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Punto Sigma

La ciencia nace de la suma del conocimiento

El sol es la mayor fuente de energía para nuestro planeta y, por ello, las tecnologías para convertirla en electricidad son una gran fuente de debates. Este debate se divide mayoritariamente entre los partidarios de el uso de la tecnología solar fotovoltaica y los de la tecnología solar térmica.

Así pues vamos a valorar las eficiencias de cada uno de los sistemas:

La tecnología solar fotovoltaica es usada comúnmente en zonas aisladas aunque se han efectuado grandes instalaciones de generación. La energía fotovoltaica se basa en atrapar la radiación solar mediante semiconductores que producen un diferencia de tensión provocando un flujo de corriente.

P.fotovoltaica

Variabilidad en la producción de un panel fotovoltaico

Este corriente es continuo, a diferencia del de la red que es sinusoidal trifásico. Debido a esto se ha de aplicar electrónica de potencia, con sus respectivas perdidas, para adaptarlo a la señal sinusoidal, aún así esta señal siempre perturba la red y causa armónicos. Además como la energía solar sufre cambios bruscos en su radiación debido a la interferencia de las nubes las perturbaciones en la red y su control se hacen altamente complicados.

Onda sinusoidal con armonicos

EnSights (ondas sinusoidales con armonicos)

Hace un año el grupo Caltech descubrió una estructura de captación capaz de obtener rendimientos del 80% con algunos longitudes de frecuencia[1], lo cual no quiere decir que su rendimiento global llegue al 80%, pero podría suponer llegar a eficiencias del 40-50 %.

Colectores de la radiación

En cuanto a la tecnología solar térmica, esta ha evolucionado estos últimos años hacía la concentración de la energía en torres o bien en largos tubos. Generalmente, en este proceso primero se calentaba un fluido, normalmente agua, y se llevaba a la turbina donde se disipaba su energía y volvía a iniciar el ciclo.

 Con el proceso anterior de noche no se podía trabajar de noche,  así, en Granada (España)[2] se desarrollo otro sistema en el que la energía del agua se intercambiaba en un tanque de sales  aislado térmicamente y de ahí se volvía a calentar otro fluido mediante intercambio de energía hasta la turbina. Con este proceso se ha conseguido que la energía solar térmica en países en latitudes alejadas de los hemisferios se pueda producir energía durante la noche y reducir la variabilidad del sistema. Aún así el rendimiento del sistema suele siempre ser de un 30-50% aproximadamente, aunque descargando una señal a la red totalmente sinusoidal.

Así se puede concluir que de momento la tecnología más fácilmente de implementar es la térmica ya que tiene una variabilidad menor y no provoca grandes perturbaciones en la red. Aunque en un futuro con baterías de almacenamiento de alto rendimiento y más eficientes técnicas de control la fotovoltaica es muy posible que se imponga debido a su mayor eficiencia.

[1] Caltech

[2] Scientific American

Estos últimos días se ha aprobado en el parlamento un cambio completo del alumbrado público. Con esta medida se pretende reducir el consumo energético. Pero, ¿Cuál es el método más eficiente y más viable economicamente con el cual reconstruir nuestro alumbrado?

Definamos primero los tipos basicos de elementos para iluminación:

- Una lámpara incandescente se basa en el efecto Joule, donde se coloca un hilo con una alta resistencia que se calienta. Su vida útil es la más corta de los tres tipos de lámparas, unas 1.000 horas.

El trabajo efectuado por la energía eléctrica absorbida se distribuye: un 15% en luz visible, un 25% en energía calorífica y el resto en radiación no perceptible (ultravioleta o infrarroja) que acaba convirtiéndose en calor.

Su luminosidad suele ser entre 12 y 18 lm/W ( un lm = lumen equivale al flujo de luz producido por una candela).

Su mayor ventaja es que tienen un flujo continuo de luz.

- Una lámpara fluorescente en cambio  tiene una vida útil mucho mayor a la incandescente (entre 5.000 y 15.000 horas). El sistema se basa en un tubo con partículas de mercurio y fosforo que mediante dos electrodos son excitados y se logra que haya circulación de electrones.

Este sistema no ofrece un flujo de luz continuo y si no se usan sistemas trifásicos  puede provocar problemas ( dolor de cabeza, migraña, etc). En este caso la luminosidad oscila entre 50 y 90 lm/W.

- Las lámparas LED son muy semejantes a las fluorescentes, aunque  su vida útil es más prolongada, unas 20.000-40.000 horas con alta luminosidad y 50.000-100.000 con luminosidad normal.

Su luminosidad suele ser cercano a los 60 y 70 lm/W.

El LED también se diferencia porque su luz no oscila  como en el caso de una lámpara fluorescente, aunque en el caso del LED se debe conectar a una fuente de corriente continua, lo cual aumenta su coste de instalación.

Después de ver estos datos, se puede descartar la lámpara incandescente de la lista de opciones viables, así pues ahora valoraremos el aspecto económico de las fluorescentes y las LED. Vamos a plantear una generalización de cada uno para una iluminación de 13.000 lúmenes (lo común para uso en las calles).

L. de LEDs

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Un precio medio de 500€ por 130 W de potencia**

Vida útil entre 100.000 – 150.000 horas

Un flujo de luz de unos 13.000 lm

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L. fluorescente

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Un precio medio de 60€ por 150 W de potencia

Vida útil entre 60.000 – 100.000 horas

Un flujo de luz de unos 13.000 lm (85 lm/W)

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Ahora que tenemos los datos podemos calcular su rendimiento económico. Supondremos el caso más favorable para la L. de LEDs y del fluorescente y una duración del trabajo de las dos lámparas de 300.000 horas (con sus substituciones).

L. de LEDs:             2 x 500 €       +    300.000 horas  x 130 W x   Precio electricidad

L. fluorescente:      3 x 60 €        +    300.000 horas  x 150 W x  Precio electricidad

En este caso, para que no fuese eficiente la inversión en las L. de LEDs el precio de la electricidad debería ser inferior a  0,136 €/KWh.

Actualmente el precio de la electricidad es de unos 0,135 €/KWh, como se puede deducir de la tendència en la tabla adjunta. Pero suponiendo que el precio de la electricidad va ir en aumento durante los próximos años debido a la reducción de la producción petrolífera, se podría decir que invertir en L. de LEDs sería una buena inversión.

*Para ver diversos tipos de lámparas LED con sus características y precios os recomiendo ver:

http://www.myledlightingguide.com/pdf/MyLEDLightingGuide.pdf

**Aquí podéis ver el precio de las lámparas de LED para alumbrado público para importación hacia España:

http://www.juncoop.com/pdf/prices/Tarifa%20LED%20Alumbrado%20Publico%20ES%20USD.pdf

Una interesante teoría sobre el origen de la vida será publicada en el numero de septiembre del Journal of Theoretical Biology. Esta teoría desarrollada por Hellen Hansma explica como en los espacios entre las capas de mica se pudieron formar las moléculas precursoras de la vida y las primeras formas de vida.
Al parecer, los espacios entre las distintas laminas de mica (del orden del nanómetro) se dan las condiciones de estabilidad para la preservación de las moléculas complejas, ya que estas están protegidas y aisladas, pero al mismo tiempo el movimiento derivado de la presencia del agua entre capas (ascendente y descendente) da las condiciones necesarias para crear y modificar enlaces químicos en moléculas complejas como proteínas o hidratos de carbono por ejemplo.
Lo más importante es que esta teoría parece ser consistente con la evolución de moléculas compleja hacia las formas de vida simple que aparecieron hace unos 3,8 mil millones de años y de los cuales se han encontrado evidencias fósiles cerca de zonas con mineral de mica, con una edad estimada de unos 4 mil millones de años.
Habrá que esperar, quizás a alguna demostración práctica o algún complejo modelo computacional para demostrarlo, pero esta parece una buena teoría para el origen de la vida.

Nuevas investigaciones parecen demostrar que hace 17.000 años en Alaska hubo una de las mayores inundaciones de la historia, la inundación tuvo su origen en un lago glacial que tardo aproximadamente una semana en vaciarse creando dunas de más de 30 metros de alto.

Estas megainundaciones no son un fenómeno muy frecuente pero tampoco son inusitadas, en estados unidos se han producido dos de las mayores de la historia con el vaciado de enormes lagos glaciares. Estas enormes inundaciones de volúmenes de entre 11 y 17 millones de metros cúbicos por segundo que se produjeron hace miles de años, dejan pequeño cualquier cosa que hayamos visto en nuestros tiempos.

Difícilmente en nuestra época podemos ver, por lo menos  en nuestro planeta, eventos cataclísmicos de este calibre pero eso no nos impide hacernos una idea de cómo cosas que parecen aparentemente inamovibles e inalterables como valles y montañas pueden cambiar casi de la noche a la mañana.

Este último año se ha reabierto la discusión de la línea de Muy Alta Tensión de Girona a causa del incidente inevitable de este invierno, dado el estado actual de la red eléctrica española en general.

Como ya es por todos conocido Girona es una zona no productora eléctrica, por lo cual debe importar su energía y he ahí el problema. Es una área aislada, en cuanto a la red eléctrica española se refiere y no está conectada a la gran productora eléctrica europea, Francia, como se puede ver en este mapa de la red española:

Mapa Red Electrica

[Las líneas eléctricas proyectadas están en línea discontinua]

Así  pues se decidió proyectar la MAT pero esta se topo con un gran fuerza mediática que paralizo el proyecto. El problema venia del turismo, se argumentaba que esto dañaría mucho la imagen de la zona y que no podía ser, y a partir de ahí surgió la idea popular de “¿Por qué no hacerla subterránea?” que fue publicada como una idea seria. Pero como hace poco un Dt. en Ingeniería Eléctrica dijo “Igual que cuando un periodista pregunta a alguien sobre un descubrimiento en medicina se verifica que el sujeto tenga competencia sobre el asunto. ¿ Por qué no se verifica también cuando se trata de ingeniería?” y es que esta idea es una barbaridad tecnológico-económica.

Primero empecemos por la parte técnica. La MAT será una línea de  más de 100 km, el máximo recomendado son 30 km de línea subterránea ya que esta sufre de importantes pérdidas de carga (en comparación a una aérea) durante el trayecto a no ser que el túnel subterráneo sea de muy grandes dimensiones. Y si aún así se hiciera, el problema sería que los campos magnéticos creados por los cables, al estar más cerca del suelo, provocarían alteraciones, o incluso mutaciones, en la fauna de la zona, junto con un gran impacto visual, ya que la zona donde hay la línea se ha de mantener limpia de vegetación, con el coste económico que esto conlleva.

Aquí podéis ver un video de REE (Red Eléctrica Española) donde se explica brevemente los sistemas de soterramiento:

En cuanto al aspecto económico, un línea aérea de muy alta tensión costaría 1 millón de euros por quilómetro, en cambió siendo subterránea este precio se eleva a 6 millones de euros. Después de un sencillo calculo es evidente que hacer el proyecto 6 veces más caro no compensa.

El Cryptococcus es un hongo muy peligroso, que consume azúcar para reproducirse y en las personas puede ser el origen de algunos tipos de meningitis.

Al parecer se ha encontrado una estrecha relación entre la presencia de un azúcar llamado “inositol” muy abundante en el cerebro y el líquido de la medula espinal, y la proliferación del Cryptococcus.

Al parecer este azúcar estimula la multiplicación de Cryptococcus en estas zonas tan importantes del cuerpo, dando origen a infección. La cosa no acaba aquí porque a diferencia de otros hongos origen de patologías, que solo tiene una o dos vías de “ataque” este hongo tiene más de diez, lo que lo hace especialmente peligroso.

Estos estudios que se publicaran en mayo pueden ser la clave para desarrollar nuevos tratamientos contra este peligroso hongo.

Hasta ahora el fenómeno de la superconductividad se creía que era un fenómeno exclusivamente macroscópico, pero en la Universidad de Ohio han demostrado que es posible hacer “crecer” superconductores de unos pocos pares de átomos.

Este desarrollo, financiado por Departamento de Energía Americano, abre las puertas a un nuevo universo para el universo de los superordenadores a escalas manométricas.

Para hacernos una idea del avance, hay que hablar un poco del problema que soluciona un superconductor de este tamaño.

Cuando se intentan construir cables a escalas nanométricas surge un problema importante, cuanto más pequeño es el cable mayor resistencia ofrece, lo que implica que los cables se calienten y se fundan, imposibilitando de este modo la confección de aplicaciones que usen cableados finos.

Así pues se abre la veda para crear nuevos materiales que a escalas nanométricas tengan propiedades parecidas y nos permitan establecer las bases de la tecnología del futuro.

Se ha demostrado lo que parecía imposible en HM Cancri. Existe un sistema solar binario en que las dos estrellas giran cada 5,4 minutos.

Para hacerse una idea de las velocidades y las proporciones de este sistema binario (que es el más pequeño conocido), lo forman dos enanas blancas que giran a una distancia aproximada de una cuarta parte de la distancia que nos separa de la luna.

Este ciclo tan rápido y la gran masa de las estrellas las hace sumamente singulares, ya que provoca un intercambio de masa entre las estrellas que genera intensas emisiones de rayos X con una energía mayor que la de todo nuestro sol. Por otro lado, según los indicios, podría ser una potente fuente de ondas gravitatorias.

La particularidad respecto a las ondas gravitatorias de este sistema, que está a la corta distancia de 16.000 años luz la hacen un excelente fuente de estudio del futuro satélite LISA, que servirá para medir las ondas gravitatorias como las que podría estar emitiendo HM Cancri.

Una vez más el universo nos sorprende, pero este par de estrellas que están prácticamente en el límite de lo que podemos observar no son más que otra pequeña “particularidad” que nos da una idea de las cosas increíbles que quedan por descubrir.

Investigadores de la Universidad de Purdue han desarrollado un sistema miniaturizado que podría revolucionar las conexiones inalámbricas.

Estos investigadores han creado un método para transformar pulsaciones laser de alta frecuencia a ondas de radio de unos 60 gigahertz (que no es precisamente poco). Lo importante es que a diferencia de otros métodos que cuando trabajan a estas frecuencias se vuelven intratables, por temas de ruido e interferencias, este sistema tiene una forma de filtrar mediante micro anillos la frecuencia de transmisión de un modo muy preciso.

Este sistema permite tener en dispositivos muy pequeños la capacidad de recibir y emitir (en un futuro no muy lejano) datos en bandas ultra anchas, que podrían permitir la transmisión de imágenes tridimensionales de alta definición en tiempo real.

Investigadores de la Universidad de Purdue han desarrollado un sistema miniaturizado que podría revolucionar las conexiones inalámbricas.

Estos investigadores han creado un método para transformar pulsaciones laser de alta frecuencia a ondas de radio de unos 60 gigahertz (que no es precisamente poco). Lo importante es que a diferencia de otros métodos que cuando trabajan a estas frecuencias se vuelven intratables, por temas de ruido e interferencias, este sistema tiene una forma de filtrar mediante micro anillos la frecuencia de transmisión de un modo muy preciso.

Este sistema permite tener en dispositivos muy pequeños la capacidad de recibir y emitir (en un futuro no muy lejano) datos en bandas ultra anchas, que podrían permitir la transmisión de imágenes tridimensionales de alta definición en tiempo real.