Colector solar de disco parabólico

El prototipo desarrollado por los investigadores del Instituto Politécnico Nacional permite satisfacer las demandas de la pequeña y mediana industria, y se puede utilizar en diversos tipos de sectores.

Gracias a la tecnología se ha conseguido que las prisiones de nueva generación sean más comunes y se operen a través de mecanismos de mayor eficiencia.

Por  Antonia Tapia.

Investigadores de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Unidad Zacatenco, del Instituto Politécnico Nacional (IPN), desarrollaron un prototipo de colector solar de disco parabólico que podría utilizarse como  sistema de calentamiento de agua para uso residencial y dentro de la pequeña y mediana industria. El proyecto surgió en 2010 y se encuentra bajo la dirección del doctor Juan Gabriel Barbosa Saldaña. Constructor Eléctrico dialoga sobre esta iniciativa con el investigador, quien afirma que hasta el momento han tenido resultados muy favorables con el prototipo e inclusive han superado las expectativas iniciales.

Actualmente, el sistema está siendo patentado ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI) y se espera que a finales del presente año se tenga el reconocimiento como patente a escala nacional y se pueda comenzar a comercializar.

El prototipo
Desde la época de Arquímedes, los seres humanos han utilizado discos parabólicos; sin embargo, la característica principal del colector solar desarrollado por docentes y alumnos del IPN es que el prototipo se encuentra equipado con un sistema de seguimiento en dos ejes, lo cual permite que apunte en todo momento al Sol, pueda captar mayor energía y presente una elevada eficiencia del proceso de transformación de energía solar a térmica.

La otra característica particular es que el colector es de pequeña modularidad, sus dimensiones son de 1.5 m de diámetro, que lo hace ideal para satisfacer las demandas de la pequeña y mediana industria y para aplicaciones en el sector hospitalario, hotelero y residencial.

El doctor explica que para la construcción de este colector se optó por utilizar un molde de fibra de vidrio. Posteriormente, la cara cóncava de la parábola se cubrió con mylar, un material de alta reflectividad, y para darle movimiento se emplearon cajas de reducción de engranajes, que son placas fabricadas en aluminio.

“Actualmente, los resultados de este prototipo nos han permitido ampliar la oferta hacia otros sectores, como puede ser la industria minera y metalúrgica. En ellas, se podría aplicar en la fundición de materiales. También la intención es incluir fotoceldas de doble y triple unión para la obtención directa de electricidad”, indica el investigador del IPN.

Beneficios
La principal ventaja de este tipo de tecnologías es que su aplicación permite la sustitución parcial del uso de energéticos convencionales derivados del petróleo, contribuyendo así a la mejora del medioambiente. Por lo tanto, se obtiene un uso más eficiente de los recursos naturales en armonía con el entorno.

Costos
Los costos de implementación de colectores solares y, en general, el uso de la tecnología solar para satisfacer las demandas energéticas requieren de una fuerte inversión inicial de capital. No obstante, los dispositivos solares tienen una vida útil de 20 años, y a lo largo de este tiempo no precisan de costos de mantenimiento. Además, en el mejor de los casos, pueden llegar a satisfacer entre 80 y 85 por ciento de la demanda de energía, lo que a la vista representa un fuerte ahorro de dinero que amortiza la inversión inicial en periodos de 5 a 7 años.

“El prototipo que desarrollamos tiene un costo aproximado de 50 a 60 mil pesos, pero hay que tomar en cuenta que es un dispositivo único y que una vez que se produzca en serie su costo será abatido, pudiéndose comercializar a bajos costos”, afirma el investigador.

Un proyecto con historia
Desde 1975 hasta la fecha, el Instituto de Ingeniería, de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), ha desarrollado el único proyecto para la generación de potencia eléctrica de canal parabólico. En sus inicios, lograron generar 1 kW con un módulo de 10 m de longitud y 2 m de apertura. En este sistema se realizó generación directa de vapor de 1975 a 1979. Posteriormente, se construyó una planta de 10 kW, la cual constaba de 16 módulos de canal parabólico con 14.5 m de longitud y 2.5 m de apertura cada módulo. El área total de espejos fue de 1 mol 400 m2, circulando un aceite mineral a través de los tubos absorbedores, calentándose a 300 °C. Este aceite se almacenaba en tanques y luego se enviaban a un intercambiador de calor para generar vapor y usarlo en una turbina o motor de pistones, con un generador eléctrico acoplado. Este sistema  funcionó de 1982 a 1990. Posteriormente, de 1998 al 2003 se eliminaron almacenes y aceites, como fluidos de transferencia de calor, para convertir al sistema en generador directo de vapor, mediante un cambio de fase líquido-vapor en los tubos absorbedores. Se tuvo que eliminar la mitad de la planta solar, ya que la operación y mantenimiento resultaba muy onerosa.

En la primera etapa, hubo patrocinio de la Secretaría de Energía, mientras que en la segunda, el patrocino fue de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) y la UNAM.

También se realizó el estudio técnico-económico de un sistema híbrido solar-geotermia para Cerro Prieto por pedido de la CFE de 2003 a 2008. En este proyecto se plantearon varias opciones para incrementar el vapor a partir de la salmuera de desecho.

Fuente: Asociación Nacional de Energía Solar

Gran potencial, poca inversión

Según datos de la Agencia Internacional de Energía, los países que más desarrollo tecnológico tienen en cuanto al uso y aplicación de las fuentes alternas de energía a nivel mundial son Alemania, España, Japón y Estados Unidos. México, por ejemplo, supera en un 60 por ciento el potencial de energía solar que tienen Alemania y España, ya que sus recursos para generar electricidad por medios fotovoltaicos, debido a su ubicación, son muy generosos.  Sin embargo, Alemania supera en 40 veces la capacidad instalada que registra actualmente la República Mexicana.

“Lamentablemente, México no tiene una posición destacada en cuanto a uso y aplicación de fuentes alternas de energía. De hecho, no figura entre los primeros 20, aun cuando su potencial de recursos en niveles de radiación solar se encuentra entre los primeros 10”, afirma el doctor.

En México, existen esfuerzos aislados en cuanto a la aplicación y uso de energía solar, el cual se ha enfocado principalmente en el ámbito rural. Recientemente, algunas construcciones habitacionales en las principales ciudades del país han incursionado en el uso de colectores solares planos para satisfacer la demanda de agua caliente en casa habitación. En Morelos, algunos centros turísticos y recreativos también utilizan esta fuente de energía para el calentamiento  de agua en  albercas.

De igual modo, algunas industrias buscan adherirse al uso de energía solar, permitiendo así que sus instalaciones hidráulicas y sanitarias utilicen esta fuente de energía. A gran escala, la planta termosolar en Agua Prieta, Sonora, es una de las apuestas más importantes. Según el Programa de Obras e Inversiones del Sector Eléctrico 2012-2026, de la Comisión Federal de Electricidad, desde principios de este año se encuentra en operaciones.

A futuro
“Definitivamente, es de vital importancia que México adopte una cultura tecnológica amable con el medioambiente y que permita cambiar la dependencia de los combustibles fósiles derivados del petróleo al uso de tecnologías sustentables. El punto principal es que cuenta con los recursos naturales en abundancia”, sostiene el investigador.

De la misma manera, Barbosa Saldaña expresa que actualmente el Gobierno ha identificado la necesidad de la implementación de energías alternas, como el motor que se requiere para activar el sector energético. Sin embargo, se ha centrado en el estrato industrial y en la generación de energía a gran escala, y no ha apostado demasiado por la aplicación en pequeña escala, donde el impacto tendría efectos  inmediatos y directos en la economía de la sociedad.

“La implementación de esta tecnología, a menor escala, permitiría que pequeñas acciones logren grandes cambios, de importante magnitud que son los que requiere este país”, señala.

Para finalizar, el investigar del Politécnico indica que uno principales desafíos para este tipo de tecnología, además de los costos, es que cada persona, fábrica, industria, negocio o planta dependa de la energía solar tanto como en la actualidad depende de los combustibles fósiles.

“En ese momento creo que la sociedad mexicana habrá dado el gran salto y se podrá catalogar como una sociedad limpia y de primer mundo”, concluye.
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