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Cómo los sistemas solares térmicos Demax proporcionan calor para procesos industriales
Adaptación de la producción térmica solar a rangos de temperatura industriales clave (80–400 °C)
McKinsey explica que la demanda más alta de calefacción industrial (más del 50 %) se produce en requerimientos de calentamiento por debajo de los 400 grados Celsius. Por ello, Demax centra su tecnología en el rango de 400 °C, donde operan la mayoría de los procesos industriales en Estados Unidos. Esta flexibilidad abarca distintos sectores industriales, desde plantas de procesamiento de alimentos, cuyos requerimientos de calentamiento oscilan entre 100 y 250 grados, hasta fabricantes químicos, que suelen operar normalmente entre 300 y 400 grados. Su diseño modular garantiza que no se desperdicie energía, ya que se adapta exactamente a los requerimientos de cualquier proceso específico. Además, proporcionan una calefacción totalmente limpia para la esterilización de equipos, el secado de productos y la ejecución de procesos de destilación.
Tecnología central: Integración de colectores cilindro-parabólicos y tubos evacuados en matrices modulares de energía solar térmica.
El sistema Demax integra dos tipos de tecnologías solares. En primer lugar, colectores cilindro-parabólicos que concentran los rayos directos del sol sobre tubos receptores de calor con temperaturas de salida de 150 a 400 grados Celsius, los cuales funcionan mejor bajo luz solar directa. A continuación, el sistema utiliza tubos evacuados sellados al vacío, excelentes para capturar calor incluso cuando la luz es difusa, lo que los hace ideales para aplicaciones de baja temperatura. Cuando se implementan como arquitecturas híbridas, investigaciones demuestran que la eficiencia aumenta hasta en un 24 % frente a sistemas basados en una única tecnología. Cada módulo tiene aproximadamente 500 metros cuadrados de superficie y genera alrededor de 0,5 megavatios de energía térmica. Este diseño modular permite a las empresas desplegar las unidades por etapas, conforme crecen sus necesidades de producción o se modernizan sus instalaciones.
Por qué la CSP de baja concentración está mejor adaptada a usos industriales de energía solar térmica
Ventajas frente a la CSP de alta concentración: funcionamiento más eficiente a temperaturas < 250 °C, menor costo de operación y mantenimiento (O&M), y rendimiento superior en condiciones de carga parcial
Cuando se trata de temperaturas de operación de aproximadamente 250 °C, los sistemas CSP de baja concentración son superiores a los de alta concentración, ya que pueden ofrecer una eficiencia térmica mejorada en aplicaciones de vapor, como el procesamiento de alimentos y la tintura textil, en un 15 % a un 25 %. La razón de esto es que los sistemas CSP de baja concentración utilizan ópticas y sistemas de seguimiento menos complejos, lo que también implica una menor complejidad operativa diaria; esto, a su vez, se traduce en una reducción del 30 % en los costos de mantenimiento operativo, una reducción significativa del tiempo de inactividad por mantenimiento y una producción constante de energía térmica, incluso ante condiciones cambiantes de radiación solar a lo largo del día. Un estudio sobre la estabilidad termofluida realizado en 2023 demostró que las fábricas pueden operar térmicamente con rapidez durante el día y también pueden ser térmicamente flexibles durante los días nublados.
La filosofía de diseño de Demax se centra en la fiabilidad, la integración térmica, la escalabilidad modular y el método de entrega térmica directa que minimiza las pérdidas durante la conversión eléctrica.
El equipo de ingeniería de Demax se centra en tres áreas específicas en sus diseños. En primer lugar, los métodos de suministro que son exclusivamente térmicos. Han registrado que aproximadamente el 97 % de la energía solar capturada se utiliza en la captación térmica directa, lo cual es impresionante en comparación con otros métodos. En segundo lugar, el diseño modular de sus matrices solares térmicas permite una fácil expansión del sistema, eliminando así la necesidad de cambios extensos en el diseño del sistema. Las instalaciones a pequeña escala comienzan en 500 kWt, pero pueden ampliarse hasta varios megavatios. Además, los componentes del sistema pueden operarse de forma continua día tras día. Las pruebas en condiciones reales han demostrado que sus componentes experimentan una degradación inferior al 1 % anual, incluso en condiciones operativas extremas. Esta combinación de decisiones de diseño permite a los fabricantes lograr los aspectos más importantes de sus sistemas: una generación constante y fiable de energía térmica, sin las complicaciones asociadas a los sistemas convencionales.
Integración de sistemas solares térmicos con procesos industriales
Ejemplo: sistema solar térmico de 1,8 MWt que suministra vapor a 125 °C para el procesamiento de alimentos en España (2023)
En 2023, una planta de procesamiento de alimentos en España, equipada con un sistema solar térmico Demax de 1,8 MWt, fue la primera de su tipo en el país capaz de producir vapor a los 125 °C necesarios para la esterilización y limpieza del vapor. Este sistema se integra con uno de los sistemas de calderas ya existentes de la empresa y cuenta con una gran matriz de tubos evacuados solares de 2300 m², lo que permitió reducir el consumo de gas natural en aproximadamente un 28 %. Esta configuración supone una reducción anual de aproximadamente 420 toneladas métricas de emisiones de CO₂. Además, gracias a la elevada irradiación solar de España y a los competitivos precios industriales de la energía, resultó financieramente viable para la empresa operar el sistema a plena capacidad, ya que la instalación se amortizó económicamente en menos de cinco años. Esto resulta especialmente ventajoso para empresas cuya mayor parte de la demanda de energía térmica se produce durante el día y coincide con la disponibilidad de energía solar térmica.
Superación de la intermitencia: almacenamiento térmico basado en materiales de cambio de fase (MCP) que permite un suministro de calor regulable durante 6–10 horas
El almacenamiento térmico mediante materiales de cambio de fase (MCP) ayuda a abordar el problema de la intermitencia de la energía solar para usos industriales. Un ejemplo de ello es la fábrica española que utiliza cápsulas de MCP basadas en sales hidratadas. Estos MCP absorben exceso de calor a aproximadamente 118 grados Celsius y liberan el calor almacenado en forma de vapor en un momento posterior, lo que permite que la fábrica opere durante la noche sin necesidad de combustibles fósiles como respaldo. Esta fábrica ha logrado además un aprovechamiento anual de la energía solar del 92 %, significativamente superior al 60–70 % típico de otras instalaciones que utilizan energía solar térmica sin ningún sistema de almacenamiento. La tecnología de MCP ha supuesto un verdadero cambio de paradigma para los fabricantes de los sectores alimentario, farmacéutico y químico, donde un suministro constante de calor es fundamental para sus operaciones.
Preguntas frecuentes
¿En qué rango de temperaturas están diseñados los sistemas solares térmicos Demax?
Los sistemas solares térmicos Demax están diseñados para satisfacer necesidades industriales de calefacción de hasta 400 grados Celsius.
¿Por qué se prefiere la CSP de baja concentración para aplicaciones industriales por debajo de 250 °C?
Por encima de 250 grados Celsius, los costos operativos y de mantenimiento, así como las posibles fluctuaciones en la producción de calor, constituyen problemas. Por debajo de 250 grados Celsius, los sistemas CSP de baja concentración son más económicos de operar y mantener, y resultan más eficaces para satisfacer demandas estables de calor, ya que las bajas y fluctuaciones en el calor de entrada procedente de la luz solar no suponen un problema.
¿Cuáles son las tecnologías fundamentales de los sistemas térmicos solares de Demax?
Demax dispone de matrices solares térmicas modulares que combinan colectores cilindro-parabólicos y tubos evacuados. Esta integración tecnológica permite un aumento de eficiencia del 24 % en comparación con los sistemas que funcionan únicamente con una sola tecnología.
¿Cómo se integra el sistema Demax en los procesos industriales existentes?
Con el sistema Demax, los procesos industriales existentes permanecen iguales, ya que las modificaciones se realizan únicamente en los sistemas de calderas. Este cambio permite que los procesos utilicen menos gas natural y emitan menores cantidades de carbono.