¿Es posible explotar la energía solar sin la simulación numérica?

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La simulación numérica es ciertamente una herramienta potente. Hoy en día la mayor parte de los procesos industriales son asequibles a la simulación, que puede así emplearse para concebir, diseñar, ensayar, optimizar y verificar el proceso y sus posibles variantes.

Prácticamente toda la energía disponible en la Tierra provino del sol en algún momento. Puede ser hace tiempo, como la energía química latente en los hidrocarburos, o estar recibiéndose en este momento, como la radiación solar que llega mientras lees este post.

El almacenamiento químico de energía en los hidrocarburos requirió un plazo largo, desde decenas de años en el caso de la madera a decenas de millones en los del petróleo y el carbón; por tanto, no deberíamos usarla a la ligera. Por otra parte, la liberación de esa energía quemando los hidrocarburos produce efectos colaterales indeseables, como gases de efecto invernadero, un motivo más para usarlos con prudencia.

Colectores parabólicosPor ello resulta atractivo tratar de cosechar la energía solar en una fase más temprana, directamente desde la radiación incidente. Eso puede hacerse convirtiéndola en electricidad en una planta fotovoltaica o concentrando la radiación solar para calentar un fluido con el que se opera algún tipo de máquina térmica. Y como el sol no luce las 24 horas, algunas plantas termosolares emplean sales fundidas para almacenar energía térmica, que se transfiere gradualmente al agua para producir vapor y mover una turbina y un generador.

Los procesos mencionados dan lugar a múltiples problemas que pueden beneficiarse de la simulación y, desde 2005, Principia ha estudiado muchos de ellos.

En plantas de colectores parabólicos hemos analizado los efectos de vientos, asientos diferenciales, distorsiones de los espejos y el tubo colector, vibraciones, soldaduras y otros problemas mecánicos, etc., así como otros aspectos como la durabilidad del fluido de transferencia de calor.

En plantas de tecnología de torre, hemos investigado las vibraciones producidas por la cavitación y colapso de burbujas de vapor de sales fundidas generadas en el descenso de la torre. Es estas plantas, así como en algunas de espejos parabólicos, se emplean dos tanques para almacenar el fluido caliente y el “frío” (menos caliente).

Desde 2007 Principia ha diseñado las cimentaciones de varios tanques calientes y fríos; también hemos estudiado los problemas creados y las posibles soluciones para un tanque que sufrió una fuga accidental de sales fundidas.

Planta termosolarEn todos estos tanques la losa de apoyo es bastante problemática, pues el tanque debe permanecer térmicamente aislado para proporcionar un almacenamiento energético efectivo, pero a la vez se requiere refrigerar la losa para evitar que las temperaturas en el terreno subyacente crezcan hasta producir ebullición en el agua intersticial.

Las plantas fotovoltaicas suelen ser más robustas al tener menos partes móviles. Pero incluso en esas plantas Principia ha estado involucrada en el estudio de diversas inestabilidades del terreno que amenazaban la operación y la seguridad de una instalación.

No es imposible, pero cuesta imaginar cómo explotar la energía solar sin contar con la simulación numérica.


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