Ahorro energético
De las turbinas marinas a los pastores de
yaks
Por A. González Arias
29
Febrero, 2012
|
La introducción de discos
piezoeléctricos en los soportes de los raíles generaría
electricidad suficiente como para alimentar las señales
luminosas y mecánicas de la
vía |
La producción de energía limpia mediante
celdas solares y molinos de viento se ha convertido en algo
cotidiano en muchos lugares. Los parques eólicos con decenas
de molinos de viento y las estaciones solares que ocupan
grandes áreas y generan potencia de cientos o miles de
kilowatt han dejado de ser noticia, aunque se sigue trabajando
intensamente en mejorar su eficiencia. Pero en la actualidad
los esfuerzos de la comunidad científica se han diversificado
mucho; se exploran nuevas y muy disímiles posibilidades
energéticas, algunas de ellas muy ingeniosas.
Los grupos de investigación trabajan en
propuestas novedosas para reducir el consumo, almacenar la
energía en exceso, o producirla en forma limpia y a bajo
costo. Puede que en muchos casos los resultados a
obtener sean modestos; no obstante, si su empleo llegara a
generalizarse, contribuirían a disminuir paulatinamente el uso
de los combustibles fósiles contaminantes y a reducir el
calentamiento global. Algunas posibles soluciones
energéticas en las que se continuó trabajando durante 2011 son
las siguientes.
Energía
piezoeléctrica
En el Instituto Tecnológico de
Israel, un grupo de investigadores trabaja en un sistema
ferroviario capaz de proporcionar electricidad a partir de las
tensiones mecánicas creadas en la línea al pasar el tren.
El efecto piezoeléctrico es bien conocido
como generador de chispas en los encendedores de las cocinas
de gas. La chispa se produce cuando ciertas cerámicas se
deforman y retornan bruscamente a su estado inicial.
Al introducir discos piezoeléctricos en los
soportes de los raíles, los investigadores pretenden generar
electricidad suficiente como para alimentar las señales
luminosas y mecánicas de la vía, además de recopilar
información acerca de la velocidad y situación de los trenes.
Resultados preliminares sugieren que en los
lugares de intenso tráfico ferroviario sería posible generar
más de la energía necesaria para cumplimentar estos fines. La
energía en exceso se almacenaría en baterías para ser usada
más adelante donde fuera necesario.
Energía mareomotriz
Otra
línea de investigación muy actual tiene que ver con el
movimiento de las grandes masas de agua durante las mareas. La
idea fundamental es aprovechar el flujo y reflujo del agua de
mar y convertirlo en energía eléctrica.
Para ello se colocan grandes turbinas
ancladas al fondo marino en lugares adecuados, donde existan
corrientes intensas. Las mareas son mucho más predecibles que
otras fuentes de energía limpia como, por ejemplo, la eólica.
Al ser causadas por la posición relativa de la Luna y el Sol
respecto a nuestro planeta, ocurren de manera periódica y se
conoce muy bien cuándo tendrán lugar, así como su
intensidad.
Es posible aprovechar tanto la energía
cinética del agua en movimiento como la energía potencial
causada por la diferencia de alturas. En el primer caso se usa
la velocidad de la corriente marina, de manera similar a como
se aprovecha el viento en una turbina eólica. En el segundo
método se busca un sitio geográfico adecuado en la costa para
acumular el agua mediante una presa durante la marea alta. Al
bajar la marea, el agua se deja fluir por una turbina para
generar electricidad.
La primera planta de energía mareomotriz se
terminó de construir en 1966 en La Rance, Francia, con una
capacidad de generación de 240 megawatt. En 2009 había unas 50
compañías en todo el mundo desarrollando prototipos para la
generación de energía mareomotriz. En la actualidad la mayor
planta del mundo, inaugurada en 2011, se encuentra en el lago
Sihwa en Corea del Sur.
|
|
Central maremotriz en La
Rance, Francia, primera de su tipo en el
mundo |
Energía almacenada en el aire
comprimido
Otros grupos de investigación se
dedican a buscar formas más eficientes de almacenar
energía. “Las baterías son caras”, alegan los
investigadores, “tienen vida limitada y cuando cumplen su vida
útil se convierten en desechos contaminantes, difíciles de
reciclar.”
El aire a presión no presenta esos
problemas. En la universidad de Arizona, investigadores de la
Escuela de Sistemas Ingenieros Sostenibles (School of
Sustainable Engineered Systems) estudian la posibilidad de
almacenar, a bajo costo, la energía sobrante de fuentes
alternativas en forma de aire comprimido.
El aire se almacenaría en grandes depósitos
bajo tierra, o incluso en cavidades naturales
subterráneas. Al aumentar la demanda de energía, el aire
comprimido se calentaría ligeramente para provocar su escape a
presión hacia turbinas de viento, y generar electricidad
nuevamente.
Electricidad a partir de pares
termoeléctricos y sistemas PCM
|
En China, el uso de un PCM obtenido a
partir de aceites de plantas locales y mantequilla de
yak permite a los pastores de estos animales protegerse
del frío |
Otros proyectos desarrollados en 2011, y que
aún se encuentran en fase de investigación temprana, son el
aprovechamiento del calor de los tubos de escape para producir
electricidad mediante pares termoeléctricos y el relleno de
las paredes de edificaciones con materiales de cambio de fase
(Phase Change Materials, PCM).
Este último sistema ya fue incluido como
prototipo en un recién construido edificio en el campus de la
Universidad de Washington, empleando un PCM derivado de
aceites vegetales.
La generación de electricidad mediante pares
termoeléctricos se basa en la propiedad de que dos alambres
metálicos de diferente material, soldados por los extremos,
generan una corriente eléctrica cuando las soldaduras se
mantienen a diferente temperatura. En los tubos de escape no
se usarían alambres, sino pequeñas losetas capaces de generar
suficiente energía como para reducir el consumo de combustible
del vehículo entre un 5 y 10%.
Los sistemas de cambio de fase PCM funcionan
en ciclos de fusión-solidificación. Cuando una sustancia
se funde, absorbe calor del medio ambiente; cuando se
solidifica, devuelve ese calor al exterior a la misma
temperatura constante (la temperatura de cambio de
fase).
En el cambio de fase agua-hielo esa
temperatura es de 0 ºC. Usualmente la cantidad de calor que se
intercambia es significativa. Por ejemplo, para fundir un
kilogramo de hielo hay que gastar la misma energía que para
calentar un kilogramo de agua desde 0 hasta 82 º C.
Un edificio con sus paredes internas
rellenas de PCM encapsulado, con temperatura de fusión cercana
a la ambiente, favorece el ahorro de energía de la manera
siguiente. Al caer la noche y bajar la temperatura ambiente
por debajo del promedio, el material comienza a solidificarse,
generando calor que puede ser eliminado ventilando el interior
del edificio. Al llegar el día y elevarse la temperatura, el
PCM absorberá calor del interior al fundirse, lo cual reduce
el gasto de energía de climatización para mantener fresco el
edificio en las horas de mayor calor.
Para reducir las fluctuaciones de
temperatura de manera similar, pero sin emplear el PCM, se
requerirían paredes aislantes de hormigón de 25 cm de espesor.
El grosor de las cápsulas de PCM es de sólo 1,25 cm.
Otra aplicación de los PCM pretende mejorar
las condiciones de vida de los pastores de yaks en lugares
fríos de China. La investigación se encuentra actualmente en
la fase de proyecto piloto. Aquí se emplea un PCM obtenido a
partir de aceites de plantas locales y mantequilla de yak; se
encapsula adecuadamente y se inserta en la ropa tradicional de
los pastores. Cuando los pastores realizan sus largas
caminatas hasta los sitios de pastoreo el PCM se funde,
absorbiendo calor. Al llegar al sitio de pastoreo y dejar de
hacer ejercicio, el PCM contribuye a mantener caliente el
abrigo mientras se solidifica y devuelve el calor que antes
fue absorbido.
Aplicando el sistema a las mantas de
dormir de la familia, estas se calientan durante el día en la
cocina de la vivienda sin gasto energético adicional. Al
restituir el calor a sus dueños durante la noche, se ahorra
una parte importante del combustible empleado en la
calefacción nocturna.