Introducción.
La energía térmica o calorífica es el tipo de energía que se libera en forma de calor, esto es causado por las moléculas que hay en el interior del objeto o sistema.
En la actualidad existen diversas formas de obtener energía térmica, para posteriormente convertirla en electricidad y que podamos consumirla en nuestro día a día. El desarrollo tecnológico en este área, viene principalmente de las placas solares, pero como veremos en el apartado correspondiente hay otras formas de obtener electricidad de la energía calorífica.
Este artículo se divide en dos bloques, uno introductorio donde hablaremos sobre los conceptos básicos de esta energía. Y el segundo bloque, dirigido a usuarios que ya la conocen, pues es más técnico y orientado a la tecnología.
¿Qué es la energía térmica?
La energía térmica o calorífica es el tipo de energía que se libera en forma de calor. Este calor puede provenir de distintas fuentes, como el sol, combustible, reacción nuclear o de la fricción.
Cuando la fuente de obtención es la naturaleza, como puede ser del sol o geotérmica, se le categoriza en energías renovables. Algo que actualmente es muy relevante, pues es el modelo de obtención de energía que primará en el futuro.
Características de la energía térmica.
- Se considera una manifestación interna de los cuerpos.
- El julio/jules es la unidad utilizada para medir la energía calorífica.
- A diferencia de otras formas de energía, la energía térmica es difícil de convertir en otras formas de energía.
- Cuando la energía calorífica se transfiere hacia o desde un objeto, se llama calor.
- La energía calorífica está relacionada con la temperatura de un objeto.
- A diferencia de otras formas de energía, la cantidad de energía calorífica no depende de la cantidad de trabajo que realice un objeto.
- El calor y la temperatura no son los mismos, porque la temperatura está relacionada con el calor o el frío que hace.
- La energía calorífica puede ser transferida de tres maneras: convección, conducción y radiación.
- Los impulsores (los metales) son los más apropiados para transmitir la energía, a través de la conducción.
Diferencias entre energía calorífica, térmica y calórica.
Los términos que has podido escuchar son: energía calorífica, energía térmica y energía calórica. Son distintas maneras de denominar lo mismo, pues son sinónimos entre ellas.
Las energías calorífica, térmica y calórica son lo mismo, pero con diferente denominación.
Tecnologías en renovables con energía calorífica.
Uno de los grandes retos que atraviesa en la actualidad es el almacenamiento de la energía de origen renovable. Problemas que concierne principalmente a la forma de obtención más desarrollada actualmente, que es a través de las placas solares.
El almacenamiento de la energía calorífica o térmica es todo un reto que deberemos solucionar si queremos ser 100% autosuficientes y de consumo renovable.
Como indica, Ortega Fernández Íñigo, en su tesis “High temperature packed bed thermal energy storage systems based on low cost materials”, el almacenamiento de la energía térmica es un elemento decisivo para lograr una gestión sostenible y eficiente. En concreto, especifica la importancia de la solución de lecho fijo. Esta aporta flexibilidad operacional, fácil implementación alto rendimiento térmico y lo más importante para las empresas, eficiencia tecnológica y económica.
Esto viene a significar que se puede mejorar la eficiencia en el almacenamiento con un bajo coste, utilizando materiales como la magnetita o la escoria de acería.
Contexto actual sobre el almacenamiento de la energía.
Como ya sabemos, la energía es intrínseca al desarrollo humano, lo fue desde el fuego y lo es hoy en día en nuestro día a día con la electricidad.
Cada vez es más relevante en nuestra existencia y evolución como seres humanos, en especial en esta era tecnológica, donde además, estamos en plena transición de energías de origen fósil a energías de origen renovable.
Ahora la producción de energía es mayor y las fuentes actuales más utilizadas, las fósiles , son limitadas, por lo que inevitablemente si queremos seguir manteniendo nuestro estilo de vida, debemos buscar producir la electricidad con fuentes inagotables, como lo es el sol.
Solución de lecho fijos de aire-sólido para la energía térmica.
El almacenamiento es indispensable para conseguir ser independientes energéticamente, por ello, la solución de lechos fijos (sus siglas ASPB, Air Solid Packed Bed) es una buena opción para almacenar la energía térmica.
Formas de almacenar la energía térmica:
- Almacenamiento de calor sensible: se materializa en el incremento de temperatura del material de almacenamiento.
- Almacenamiento de calor latente: donde el material cambia de fase para absorber y ceder energía térmica y almacenamiento termoquímico, que consiste en aportar y recuperar calor mediante reacciones químicas reversibles.
Concretamente, la solución de lecho fijo hace referencia al almacenamiento de calor sensible en partículas sólidas. Es un tanque que se rellena de partículas sólidas que permanecen fijas en el interior del tanque.
Se hace pasar una corriente de aire caliente que atraviesa desde la parte superior hasta la parte inferior. Para descargar el y recuperar el calor almacenado se hace el proceso contrario.
Así, el tanque permanece cargado estáticamente, hace que la energía térmica se acumule en el lecho de partículas (formando la termoclina, gradiente entre la temperatura máxima y mínima dentro del tanque).
El proceso de carga (la descarga sería de forma opuesta):
¿Por qué es más económico?
A diferencia de los sistemas tradicionales de sales fundidas y doble tanque, constan de un solo tanque. Los materiales que se utilizan para para rellenar son abundantes en la naturales. Siendo estos además, seguros, resistentes mecánica y térmicamente y con una geometría que permita la transferencia de calor sin generar muchas pérdidas.
Las investigaciones en cuanto a la mejora de este tipo de almacenamiento, van dirigida especialmente a los procesos físicos que suceden en su interior. Las propiedades físicas del aire y del relleno son determinantes en la definición de la termoclina (las pequeñas variaciones son muy importantes).
Debemos destacar el proyecto ACES2030 que ha sido financiado por la Comunidad Autónoma de Madrid, su objetivo es diseñar un ASPB con alta densidad energética.
La energía térmica en el punto de mira ACES2030
La Energía Térmica Solar de Concentración representa 5.000 MW de potencia en centrales eléctricas termosolares instaladas en el mundo , de las cuales 2.300 MW se operan en España.
Así, se está financiando la investigación para la mejora del almacenamiento de este, una de estas investigaciones es la ACES2030, impulsada por la comunidad madrileña y que plantea lo siguiente.
Objetivos
En primer lugar, el desarrollo de tecnologías para centrales eléctricas de nueva generación en pro de las energías renovables. En segundo lugar, el desarrollo de tecnologías orientadas a la energía térmica que comprendan un rango de entre 200ºC y 900 ºC y cargado con aire. Por último, desarrollar materiales que sirvan como combustibles solares para el transporte en línea con el proyecto europeo Sunlight-to-Liquid.
En cuanto a las líneas de investigación, podemos destacar principalmente 4: sistemas ópticos modulares, receptores solares, fluidos térmicos y materiales, almacenamiento de energía, análisis de sistemas con ciclos termodinámicos y procesos industriales.
Ventajas y desventajas de la energía térmica.
Primero debemos distinguir las energías caloríficas renovables de las no renovables. Consideramos no renovables, aquellas que se obtienen, por ejemplo, con el uso de combustibles calientes como el carbón. Y entendemos por energía calorífica renovable, aquellas como las que proviene de la energía solar térmica.
Nos centraremos en la energía térmica solar, ya que, nuestro empeño son las energías renovables, como único camino a futuro en la producción de electricidad.
Energía solar térmica.
Consiste en el aprovechamiento de la energía del sol para transformarla en electricidad, que posteriormente será distribuida para usos comunes en hogares e industria. Concretamente, se aprovecha el calor del sol, que al entrar en contacto con las placas solares (el fluido caloportador), genera un reacción química y culmina en la producción de la electricidad (con su correspondiente proceso). En resumen:
- Captación de la energía radiante para transformarla directamente en energía térmica, con el aumento de temperatura de un fluido de trabajo.
- El flujo de trabajo cede energía térmica al agua que se consume mediante un intercambiador de calor.
¿Qué ventajas y desventajas tiene la energía calorífica solar?
- Energía renovable
- No emite sustancias contaminantes
- Reduce el uso de combustibles fósiles
- Reduce la dependencia de terceros países
- Acelera la transición energética
- Genera empleo
- Necesidad (actualmente) de combinar con otras fuentes de energía
- Inversión inicial elevada (aunque con Crowmie esto ya no será un problema).
- Superficie para colocar las placas solares.
