Curso precongreso ISES-ANESUniversidad del Caribe, Cancún,

Quintana Roo31 de octubre al 2 de noviembre

2013

Enfriamiento

Solar

Isaac Pilatowsky Figueroa

Roberto Best y Brown

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

Solar

IER

Curso de Enfriamiento Solar

Contenido

• Introducción al frío• Métodos de producción de frío• Tecnologías solares• 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)

INTRODUCCIÓN AL FRÍO

“ 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

Imaginemos un mundo sin frío?

Climatización de espacios en

habitaciones y transporte

Conservación, refrigeración y

congelación de alimentos y

medicinas

Industria

Entretenimiento

El frío

¿Que es ?

¿Como se cuantifica ?¿Como se cuantifica ?

¿Cuales son sus impactos ?

¿Como se produce ?

Qué es el frío?

• Dentro de las múltiples acepciones que tiene eltérmino frío, las que más tienen que ver con estefenómeno físico son: es un término que se aplica alos cuerpos cuya temperatura es muy inferior a laordinaria del ambiente y a la que se refiere a lasensación que se experimenta por el contacto consensación que se experimenta por el contacto concuerpos que están a temperatura baja.

• Este término tiene un carácter relativo ya que loque es o puede ser frío para otros no lo es. Sinembargo, se puede considerar como un contenidode calor a temperaturas bajas, llegando a ser nuloen la proximidad del cero en la escala absoluta detemperatura

Niveles de enfriamiento

a)El enfriamiento propiamente dicho que va de los 24 a los 14 ªC, en donde sesitúa el bienestar humano y las temperaturas alcanzadas por diferentes procesosnaturales como el enfriamiento evaporativo y el radiativo, el acondicionamientodel 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 latemperatura de 14 ºC hasta cerca los 0 ºC, en la mayoría de los casos no ocurreun cambio de fase.un cambio de fase.

c)La subrefrigeración, la cual opera en un dominio de temperaturas que vadesde 0 0C hasta cerca de - 15 ªC. En este dominio se lleva a cabo la formaciónde hielo.

d)La congelación, en un dominio de temperaturas entre -15 y - 35 ªC, siendouna técnica utilizada para la conservación prolongada de los productosperecederos.

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 alcero absoluto (-273.16 ªC), dominio utilizado para el estudio de propiedades desuperconductividad y superfluidez, criocirugía, conservación de esperma yconservación en general.

Como se mide o cuantifica ?

• Anteriormente la unidad de medida del calor era lacaloría, que representa el calor necesario paraaumentar en un grado centígrado la temperatura deun gramo de agua.

• En refrigeración se empleaba como unidad demedida la frigoría, que es un concepto inverso a demedida la frigoría, que es un concepto inverso a decaloría, es decir; la cantidad de calor que debeextraerse a un gramo de agua para reducir un gradocentígrado su temperatura. La frigoría se utilizaba

para expresar capacidad de

la potencia de refrigeración ouna planta frigorífica. En la

actualidad se utilizan la unidad de Joules comomedida internacional del calor

Como se mide o cuantifica

• Otro término muy utilizado para cuantificar la potencia de enfriamiento es la tonelada derefrigeración, 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.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

¿ Cuales son sus impactos ?

Calentamiento Ambiente Industria

Servicios

Calentamiento de

espacios

Alimentos Entretenimiento

Social

Saludy

biológico

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 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

Antecedentes

• Según datos extraídos de la Prospectiva del Sector Eléctrico 2006 se vendieron en México en ese añocasi 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 elmismo crecimiento del 10 al 12%

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 2006unidades 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 eléctricainstalada requerida para cubrir la demanda de energía eléctrica para aire acondicionado a nivelmundial fue de más de 20 GW en el 2006

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.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.

Antecedentes

• Debido a que la mayor parte del consumo de refrigeración es cubierto con equipos eléctricos el aumento de la demanda esta eléctricos el aumento de la demanda esta provocando picos en carga considerables en las redes eléctricas, como se muestra en los datos del estudio

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 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

¿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.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.

¿Porqué enfriamiento solar?

• La tendencia al uso de la refrigeración solartérmica esta resurgiendo debido a las siguientes razones:

• El problema de cambio climático que esta• El problema de cambio climático que estatomando ya relevancia a nivel mundial

• La búsqueda de refrigerantes alternativos a los clorofluorocarbonos CFC y los hidroclorofluorocarbonos HCFC a nivelinternacional,

•

Seguridad alimentaria

“ La mayoría de las propuestas para la

seguridad alimentaria suponen un aumento

en la producción agropecuaria, en lasen 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 “

El frío como un método de conservación

• El frío es un medio tecnológico privilegiado de conservaciónde los perecederos, ya que aumenta la duración de suconservación, manteniendo sus cualidades y en particularsus propiedades higiénicas y nutritivas. Asimismo, aportasoluciones al complicado problema de abastecimiento de lasciudades y favorece los intercambios comerciales

• Permite limitar las pérdidas ligadas a la manipulación, losimpactos debidos a las temperaturas elevadas o cambios enimpactos debidos a las temperaturas elevadas o cambios enella y la duración del transporte.

• La conservación en frío en los lugares de producción y/otransformación seguido de un transporte acondicionado,suelen ser medidas suficientes para limitar el aumento en latemperatura y preservar la calidad de los productos

• En su mayoría, las bodegas frigoríficas en países endesarrollo, se encuentran en los grandes centro urbanos y enpuertos, con una marcada ausencia en las zonas deproducción.

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.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.: frigísimofriísimo. FR Dejar o quedar ~, dejar a uno sorprendido o asustado; no producir ningunaemoción. En ~, de repente, sin preparación; sin emoción.

Qué es el frío?

• Dentro de las múltiples acepciones que tiene eltérmino frío, las que más tienen que ver con estefenómeno físico son: es un término que se aplica alos cuerpos cuya temperatura es muy inferior a laordinaria del ambiente y a la que se refiere a lasensación que se experimenta por el contacto consensación que se experimenta por el contacto concuerpos que están a temperatura baja.

• Este término tiene un carácter relativo ya que loque es o puede ser frío para otros no lo es. Sinembargo, se puede considerar como un contenidode calor a temperaturas bajas, llegando a ser nuloen la proximidad del cero en la escala absoluta detemperatura

Como se mide o cuantifica ?

• Anteriormente la unidad de medida del calor era lacaloría, que representa el calor necesario paraaumentar en un grado centígrado la temperatura deun gramo de agua.

• En refrigeración se empleaba como unidad demedida la frigoría, que es un concepto inverso a demedida la frigoría, que es un concepto inverso a decaloría, es decir; la cantidad de calor que debeextraerse a un gramo de agua para reducir un gradocentígrado su temperatura. La frigoría se utilizaba

para expresar capacidad de

la potencia de refrigeración ouna planta frigorífica. En la

actualidad se utilizan la unidad de Joules comomedida internacional del calor

Como se mide o cuantifica

• Otro término muy utilizado para cuantificar la potencia de enfriamiento es la tonelada derefrigeración, 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.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

¿ Cuales son sus impactos ?

Calidad de

SocialAmbiente Industria

Servicios

Calidad deAcondicivoindaamiento

deinestpearcioiors

Alimentos Entretenimiento

Social

Saludy

biológico

alimentación

Agropecuario Pesquero

Almacenamiento frigoríficoIndustria alimentaria

alimentación

Transporte refrigeradoFabricación de hielo

Refrigeración comercial Refrigeración doméstica Restaurantes

Participación del frío

Reducir las pérdidas de los perecederos

Aumentar la higiene alimentariadel frío

en la alimentación

Mejorar el aprovisionamiento de lasciudades

Aprovechar los intercambiosinternacionales

Generación de empleos

Conservación y aseguramiento alimentario

SocialSocialConservar la calidad de los alimentos paradisminuir el riesgo de enfermedades

El acondicionamiento del aire influye sobre lacreación de espacios de trabajo con

características de temperatura y humedaddeterminadas.

Industria

Hule

Plástico

Industria mecánica

Industria

Construcción

Tratmiento de desechos

Saludy

Conservación de vacunas y medicamentos

Conservación de biológicos: sangre, esperma,Gametos, embriones, órganos y cadáveres

y biológico

Criocirugía y crioterapia

Climatización de espacios hospitalarios

Sector industrial

Acondicionamiento

Sector terciario y de servicios

Sector transporte

Cuartos limpios

Acondicionamientode espacios

Entretenimiento

Pistas de patinaje

Entretenimiento

Nieve Artificial

Calentamiento global, efecto invernadero.Ambiente

Emisiones atmosféricas debidas a fugas en las

instalaciones o durante el mantenimiento.

Adelgazamiento de la capa de ozono

Ambiente

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

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 Compromiso de los gobiernos en el aseguramiento del abasto alimentario.

Consumo rápido de productos perecederos

Conservación por refrigeración o cocimiento.

EL FRÌO Y LA SALUD

I

BENEFICIOS:

La modificación artificial de la temperatura permite vivir mas a gusto, evita ladeshidratación, mejora la respiración y su apoyo a la medicina hospitalaria, larefrigeración ambiental juega un papel muy importante, como en salas de terapiaintensiva, y de quirófanos para disminuir el riesgo de infecciones. También esimportante su participación en la refrigeración y conservación de biológicos. Suparticipación en el equipamiento frigorífico en apoyo a las comunidades rurales paraparticipación en el equipamiento frigorífico en apoyo a las comunidades rurales paralas campañas de vacunación y cabe mencionar los importantes logros alcanzados enla criocirugía que es una cirugía de alta especialidad que se realiza en condicionesde muy bajas temperaturas.

EFECTOS PERJUDICIALES

Las bajas temperaturas ambientales provocan enfermedades respiratorias yaumentan las enfermedades cardiovasculares, causando graves problemas de saludoinclusive la muerte en casos extremos de hipotermia

EL FRÌO Y LA SALUDII

PROGRAMAS DE VACUNACIÓNSe 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 fríoA) 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.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 lastemperaturas en las unidades frigoríficas en escala de 0 a 10 0C.E) Transporte.- Vehículos térmicos, no térmicos oficiales, no térmicos públicos y termos.ImportanciaLa 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 estabancubiertos con el esquema de 8 dosis de vacuna.

EL FRÌO Y LA SALUDIII

CONSERVACIÓN DE BIOLÓGICOS Y REACTIVOS

La cadena del frío inicia desde la recepción de plasmas, células y cepas de virus ybacterias, que son la materia prima para la producción de vacunas, sueros y reactivos, loscuales reciben y manejan en contenedores criogénicos y/o congeladores cuyastemperaturas son de - 170 y -70 0C. La red del frío está compuesta por 65 cámaras deconservación.

Las cámaras están equipadas con indicadores automáticos de temperatura, así como conalarmas. Se tienen plantas de energía eléctrica de y contratos de mantenimientopreventivo y correctivo. Emergencia. La cantidad anual de biológicos distribuidos en lared de frío fue en 1997 de 101 236 992 dosis, en donde el 57% es por vía terrestre y ladiferencia por vía aérea. La producción actual de vacunas, sueros y reactivos, laGerencia General de Biológicos y Reactivos, cubre aproximadamente el 50% de la

demanda nacional.

Para realizar confiablemente las actividades de conservación y manejo de materiasprimas, productos en proceso y terminados, es primordial contar con una red de fríoeficiente. Cabe señalar que no se ha encontrado suficiente oferta de servicio de

distribución en red de frío.

EL FRÌO Y LA SALUDIV

DIAGNÓSTICO DE LABORATORIO

El frío es un gran aliado en el trabajo del laboratorio de diagnóstico. Laactividad metabólica es proporcional a la temperatura. Es necesariodeterminar el grado de enfriamiento más conveniente para el manejo yconservación 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 sutemperatura óptima de crecimiento, como los sicrófilos ( 0 0C).temperatura óptima de crecimiento, como los sicrófilos ( 0 0C).

EJEMPLOS DEAPLICACIÓN:

A)Materia fecal. No debe congelarse, siendo necesario refrigerarinmediatamente a 4 C .B)Suero o plasma. Se debe transportar en refrigeración. Una vez realizadoslos estudios se conserva en congelación a - 196 C.C)Cepas bacterianas. La liofilización es un proceso que elimina rápidamenteel agua por sublimación y en vacío. A las bacterias hay que protegerlas de losdaños que puedan ocasionar el congelamiento, la deshidratación y el oxígeno.Las cepas bacterianas se mantienen en congelación a -60 C

INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO TECNOLÓGICOLACRIOGENÍA O COMO ALCANZAR ELCEROABSOLUTO

•A. Kirk en 1860 logró temperaturas por abajo del congelamiento o solidificación delmercurio, 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 depropiedades a bajas temperaturas usando pequeñas cantidades de N2 y O2 `líquidos, 77.3K.•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, elhelio en 1908, 4.2 K, inmediatamente disminuyó la presión sobre el líquido para bajar lahelio en 1908, 4.2 K, inmediatamente disminuyó la presión sobre el líquido para bajar latemperatura 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

INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO TECNOLÓGICOLACRIOGENÍA O COMO ALCANZAR ELCEROABSOLUTO

(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, preenfriandocon desmagnetización adiabática de sales paramagnéticas.

MÉXICO TRAS ELCEROABSOLUTO•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.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.

ENFRIANDO CON NITRÓGENO LÍQUIDO

1.EN GENERAL1.1 Vacío: 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 LAATMOSFERA.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 ambiental4. Estudios de radioquímica.4. Estudios de radioquímica.5. Estudios de geoquímica isotópica6. Equipos de refrigeración y transporte de alimentos7. Congelación de suelos (drenaje profundo y Metro)

2. BIOLOGÍA, MEDICINA, FISIOLOGÍAY CIENCIAS RELACIONADAS.1. Conservación de muestras vivas (plasma, semen, vegetales)2. Estudios de reproducción animal3. Sacrificio y conservación de animales (ofidios, ratas)4. Estudio en genética y crioconservación de especies.5. Estudios a nivel celular y molecular6. Estudios de fijación de nitrógeno7. Criocirugía, tratamiento de artritis, conservación de enfermos

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• Se puede usar en el intervalo amplio de temperaturas (300 a 56K).• Temperatura constante• Excelente capacidad de enfriamiento• No requiere mantenimiento

INVESTIGACIÓN BÁSICA EN BAJASTEMPERATURAS

Los estudios realizados en bajas temperaturas (desde 10 K hasta 1K) y los de ultra bajas temperaturas (hasta 3 mK) son estudiosbásicos, sin embargo, la resonancia magnética tiene una granaplicación. Con el descubrimiento y desarrollo de losaplicación. Con el descubrimiento y desarrollo de lossuperconductores se espera que en un futuro no muy lejano, lasaplicaciones de la superconductividad (a temperaturas de nitrógenolíquido sean muchas y variadas: generación, almacenamiento ytransporte de energía eléctrica, transporte levitado,supercomputadoras, detección de procesos biomagnéticos y porqueno:

¡DESPERTAR EN ELAÑO 2050 |

Los alimentos y las tecnologías del frío

El efecto del frío es reducir la actividad enzimática, la cual esfunción de la temperatura, de la proteína enzimática, de laconcentración del substrato y de la afinidad de la enzima.

Aplicaciones:

•Conservación de tejidos muertos (carne y pescado) a 0 °Cdurante cuatro semanas.•Conservación de vegetales y frutas frescas (especies tropicalesy subtropicales) a 4 y 14 °C, con humedad relativa entre el 85 yel 95%, para evitar la deshidratación.• Congelación entre -18 y -30 °C.

Tecnologías y consumo de energía

•Para la refrigeración de un kg de carne se requiere de 90 a 110kJ/.

•Para la congelación de un kg de carne se requiere de 200 y•Para la congelación de un kg de carne se requiere de 200 y250 kJ.

•Para el mismo volumen un refrigerador/congelador consume30 veces más energía que un almacenamiento en frío, siendo:566 kWh/año para un refrigerador de 280 litros comparado con60 kW/m3 de un almacenamiento en frío.

Refrigeración y alimentos

En los países en desarrollo, menos del 5% de la poblaciónestá involucrada en la agricultura, sin embargo, cada vezmás se expande la red de transporte.Las cadenas del frío son vitales para garantizar la seguridaden el abasto, la calidad organoléptica y el valor del productoen el mercado. Los productos se enfrían o se congelan yen el mercado. Los productos se enfrían o se congelan ycerca del 75% del consumo se ha procesado. El 70% sonenfriados o congelados cuando se producen y casi el 50% detodo el alimento vendido requiere refrigeración. Seconservan en cuartos fríos y son transportados por grandesdistancias y distribuidos localmente (un transporta casi 2.5 veces)Gran potencial para el consumo de congelados

alimento se

La cadena del frío

Objetivo

Articular los centros de producción de alimentos, sea porcaptura, cosecha o sacrificio, con los centros de consumo através de los centros de acopio, de transporte refrigerados, dela industrialización y del almacenaje.la industrialización y del almacenaje.

Cadena del frío organizada

•Adquisición de productos frescos• Mantener la calidad• Disminuir el riesgo sanitario.• Evitar grandes mermas.

Refrigeración y alimentos en los países en desarrollo:

•Del total de la producción, 50% es para consumo humano y elresto para consumo animal, semillas, usos no alimentarios.•El 25% de las raíces y tubérculos, 50% de las frutas y vegetalesy 100% de carnes, pescadorefrigeración, esto representaagrícola y pesquera, que es

y productos lácteos, requieren elde

31% de toda la producción1600 millones de ton. que

necesitan refrigeración. Las pérdidas en el mundo del 30% ennecesitan refrigeración. Las pérdidas en el mundo del 30% engeneral 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 enla implantación de técnicas para reducir las pérdidas deposcosecha.•Algunas sociedades promueven el salado, secado yalmacenamiento en sótanos, en donde en la mayoría de los casos,se altera la calidad original, otras: reclaman el derecho a lastecnologías actuales de preservación de los alimentos.

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 costosocial en términos de días de trabajo perdidos y de los cuidadosmédicos por desordenes intestinales, endémicos en muchos paísesmédicos por desordenes intestinales, endémicos en muchos paísescon insuficiencia en la higiene alimentaria. 70% de los 1.5 billonesde casos de diarrea en niños menores de 5 años (produjeron 3millones de muertes/año), son causados por falta de higiene.•Cada vez más se eleva el consumo en carne, lo que favorece elconsumo de ciertos aminoácidos (no presentes en los vegetales)vitales para el crecimiento y el sostén vital.

TRANSFORMACIÓN DE ALIMENTOS EN LA CADENA DEL FRÍO

METODOS SIN CAMBIO DE FASE DURANTE ELENFRIAMIENTO1. Enfriamiento en cámara o enfriamiento lento2. Enfriamineto rápido3. Hidroenfriamiento4. Aplicación de hielo5. Vacío

MÉTODOS CON CAMBIO DE FASE DURANTE EL ENFRIAMIENTO1. Sistemas de congelación

1. ongelación con aire2. ongelación por inmersión en líquidos incongelables2. ongelación por inmersión en líquidos incongelables3. Congelación por contacto con placa fría4. ongelación criogénica.

1. Sistemas criogénicos por aspersión2. Sistemas criogénicos por inmertsión o sistemas combinados

APLICACIONES EN PROCESOPasteurización, esterilización, evaporación e intercambio de calor paraenfriamiento, para obtener reducción rápida de la temperatura en materialessin cambio de fase

ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE PARA LACONSERVACIÓN DE ALIMENTOS PERECEDEROS

•Almacenes frigoríficos industriales en la zona de producción.• Vehículos 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.• Frigoríficos domésticos.

CLASIFICACIÓN DE LOS SITEMAS DE ALMACENAMIENTO

•Temperatura de almacenamiento•Naturaleza de los productos•Prestación de servicios•Función económica

Promoción de intercambios internacionales marinos

•El comercio internacional de productos refrigerados, provee unmedio de exportación con una alto valor agregado y facilita laimportación.

• Es una fuente importante de ingresos y al mismo tiempo ayuda en lageneración de empleos.generación de empleos.

•La importación de alimentos refrigerados juega un papel importanteen la autosuficiencia alimentaria y en la economía, ya que esconveniente exportar lo que puede crecer a bajo costo y comprar loque no es económicamente rentable producir. Además del abasto deproductos para ofrecer una mayor diversidad.

Emisiones atmosféricas de gases refrigerantes

El ciclo de refrigeración más utilizado es el de compresión devapor, el cual utiliza refrigerantes con efectos adversos para elambiente.

•CFC (clorofluorocarbonos), descubiertos en 1930, en 1974,Rowland y Molina, descubren el deterioro estratosférico delozono así como el calentamiento global.ozono así como el calentamiento global.•HCFC (hidroclorofluorocarbonos), más recientes, conconsiderable menor impacto sobre el ozono y sobre elcalentamiento.•HFC (hidrofluorocarbonos), no afectan la capa de ozono, sonuna alternativa a los CFC y HCFC, sin embargo contribuyenal calentamiento global en menor grado que los CFC.

Calentamiento global de la Tierra

El calentamiento global de la Tierra, es el resultado delbalance térmico radiativo entre la superficie de la Tierra y laatmósfera. Los componentes de superficie de la Tierra y de laatmósfera (gases) tienen diferentes comportamientos conrespecto a la radiación solar, la mayoría son transparentes yrespecto a la radiación solar, la mayoría son transparentes yexisten algunos que absorben la mayor parte, sobre todo lacorrespondiente 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 losHFC.En algunas regiones existe el problema de las inversionestérmicas, en donde existen dificultades para la liberación degases contaminantes.

Potencial de calentamiento global, GWP.

Es una medida relativa de cuanto calor un gas de invernadero atrapaen la atmosfera. Compara la cantidad dr gas atrapado por una ciertamasa del gas en cuestión a la cantidad de calor atrapado por unamasa similar de CO2. Se calcula sobre un intervalo específico detiempo, comunmente 20, 100 0500 años. Se expresa como un factorde CO2 ( cuyo GWP se estandariza a 1). Por ejemplo, el año 20GWP es 72, lo cual significa que si la misma masa de metano y deGWP es 72, lo cual significa que si la misma masa de metano y dedioxido de carbon se introdujeran a laatraparía 72 veces más calor que el CO2

años.Poder emisivo de una substancia sobre

atmosfera, el metano sobre los proximos 20

un período específico,expresándose tomando como referencia al CO2, está relacionadocon la vida media de los gases y la absorción de radiacióninfrarroja. No cuantifica el efecto global de invernadero de unaplanta de refrigeración, representa valores medios de emisionesdirectas e indirectas.

Potencial de calentamiento global, GWP.

• No cuantifica el efecto global de invernadero deuna planta de refrigeración, representa valoresmedios de emisiones directas e indirectas.

• Emisiones directas. Pérdidas directas derefrigerantes. El sector refrigeración representa elrefrigerantes. El sector refrigeración representa el20% del impacto sobre el calentamiento global.

• Emisiones indirectas. Generación de CO2 para laproducción de electricidad para operar los equiposde refrigeración, aproximadamente el 80% seatribuye al sector refrigeración.

Impacto ambiental

Afectación de la capa de Ozono: CFC, HFC, HCFC

Contribución al efecto InvernaderoCO2 y HFC

Afectación de la capa de ozono

Emisiones de refrigerantes

Clorofluorocarbones, CFC

Hidroclofluorocarbones,Hidroclofluorocarbones,HCFC

Emisiones de CO2

Energía requerida para la operación de las plantas de refrigeración

•Nuevos HFC para reemplazar los CFC y los HCFC y

diseño de equipo para su uso.

• Refrigerantes alternativos

Tecnología de los refrigerantes

• Refrigerantes alternativos

Amoniaco, hidrocarburos (isobutano, propano y

mezclas, propeno , Anhídrido carbónico, agua y aminas

• Nuevas tecnologías que no usen refrigerantes.

Refrigeración domésticautilización de HFC (134a) y HC 600a (isobutano), principalmente en EuropaRefrigeración 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, NH o HC como refrigerantes• Sistemas indirectos usando HFC, NH3 o HC como refrigerantesprimarios.Almacenamiento fríoLa desaparición de los CFC y la futura de los HCFC provocará unaumento en el uso de NH3 , HFC404a y HFC507.Refrigeración industrialLa situación es similar al caso del almacenamiento en frío, el NH3

es hasta ahora el más utilizado en este campo.

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 lademanda de HCF22 en los próximos añosAire acondicionado (enfriamiento de agua)Los HFC son los más utilizados para reemplazar a los CFC yHCFC, En los países en desarrollo se incrementará la demanda deCFC.TransporteTransporteLos más utilizados fueron los CFC (12), para enfriar alimentos y elCFC (502) y CFC(500) para la congelación. Después de un cortoperíodo de transición en el cual se usaron mezclas de HCFC (22) yHCFC, el HFC (404a ) es el principal refrigerante utilizado en eltransporte terrestre (carretero) y el HFC (134a) en los contenedoresfrigoríficos. En los países en desarrollo, el escaso transporteterrestre y ferroviario requieren de la atención.

•Desde 1995 en los países desarrollados, todos los nuevosvehículos con aire acondicionado utilizan el HFC143a enlugar del CFC12.

•El CO y HC están siendo investigados.

Aire acondicionado móvil

•El CO2 y HC están siendo investigados.

•Se sigue dando importancia tantorefrigeración como a las emisiones.

a la carga de

Retos

Calidad de la alimentación

Disminución delImpacto ambiental

Ahorro y uso eficiente de la

energía

Imaginemos un mundo sin frío?

Climatización de espacios en

habitaciones y transporte

Conservación, refrigeración y

congelación de alimentos y

medicinas

Industria

Entretenimiento