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  • La luz solar y la vida en el planeta

    el 2015/07/01 en Energía Eólica, Energía Solar Fotovoltaica, Energías Renovables, I & D / Innovación, Solar Térmica

    Se destaca los fuertes vínculos existentes entre la astronomía, la meteorología y la ingeniería del aprovechamiento de la luz solar como fuente de energía. No obstante, es importante destacar también y tratar con algún grado de detalle, la importancia de la luz solar para la vida en el planeta, vista esta relación desde el punto de vista más general y con la segunda ley de la termodinámica como elemento de análisis.

    Son tres los temas abordados, dos de ellos de forma comparativa, la fotoconversión de la luz solar (Fig. 1) y la fotosíntesis (Fig.2). Se trata de destacar el hecho de que, dado que la luz solar tiene como fuente de energía un carácter omnipresente que la relaciona con la vida de los animales y con la vida de las plantas, se debe trabajar esforzada y ordenadamente por lograr un escenario en el que el área del planeta dedicada a la vegetación, los cultivos incluidos, se complemente, fundamentalmente, con campos de celdas solares y los captadores térmicos. Todo ello debe ser alcanzado en gran escala de modo que la luz solar juegue el papel que le corresponde en el balance energético de las diferentes regiones del mundo.

    BM08_F1_Aprovechamiento de la luz solar

    Fig.1. Fotoconversión de la luz solar.

    No se trata precisamente de exponer con extensión excesiva los fundamentos de la fotoconversión ni de la fotosíntesis de la luz solar.

    BM08_F2_Fotosíntesis de la luz solar

    Fig.2. Fotosíntesis de la luz solar.

    No obstante, se presentan algunos elementos mínimos de física del estado sólido que permitan adquirir  una visión elemental, sencilla, pero rigurosa, del principio de funcionamiento de una celda solar. De igual modo, se describe el proceso de la absorción de los fotones solares en el esencial proceso de la fotosíntesis.

    Se trata, sobre todo, de mostrar, comparativamente, los mecanismos de acción de la absorción fotónica tanto en un proceso como en otro. Y en el fundamento mismo del tratamiento está la segunda ley de la termodinámica, principio de la física y de la ciencia en general que parece subyacer en el centro mismo de la naturaleza y de la vida. Más aun, la segunda ley de la termodinámica, específicamente el principio de degradación de la energía que de ella se deriva, ha de resultar un elemento clave para  la preservación de los recursos de vida del planeta y de la vida misma.

    Otro elemento omnipresente y muy activo de la interacción de la luz solar con la vida en la Tierra, es el viento (Fig.3). Como se conoce, el viento es en última instancia un producto de la acción de la máquina térmica que es el la atmósfera, alimentada por la energía procedente del Sol. Sin dudas, junto con la biomasa, la energía eólica es una de las fuentes de energía no convencional de mayor peso relativo en el balance energético mundial.

    BM08_F3_Aprovechamiento Eólico

    Fig.4. Aprovechamiento energético del viento.

    Se trata de energía de gran valor, energía de máxima gradación, es decir de máxima calidad. Se trata de energía mecánica que puede ser convertida, en principio en un ciento por ciento, en energía eléctrica. Sin embargo, por su relación directa con la vida, el fenómeno del viento en su manifestación extrema, los huracanes, son el tema elegido para ilustrar con un ejemplo el mecanismo de acción mediante el cual la energía contenida en la luz solar se convierte en energía mecánica. La energía procedente del Sol se convierte en un proceso relativamente complejo que involucra el movimiento de rotación de la Tierra, en energía de máxima gradación, energía mecánica.

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    por Xavier

    Mantenimiento de generadores eléctricos

    el 2015/06/29 en Eficiencia Energética

    Un generador eléctrico portátil es considerado el recurso perfecto para utilizarlo como ayuda y generar energía en cualquier parte del mundo, ya que crea mayor electricidad, su mantenimiento es menor y dispone de una vida funcional más larga.

    Usualmente, un pack de generador completo, consiste en un motor, una caja de control, un generador eléctrico, una fuente de gasolina y otros elementos. Con los beneficios que aporta su pequeño tamaño, estructura compacta, su poco peso y su adaptación, un generador eléctrico portátil es muy usado como aparato para aportar energía en sitios donde el suministro de electricidad llega en escasez.

    El mantenimiento de un generador eléctrico portátil se debe hacer de manera constante, con el objetivo de corroborar que el generador aporte una energía de gran calidad durante su tiempo de funcionamiento.

    El uso continuado de estos aparatos requiere un control diario, semanal y minucioso de sus componentes para evitar daños e interrupciones en su funcionamiento.

    Las guías contenidas en cada pack donde se incluye el generador eléctrico portátil constituyen una buena base para llevar un control y mantenimiento adecuado, en caso de dudas, lo mejor es acudir a técnicos especializados que puedan asesorarte y orientarte de la mejor manera.

    Recuerda hacer un buen uso de tu generador eléctrico portátil para prevenir accidentes relacionados con malas prácticas en su utilización, para ello también puedes revisar las instrucciones que acompañan al generador eléctrico portátil.

    Puedes obtener más información sobre el mantenimiento de generadores eléctricos en la tienda Ventageneradores.net.

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    por Xavier

    Ventadegeneradores.net, líderes en la venta de generadores inverter

    el 2015/06/23 en Eficiencia Energética, Otros Eficiencia Energética

    La tecnología inverter ha llegado con fuerza al mundo de los generadores eléctricos gracias a sus grandes beneficios. De este modo, la venta de generadores eléctricos ha crecido considerablemente.

    Los generadores inverter tienen la capacidad de filtrar la onda senoidal, es decir, la onda que representa la tensión de la corriente alterna mediante un tiempo variable, para dar como resultado una onda pura.

    Esto los convierte en generadores perfectos para los equipos electrónicos, como aires acondicionados, televisión, equipos de música, ordenadores, etc. En ventadegeneradores.net podéis encontrar diferentes tipos de generadores, entre ellos, los aparatos inverter de gran funcionalidad debido a su capacidad para filtrar la onda senoidal dispersa que puede producir daños en los aparatos electrónicos y electrodomésticos.

    De este modo, los primeros generadores lider posicionados en los primeros puestos de las listas son los generadores inverter de la firma Kaiser, los cuáles se utilizan tanto para actividades industriales como para sistemas de emergencias en los hogares.

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    Turandot, las cumbres de la Tierra y la educación solar

    el 2015/06/12 en Energías Renovables, Formación / eLearning, Solar Térmica

    En el blog [1] se trata la relación entre el primer enigma de Turandot y las cumbres de la Tierra y de la esperanza que deposita la humanidad en encontrar una solución a los problemas actuales de la conservación del medio ambiente y el desarrollo sostenible de nuestro planeta.

    El siguiente enigma

    Si queremos que el mundo cambie, hay que preguntarse: ¿quién lo hará cambiar? Por supuesto, será la humanidad quien lo hará cambiar, pero para lograr esto los hombres y las mujeres  (la humanidad) deben ser educados en la conservación ambiente, las energías renovables y el desarrollo sostenible, (Fig.1).

    BM07_F1r_Eduación ambiental_3Por ello no es difícil concluir que los profesores, especialmente los de la enseñanza general son los llamados a enfrentar  resolver el problema de la subsistencia humana. Ha sido escrito el siguiente epígrafe resultado de una experiencia personal.

    Fig.1. Educación solar y ambiental.

     

    La educación en energía solar

    En La Habana, Cuba, se creó un grupo de trabajo en energía solar,  adscripto a en el entonces  Instituto de Investigación Técnica Fundamental (ININTEF) de la Academia de Ciencias de Cuba (ACC), en 1976, con el objetivo de desarrollar actividades de investigación y desarrollo en el campo del  aprovechamiento de la luz solar como fuente  la energía.

    Después de más de dos años de trabajo algunos investigadores estuvieron ya en condiciones de trasmitir algunas de sus experiencias, tanto nacionales como internacionales, de  modo que  ya en octubre de 1979 fue impartido por primera vez el curso de especialización titulado Diversas Formas de  Aprovechamiento de la  Energía  Solar, auspiciado a nivel de Ministerio por la entonces Academia de  Ciencias  de  Cuba. Dos monografías fueron preparadas entonces, específicamente, para satisfacer las necesidades de los alumnos.

    A partir de aquí, en diferentes versiones cada vez más perfeccionadas, el curso se  mantuvo durante quince años, la que permitió acumulas una singular experiencia que no tiene antecedentes en Iberoamérica. El contenido básico de la especialización abarcaba los cursos siguientes:

    • Radiación solar y astronomía posicional del Sol;
    • Termodinámica de la luz solar;
    • Cálculo de instalaciones solares de calentamiento de agua;
    • Óptica y termodinámica de los concentradores solares;
    • Usos térmicos de la energía solar;
    • Energía solar fotovoltaica.

    De este modo quedaron expuestas en el curso las dos formas básicas de utilización de la luz solar como fuente de energía, la fotovoltaica y la térmica, (Fig.2). A partir de aquí se planteó el reto de darle al tema de la luz solar como fuente de energía un tratamiento unificado, independientemente del modo específico de aprovechamiento.

    BM07_F2r_Diversas formas aprovechamiento energía solar

    Fig. 2. Aprovechamiento térmico y fotovoltaico de la energía solar.

    Resultó realmente sorprendente  descubrir que la aplicación de la termodinámica a una fuente de características tan peculiares como la solar, facilita en gran medida su propia  presentación como rama de la física. En efecto, se pudo comprobar  que materias tan alejadas del dominio de la gran masa de profesionales como la llamada física estadística (termodinámica estadística) encuentran en el caso específico de la luz solar como fuente de energía una nueva y estimulante área de aplicación que, sin dudas favorece la comprensión de la materia en sí.

    Finalmente hay que señalar con énfasis,  que en la medida en que las diferentes versiones del curso se fueron desarrollando, los profesores fueron descubriendo que la luz solar como fuente de energía constituye un formidable objeto de estudio para la docencia en las ciencias básicas y en  otras materias específicas de las carreras de ciencias  e ingeniería y, de igual modo, para el desarrollo en el futuro profesional de una mentalidad racional en el uso de los recursos energéticos.

    Los más sorprendentes, en mi condición de profesor principal de aquellos cursos, fueron los profesores de nivel medio que lograron matricularse en él. Es un hecho que solo a través de ellos es posible alcanzar la masividad que una empresa como la que nos proponemos puede llevarse  a feliz término. He ahí la idea esencial de esta iniciativa.

    El tercer enigma de Turandot y las cumbres de la Tierra

    ¿y el tercer enigma?. Hielo que te hace arder, y se hiela con tu fuego. Blanca, y oscura. Si quieres ser libre te hace esclavo, si por esclavo te acepta te hace rey…

    BM06_F3a_Enigmas_Turandot_cumbres_Tierra

    Fig. 3. Tercer enigma de Turandot y las cumbres de la Tierra.

    Turandot, en su orígenes, una vengativa y cruel princesa, finalmente se ha trasformado, ella ha sido la verdadera vencedora, finalmente ha comprendido el sentido del amor. Ha sido el triunfo del mal sobre el bien, del amor sobre el odio. Y es precisamente a lo que se aspira con las cumbres de la Tierra… El simbolismo es fuerte y claro.

    Referencias

    1.  Alvarez-Guerra Jauregui, M.E. “El primer enigma de Turandot y las cumbres de la Tierra”. http://termodinamicasolar.energia-rural.com/2015/06/03/el-primer-enigma-de-turandot-y-las-cumbres-de-la-tierra/.
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    El primer enigma de Turandot y las cumbres de la Tierra.

    el 2015/06/03 en Formación / eLearning, Otras Energías, Solar Térmica

    El medio ambiente se convirtió en una cuestión de importancia internacional en 1972, cuando se celebró en Estocolmo la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Humano (conocida posteriormente como Cumbre de la Tierra de Estocolmo).

    Fue la primera gran conferencia de la ONU sobre cuestiones ambientales internacionales,  y marcó un punto de inflexión en el desarrollo de la política internacional sobre la conservación y protección del medio ambiente, Fig.1.

    BM06_F1a_Cumbres_de_la_Tierra

    Los Enigmas de Turandot del Siglo XXI. El hoy célebre  Concierto de los Tres tenores celebrado con motivo del Mundial de Fútbol de 1990, tuvo como marco en las termas de Caracalla, Roma. Obras como la Aida de Verdi o la propia Turandot de Puccini, por ejemplos, han sido representadas en las Termas. El fragmento de la ópera Turandot “Nessun dorma” (nadie duerma en imperativo) sintetiza muy bien el filosófico argumento de la obra, Fig. 2.

    BM06_F2a_Opera_TurandotHabiendo hecho el logro del amor de la bella y vengativa princesa el sentido de su vida, en la China milenaria, el protagonista decidió someterse a un cruel concurso. Este consistía en la solución de tres enigmas, tres acertijos, so pena de morir bajo el hacha del verdugo.

    El primero de los enigmas resueltos por el príncipe, cómo se verá,  tiene un simbólico vínculo con el tema básico de las Cumbres. El acertijo reza así: “en la negra noche un fantasma iridiscente se eleva y despliega las alas sobre la negra e infinita humanidad. Todo el mundo lo invoca, todo el mundo lo implora, pero el fantasma desaparece con la aurora para renacer en el corazón de cada hombre. ¡Y cada noche nace, y cada día muere!”.

    Intentemos resolver el problema con la ayuda de la termodinámica, más exactamente con una ciencia que es consecuencia directa de la termodinámica: la teoría de la información.

    El llamado principio neguentropico de la información (PNI) nos guiará en el proceso de solución del problema. En [1] se expuso el problema de las 27 bolitas, generalizando este sencillo problema, se puede concluir que se trata de une aproximación sucesiva al resultado deseado, la detección de la bola diferente que, finalmente, conduce a  la total eliminación de la incertidumbre inicial.

    En efecto, en cada etapa, mediante la obtención de  información, se va disminuyendo el nivel de incertidumbre. En rigor se trata, como se  adelantó anteriormente, de lo que en teoría de la información se conoce como principio  neguentropico de la información (PNI). Obviamente, neguentropia, en este contexto, es sinónimo de nivel de conocimiento sobre el sistema.

    Yendo un poco delante, hacia el tema centro de esta disertación, se puede decir que la supervivencia de una especie en el largo camino de la evolución se basa, entre otras cosas, en la aplicación consecuente de este principio. La fórmula que establece el principio es:

                              Sf = Si – I                                                                (1)

    El significado de la expresión es directo: dado un nivel inicial de incertidumbre sobre las posibles respuestas del sistema, el efecto de haber obtenido determinado nivel de información fiable sobre el mismo reduce el nivel de desinformación inicial. Sea Si  en nivel de desinformación que se tiene, sobre algo y sea I el nivel de información que se adquiere  sobre el problema en el proceso de solución. Finalmente, Sf  será el nuevo nivel de desinformación que queda después de este primer esfuerzo.

    Si se analiza el enunciado del acertijo, en busca de cierto nivel de información, cabe preguntarse:    ¿el sentido del enunciado es concreto o simbólico? Obviamente, tiene un sentido alegórico. Más aún, si es alegórico, es de un gran interés humano, dado que el fantasma extiende las alas sobre toda la humanidad. Así nuestro nivel de desinformación ha disminuido. Sea Sf1 este nuevo nivel de desinformación. Obviamente se cumple que:

                                     Sf1  =  Si1  –  I1

    Más información se puede obtener si se repara en el hecho de que se trata de algo positivo, algo muy sensible para todos los seres humanos. Un permanente lugar de privilegio en el corazón de los seres humanos solo lo ocupan los sentimientos. Finalmente sabemos que se trata de un sentimiento, pero, ¿un sentimiento de qué? Nuevamente se ha puesto de manifiesto el mecanismo de acción del PNI. Así, gracias a la nueva información obtenida, designada por I2, el nivel de desinformación se ha reducido a Sf2:

                                    Sf2  =  Si2  –  I2

    Pero aún no hemos logrado resolver el enigma, se requiere más información, que se ponga de manifiesto nuevamente el Mecanismo de acción del PNI. Ahora la gramática nos ayudará.

    Completemos la frase: un sentimiento de…La palabra que falta será la solución de este primer enigma. Obviamente no es un sentimiento de odio, ni de amor, ni de patriotismo, ni de fe religiosa. Es algo que renace, que renace en el hombre y lo ayuda a vivir cada nuevo día, un sentimiento de … esperanza. ¡Esta es la solución!. La Esperanza, la misma que lleva a los hombres a reunirse en las cumbres de la Tierra (Fig.3). A imaginar una solución.

    BM06_F3a_Enigmas_Turandot_cumbres_Tierra

    Fig. 3. Primer enigma de Turandot y las cumbres de la Tierra.

    Referencias

    1.     Alvarez-Guerra Jauregui, M.E. “Enfoque termodinámico de la energía eólica”. http://termodinamicasolar.energia-rural.com/2015/05/14/enfoque-termodinamico-de-la-energia-eolica/

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    Comportamiento térmico de colectores solares en Perú

    el 2015/05/23 en Instalación / Mantenimiento, Solar Térmica

    El desarrollo y comercialización de materiales de aislamiento para cubiertas transparentes ha permitido pasar de la fase de investigación y prototipos a una serie de proyectos a gran escala de sistemas solares pasivos y activos. Para minimizar las pérdidas de calor por cubierta se pueden utilizar láminas de vidrio mejoradas, materiales aislantes transparentes y capilares de vidrio, los cuales se pueden obtener comercialmente.

    I. SISTEMAS SIMULADOS

     Para estudiar el comportamiento térmico de los sistemas de colectores solares se ha simulado tres  sistemas solares [1] para el suministro de agua caliente sanitaria mediante el  programa TRNSYS.  En todos los casos los sistemas solares se complementan con una fuente auxiliar de energía. Se ha considerado las pérdidas de calor por tubería. La distribución diaria de la demanda de agua sanitaria ha sido la de un perfil de extracción tarde-noche como se muestra en la Fig. 1.Los parámetros comunes de los sistemas solares son los siguientes:

    • Localidades: zonas climáticas;
    • Inclinación: 20º;
    • Área de captación: 2,15 m2;
    • Volumen del tanque: 200 litros;
    • Consumo diario de agua: 180 litros;
    • Temperatura del agua fría: 10ºC;
    • Temperatura del agua caliente: 45ºC;
    • Régimen horario de carga: ver la 1
    • Fluido de trabajo: agua;
    • Longitud de la tubería: 10 m;
    • Eficiencia de la fuente auxiliar: 0.98;
    • Nodos de estratificación: 7.

    B05F01_Distribución_horaria_de_agua_caliente

     

     

    II. DATOS CLIMÁTICOS DE LAS LOCALIDADES

    Según el Atlas de Energía Solar del Perú [2] las condiciones orográficas, climáticas y oceanográficas, entre otras, determinan la existencia de tres grandes regiones naturales: Costa, Sierra y Selva.

    La zona de mayor potencial de energía solar del territorio peruano se encuentra principalmente en la costa sur donde la irradiación media diaria es de 6,0 a 6,5 kW h/m2, seguido de la costa norte y gran parte de la sierra sobre los 2500 msnm con una disponibilidad de energía solar diaria entre 5,5 a 6,0 kW h/m2. La zona de bajos valores de energía solar en el territorio es la selva con registros de 4,5 a 5,0 kW h/m2 con una zona de mínimos valores en el extremo norte.

    B05F01a_Tabla de valores meteorológicos_en_Perú

    Los datos se muestran en valores medios diarios mensuales los cuales se convierten  en valores  horarios mediante el generador de datos meteorológicos del programa TRNSYS. Las Fig. 2 y 3 muestran los  valores medios mensuales de la radiación solar global y las temperaturas medias mensuales para las zonas climáticas estudiadas.

    B05F02_Radiación solar globar en zonas climáticas del Perú

    Figura 2. Radiación solar global en zonas climáticas del Perú.

    B05F02_Radiación solar globar en zonas climáticas del Perú

    Figura 3. Temperaturas medias mensuales en zonas climáticas del Perú.

    III. RESULTADOS

     Se ha utilizado para evaluar el comportamiento térmico de los sistemas solares la  fracción solar anual ¦solar y la energía útil anual producida Qútil. Los resultados se muestran en las figuras 4 y 5 respectivamente. La fracción solar es la fracción (por ciento) de la demanda térmica satisfecha (cubierta) con  energía solar, El primer parámetro da una medida del comportamiento térmico anual y el segundo parámetro cuantifica la energía térmica producida por los colectores solares.

    B05F04_Fracción solar anual en zonas climáticas del Perú

    Figura 4. Fracción solar anual de los sistemas solares en Perú.

    B05F05_Energía útil producida en zonas climáticas del Perú

    Figura 5. Energía útil anual producida de los sistemas en Perú.

    IV. CONCLUSIONES

    1. Se ha mostrado que la utilización del colectores solares son adecuados para el suministro de agua caliente sanitaria en 5 localidades representativas de zonas climáticas de Perú;
    2. Los sistemas solares han alcanzado valores de la fracción solar anual superior al 65% en todas localidades estudiadas  lo que demuestra su viabilidad técnica para el suministro de agua caliente sanitaria;
    3. Si se considera que los colectores  solares planos son  sencillos, económicos y su mantenimiento es reducido pueden constituir una alternativa viable  y económica para el suministro de agua caliente sanitaria.

    V. REFERENCIAS

    1. Massipe Hernández, J.R. (2015) “Colectores solares planos: características y parámetros”. Blog NaRural. http://usosenergiasolar.energia-rural.com/2015/05/05/colectores-solares-planos-caracteristicas-y-parametros/
    2. Proyecto PER/98/G31: Electrificación rural a base de energía solar fotovoltaica en el Perú. 2005. “Atlas de energía solar del Perú”. Lima, Perú.

     

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