La catedrática de Ingeniería Energética en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la UNED, María José Montes Pita, ha estado a la vanguardia de uno de los desafíos más significativos en el ámbito de la energía solar de concentración: optimizar la generación y transferencia de calor a altas temperaturas. Su investigación se centra actualmente en el uso de gases presurizados y en innovadores diseños de receptores, lo que podría revolucionar la eficiencia de estos sistemas y ampliar su aplicabilidad en diversas industrias.
Un interés creciente en el sector
Este avance ha captado la atención del sector energético y fue recientemente destacado en una entrevista publicada por SolarPACES. En ella, Montes Pita expone las claves de su trabajo y su potencial para impulsar tecnologías solares avanzadas. La investigadora parte de una premisa fundamental: “cuando buscamos alcanzar temperaturas más elevadas y mejores eficiencias, los fluidos térmicos convencionales enfrentan restricciones significativas”. Estas limitaciones han llevado a su equipo a investigar alternativas que puedan superar los inconvenientes asociados a fluidos tradicionales como el vapor, aceites térmicos o sales fundidas.
En este contexto, el uso de gases se presenta como una opción con ventajas sustanciales. Según explica Montes Pita, “son monofásicos en un amplio rango de temperaturas operativas y no sufren problemas como congelación, degradación o corrosión”. Sin embargo, su implementación no es sencilla: “no son buenos transmisores de calor y pueden experimentar pérdidas significativas de presión”.
Innovación mediante la presurización
La propuesta clave radica en presurizar esos gases, lo que mejora notablemente su rendimiento. “Al incrementar la presión, sus propiedades térmicas mejoran ligeramente y su densidad aumenta, lo que permite reducir la potencia necesaria para el bombeo”, señala. Este enfoque se complementa con un rediseño de los sistemas que favorece geometrías compactas, permitiendo así “ampliar el área de transferencia de calor utilizando volúmenes reducidos” y minimizar las pérdidas.
Dicha investigación se desarrolla bajo el auspicio de una Beca Leonardo otorgada por la Fundación BBVA, así como del proyecto ACES4NET0, un programa liderado por IMDEA Energía que reúne centros de investigación, universidades y empresas. Montes Pita explica que el objetivo del proyecto es contribuir a la descarbonización mediante el uso de energía solar concentrada para producir calor industrial, hidrógeno y combustibles sostenibles.
Nuevas perspectivas en diseño solar
A medida que avanza esta investigación, también se replantea el diseño de los receptores solares. En lugar de seguir con los sistemas tubulares tradicionales, se está optando por receptores compactos con microcanales, una tecnología ya consolidada en otros sectores. “Los intercambiadores de calor compactos son efectivos al trabajar con gases”, asegura Montes Pita. Un receptor solar más pequeño puede reducir también la superficie espejo requerida, lo que disminuye los costos iniciales.
Entre los diversos gases estudiados, el dióxido de carbono (CO?) emerge como una opción destacada. “El CO? tiene una ventaja clave: su densidad es relativamente alta en ciertos rangos operativos”, explica. Esto facilita “reducir las penalizaciones asociadas al transporte del fluido”, además apoyarse en una tecnología ya bien desarrollada para compresión y manejo.
Optimización económica y técnica
Otro aspecto crucial es la elección de un rango intermedio de presión, contrastando con soluciones tradicionales a presión atmosférica o supercrítica. “Este rango intermedio evita muchos inconvenientes asociados a ambos extremos”, aclara Montes Pita. Además, puede ofrecer mejoras claras en comportamiento térmico sin asumir toda la carga económica y tecnológica típica de instalaciones supercríticas.
"En ingeniería, frecuentemente la solución óptima no es aquella con máximos absolutos, sino aquella que resulta útil", añade al referirse a una "ventana óptima" donde se equilibran rendimiento, costos y viabilidad industrial.
Aprovechamiento industrial del calor solar
El alcance potencial de esta investigación abarca sectores industriales que requieren calor a media y alta temperatura, especialmente aquellos donde electrificar resulta complicado. “Las aplicaciones son evidentes en procesos industriales como generación de vapor, secado o ciertos procesos químicos”, destaca.
Aparte del receptor solar aislado, es fundamental considerar todo el sistema térmico completo. Esto incluye aspectos como intercambio térmico, almacenamiento y recuperación energética, elementos esenciales para garantizar la viabilidad tecnológica.
Sistemas innovadores para almacenamiento térmico
Dentro este marco se sitúa una patente registrada por Montes Pita sobre un nuevo sistema para almacenamiento térmico. La investigadora enfatiza que el almacenamiento no es un mero complemento; constituye una parte esencial del sistema. Su propuesta implica vasijas concéntricas aleteadas que generan un comportamiento tipo termoclina, mejorando así la estratificación térmica y reduciendo pérdidas mientras optimizan materiales resistentes a altas temperaturas únicamente donde son necesarios.
El resultado final es un sistema compacto y escalable para almacenamiento térmico adaptado al uso eficiente de gases presurizados, facilitando su integración con nuevos conceptos sobre receptores solares e impulsando aplicaciones industriales efectivas.
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