Un equipo de investigadores de Egipto desarrolló y validó un sistema de refrigeración termoeléctrica fuera de la red alimentado por energía solar fotovoltaica, diseñado específicamente para la conservación de pescado durante las operaciones de pesca.
El prototipo, que combina paneles solares, módulos Peltier y un sistema de control automatizado de temperatura, ofrece una alternativa sostenible, rentable y libre de emisiones a los métodos tradicionales basados en hielo o en refrigeración con combustibles fósiles, con un período de amortización de solo 0,15 años (dos meses aproximadamente).
La investigación, liderada por Islam El‑Sebaee del Instituto de Investigación de Ingeniería Agrícola de Egipto (Agricultural Engineering Research Institute) y publicada en la revista Scientific Reports del grupo Nature, responde a una necesidad crítica del sector pesquero artesanal.
Egipto, con una costa de 2.450 km en el Mediterráneo y el Mar Rojo, es el sexto productor acuícola mundial, el tercero en producción de tilapia y el principal productor acuícola de África, con una producción total que supera los 1,6 millones de toneladas métricas valoradas en 3.500 millones de dólares.
Sin embargo, gran parte de esta producción proviene de la pesca artesanal, donde los métodos de conservación tradicionales (basados en hielo o en refrigeración diésel) presentan limitaciones de capacidad, distribución desigual de temperatura, costos operativos elevados y emisiones de gases de efecto invernadero.
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El desafío de la conservación del pescado en la pesca artesanal
Mantener el pescado refrigerado durante la captura y el transporte es esencial para garantizar su calidad y seguridad alimentaria. Los métodos tradicionales de conservación a bordo, como el hielo, presentan limitaciones de capacidad, distribución desigual de la temperatura y dificultades de manipulación física, mientras que los sistemas de refrigeración convencionales suelen depender de combustibles fósiles, lo que genera emisiones de gases de efecto invernadero y elevados costos operativos.
Estos problemas afectan de manera especialmente grave a los pescadores artesanales, que requieren una solución asequible, eficaz y sostenible que no dependa de una red eléctrica fiable.
En este contexto, los investigadores egipcios diseñaron una unidad de refrigeración solar (SCU, por sus siglas en inglés) que integra una cámara de refrigeración, un intercambiador de calor, módulos Peltier (PM), un sistema de energía solar fotovoltaica y una unidad de control automatizada.
La cámara de refrigeración está construida con madera contrachapada con estanterías internas y ventiladores para garantizar una distribución uniforme del aire frío, mientras que el intercambiador de calor utiliza flujo de agua a través de tubos de aluminio para absorber y transferir el calor de manera eficiente.
Tecnología basada en el efecto Peltier y energía solar fotovoltaica
El sistema emplea módulos termoeléctricos (Peltier) que funcionan mediante el efecto del mismo nombre: cuando una corriente eléctrica continua atraviesa un circuito formado por dos semiconductores diferentes (tipo p y tipo n), se genera una transferencia de calor que enfría un lado del dispositivo mientras calienta el opuesto.
Esta tecnología, que no utiliza refrigerantes ni piezas móviles, ofrece una refrigeración compacta, silenciosa y respetuosa con el medio ambiente, ideal para aplicaciones fuera de la red.
Los investigadores probaron tres configuraciones del sistema: con uno, dos y tres módulos Peltier, evaluando su rendimiento en condiciones de campo en Alejandría, Egipto, utilizando lotes de 20 kg de pescado fresco.
El sistema se alimenta mediante paneles solares fotovoltaicos y cuenta con una unidad de control inteligente que optimiza el consumo energético para mantener las temperaturas objetivo.
Resultados: refrigeración eficiente a 5 °C
Los ensayos demostraron una relación directa entre el número de módulos Peltier y la eficacia de refrigeración. La configuración con tres módulos (triple PM) logró la mayor reducción de temperatura, alcanzando una temperatura mínima de 4 °C en el interior de la cámara y manteniéndola entre 4 °C y 8 °C a lo largo del día, lo que se alinea con los límites seguros de conservación para garantizar la frescura del pescado.
Las configuraciones con uno o dos módulos resultaron insuficientes para alcanzar el umbral crítico de conservación, con temperaturas que oscilaban entre 10 °C y 21 °C.
El consumo energético de la configuración triple fue de 1,6 kWh en total, con un consumo específico de energía (SEC) de 0,079 kWh/kg de pescado, significativamente inferior al de los sistemas de refrigeración convencionales.
El coeficiente de rendimiento (COP) fue de 0,039, y la mejora del rendimiento de refrigeración relativa fue del 67% para la configuración dual y del 108% para la triple, en comparación con la configuración simple.
Para evaluar la robustez del sistema en condiciones de campo dinámicas, los investigadores aplicaron simulaciones de Monte Carlo. Los resultados mostraron que la configuración con tres módulos Peltier ofrece una probabilidad del 76,2% de mantener temperaturas de conservación críticas (≤ 7 °C) incluso bajo condiciones ambientales fluctuantes, lo que valida su fiabilidad operativa en escenarios reales de pesca.
Amortización y potencial de escalabilidad
El estudio incluyó un análisis de viabilidad económica que reveló que la configuración con tres módulos Peltier es la más ventajosa desde el punto de vista económico, con el período de amortización más corto: 0,15 años (dos meses). Este dato contrasta con los sistemas de refrigeración convencionales, que a menudo requieren una inversión inicial sustancial y costos de combustible continuos.
Los investigadores señalan que el sistema es especialmente atractivo para pescadores artesanales y comunidades pequeñas que buscan reducir costos y huella de carbono simultáneamente. La escalabilidad modular (añadiendo más módulos Peltier según sea necesario) permite adaptar el sistema a diferentes volúmenes de captura, lo que amplía su potencial de adopción.
El estudio también subraya que la adopción futura de esta tecnología depende críticamente del descubrimiento de nuevos materiales termoeléctricos con mayor eficiencia de conversión que permitan convertir más energía solar en potencia de refrigeración con menos desperdicio.
Los hallazgos plantean preguntas más amplias sobre el papel de las soluciones renovables fuera de la red en sectores más allá de la pesca. Si la refrigeración termoeléctrica puede refinarse y hacerse más eficiente, sistemas similares podrían adaptarse para otros productos perecederos, desde productos lácteos hasta productos farmacéuticos, especialmente en zonas remotas o desatendidas.
«Este estudio demuestra que el módulo termoeléctrico tiene un alto potencial para mejorar un método de refrigeración directa. Sin embargo, la adopción futura de este sistema de refrigeración depende críticamente del descubrimiento de nuevos materiales con mejor eficiencia de conversión», señalaron los autores en el artículo.
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