EDUCACIÓN EN TECNOLOGÍA PARA K-12

Los docentes de Educación en Tecnología pueden utilizar este excelente artículo del Dr. Andrés Hernández para iniciar a sus estudiantes en la reflexión acerca de ventajas e inconvenientes de diversas fuentes alternas de energía. Al parecer, ninguna de ellas es optima por sí misma, pero según el uso que se le de a la energía, una combinación de estas puede viabilizar su uso. Los estudiantes no deben perder de vista que cualquier sistema energético que propongan en sus proyectos debe cumplir con criterios de disponibilidad, eficiencia y costo.

• Andres Hernandez, UN Periodico No 121, Abril 12, 2009.

«Las fuentes de energías convencionales tales como los combustibles fósiles, nucleares, o la energía hidráulica son fuentes fáciles y baratas de explotar, su densidad energética es importante, son fáciles de almacenar y transportar, en resumen son el tipo de energía ideal para una sociedad que desea consumir grandes cantidades de energía en poco tiempo. Por el contrario, las que consideramos energías alternativas o no convencionales son fuentes de energía difusa, que se encuentran en bajas concentraciones, son difíciles de almacenar y de transportar y presentan costos elevados para su explotación. En conclusión, nuestro consumo de energía está guiado esencialmente por criterios económicos, y de disponibilidad. Visto desde un punto de vista puramente práctico, es fácil ver las limitaciones de las energías alternativas.
Por ejemplo, un panel fotovoltaico en Colombia generaría del orden de solo 1,3 kw/hora/m2 por día. Estos paneles son adecuados para suministrar energía a sistemas estables con bajas variaciones de consumo, pero inadecuados para absorber variaciones fuertes y rápidas de consumo. Adicionalmente, en aplicaciones domésticas la mayor parte del consumo es nocturno, lo que obliga el uso de acumuladores. Un panel solar térmico genera del orden de 3 kw/hora/m2, con los mismos inconvenientes que el anterior, siendo la energía térmica menos costosa de almacenar que la energía eléctrica. El viento es discontinuo e impredecible, o que hace al suministro por energía eólica poco confiable, y el biocombustible tiene las cualidades energéticas de los combustibles tradicionales pero necesita de superficies de cultivo muy grandes para una poca energía neta producida. El hidrógeno utilizado por pilas de combustible tiene un proceso de producción, transporte y almacenamiento costoso, los volantes de inercia solo pueden almacenar pequeñas cantidades de energía y son voluminosos, los supercondensadores permiten almacenar y liberar energía rápidamente, pero su capacidad es limitada.
Ninguna de estas alternativas es por sí misma una solución viable en las condiciones actuales. Sin embargo, la asociación de dos o más de estas fuentes de energía, puede presentar características interesantes que hagan viable su utilización.
Para clarificar este punto, demos algunos ejemplos concretos. Un vehículo requiere energía para desplazamiento y para confort. Aunque se tendería a pensar que un banco de baterías sería adecuado para alimentar un vehículo eléctrico, podemos observar que la energía consumida en su desplazamiento es irregular; acelera y frena con diferentes intensidades o mantiene diferentes velocidades de crucero. Bajo estas condiciones, la vida útil de la batería es corta y su uso ineficiente. Las baterías soportan mal los picos de corrientes producidos por aceleraciones bruscas o por la recuperación de energía durante el frenado, pero son adecuadas para mantener una velocidad de crucero estable.
Por otro lado, los supercondensadores tienen características complementarias, son capaces de absorber y liberar energía rápidamente y con gran eficiencia, permitiéndoles absorber las variaciones bruscas de corriente; protegiendo así la batería y aumentando la eficiencia y autonomía del sistema. En sistemas como este, el costo puede optimizarse al aumentar la vida útil de baterías y disminuir el número de ellas necesario para obtener la autonomía deseada.
En un segundo ejemplo analizaremos el consumo energético de una casa de campo. Su consumo básico está concentrado en la iluminación nocturna, la regulación de temperatura, calentamiento de agua, el uso de electrodomésticos y cocina. El primer impulso cuando nos hablan de proveer energía a una habitación aislada es la utilización de paneles fotovoltaicos. Pero una vez más, esta no es la solución óptima y un sistema híbrido es más eficiente en costo y energía. La superficie disponible para localizar paneles solares es limitada y como dijimos anteriormente la densidad energética solar es baja. Los criterios a optimizar son entonces: área y energía.
Los paneles solares térmicos son más eficientes y menos costosos que los fotovoltaicos y su uso debería preferirse en lo posible. En nuestro caso, la mayor parte de las necesidades de calentamiento de agua y de regulación de temperatura deberían provenir de paneles solares térmicos, y solamente el consumo eléctrico debería provenir del sistema fotovoltaico. Otra fuente de energía que es poco utilizada pero que es de gran utilidad en aplicaciones como esta, es la energía geotérmica. En nuestro caso, no se trata de una fuente de calor sino de un sistema a temperatura casi constante.
En efecto la temperatura del suelo a pocos centímetros de la superficie es poco sensible a las variaciones diarias de temperatura. Esta característica del suelo, permite utilizarlo como elemento de intercambio térmico, aumentando la eficiencia de sistemas tales como calefactores o aires acondicionados y neveras. El ahorro de energía introducido por este medio, permitiría a fuentes de baja densidad energética de proveer la energía suficiente para un sistema determinado. Teniendo cubiertas las necesidades térmicas, concentrémonos en los demás rubros del consumo.
El consumo eléctrico para iluminación y electrodomésticos puede ser provisto por una combinación de paneles fotovoltaicos para el promedio del consumo, con un apoyo de supercondensadores para el arranque de los electrodomésticos y un generador alimentado por biodiesel para cubrir los excesos eventuales de la demanda y que permita limitar la superficie de paneles.
El sistema resultante es energéticamente eficiente y de costo razonable. En conclusión, la hibridación de sistemas energéticos, adaptada a cada aplicación representa una alternativa para hacer que las energías no convencionales sean una opción técnica y económicamente viable».

CRÉDITO:
“Los sistemas híbridos como alternativa energética”, artículo escrito por el Dr. Andrés Hernández y publicado en la edición 121 de periódico de la Universidad nacional de Colombia. Andrés Hernández tiene un doctorado de l’Université de Technologie Belfort Montbeliard, (École Doctorale de Besançon) Además, tiene relación con el Centro de Estudios en Energías y la Escuela Colombiana de Ingeniería. Este artículo se cita aquí únicamente con fines exclusivos de ilustración de la enseñanza, de acuerdo con: Artículo 10 del Convenio de Berna (OMPI); Artículo 22 del Acuerdo de Cartagena, Decisión 351 de la CAN; Artículo 32 de la Ley 23 de 1982 de Colombia. Ver el documento Limitaciones a los Derechos de Autor.