Diseño de sistema solar térmico para lavado de lana de camélidos en la localidad de Visviri

Abstract

Ayllu Solar es una iniciativa de SERC Chile que busca impulsar el desarrollo de comunidades pertenecientes a la región de Arica y Parinacota a través de cuatro proyectos de energía solar. Uno de estos proyectos consiste en la creación de un centro de acopio y procesamiento de lana de camélidos, sistema de esquila móvil y micro-red fotovoltaica en Visviri, un poblado aimara ubicado en el Altiplano andino. Los niveles de radiación solar en Visviri son idóneos para la aplicación de sistemas de energía solar, con un índice anual de transparencia atmosférica de 0,72 y una insolación global horizontal anual cercana a los 2.500 kWh/m2. Dadas estas condiciones, la motivación para realizar este trabajo surge de la posibilidad de solucionar los requerimientos de calor de los procesos de lavado y secado de lana en el centro por medio de un sistema solar térmico. La solución propuesta considera un sistema con colectores no concentradores y acumulación en forma de calor sensible en agua. Dadas las bajas temperaturas registradas en Visviri, se propone utilizar agua con un 45% en peso de anticongelante como fluido de trabajo en los colectores, por lo que se considera una conexión indirecta entre éstos y el estanque. El suministro de calor para los procesos de lavado y secado se realiza a través de intercambiadores de calor de placas y de flujo cruzado, respectivamente, permitiendo trabajar con agua tratada al interior del estanque, con el fin de evitar problemas de corrosión e incrustaciones. El diseño considera criterios técnicos y económicos, evaluados en función de la respuesta en régimen transiente del sistema a lo largo del año, para lo cual se realizan simulaciones mediante el programa TRNSYS 17. A partir de los resultados de las simulaciones, se propone una configuración de cuatro colectores de tubos evacuados tipo heat pipe, totalizando un área bruta de alrededor de 20 m2, con una inclinación de 20° en orientación norte, acoplados a un acumulador térmico de 1.500 litros de capacidad. Se demuestra, además, que el uso de colectores planos no presenta beneficios económicos. Se estima que el sistema propuesto es capaz de proveer alrededor de 9,1 MWh/año, lo que se traduce en un aporte cercano al 88% de la demanda total de calor para calentamiento de agua y una remoción de agua mediante secado del orden del 97% de lo requerido. La evaluación económica del sistema indica un costo nivelado de la energía menor que el de un sistema alternativo en base a GLP, para una tasa de descuento del 3%, al considerar una vida útil igual o mayor a 17 años. Por último, se evalúa una propuesta alternativa diseñada para aportar sólo un cuarto de la demanda del proceso de secado, para la cual se observa un costo nivelado superior al del sistema en base a GLP. Dado esto, se recomienda la implementación de un sistema solar térmico sólo en caso de requerir de un aporte energético significativo al proceso de secado.