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Punto Sigma

La ciencia nace de la suma del conocimiento

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Category: Ingeniería

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

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.

Se ha descubierto un polímero que actúa a modo de esponja para el petróleo, reteniéndolo y separándolo del agua.

Al parecer este nuevo material permite separar el petróleo del agua, almacenarlo y posteriormente separar otra vez el petróleo para ser reutilizado.

Este materia superligero podría revolucionar los sistemas de limpieza de vertidos de crudo que cada año se estiman entre 10 y 25 millones de barriles (solo en Estados Unidos), reaprovechando todos estos recursos que de otro modo se perderían y evitando cuantiosos daños al medio ambiente.

En cinco años podría existir un mapa de las conexiones de alto nivel de las distintas regiones del cerebro, eso que nos hace humanos y inhumanos.

Distintos equipos de investigación están “enseñando” a superordenadores a identificar las conexiones en el cerebro en base imágenes de cortes, que hasta ahora tenían que ser estudiadas a mano para determinar cada conexión, haciendo inviable en cerebros complejos trazar un mapa de conexiones.

Para hacerse una idea del tamaño de la tarea, se han tardado aproximadamente 12 años en hacer el mapa del “cerebro” de un gusano que tiene menos de 400 neuronas y el reto que se afronta actualmente es del orden de miles de millones de neuronas y decenas de miles de millones de conexiones, un reto titánico.

La secuenciación de ADN parece un reto, pero comparado con el trazado de un mapa de conexiones tridimensional del cerebro, parece un juego de niños. Los progresos actuales deberían permitirnos trazar mapas de alto nivel de las “líneas” entre regiones del cerebro en unos cinco años y más adelante disponer de un mapa con las conexiones de las neuronas individuales y/o clústeres de neuronas.

Estos nuevos conocimientos nos conducirán a una mejor comprensión del funcionamiento de nuestro cerebro y en definitiva sobre como pensamos, como recordamos y como sentimos todo aquello que nos hace humanos y que quien sabe si realmente estamos compartiendo en su mayor parte con los chimpancés.

Quizá cuando nuestro mapa este completado y miremos los mapas de otras especies seamos realmente capaces de saber qué es lo que nos hace “humanos”, no por ser salvajes y crueles, sino por la capacidad de elegir no serlo.

Tres estudiantes  de la “Escola Universitaria d’Enginyeria Tecnica Industrial de Terssa” de la UPC han ideado un sistema universal de carga de coches eléctricos sin cables.

Este innovador sistema esta ideado para ser instalado en aparcamientos. Según los ideologos de esta idea, la inducción magnética seria lo que permitiría transmitir la energía de forma universal. Este coche debería estar equipado con un cargador del mismo sistema en su parte inferior de forma que los dos generadores estuvieran los mas cerca posible y se perdiera el mínimo de energía. Este sistema nos permitiría evitar el riesgo de desconnexión del cable y una recarga mucho más simple.

El principio de induccioón magnetica dice: “La inducción electromagnética es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz (f.e.m. o voltaje) en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético estático. Es así que, cuando dicho cuerpo es un conductor, se produce una corriente inducida.” – Wikipedia

Un equipo de científicos del instituto FOM, han conseguido crear un campo electromagnético entre nano-electroimanes con el campo magnético de la luz.

Esto permite desviar la luz en cualquier dirección con este tipo de campos permitiendo crear lentes perfectas o “capas de invisibilidad”.

Para hacernos una idea, la luz no deja de ser una fluctuación del campo magnético y eléctrico muy rápida que se puede manipular si interactúas a muy altas frecuencias… el problema es que los átomos no responden muy bien a los cambios tan rápidos de campos magnéticos.

Debido a estos problemas para interactuar con la luz los dispositivos ópticos que tenemos (lentes, espejos, fibras ópticas) no pueden interactuar con la luz del modo en que se ha conseguido hacerlo con los llamados “meta-materiales” artificiales que han creado en el instituto FOM.

Una vez más, la ciencia ficción ya se adelantó!