Ensayo: Potenciamiento en el desempeño de colectores solares y en el desempeño térmico de colectores y su relevancia en el aprovechamiento de la energía térmica.

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Potenciamiento en el desempeño de colectores solares y en el desempeño térmico de colectores de placa plana y su relevancia en el aprovechamiento de la energía térmica

Hoy día uno de los problemas que tiene más relevancia a nivel mundial, es el acelerado deterioro del medio ambiente debido a la explotación de recursos naturales, de los que una gran parte son empleados para satisfacer una creciente demanda de energía, sin mencionar los residuos y riesgos que representan los métodos tradicionales para generar dicha energía, como la quema de combustibles fósiles o incluso las centrales nucleares (Mahmud Jamil Muhammad, 2016).

El cuidado y preservación del medio ambiente es una prioridad, ya que globalmente se ha llegado a un punto en el que el planeta no puede regenerar los recursos consumidos en un año por los seres humanos.

Sin embargo, no podemos simplemente reducir la producción de energía debido al crecimiento de la población y a la dependencia que tenemos de las máquinas, ya que toda tecnología que tenemos la requiere.

Otro factor que impide la inmediata reducción de la producción de energía, es el nivel de vida al nos hemos acostumbrado, si bien es necesaria una corrección en ciertas conductas de consumo, hay necesidades que no podemos ignorar, como calefacción y energía eléctrica en aplicaciones de larga duración debido a condiciones geográficas, climáticas o de necesidades específicas. Por ejemplo en locaciones fuera de los trópicos la calefacción es una necesidad no solo para el bien estar sino para la supervivencia de las personas, entonces no es posible simplemente ignorar estas necesidades y eliminar cualquier sistema de calefacción que utilice combustibles fósiles sin dejar alguna tecnología que pudiese cumplir las funciones de un calefactor.

Bajo la idea de reemplazar las tecnologías dependientes de fuentes contaminantes hemos decidido retroceder y observar las fuentes de energía de la naturaleza, en específico, la fuente principal de energía de toda vida en Superficie de la Tierra; El Sol

La energía solar surge como una gran promesa entre las energías renovables ya que viene de una fuente virtualmente inagotable, no genera emisiones como Co2, al menos en el proceso de conversión de energía, la fuente es gratuita y abundante, tiene una gran área de investigación y desarrollo y puede ser aprovechada de forma directa en dos de la principales formas de energía que cubren nuestras necesidades energéticas; electricidad y calor.

En el presente ensayo se discutirá uno de esos modos de aprovechamiento de energía solar, el aprovechamiento térmico, lo que nos lleva a la pregunta. ¿Los colectores solares podrían llegar a representar en el futuro próximo o incluso presente una forma relevante de aprovechamiento de energía térmica?

Para esto hablaremos de los desarrollos vistos en los artículos  “Performance enhancement of solar collectors”,  Siddharth Suman, Mohd. Kaleem Khan, Manabendra Pathak  y “Thermal performance enhancement of flat-plate and evacuated tube solar collectors using nanofluid”, Muhmud Jamil Muhammad, Isa Adamu Muhammad et Al. Los cuales proveen información acerca de los avances en el desarrollo de colectores solares por ejemplo: colectores híbridos o fotovoltaicos-térmicos, discos parabólicos, o el uso de nano partículas metálicas en los fluidos para incrementar la eficiencia de los colectores planos.

Los colectores solares son dispositivos que recolectan la energía térmica del sol, absorbiendo la radiación que reciben, comúnmente la energía térmica es transferida a un fluido de trabajo a partir del cual se puede emplear el calor en distintas aplicaciones.  Los colectores pueden ser de placas planas con tubos al vacio o parabólicos  así como pueden ser fijos o de seguimiento, los cuales pueden ser en un solo eje o en ambos ejes  (cenital y acimutal)   y procuran recibir la radiación de manera incidente durante todo el periodo en el que el sol este presente.

Comúnmente, lo colectores pueden emplear como fluido de trabajo agua ( SWH), aire (SAH), aceites, sales, o fluidos con nano partículas metálicas como plata, cobre y óxido de cobre entre otros (Siddharth Suman, 2015). Sin embargo, el usar como fluido de trabajo tanto el agua como el aire presenta una ventaja operativa circunstancial sobre los demás elementos, el bajo o nulo coste de estos elementos aunado a la abundancia de ambos los hace sumamente prácticos, y evita la necesidad de agentes especializados en el manejo de los demás fluidos, sin mencionar el grado de dificultad que pueda tener su fabricación  y la posible contaminación que pudiese generar. Otro factor importante de la practicidad que pudiese tener usar agua o aire, es que pudiese ser más accesible para la gente común o no especializada, ya que una parte importe de de las necesidades que satisface el aprovechamiento térmico de la energía solar es la calefacción. Entonces el uso de fluidos “sencillos” o de fácil obtención incrementa las posibilidades de uso en parte por los costos y en parte por las aplicaciones, ya que bien podría usarse  para calentamiento de agua para uso sanitario, o aire, para hacer más confortable una habitación o edificio.

Entre el empleo de agua o aire para fluido de trabajo, podemos mencionar que el agua tiene la ventaja de tener  mayor capacidad calorífica en  relación al aire, lo que permite que los sistemas que funcionan con agua como fluido de trabajo tengan mayor eficiencia que los sistemas que emplean aire, otra ventaja de emplear agua, es que cuando se utiliza aire, se  necesita emplear un mayor volumen (Díez), por lo que es necesario utilizar, mas energía en los sistemas de bombeo y un mayor volumen de almacenamiento en relación a los sistemas que emplean agua, así como una cantidad más limitada que puede ser absorbida por el aire y la energía térmica que este pudiese transmitir.

En contraparte, la mayor ventaja de emplear aire, es evitar la corrosión en los sistemas de tuberías y la acumulación de residuos que pudiese tener el agua, si es que no se está empleando agua destilada y la mayor disponibilidad del recurso, así como al igual que la energía solar en sí misma, es totalmente gratuita, el aire también lo es.

 Para incrementar el poder calorífico de los colectores o eficiencia, pueden emplearse fluidos distintos al agua o aire, como; los fluidos con nano partículas oxido cerámicas, sin embargo, como se ha mencionado anteriormente su precio, dificultad de manufactura o riesgos y cuidados en la manipulación, podrían dificultar la masificación de su empleo en aplicaciones cotidianas, sin embargo podrían aprovecharse en la industria o en la generación de energía, como en las plantas solares que emplean sales fundidas para su funcionamiento.

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