Bomba de calor con energía solar: una combinación eficiente
Una bomba de calor es una máquina térmica que toma calor de un espacio frío
y lo transfiere a otro más caliente gracias a un trabajo aportado desde el
exterior, es decir, lo contrario a una maquina frigorífica. Este tipo de
máquinas es muy útil cuando se requiere tener un espacio a una temperatura más
caliente que el exterior como por ejemplo la calefacción de un lugar. La
mayoría de bombas de calor son alimentadas con energía eléctrica y su uso para
calentar un espacio es más eficiente que calentar una resistencia, sin embargo,
hay una manera más eficiente de calentar un espacio y es haciendo una bomba de
calor que aprovecha la energía térmica y fotovoltaica proveniente del sol.
Los paneles térmicos sirven para calentar el agua del hogar y mantener una
reserva de agua caliente, sin necesidad de usar energía eléctrica o quemar
algún tipo de combustible por lo que significa un cambio ecológico. Por otro lado,
el aprovechamiento eléctrico que presentan los paneles fotovoltaicos hace de
esta combinación una alternativa muy eficiente. En este caso, los paneles
fotovoltaicos generan la suficiente electricidad para que la bomba de calor
funcione. Pero no solo eso, sino que se puede usar la electricidad sobrante para
el resto de los electrodomésticos o verterla a una red.
Ambos sistemas de manera independiente son parte de las tecnologías más
eficientes y rentables para la generación de aire acondicionado, calefacción,
refrigeración y electricidad. Los sistemas de bomba de calor se han convertido
en una de las mejores alternativas porque tienen un buen rendimiento, son
respetuosas con el medio ambiente y permiten ahorrar en las facturas desde el
primer día.
En conclusión, la bomba de calor combinada (energía térmica y fotovoltaica)
es una alternativa ecológica muy buena que ayuda a solucionar el problema
energético y de confort ambiental al mismo tiempo, sin embargo, no está muy
difundida en los países de Latinoamérica, tal vez por ser tecnología reciente y
el poco interés de ahorrar energía en estas partes del mundo. En mi opinión
sería bueno que desde ya se empiecen a adoptar estos cambios a pequeña escala
mientras que se migran a energía renovables a nivel macro.
Bomba de Calor Fotovoltaica (Fuente: Caloryfrio.com)
¿Qué es una esfera de Dyson?
Una esfera Dyson es un megaproyecto hipotético de ingeniería que consiste
en rodear una estrella con plataformas que orbitan en formación cerrada. Sería
una solución definitiva para el espacio vital y la producción de energía,
proporcionando una amplia superficie para habitar y la capacidad de capturar
toda la radiación solar que emana de su estrella central.
¿Por qué alguien construiría una monstruosidad tan extraña? Según el físico
teórico británico-estadounidense Freeman Dyson, quien especuló por primera vez
sobre estas estructuras en 1960, una especie alienígena inteligente podría
considerar la empresa después de establecerse en algunas lunas y planetas en su
vecindario estelar local. A medida que aumentara su población, estos
extraterrestres comenzarían a consumir cantidades cada vez mayores de energía.
Suponiendo que la población y la industria de esta sociedad alienígena
crecieran a un modesto 1% por año, los cálculos de Dyson sugirieron que el área
y las necesidades energéticas de los extraterrestres crecerían
exponencialmente, convirtiéndose en un billón de veces más grande en solo 3.000
años. Si su sistema solar contiene un cuerpo del tamaño de Júpiter, los
ingenieros de la especie podrían intentar descubrir cómo desarmar el planeta y
extender su masa en una capa esférica.
Según Dyson "Un caparazón de este grosor (3 metros) podría hacerse
cómodamente habitable y podría contener toda la maquinaria necesaria para
explotar la radiación solar que cae sobre él desde el interior", no
obstante, después de absorber y explotar la energía solar, la estructura
eventualmente tendría que volver a irradiar la energía o de lo contrario se
acumularía, haciendo que la esfera finalmente se derrita, esta es solo unos de
los problemas que se deben resolver si se quisiera llevar a cabo este proyecto,
la cantidad de recursos que se necesitan parece ser absurda, pero según el
mismo Dyson puede que la esfera nunca se realice por nosotros ni por ningún alienígena,
pero es una idea fantástica que puede dar pie a otras ideas mejores o viables.
En mi opinión, Dyson tiene mucha razón con su reflexión final, la imaginación
es uno de los motores que ha llevado a la civilización humana hasta este punto,
y una parte de lo que alguna vez fue fantasía ahora es real gracias a la
ciencia y el trabajo de grupos de personas que creyeron en un proyecto. Como
mejor ejemplo, puedo mencionar que en 1950 el gobierno chino de Mao propuso
represar el rio Yangtsé (tercer rio más grande del mundo) para cubrir la
creciente demanda energética. Aunque en su momento se vio como una idea
desproporcionada, en 1994 empezó la mega construcción de la presa de ¨Las tres
gargantas¨ que se finalizó hasta el 2012, costando más de 75 mil millones de
dólares, represando 42 mil millones de toneladas de agua, moviendo más de 100
millones de metros cúbicos de tierra y desplazando el curso de rotación de la tierra
en 2 centímetros según la Nasa.
Esfera de Dyson (Fuente: Muyinteresante)
https://www.space.com/dyson-sphere.html
5 causas comunes del sobrecalentamiento de motor
La mayoría de los motores de los automóviles operan entre 90°C y 104°C. Si la
temperatura aumenta más allá del nivel normal, ocasiona el recalentamiento del
vehículo donde el motor puede dejar de funcionar, los sellos y las juntas
pueden dañarse, los plásticos derretirse y en general afectar gravemente el funcionamiento
del vehículo hasta el punto de quedar irreparable.
Las causas más comunes para que el sobrecalentamiento suceda son:
1. Una fuga en el sistema de enfriamiento:
Cuando existe una fuga en el sistema de enfriamiento, el refrigerante gotea
a través de una perforación y a través de esa incisión entra aire al sistema de
refrigeración. El aire toma la forma de una gran burbuja, conocida como
esclusa, y ocupa la parte superior del sistema. El refrigerante no puede pasar
a través de la burbuja para llegar al motor, causando el sobrecalentamiento.
2. Refrigerante condensado
Es un problema común y molesto en climas fríos, especialmente en aquellos
lugares donde la temperatura cae por debajo del punto de congelación. Si el
refrigerante no es de alta calidad, puede congelarse y causar un bloqueo. Tal
condición resultará en el sobrecalentamiento del motor y dañará el radiador.
3. Bloqueo de la circulación del refrigerante
Esta falla puede provocar los mismos síntomas que el refrigerante
condensado. Algunas veces, un termostato defectuoso o un objeto extraño pueden
bloquear el flujo del líquido a través del radiador, de manera que es imposible
para el refrigerante dispersar el calor.
4. Bajo nivel de aceite
El aceite del motor ayuda en el proceso de enfriamiento y evita la
acumulación de calor. De hecho, elimina entre el 75% y el 80% del calor no
utilizado en el área motriz. También mantiene varias partes debidamente
lubricadas, reduciendo la fricción y las posibilidades de sobrecalentamiento
del vehículo.
5. Falla de la bomba de agua
Es una de las razones más frecuentes del recalentamiento del motor. Es un
componente que participa activamente en el mantenimiento de la circulación del
refrigerante. Puede desgastarse o romperse con el tiempo, provocando daños en
el impulsor que no gira.
En conclusión, son solo cinco aspectos mas que se deben cuidar para mantener
un vehículo en buen estado, se podría pensar que el sistema de enfriamiento es
complicado, pero no lo es tanto si lo comparamos con el sistema de enfriamiento
de un ser vivo complejo.
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| Motor sobrecalentado (Fuente: Motortrends) |
Para más información visita la página:
https://www.guillermomorales.cl/causas-sobrecalentamiento-motor/
Aplicaciones de la radiación térmica
La radiación térmica es la radiación emitida por un cuerpo debido a su
temperatura. Esta radiación electromagnética se genera por el movimiento
térmico de las partículas cargadas que hay en la materia. Todos los cuerpos
(salvo uno cuya temperatura fuera de cero absoluto) emiten debido a este efecto
radiación electromagnética, siendo su intensidad dependiente de la temperatura
y de la longitud de onda considerada. La radiación térmica es uno de los
mecanismos fundamentales de la transferencia térmica.
Las siguientes aplicaciones son acerca de la radiación térmica para
materiales reales, los cuales no cumplen la hipótesis de absorción total de los
cuerpos negros.
1. Energía solar
Los materiales empleados para colectar la energía solar suelen ser
compuestos multicapa con una estructura muy compleja. La investigación en este
tipo de materiales es hoy día un campo muy activo, con ingentes cantidades de
trabajo para optimizar cada vez más las propiedades de los colectores solares,
como que su absortividad sea máxima en la región del espectro electromagnético
ocupada por la radiación solar para absorber más energía. A su vez interesa que
su emisividad sea mínima para que no se pierda la energía colectada.
2. Recubrimientos térmicos
Además de la producción de energía en las plantas solares, también es muy
importante no desperdiciar la energía que ya está en el medio. Para esto se
necesitan aislantes que minimicen la entrada o salida (dependiendo de cada
caso) de energía térmica. En este aspecto, la búsqueda de aislantes térmicos lo
suficientemente buenos y baratos como para ser producidos en masa es vital.
3. Pirometría
La pirometría es la medición de temperaturas mediante métodos ópticos. El pirómetro
recibe una señal electromagnética, lo que permite, conociendo la emisividad del
material, deducir su temperatura. La pirometría es una herramienta crucial en
la industria pesada, donde las altas temperaturas y complicadas disposiciones
de máquinas y materiales hacen muy difícil la utilización de termómetros
convencionales.
4. Corrosión de materiales
Las mediciones de emisividad de un material en contacto con el oxígeno u
otros agentes corrosivos pueden servir para analizar el mecanismo de corrosión
de ese material. Esto se debe a que se crea una capa de óxido, que actúa
fundamentalmente como un dieléctrico entre el aire y el sustrato emisor. Como
sabemos del electromagnetismo, en las interfaces entre materiales se producen
reflexiones de las ondas incidentes. Si las ondas reflejadas en la frontera óxido-aire
están en contrafase con las emitidas desde el sustrato, se anularán.
5. Aplicaciones militares: aviones furtivos
La radiación térmica juega un importante papel en la tecnología militar,
fundamentalmente en dos aspectos: detección y reconocimiento de señales térmicas,
y tecnologías furtivas. Por su bajo coste y ligereza, la localización pasiva
por infrarrojos se ha convertido en el estándar de tecnología de guiado de
misiles antiaéreos. Estos misiles tienen un detector de radiación térmica que
busca señales de temperatura alta (motores de avión) y se dirige automáticamente
a ellos. Para engañar a estos misiles se emplean recubrimientos con materiales
de emisividad selectiva, que emitan mal en la región espectral correspondiente
al máximo de emisión del avión.
En conclusión, la radiación es una forma de transferencia de calor, que
puede ser subestimada, pero a gran escala constituye el grueso de la energía
disponible.
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| Avión indetectable (Fuente: abc) |
Para más información visita la página:
La brisa marina
La brisa marina es un tipo de viento localizado en las costas, causado por
las diferencias de temperatura entre el día y la noche. La superficie de la
tierra se va calentando y enfriando de forma cíclica, esto hace que la
superficie sin agua se caliente antes que la superficie del mar, generando unas
corrientes de aire caliente y ascendente. Cuando el aire caliente asciende,
puesto que está a más temperatura que la superficie del mar, deja un hueco de
bajas presiones, mientras que el aire frío cercano a la superficie del mar deja
un lugar con altas presiones, que hace que quieran ocupar el espacio dejado por
el aire que ha ascendido. Por ello la masa de aire de más presión sobre el
océano tiende a desplazarse sobre la zona de presión más baja situada cerca de
la tierra.
Las brisas marinas se forman en cualquier momento. Solo es necesario que el
sol caliente la superficie a más temperatura que el aire que hay alrededor de
la superficie marina. Los días con menos viento en general, es posible que haya
más brisa marina, dado que la superficie terrestre se calienta más.
Las brisas más agradables de sentir se forman en primavera y verano gracias
a que el sol calienta más la superficie del suelo y el agua aún está fría del
invierno. Hasta que las temperaturas del mar no se incrementen por el efecto de
aclimatación, las brisas marinas serán más continuas.
La fuerza del viento generado por la brisa marina depende del contraste de
temperatura. Conforme mayor diferencia hay entre la temperatura de ambas
superficies, mayor será la velocidad del viento, puesto que hay más cantidad de
aire que quiere reemplazar el hueco de bajas presiones dejado por la ascensión
del aire más cálido.
La brisa marina es un claro ejemplo de convección libre, donde hay grandes
movimientos de masa debido a una diferencia de presión provocada por una
diferencia de temperatura. La brisa
además de ser agradable, cumple con la función de llevar agua y minerales
tierra adentro, lo que hace que la vegetación sea especial al lado del mar. Por
otro lado, la desventaja de la brisa es que trae consigo sal, esta sal llamada
salitre, favorece la corrosión de algunos materiales que usamos a diario, como
los metales, las gomas, la pintura, tejidos sintéticos entre otros.
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| Brisa marina (Fuente: Urikite School) |
Para más información visita la página:
https://www.meteorologiaenred.com/la-brisa-marina.html
El hidrógeno verde es una de las grandes apuestas
de la UE para la transición energética: estas son sus fortalezas (y sus
debilidades).
El hidrógeno es el elemento químico más abundante del planeta, pero tiene
un problema: no está disponible de forma libre en el medio ambiente, sino que
se encuentra asociado a otros elementos. Para poder ser utilizado en
aplicaciones energéticas, primero es necesario separarlo del resto de elementos
consumiendo energía, es por esto que el hidrogeno se define como un vector
energético, y no como una fuente de energía primaria o un combustible.
La transición energética es uno de los ejes de la recuperación de Europa
post Covid-19, y una de las opciones más atrayentes es el uso de hidrógeno
verde, que, por ser amigable con el medio ambiente, ha comenzado a ganar
posiciones, interés y situándose en el debate público como uno de los pilares
fundamentales para la descarbonización de la economía.
El hidrógeno verde es el que se obtiene a partir de la electrólisis del
agua utilizando electricidad procedente de fuentes renovables. Otra variedad
del hidrógeno verde es el producido a partir de biogás aprovechando los
residuos de ganadería, agricultura y/o urbanos. Actualmente el hidrógeno verde
es el hidrogeno más caro de liberar, sin embargo, con la disminución de los
costos de la electricidad renovable, en particular de la energía solar
fotovoltaica y la eólica, su interés está creciendo, tanto en sector publico
como en el privado.
Las principales aplicaciones del hidrógeno verde son:
1. Sustituir al hidrógeno marrón y gris (ambos de origen fósil) que se está
utilizado en la industria, aprovechando para desarrollar la tecnología y
reducir los costos. El reto no es precisamente pequeño: producir toda la
demanda mundial de hidrógeno a partir de la electricidad supondría un consumo
de 3.600 TWh, más que la generación total anual de electricidad de la Unión
Europea.
2. Industria pesada. Empresas siderúrgicas, cementeras, químicas, y otros
grandes consumidores de combustibles fósiles no son fáciles de electrificar, o
directamente no es viable. Aquí el hidrógeno verde podría ser una solución.
3. Almacenamiento de energía. Esta es sin duda una de las aplicaciones más
prometedoras del hidrógeno: servir como sistema almacenamiento de energía
estacional. Con un horizonte con cada vez más penetración de energías
renovables, nos encontraremos con momentos en los que el coste de la
electricidad será realmente barato, e incluso habrá excedentes por no tener
dónde consumirla. Y aquí es donde entrará en juego el hidrógeno, que podrá
generarse a precios baratos, para después ser utilizado a demanda y en
cualquier aplicación, sea la generación de electricidad o cualquier otra.
4. Transporte. En el transporte ligero por el momento las baterías van
ganando la partida, pero algunos fabricantes (especialmente los japoneses)
siguen desarrollando sus modelos de pila de combustible con resultados cada vez
más prometedores. Por otro lado, en el transporte pesado o en otros como el
marítimo y aéreo, la tecnología de baterías todavía tiene muchas limitaciones.
Aquí, de nuevo, el hidrógeno tiene una gran oportunidad.
5. Calefacción. La calefacción doméstica e industrial son sectores que no
siempre se pueden electrificar (la bomba de calor no siempre es una opción) y
donde el hidrógeno podría ser una solución parcial. Además, la infraestructura
existente (como las redes de gas) podría utilizarse para permitir el aumento de
la demanda. De hecho, la mezcla de hidrógeno de hasta un 20% en volumen en la
red de gas existente requiere una modificación mínima de la red o de los
aparatos domésticos de los usuarios finales.
El hidrogeno parece ser una buena manera de almacenar energía, su problema es que en forma gaseosa es muy inestable, el riesgo de explosión y fuga aún es muy alto, sumado a el costo energético que requiere producirlo de manera limpia.
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Editor:
José Samuel Cárdenas Sáenz
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