoluto (-273.16 ªC), dominio utilizado para el estudio de propiedades de
superconductividad y superfluidez, criocirugía, conservación de esperma y
conservación en general.
9. Como se mide o cuantifica ?
• Anteriormente la unidad de medida del calor era la
caloría, que representa el calor necesario para
aumentar en un grado centígrado la temperatura de
un gramo de agua.
• En refrigeración se empleaba como unidad de
medida la frigoría, que es un concepto inverso a de
caloría, es decir; la cantidad de calor que debe
extraerse a un gramo de agua para reducir un grado
centígrado su temperatura. La frigoría se utilizaba
para expresar la potencia de refrigeración o
capacidad de una planta frigorífica. En la
actualidad se utilizan la unidad de Joules como
medida internacional del calor
10. Como se mide o cuantifica
• Otro término muy utilizado para cuantificar la
potencia de enfriamiento es la tonelada de
refrigeración, que es la cantidad de calor absorbida
por la fusión de una tonelada de hielo durante un
período de 24 horas. Existen algunas variantes de
esta medida, sobre todo en los países anglosajones
en donde se tienen diferentes medidas de peso.
• De acuerdo al sistema internacional de medidas, se
ha adatado para unificar la medida de la potencia
de enfriamiento al Watt, en substitución a las
anteriores formas de medida. Una frigoría/hora =
1.1626 W y una tonelada de refrigeración = 12000
BTU/hora = 3.516 kW
11. ¿ Cuales son sus impactos ?
Servicios
Ambiente
Salud
y
biológico
Social
Alimentos
Industria
Calentamiento
de
espacios
Entretenimiento
12. Antecedentes
• Los consumos energéticos en los edificios y en
las casas habitación se han incrementado en
forma considerable a nivel mundial, debido a
una mayor exigencia de confort como
resultado del aumento en el nivel económico,
así como el incremento en la contribución de
la energía térmica, a causa del uso extensivo
de equipos electrónicos en general así como de
la iluminación
13. Antecedentes
• Según datos extraídos de la Prospectiva del Sector
Eléctrico 2006 se vendieron en México en ese año
casi 600,000 equipos de aire acondicionado tipo
cuarto, en comparación de los 533,000 vendidos
en el 2005, lo cual equivale a un crecimiento del
13% anual.
• La venta de sistemas de refrigeración para uso
comercial e industrial mantiene más o menos el
mismo crecimiento del 10 al 12%
14. Antecedentes
• La misma tendencia se muestra a nivel mundial,
en donde las ventas de aire acondicionado de tipo
cuarto creció de alrededor de 26 millones de
unidades en 1998 a mas de 40 millones en el 2006
(estimado).la tendencia dominante es en la
utilización de sistemas conocidos como "split" de
pequeña capacidad. La capacidad eléctrica
instalada requerida para cubrir la demanda de
energía eléctrica para aire acondicionado a nivel
mundial fue de más de 20 GW en el 2006
15. Antecedentes
• No obstante que los sistemas de aire acondicionado eléctricos
han alcanzado un estándar realmente alto en lo que respecta al
consumo de energía, estos requieren de una gran cantidad de
potencia eléctrica instalada y más aun, causan cargas pico de
consumo en la red eléctrica.
• Considerando un promedio de 500 mil unidades instaladas en
México por año con un consumo de 1.2 kW por unidad se
requerirían de 600 MW de capacidad nueva solo para aire
acondicionado. Es ya común en varios países que se presenten
apagones en ciudades por la carga excesiva en días muy
cálidos.
16. Antecedentes
• Debido a que la mayor parte del consumo
de refrigeración es cubierto con equipos
eléctricos el aumento de la demanda esta
provocando picos en carga considerables en
las redes eléctricas, como se muestra en los
datos del estudio
17. Antecedentes
• Ante una perspectiva de crecimiento en la demanda de
energía eléctrica para la producción de frío, se vuelve de
primordial importancia el generar investigación básica y
aplicada que lleve al desarrollo de tecnologías de
enfriamiento y refrigeración con menos impacto energético
y ambiental.
• La investigación que se desarrolla a nivel mundial está
dirigida a la demostración de la viabilidad de tecnologías
basadas en la utilización de la energía solar para la
producción de refrigeración y aire acondicionado
18. ¿Porqué enfriamiento solar?
• La producción de frió con energía solar se puede realizar por dos
tecnologías distintas bien diferenciadas, Por un lado los paneles
fotovoltaicos que generan electricidad necesaria para accionar un
equipo eléctrico y por otro lado el uso de colectores solares que
producen energía térmica a media o alta temperatura.
• Desde un punto de vista de utilidad energética, las aplicaciones con
energía solar térmica son más eficientes ya que tanto la necesidad de
frío como la energía consumida para abastecerlo son de carácter
térmico. La electricidad puede emplearse en otros usos que no pueden
ser abastecidos térmicamente, como son la iluminación artificial o la
fuerza motora.
19. ¿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,
•
20. Seguridad alimentaria
“ La mayoría de las propuestas para la
seguridad alimentaria suponen un aumento
en la producción agropecuaria, en las
superficies y en los rendimientos, así como
la reducción de pérdidas, el mejoramiento
de su manejo y una conservación eficiente “
21. El frío como un método de conservación
• El frío es un medio tecnológico privilegiado de conservación
de los perecederos, ya que aumenta la duración de su
conservación, manteniendo sus cualidades y en particular
sus propiedades higiénicas y nutritivas. Asimismo, aporta
soluciones al complicado problema de abastecimiento de las
ciudades y favorece los intercambios comerciales
• Permite limitar las pérdidas ligadas a la manipulación, los
impactos debidos a las temperaturas elevadas o cambios en
ella y la duración del transporte.
• La conservación en frío en los lugares de producción y/o
transformación seguido de un transporte acondicionado,
suelen ser medidas suficientes para limitar el aumento en la
temperatura y preservar la calidad de los productos
• En su mayoría, las bodegas frigoríficas en países en
desarrollo, se encuentran en los grandes centro urbanos y en
puertos, con una marcada ausencia en las zonas de
producción.
22. Que es el frío
frío, -ía
(l. v. fridu ;<- frigidu)
1adj. Que tiene una temperatura sensiblemente inferior a la de su estado natural o
a la del medio ambiente
2p. ext. [color] Que produce efectos sedantes como el azul, el verde, etc.
3 fig. Indiferente o desafecto para con una persona o cosa.
4 fig. Sin gracia ni agudeza.
5fig. Ineficaz, poco recomendable.
6 [pers.] Calculador, sereno, tranquilo, que no se inmuta. 7m. Disminución notable de calor en los cuerpos, ausencia relativa de calor.
8 Sensación producida por la pérdida de calor: sentir ~.
9p. us. Bebida muy fría, pero líquida. 10m. pl. Amér. Tercianas, cuartanas; paludismo. En las aceps. adj., Superl.: frigísimo
friísimo. FR Dejar o quedar ~, dejar a uno sorprendido o asustado; no producir ninguna
emoción. En ~, de repente, sin preparación; sin emoción.
23. Qué es el frío?
• Dentro de las múltiples acepciones que tiene el
término frío, las que más tienen que ver con este
fenómeno físico son: es un término que se aplica a
los cuerpos cuya temperatura es muy inferior a la
ordinaria del ambiente y a la que se refiere a la
sensación que se experimenta por el contacto con
cuerpos que están a temperatura baja.
• Este término tiene un carácter relativo ya que lo
que es o puede ser frío para otros no lo es. Sin
embargo, se puede considerar como un contenido
de calor a temperaturas bajas, llegando a ser nulo
en la proximidad del cero en la escala absoluta de
temperatura
24. Como se mide o cuantifica ?
• Anteriormente la unidad de medida del calor era la
caloría, que representa el calor necesario para
aumentar en un grado centígrado la temperatura de
un gramo de agua.
• En refrigeración se empleaba como unidad de
medida la frigoría, que es un concepto inverso a de
caloría, es decir; la cantidad de calor que debe
extraerse a un gramo de agua para reducir un grado
centígrado su temperatura. La frigoría se utilizaba
para expresar la potencia de refrigeración o
capacidad de una planta frigorífica. En la
actualidad se utilizan la unidad de Joules como
medida internacional del calor
25. Como se mide o cuantifica
• Otro término muy utilizado para cuantificar la
potencia de enfriamiento es la tonelada de
refrigeración, que es la cantidad de calor absorbida
por la fusión de una tonelada de hielo durante un
período de 24 horas. Existen algunas variantes de
esta medida, sobre todo en los países anglosajones
en donde se tienen diferentes medidas de peso.
• De acuerdo al sistema internacional de medidas, se
ha adatado para unificar la medida de la potencia
de enfriamiento al Watt, en substitución a las
anteriores formas de medida. Una frigoría/hora =
1.1626 W y una tonelada de refrigeración = 12000
BTU/hora = 3.516 kW
26. ¿ Cuales son sus impactos ?
Servicios
Social
Ambiente
Salud
y
biológico
Social
Alimentos
Industria
Calidad de
Acondicivinamiento
o da
deintpacios
es erior
Entretenimiento
28. Reducir las pérdidas de los perecederos
Participación
del frío
en la alimentación
Aumentar la higiene alimentaria
Mejorar el aprovisionamiento de las
ciudades
Aprovechar los intercambios
internacionales
29. Generación de empleos
Conservación y aseguramiento alimentario
Social
Conservar la calidad de los alimentos para
disminuir el riesgo de enfermedades
El acondicionamiento del aire influye sobre la
creación de espacios de trabajo con
características de temperatura y humedad
determinadas.
31. Conservación de vacunas y medicamentos
Salud
y
biológico
Conservación de biológicos: sangre, esperma,
Gametos, embriones, órganos y cadáveres
Criocirugía y crioterapia
Climatización de espacios hospitalarios
34. Emisiones atmosféricas debidas a fugas en las
instalaciones o durante el mantenimiento.
Adelgazamiento de la capa de ozono
Ambiente
Calentamiento global, efecto invernadero.
Consumo de energía de las instalaciones
frigoríficas.
Otros impactos indirectos (SO2, NO2), producción de
componentes y productos de desecho asociados a la
destrucción de refrigerantes, aceites y los propios
equipos
35. Refrigeración y salud
Avances en la expectativa de vida.
Disminución de enfermedades por comida contaminada con
microorganismos patógenos.
Compromiso de los gobiernos en el aseguramiento del abasto
alimentario.
Consumo rápido de productos perecederos
Conservación por refrigeración o cocimiento.
36. EL FRÌO Y LA SALUD
I
BENEFICIOS:
La modificación artificial de la temperatura permite vivir mas a gusto, evita la
deshidratación, mejora la respiración y su apoyo a la medicina hospitalaria, la
refrigeración ambiental juega un papel muy importante, como en salas de terapia
intensiva, y de quirófanos para disminuir el riesgo de infecciones. También es
importante su participación en la refrigeración y conservación de biológicos. Su
participación en el equipamiento frigorífico en apoyo a las comunidades rurales para
las campañas de vacunación y cabe mencionar los importantes logros alcanzados en
la criocirugía que es una cirugía de alta especialidad que se realiza en condiciones
de muy bajas temperaturas.
EFECTOS PERJUDICIALES
Las bajas temperaturas ambientales provocan enfermedades respiratorias y
aumentan las enfermedades cardiovasculares, causando graves problemas de saludo
inclusive la muerte en casos extremos de hipotermia
37. EL FRÌO Y LA SALUD
II
PROGRAMAS DE V
ACUNACIÓN
Se aplican millones de dosis de vacunas, requiriéndose un estricto control de la red del frío
en los diferentes niveles de operación. La cadena del frío en vacunación comprende los
procedimientos para transportar y mantener las vacunas a temperaturas adecuadas desde el
lugar de fabricación hasta el lugar de su aplicación. Protegerlas de la luz solar de la
temperatura, conservándose de 2 a 8 0C y sólo algunas entre -15 y -25 0C.
Operaciones básicas en los elementos de la red de frío
A) Almacenamiento y Conservación en frío. Protección de la luz solar y de la temperatura
en cámaras frías y refrigeradores.
C) Distribución. Nivel nacional, estatal o delegacional, jurisdiccional o zonal y local.
D) Control y registro de entradas y salidas de vacunas. Durante todo el año se registran las
temperaturas en las unidades frigoríficas en escala de 0 a 10 0C.
E) Transporte.- V
ehículos térmicos, no térmicos oficiales, no térmicos públicos y termos.
Importancia
La red de frío ha contribuido significativamente al impacto en la disminución de las
enfermedades que se evitan con las vacunas, al grado de erradicar la poliomielitis, difteria,
tétanos neonatal y el sarampión, así como controlar la tosferina y la tuberculosis meníngea.
En 1996, el 97% de la población entre 1 y 4 años y el 83% de menores de un año estaban
cubiertos con el esquema de 8 dosis de vacuna.
38. EL FRÌO Y LA SALUD
III
CONSERV
ACIÓN DE BIOLÓGICOS Y REACTIVOS
La cadena del frío inicia desde la recepción de plasmas, células y cepas de virus y
bacterias, que son la materia prima para la producción de vacunas, sueros y reactivos, los
cuales reciben y manejan en contenedores criogénicos y/o congeladores cuyas
temperaturas son de - 170 y -70 0C. La red del frío está compuesta por 65 cámaras de
conservación.
Las cámaras están equipadas con indicadores automáticos de temperatura, así como con
alarmas. Se tienen plantas de energía eléctrica de y contratos de mantenimiento
preventivo y correctivo. Emergencia. La cantidad anual de biológicos distribuidos en la
red de frío fue en 1997 de 101 236 992 dosis, en donde el 57% es por vía terrestre y la
diferencia por vía aérea. La producción actual de vacunas, sueros y reactivos, la
Gerencia General de Biológicos y Reactivos, cubre aproximadamente el 50% de la
demanda nacional.
Para realizar confiablemente las actividades de conservación y manejo de materias
primas, productos en proceso y terminados, es primordial contar con una red de frío
eficiente. Cabe señalar que no se ha encontrado suficiente oferta de servicio de
distribución en red de frío.
39. EL FRÌO Y LA SALUD
IV
DIAGNÓSTICO DE LABORATORIO
El frío es un gran aliado en el trabajo del laboratorio de diagnóstico. La
actividad metabólica es proporcional a la temperatura. Es necesario
determinar el grado de enfriamiento más conveniente para el manejo y
conservación de muestras, en algunos casos se usa el hielo, la congelación a 4 C, -20 C, -70 C (hielo seco) o -196 C ( nitrógeno líquido).
Una gran cantidad de organismos se pueden agrupar de acuerdo a su
temperatura óptima de crecimiento, como los sicrófilos ( 0 0C).
EJEMPLOS DE APLICACIÓN:
A)Materia fecal. No debe congelarse, siendo necesario refrigerar
inmediatamente a 4 C .
B)Suero o plasma. Se debe transportar en refrigeración. Una vez realizados
los estudios se conserva en congelación a - 196 C.
C)Cepas bacterianas. La liofilización es un proceso que elimina rápidamente
el agua por sublimación y en vacío. A las bacterias hay que protegerlas de los
daños que puedan ocasionar el congelamiento, la deshidratación y el oxígeno.
Las cepas bacterianas se mantienen en congelación a -60 C
40. INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO TECNOLÓGICO
LA CRIOGENÍA O COMO ALCANZAR EL CERO ABSOLUTO
•A. Kirk en 1860 logró temperaturas por abajo del congelamiento o solidificación del
mercurio, 234 K.
• Louis P. Cailletet, en 1877 fue el primero en licuar oxígeno, 90.2 K
•Zygmunt Wroblewski y Karol Olzewski, en 1884, realizaron las primeras medidas de
propiedades a bajas temperaturas usando pequeñas cantidades de N2 y O2 `líquidos, 77.3
K.
•James Dewar, inventor de los contenedores térmicos y el primero en licuar H2 en 1898,
20.4 K
•Heike Kammerlingh Onnes, el primero en licuar el último de los agsees permanentes, el
helio en 1908, 4.2 K, inmediatamente disminuyó la presión sobre el líquido para bajar la
temperatura hasta, 1 K
•F. E. Simon, inventor del licuefactor de helio en 1927, 4.2 K
•William F. Giauque y D.P MacDougall en 1933, utilizarón por primera vez la
desmagnetización adiabática de sales paramagnéticas para enfriar a 0.25 K
•Piotr Leonidovich Kapitza, desarrolló en1934 un licuefactor de helio que no usa
hidrógeno líquido para preenfriar, 0.25 K
•S.C. Collins en 1946, inventó un dispositivo comercial para licuar helio con máquinas de
expansión.
•F.e. Simon y Kurti, en 1956, realizaron los primeros experimentos de la desmagnetización
adiabática nuclear en sales paramagnéticas, 10-5 K
41. INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO TECNOLÓGICO
LA CRIOGENÍA O COMO ALCANZAR EL CERO ABSOLUTO
(continuación)
•Nicholas Kurti alcanzó la temperatura más baja después de 100 años de querer alcanzar el
cero absoluto or medio de desmagnetización adiabática de espines nucleares, 10-6 K
•O.V Lounasmaa, en 1973 consiguió alcanzar la temperatura más baja del mundo y quizas
.
del Universo, con desmagnetización adiabática de espines nucleares de cobre, preenfriando
con desmagnetización adiabática de sales paramagnéticas.
MÉXICO TRAS EL CERO ABSOLUTO
•En 1964, en el Instituto de Física-UNAM, se obtiene un licuefactor de aire (-193 C), 80 K
•En 1969, el Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM) de la UNAMadquiere un
licuefactor de helio-hidrógeno.
•En 1970, en el IIM se licúan hidrógeno y helio, 22 K y 4.2 K
•En 1973, en el IIM se bombea sobre helio líquido, 1.2 K
•En 1976, en el IIM, se inicia la construcción de un refrigerador de dilución de helio tres-helio
cuatro.
•En 1979, en el IIM utilizando el refrigerador de dilución se alcanza la tempertaura más baja
que se ha obtenido en México, 30 mK
•En 1980, la Univerisidad Autónoma de Puebla, obtiene un refrigerador de ciclo cerrado, 6 K
•En 1987, varias dependencias de la UNAM y de otras universidades obtienen refrigeradores
de ciclo cerrado y equipo que requiere He líquido.
42. ENFRIANDO CON NITRÓGENO LÍQUIDO
1.EN GENERAL
1.1 V
acío: enfriamiento de trampas frías, bombas criogénicas, microscopios electrónicos,
espectrómetros de masas, resonancia magnética nuclear, detectores de infrarrojo.
2.FÌSICA, QUÍMICA, IGENIERÍA, GEOLOGÍA, GEOFÍSICAY CIENCIAS DE LA
ATMOSFERA.
1. Estudios básicos de materiales, propiedades electricas (incluyendo superconductividad),
ópticas (termocromismo), magnméticas y mecánicas, y síntesis de metalñes,
superconductores, semiconductores y polímeros.
2. Estudios de síntesis e orgánicos e inorgánicos.
3. Estudios de contaminación ambiental
4. Estudios de radioquímica.
5. Estudios de geoquímica isotópica
6. Equipos de refrigeración y transporte de alimentos
7. Congelación de suelos (drenaje profundo y Metro)
2. BIOLOGÍA, MEDICINA, FISIOLOGÍA Y CIENCIAS RELACIONADAS.
1. Conservación de muestras vivas (plasma, semen, vegetales)
2. Estudios de reproducción animal
3. Sacrificio y conservación de animales (ofidios, ratas)
4. Estudio en genética y crioconservación de especies.
5. Estudios a nivel celular y molecular
6. Estudios de fijación de nitrógeno
7. Criocirugía, tratamiento de artritis, conservación de enfermos
43. VENTAJAS DEL ENFRIAMIENTO CON NITRÓGENO
LÍQUIDO
• No requiere energía eléctrica y es accesible.
• Manejo sencillo y económico.
• Se puede usar en el intervalo amplio de temperaturas (300 a 56
K).
• Temperatura constante
• Excelente capacidad de enfriamiento
• No requiere mantenimiento
44. INVESTIGACIÓN BÁSICA EN BAJAS
TEMPERATURAS
Los estudios realizados en bajas temperaturas (desde 10 K hasta 1
K) y los de ultra bajas temperaturas (hasta 3 mK) son estudios
básicos, sin embargo, la resonancia magnética tiene una gran
aplicación. Con el descubrimiento y desarrollo de los
superconductores se espera que en un futuro no muy lejano, las
aplicaciones de la superconductividad (a temperaturas de nitrógeno
líquido sean muchas y variadas: generación, almacenamiento y
transporte
de
energía
eléctrica,
transporte
levitado,
supercomputadoras, detección de procesos biomagnéticos y porque
no:
¡DESPERTAR EN ELAÑO 2050 |
45. Los alimentos y las tecnologías del frío
El efecto del frío es reducir la actividad enzimática, la cual es
función de la temperatura, de la proteína enzimática, de la
concentración del substrato y de la afinidad de la enzima.
Aplicaciones:
•Conservación de tejidos muertos (carne y pescado) a 0 °C
durante cuatro semanas.
•Conservación de vegetales y frutas frescas (especies tropicales
y subtropicales) a 4 y 14 °C, con humedad relativa entre el 85 y
el 95%, para evitar la deshidratación.
• Congelación entre -18 y -30 °C.
46. Tecnologías y consumo de energía
•Para la refrigeración de un kg de carne se requiere de 90 a 110
kJ/.
•Para la congelación de un kg de carne se requiere de 200 y
250 kJ.
•Para el mismo volumen un refrigerador/congelador consume
30 veces más energía que un almacenamiento en frío, siendo:
566 kWh/año para un refrigerador de 280 litros comparado con
60 kW/m3 de un almacenamiento en frío.
47. Refrigeración y alimentos
En los países en desarrollo, menos del 5% de la población
está involucrada en la agricultura, sin embargo, cada vez
más se expande la red de transporte.
Las cadenas del frío son vitales para garantizar la seguridad
en el abasto, la calidad organoléptica y el valor del producto
en el mercado. Los productos se enfrían o se congelan y
cerca del 75% del consumo se ha procesado. El 70% son
enfriados o congelados cuando se producen y casi el 50% de
todo el alimento vendido requiere refrigeración. Se
conservan en cuartos fríos y son transportados por grandes
distancias y distribuidos localmente (un alimento se
transporta casi 2.5 veces)
Gran potencial para el consumo de congelados
48. La cadena del frío
Objetivo
Articular los centros de producción de alimentos, sea por
captura, cosecha o sacrificio, con los centros de consumo a
través de los centros de acopio, de transporte refrigerados, de
la industrialización y del almacenaje.
Cadena del frío organizada
•Adquisición de productos frescos
• Mantener la calidad
• Disminuir el riesgo sanitario.
• Evitar grandes mermas.
49. Refrigeración y alimentos en los países en desarrollo:
•Del total de la producción, 50% es para consumo humano y el
resto para consumo animal, semillas, usos no alimentarios.
•El 25% de las raíces y tubérculos, 50% de las frutas y vegetales
y 100% de carnes, pescado y productos lácteos, requieren
refrigeración, esto representa el 31% de toda la producción
agrícola y pesquera, que es de 1600 millones de ton. que
necesitan refrigeración. Las pérdidas en el mundo del 30% en
general y el 40% en frutas y verduras, sólo 300 millones de ton.
de productos se pierden por falta de refrigeración.
•Las estrategias conducen a un aumento en la producción y no en
la implantación de técnicas para reducir las pérdidas de
poscosecha.
•Algunas sociedades promueven el salado, secado y
almacenamiento en sótanos, en donde en la mayoría de los casos,
se altera la calidad original, otras: reclaman el derecho a las
tecnologías actuales de preservación de los alimentos.
50. En general la refrigeración mejora la seguridad alimentaria y la
higiene de los alimentos, principalmente los de rigen animal en
los climas cálidos, reduciendo el crecimiento bacteriano y
reduciendo los casos de enfermedades gastrointestinales.
•Es difícil conocer el un número de personas afectadas o el costo
social en términos de días de trabajo perdidos y de los cuidados
médicos por desordenes intestinales, endémicos en muchos países
con insuficiencia en la higiene alimentaria. 70% de los 1.5 billones
de casos de diarrea en niños menores de 5 años (produjeron 3
millones de muertes/año), son causados por falta de higiene.
•Cada vez más se eleva el consumo en carne, lo que favorece el
consumo de ciertos aminoácidos (no presentes en los vegetales)
vitales para el crecimiento y el sostén vital.
51. TRANSFORMACIÓN DE ALIMENTOS EN LA CADENA DEL FRÍO
METODOS SIN CAMBIO DE FASE DURANTE EL ENFRIAMIENTO
1. Enfriamiento en cámara o enfriamiento lento
2. Enfriamineto rápido
3. Hidroenfriamiento
4. Aplicación de hielo
5. Vacío
MÉTODOS CON CAMBIO DE FASE DURANTE EL ENFRIAMIENTO
1. Sistemas de congelación
1. ongelación con aire
2. ongelación por inmersión en líquidos incongelables
3. Congelación por contacto con placa fría
4. ongelación criogénica.
1.
Sistemas criogénicos por aspersión
2.
Sistemas criogénicos por inmertsión o sistemas combinados
APLICACIONES EN PROCESO
Pasteurización, esterilización, evaporación e intercambio de calor para
enfriamiento, para obtener reducción rápida de la temperatura en materiales
sin cambio de fase
52. ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE PARA LA
CONSERV
ACIÓN DE ALIMENTOS PERECEDEROS
•Almacenes frigoríficos industriales en la zona de producción.
•V
ehículos frigoríficos de transporte a larga distancia
• Almacenes frigoríficos de distribución.
• Almacenes frigoríficos en los centros consumidores
• Cámaras y muebles frigoríficos de los comercios
• Frigoríficos domésticos.
CLASIFICACIÓN DE LOS SITEMAS DE
ALMACENAMIENTO
•Temperatura de almacenamiento
•Naturaleza de los productos
•Prestación de servicios
•Función económica
53. Promoción de intercambios internacionales marinos
•El comercio internacional de productos refrigerados, provee un
medio de exportación con una alto valor agregado y facilita la
importación.
• Es una fuente importante de ingresos y al mismo tiempo ayuda en la
generación de empleos.
•La importación de alimentos refrigerados juega un papel importante
en la autosuficiencia alimentaria y en la economía, ya que es
conveniente exportar lo que puede crecer a bajo costo y comprar lo
que no es económicamente rentable producir. Además del abasto de
productos para ofrecer una mayor diversidad.
54. Emisiones atmosféricas de gases refrigerantes
El ciclo de refrigeración más utilizado es el de compresión de
vapor, el cual utiliza refrigerantes con efectos adversos para el
ambiente.
•CFC (clorofluorocarbonos), descubiertos en 1930, en 1974,
Rowland y Molina, descubren el deterioro estratosférico del
ozono así como el calentamiento global.
•HCFC (hidroclorofluorocarbonos), más recientes, con
considerable menor impacto sobre el ozono y sobre el
calentamiento.
•HFC (hidrofluorocarbonos), no afectan la capa de ozono, son
una alternativa a los CFC y HCFC, sin embargo contribuyen
al calentamiento global en menor grado que los CFC.
55. Calentamiento global de la Tierra
El calentamiento global de la Tierra, es el resultado del
balance térmico radiativo entre la superficie de la Tierra y la
atmósfera. Los componentes de superficie de la Tierra y de la
atmósfera (gases) tienen diferentes comportamientos con
respecto a la radiación solar, la mayoría son transparentes y
existen algunos que absorben la mayor parte, sobre todo la
correspondiente a la longitud de onda mayor(infrarrojo)
aumentando su temperatura. Los principales gases son el CO2 ,
el vapor de agua, y algunos refrigerantes como los HCFC y los
HFC.
En algunas regiones existe el problema de las inversiones
térmicas, en donde existen dificultades para la liberación de
gases contaminantes.
56. Potencial de calentamiento global, GWP
.
Es una medida relativa de cuanto calor un gas de invernadero atrapa
en la atmosfera. Compara la cantidad dr gas atrapado por una cierta
masa del gas en cuestión a la cantidad de calor atrapado por una
masa similar de CO2. Se calcula sobre un intervalo específico de
tiempo, comunmente 20, 100 0500 años. Se expresa como un factor
de CO2 ( cuyo GWP se estandariza a 1). Por ejemplo, el año 20
GWP es 72, lo cual significa que si la misma masa de metano y de
dioxido de carbon se introdujeran a la atmosfera, el metano
atraparía 72 veces más calor que el CO2 sobre los proximos 20
años.
Poder emisivo de una substancia sobre un período específico,
expresándose tomando como referencia al CO2, está relacionado
con la vida media de los gases y la absorción de radiación
infrarroja. No cuantifica el efecto global de invernadero de una
planta de refrigeración, representa valores medios de emisiones
directas e indirectas.
57. Potencial de calentamiento global, GWP.
• No cuantifica el efecto global de invernadero de
una planta de refrigeración, representa valores
medios de emisiones directas e indirectas.
• Emisiones
directas. Pérdidas directas de
refrigerantes. El sector refrigeración representa el
20% del impacto sobre el calentamiento global.
• Emisiones indirectas. Generación de CO2 para la
producción de electricidad para operar los equipos
de refrigeración, aproximadamente el 80% se
atribuye al sector refrigeración.
59. Afectación de la capa de ozono
Emisiones de refrigerantes
Clorofluorocarbones, CFC
Hidroclofluorocarbones,
HCFC
Emisiones de CO2
Energía requerida para la
operación de las plantas de
refrigeración
60. Tecnología de los refrigerantes
•Nuevos HFC para reemplazar los CFC y los HCFC y
diseño de equipo para su uso.
• Refrigerantes alternativos
Amoniaco, hidrocarburos (isobutano, propano y
mezclas, propeno , Anhídrido carbónico, agua y aminas
• Nuevas tecnologías que no usen refrigerantes.
61. Refrigeración doméstica
utilización de HFC (134a) y HC 600a (isobutano), principalmente
en Europa
Refrigeración comercial
•Pequeños comercios: 134a, algunos HFC(404a) o hidrocarburos:
muchos con CFC (12).
•Supermercados, cuartos centrales: HFC404a, como substitutos
de CFC y HCFC (22).
• Sistemas indirectos usando HFC, NH3 o HC como refrigerantes
primarios.
Almacenamiento frío
La desaparición de los CFC y la futura de los HCFC provocará un
aumento en el uso de NH3 , HFC404a y HFC507.
Refrigeración industrial
La situación es similar al caso del almacenamiento en frío, el NH3
es hasta ahora el más utilizado en este campo.
62. Aire acondicionado (enfriamiento de aire)
El HCFC22, es el más usado y se han desarrollado mezclas de
HFC para su substitución. En los países en desarrollo, aumentará la
demanda de HCF22 en los próximos años
Aire acondicionado (enfriamiento de agua)
Los HFC son los más utilizados para reemplazar a los CFC y
HCFC, En los países en desarrollo se incrementará la demanda de
CFC.
Transporte
Los más utilizados fueron los CFC (12), para enfriar alimentos y el
CFC (502) y CFC(500) para la congelación. Después de un corto
período de transición en el cual se usaron mezclas de HCFC (22) y
HCFC, el HFC (404a ) es el principal refrigerante utilizado en el
transporte terrestre (carretero) y el HFC (134a) en los contenedores
frigoríficos. En los países en desarrollo, el escaso transporte
terrestre y ferroviario requieren de la atención.
63. Aire acondicionado móvil
•Desde 1995 en los países desarrollados, todos los nuevos
vehículos con aire acondicionado utilizan el HFC143a en
lugar del CFC12.
•El CO2 y HC están siendo investigados.
•Se sigue dando importancia tanto
refrigeración como a las emisiones.
a la carga de
65. Imaginemos un mundo sin frío?
Conservación,
refrigeración y
congelación
de alimentos y
medicinas
Climatización de
espacios en
habitaciones y
transporte
Industria
Entretenimiento
