Un grupo de investigadores de China ha analizado el rendimiento de los modos de almacenamiento de hielo en un almacén frigorífico impulsado por energía fotovoltaica y ha descubierto que esta combinación puede ofrecer importantes ventajas.
El almacenamiento de hielo implica la producción de hielo en contenedores aislados para su uso posterior, por ejemplo, en épocas de menor irradiación solar. En la investigación, los académicos consideraron tanto el almacenamiento de hielo en serie (SM, por sus siglas en inglés) como el almacenamiento de hielo en paralelo (PM).
En el almacenamiento de hielo SM, el tanque de almacenamiento está conectado en serie a un enfriador de aire. “De esta forma, el sistema permite simultáneamente suministrar frío a través del refrigerador de aire y almacenar energía fría en el tanque de almacenamiento de hielo cuando se dispone de energía solar. Además, el tanque de almacenamiento de hielo suministra refrigeración durante la noche o cuando la irradiancia es insuficiente”, explicaron.
En el almacenamiento de hielo PM, el refrigerador de aire y el tanque de almacenamiento de hielo están conectados en paralelo. “De esta forma, el sistema almacena energía fría en el tanque de almacenamiento de hielo antes de suministrar refrigeración cuando se dispone de energía solar, permitiendo así que el tanque de almacenamiento de hielo suministre refrigeración de forma continua”, añadieron.
La investigación se llevó a cabo en un almacén frigorífico con un volumen de 24.472 m3 que podía funcionar tanto con energía fotovoltaica como con energía de la red. Constaba de 5,4 kW de paneles solares y un inversor, que hacía funcionar el sistema de refrigeración por compresión de vapor (RCPV). “El subsistema VCR consistía principalmente en un compresor de CA con un convertidor de frecuencia, un condensador, una válvula de mariposa, un enfriador de aire y un tanque de almacenamiento de hielo, todos conectados en secuencia y utilizando R22 como refrigerante”, explicaron además los científicos.
El grupo de investigación también señaló que el sistema se construyó para que pudiera cambiar entre los modos SM y PM. Para funcionar en el primer modo, se abría una válvula entre la válvula de mariposa y el enfriador de aire, mientras que se cerraba una válvula entre la válvula de mariposa y el tanque de almacenamiento de hielo, así como una válvula entre la bomba y el tanque de almacenamiento de hielo. Para el segundo modo, se utilizó la conexión opuesta.
El sistema funcionó en diferentes condiciones: alimentado por la red o por energía fotovoltaica; en vacío y a plena carga; y con SM o PM.
Con el funcionamiento FV-SM, el coeficiente de rendimiento de refrigeración (COP) fue de 2,47 en vacío y de 2,66 a plena carga. En las mismas condiciones, el COP de todo el sistema fue de 0,26 y 0,28, respectivamente. El sistema FV-PM, sin embargo, mostró peores resultados, con un COP de refrigeración de 2,26 en vacío y 2,56 a plena carga. El COP del sistema PV-PM fue de 0,25 y 0,27, respectivamente.
“El costo del modo SM es inferior al del modo PM. En comparación con el modo PM, el costo total del pago igual anual de SM con accionamiento FV disminuyó de 6.494,69 dólares a 5.906,16 dólares, lo que supone un 9,96 % menos que el modo PM”, afirmaron también. “En comparación con el sistema accionado por electricidad de la red pública, el FV es más eficiente desde el punto de vista energético, y el costo económico del modo SM es inferior al del modo PM”.
Dado que el PV-SM demostró ser superior, los académicos procedieron a almacenar en él 1.500 kg de uvas verdes para su conservación en fresco durante dos semanas. Tras este periodo, su peso neto con conservación en fresco se redujo de 1.475,10 a 1.460,25 kg. La humedad se redujo del 86,51 % al 85,135 %, y el contenido de azúcar del 16,18 % al 15,78 %. Como referencia, sin conservación en fresco, la humedad descendió del 86,154 % al 79,593 %, y el contenido de azúcar del 16,28 % al 12,28 %.
“Los resultados indican que el mantenimiento de la temperatura de almacenamiento del sistema a 5 ºC evitó una disminución de la calidad de la uva, lo que se tradujo en una disminución del 5,186 % del contenido de agua y del 3,61 % del contenido de azúcar”, concluyeron. “La reducción de masa permitió deducir que si las uvas se hubieran conservado a temperatura ambiente su pérdida de masa global habría sido considerablemente elevada. El método de conservación en fresco evitó la reducción de masa de la uva verde debido a la minimización de la evaporación del agua”.
El sistema se presentó en “Research on the characteristics of photovoltaic-driven refrigerated warehouse system under different ice storage modes” (Investigación sobre las características del sistema de almacén frigorífico accionado por energía fotovoltaica en diferentes modos de almacenamiento de hielo.), publicado en Results in Engineering. El grupo estaba formado por científicos de la Universidad Normal de Yunnan y del Laboratorio Clave de Refrigeración de Yunnan.
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