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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En el caso específico de los fluidos con nano partículas oxido cerámicas o nano fluidos como; CuO o Al2O3 en agua como líquido base, varios autores han demostrado que se obtiene una mayor poder calorífico al añadir dichas nano partículas en relación al poder calorífico del fluido de base por sí mismo. Por ejemplo, partículas de 13nm de Al2O3 a una fracción volumétrica de 4.3% incrementa la conductividad térmica del agua un 30%. Sin embargo, cuando el tamaño de las nano partículas se incrementa a 40nm, la conductividad crece menos del 10%, por lo que es de suma importancia cuidar el tamaño y la homogeneidad de las partículas.

Los colectores planos que utilizan nano partículas añadidas a un fluido base, han reportado incrementos de eficiencia energética d hasta 95.12% sin embargo una eficiencia en ese sistema en particular la eficiencia de exergía fue de 26.25%. Lo que indica que las los fluidos con nano partículas añadidas efectivamente mejora la colección de energía, sin embargo, esto no es garantía de que toda esa energía colectad, pueda emplearse efectivamente o ser útil.

Empleando fluidos con nano partículas el fluido de trabajo se emplearía por decirlo de cierto modo, en un fluido de transferencia, es decir, por ejemplo, en el caso de un calentador de uso doméstico, el fluido con nano partículas tendría que pasar por un intercambiador de calor, para transferir la energía térmica que lleva consigo al agua de uso domestico o sanitario. Esto podría presentar las ventajas de tener un sistema con un circuito cerrado, lo que evitaría acumulación de residuos procedentes de las fuentes de agua y corrosión que podría provocar, una cantidad específica y siempre controlada del fluido de trabajo. Las desventajas que presentan el uso de sistemas que emplean fluidos con nano partículas como fluido de trabajo es el riesgo de una posible ruptura en el sistema, los que drenaría el fluido de trabajo y requeriría aparte de la reparación, la sustitución del fluido.

Sin embargo en el peor de los casos el fluido que recibirá la energía térmica proveniente del colector podría contaminarse con el fluido con nano partículas y viceversa, si esto se da en un sistema domestico el fluido con nano partículas podría representar un riesgo para los usuarios.

Los colectores solares con tubos al vacio tienen un mejor desempeño que los colectores solares de placa plana. Los colectores con tubos al vacio consisten esencialmente en dos tubos coaxiales uno dentro del otro, con un vacío creado entre los dos tubos, esto permite que solo la radiación viaje de un tubo a otro, entonces un colector de alta eficiencia térmica es colocado en el tubo interior.

Naturalmente se ha probado si hay un incremento en la eficiencia de los colectores con tubos al vacio cuando se emplean fluidos con nano partículas como fluidos de trabajo. En un experimento realizado por Mahendran et al. Se mostró un incremento de de 42.5% empleando una concentración de 2% de nano fluidos (Mahmud Jamil Muhammad, 2016) .

Sin embargo, aunque podamos notar un incremento relevante en la eficiencia de los colectores gracias al uso de los fluidos con nano partículas, los altos costos de producción, dificultad en la manufactura, limitación en la producción, la posible aglomeración de partículas aunado al incremento en la energía necesaria para bombear el fluido de trabajo dificultan la masificación de esta tecnología tanto para aplicaciones domesticas como industriales.

Otro modo de aprovechar la energía solar, es combinando la cosecha de energía térmica con la eléctrica, es decir, sistemas híbridos de dispositivos que funcionen a la vez como paneles fotovoltaicos y colectores de energía térmica, ambas conversiones de energía de hacen de forma directa, por lo que se reducen las pérdidas y la construcción hace a los sistemas relativamente sencillos, consisten en tubos colectores que son colocados inmediatamente debajo de celdas fotovoltaicas.

Las celdas fotovoltaicas reducen su eficiencia cuando se incrementa su temperatura, al mantener en cierto rango de temperatura las celdas (Siddharth Suman, 2015), se pueden mantener la variable de temperatura a su máxima eficiencia operativa, estos sistemas aprovechan el calor retirado de las celdas en energía térmica, sin embargo Dios mio ayudame con esto, el aprovechamiento térmico en estos casos es de baja temperatura, por ejemplo, para uso domestico, ya que la colección de energía térmica disminuye por la disminución de superficie efectiva de absorción.

Para los sistemas híbridos fotovoltaicos térmicos se puede emplear además de otros fluidos como refrigerantes, agua o aire, lo que podría hacer estos sistemas competitivos en el mercado, ya que son sistemas de relativa simpleza y podrían incrementar la eficiencia de las celdas fotovoltaicas aparte de que los fluidos de trabajo pueden ser perfectamente empleados en aplicaciones domesticas, en especial en lugares retirados de servicios urbanos.

Para concluir podemos considerar que los avances en las tecnologías para el aprovechamiento de la energía térmica solar podrían representar una opción para diversas aplicaciones, la urgencia de reemplazar las tecnologías dependientes de fuentes contaminantes de energía como las basadas en combustibles fósiles o en general que generen emisiones, nos lleva a pensar que lo mejor sería optar por los dispositivos más sencillos como los colectores que usen como fluido de trabajo aire o agua, ya que esto podría facilitar la masificación del uso de estas tecnologías, ya si se prefiere usar un colector con seguimiento o estático parabólico o plano, dependería de la inversión y las necesidades del usuario final, .Su operación y en su caso reparaciones seria sencillas, puesto que los mencionados fluidos de trabajo son abundantes y prácticamente gratuitos, sin embargo, el emplear en el futuro cercano fluidos con nano partículas se ve complejo, debido a los altos costes de estos y las dificultades de su producción. Entonces, es preferible emplear sistemas sencillos para el usuario para masificar la utilización de estas tecnologías. En contra posición, para aplicaciones especificas, como producción de energía en grandes centrales térmicas los fluidos con nano partículas representan una buena opción como fluidos de trabajo.

Bibliografía

Díez, P. F. Procesps Termosolaren en baja, media y alta temperatura. En P. F. Díez, Procesps Termosolaren en baja, media y alta temperatura (págs. 99-119).

Kalogirou, S. A. (2004). Solar thermal collectors and applications. Progress in Energy and Combustion , 231-295.

Mahmud