{"id":499,"date":"2020-06-09T09:58:00","date_gmt":"2020-06-09T08:58:00","guid":{"rendered":"http:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/?p=499"},"modified":"2020-06-09T09:58:00","modified_gmt":"2020-06-09T08:58:00","slug":"utilizacion-eficiente-de-luz-solar-para-lograr-temperaturas-medias","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/2020\/06\/09\/utilizacion-eficiente-de-luz-solar-para-lograr-temperaturas-medias\/","title":{"rendered":"Utilizaci\u00f3n eficiente de luz solar para lograr temperaturas medias"},"content":{"rendered":"\n

En una investigaci\u00f3n publicada en la revista ACS Nano en el a\u00f1o 2019, unos investigadores lograron emplear aerogeles(1) para poder generar temperaturas medias usando luz solar, cerca de 200 \u00baC, sin necesidad de concentrarla ni de sistemas de vac\u00edo.<\/p>\n\n\n\n

Como ellos mismos explican en la introducci\u00f3n, debido al uso de combustibles f\u00f3siles por parte de la humanidad hemos cambiado lo suficiente la composici\u00f3n de gases de la atm\u00f3sfera como para cambiar la capacidad de la misma de absorber y emitir luz solar, provocando su calentamiento. Lo que se suele llamar \u00abefecto invernadero\u00bb.<\/p>\n\n\n\n

Pero este efecto no tiene porqu\u00e9 ser negativo si no calentamos toda la Tierra, pero s\u00f3lo un volumen muy limitado y mucho m\u00e1s. En ese caso, tendr\u00edamos un sistema llamado termo-solar, capaz de calentar un volumen hasta temperaturas del orden de 120 o 220 \u00baC, que es muy \u00fatil en muchas aplicaciones b\u00e1sicas: calefacci\u00f3n, cocina, etc.<\/p>\n\n\n\n

Hasta ahora, la mayor\u00eda de los sistemas de este estilo ten\u00edan bastante complejidad. La raz\u00f3n es que para poder usar la relativamente baja poca potencia del Sol sin concentrar (~1 kW\/m\u00b2), se usaban concentradores solares<\/a>. Pero estos dispositivos son caros y tiene que realizar un seguimiento de la posici\u00f3n del Sol para poder enfocar correctamente la luz. Y de hecho, seg\u00fan afirman en el art\u00edculo sistemas de \u00faltima generaci\u00f3n de este tipo demostraron su capacidad para generar vapor de agua. Pero todos estos sistemas est\u00e1n sujetos a las p\u00e9rdidas producidas por los fen\u00f3menos de conducci\u00f3n, convecci\u00f3n y radiaci\u00f3n. Los aerogeles no tienen estos problemas, dado que apenas conducen el calor, no radian el infrarrojo por su estructura interna, que impide que con grosores considerables la radiaci\u00f3n infrarroja pase, y al no ser un fluido no pueden transmitir radiaci\u00f3n por convecci\u00f3n, puesto que sus part\u00edculas no se mueven.<\/p>\n\n\n\n

Por supuesto, en general, todas estas ventajas tiene un grave problema: su estructura interna los hace tambi\u00e9n muy poco transparentes, con alt\u00edsimos coeficientes de dispersi\u00f3n de luz solar que impiden su uso como elementos fundamentales de un colector solar. Hasta ahora.<\/p>\n\n\n\n

La clave est\u00e1 en modificar el tama\u00f1o de los nanogranos que forman el aerogel, reduci\u00e9ndolo para aumentar su transparencia.<\/p>\n\n\n\n

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El art\u00edculo explica un poco el fundamento de los colectores solares, introduciendo para ello el concepto de \u00abselectividad de invernadero\u00bb(2), es decir, como se observa en la siguiente figura, la capacidad de permitir el paso de las longitudes de onda del visible e impedir que circulen las longitudes de onda infrarroja.<\/p>\n\n\n\n

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Concepto de selectividad de invernadero. La \u00abOptical depth\u00bb del eje izquierdo es la capacidad del material de permitir el paso de la longitud de onda del eje horizontal. Cuanto m\u00e1s grande, menos deja pasar. (Del art\u00edculo citado.)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Como se observa en la figura, si un determinado material permite que la luz visible pase a trav\u00e9s suyo, mientras que impide el paso de la radiaci\u00f3n infrarroja, con el tiempo se acabar\u00e1 calentando mucho m\u00e1s que el ambiente. Este proceso permitir\u00e1 que el objeto situado justo debajo del material pueda transferir este calor. Los sistemas m\u00e1s habituales de lograr este material consisten en la modificaci\u00f3n estructural y acumulaci\u00f3n de diversas capas de materiales, todos ellos complicados. Por ejemplo, estrategias empeladas anteriormente, seg\u00fan cuentan en el art\u00edculo, han sido acumulaci\u00f3n de m\u00faltiples capas de metal-conductor, cristales fot\u00f3nicos(3) y otros.<\/p>\n\n\n\n

Con el uso de los aerogeles, la selectividad de longitudes de onda se obtiene por la acumulaci\u00f3n de volumen de material. El aerogel tiene permite el paso de luz solar, pero las longitudes de onda m\u00e1s largas del infrarrojo se ven dispersadas en vol\u00famenes relativamente grandes del material, lo que provoca que no puedan atravesarlo.<\/p>\n\n\n\n

La clave est\u00e1 en que lograron hacer un aerogel de baja dispersi\u00f3n y alta transparencia para la luz visible. Como explican en el art\u00edculo, debido a su estructura interna nanoporosa y la falta de movimiento de sus part\u00edculas, son grandes aislantes, dado que eliminan a la vez la posibilidad de conducci\u00f3n por el s\u00f3lido, por los nanoporos, y la convecci\u00f3n gaseosa, por la falta de movimiento de los mismos. Sin embargo, esa misma estructura provoca que los aerogeles normales dispersen una gran cantidad de luz visible y ultravioleta, d\u00e1ndoles su caracter\u00edstico color azulado.<\/p>\n\n\n\n

Lo cierto es que la dispersi\u00f3n de la luz visible se debe sobre todo al tama\u00f1o de los nanoporos del aerogel, mientras que la falta de transmisi\u00f3n del infrarrojo se debe a su densidad, ofreciendo la oportunidad que los autores del art\u00edculo aprovecharon, de ajustar una sola independientemente.<\/p>\n\n\n\n

Para poder modificar el tama\u00f1o de los poros del aerogel, tuvieron que desarrollar una nueva manera de sintetizar el material, mediante modificaciones de la composici\u00f3n de los disolventes que emplearon. El resultado final es que su aerogel tiene una transmitancia del 95% con 10 mm de ancho.<\/p>\n\n\n\n

Con este material construyeron un prototipo de convertidor solar que est\u00e1 esquematizado en la siguiente figura:<\/p>\n\n\n\n

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Prototipo del convertidor solar donde de observe el aerogel de baja dispersi\u00f3n como elemento aislante. El \u00abblackbody absorber\u00bb es una pintura especial, que simult\u00e1neamente absorbe todo el espectro visible y aguanta altas temperaturas. (Del art\u00edculo citado)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Con esta estructura lograron una temperatura estable m\u00e1xima, que la temperatura por debajo de la cual se puede extraer calor, de 265 \u00baC. Este valor es unos 100 \u00baC m\u00e1s alto de lo que se puede conseguir con aerogeles no optimizados y comparable a otro tipo de convertidores, con sistemas de vac\u00edo y superficies muy complicadas. Para comprobar como funcionaba en condiciones de campo, hicieron un peque\u00f1o sistema que obtuvo los resultados de la siguiente figura:<\/p>\n\n\n\n

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Temperatura en el colector solar e irradiancia solar a lo largo de la ma\u00f1ana. Se consigue mantener el calor a pesar de la presencia abundante de nubes en la \u00faltima parte la misma. La temperatura externa es la l\u00ednea punteada cerca de los 0 \u00baC. Era invierno, despu\u00e9s de todo. <\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

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El art\u00edculo original se titula \u00abHarnessing Heat Beyond 200\u00b0C fromUnconcentrated Sunlight with NonevacuatedTransparent Aerogels\u00bb y se puede encontrar en: ACS Nano<\/em> 2019, 13, 7, 7508\u20137516<\/a><\/p>\n\n\n\n

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(1) Aerogel: Sustancia coloidal similar a los geles m\u00e1s habituales, donde se sustituye el l\u00edquido de los geles por un gas, proporcionando un material muy poco denso, pero extraordinariamente resistente tanto al calor como a la tensi\u00f3n. Se pueden hacer de varios compuestos base, pero en este art\u00edculo, su base principal es el Silicio, debido a las propiedades \u00f3pticas que se alcanzan.<\/p>\n\n\n\n

(2) As\u00ed lo traduje yo. EL art\u00edculo en ingl\u00e9s habla de \u00abGreenhouse selectivity\u00bb.<\/p>\n\n\n\n

(3) Cristales fot\u00f3nicos: Estructuras de tama\u00f1o nanom\u00e9trico que alteran la reflectividad y transmisi\u00f3n de la luz a trav\u00e9s suyo debido a su peque\u00f1o tama\u00f1o. en la Wikipedia en ingl\u00e9s: Photonic Crystal<\/a>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

En una investigaci\u00f3n publicada en la revista ACS Nano en el a\u00f1o 2019, unos investigadores lograron emplear aerogeles(1) para poder generar temperaturas medias usando luz solar, cerca de 200 \u00baC, sin necesidad de concentrarla ni de sistemas de vac\u00edo. Como ellos mismos explican en la introducci\u00f3n, debido al uso de combustibles f\u00f3siles por parte de … Continuar leyendo \u00abUtilizaci\u00f3n eficiente de luz solar para lograr temperaturas medias\u00bb<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":378,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[2],"tags":[21,22],"class_list":["post-499","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-articulo-interesantes","tag-energia-renovable","tag-energia-solar"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/499","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/users\/378"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=499"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/499\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=499"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=499"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=499"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}