Simulaciones por computadora para uso eficiente de la luz solar concentrada.

Las plantas termosolares son una alternativa para generar energía limpia usando los rayos del Sol. Sin embargo, a la fecha, su producción no es tan exitosa. Lo anterior es debido a que aproximadamente la mitad de la energía solar se pierde en el medio ambiente, en lugar de convertirse en energía utilizable.

Una planta termosolar es un campo gigantesco de espejos que enfocan la luz solar en una cámara de metal negro llena de agua, aire u otros fluidos que transportan el calor. La luz solar concentrada es absorbida por las paredes de la cámara y luego conducida a través del fluido, que es extremadamente caliente. Este proceso sirve para alimentar reactores en plantas químicas o convertir el calor en electricidad. Pero, ¿cómo hacer estas instalaciones más eficientes?

Ali Mani, profesor asistente de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Stanford, responde a esa pregunta… al menos, teóricamente. Él y su equipo están haciendo simulaciones por computadora para encontrar cuáles podrían ser las maneras más eficientes de utilizar la luz solar concentrada como fuente de calor. En lugar de enfocar la luz solar en una cámara negra, su laboratorio está simulando lo que sucedería si la luz concentrada se transmitiera a una cámara transparente. En teoría, los fotones de luz que pasan a través de la cámara clara colisionarían con las moléculas de fluido en su interior, calentando el fluido (en este caso, se usa aire) desde dentro, con una pérdida de energía significativamente menor.

Utilizando un software especial, los investigadores están modelando diferentes enfoques para hacer que el aire absorba más calor. Pero el aire dentro de la cámara es difícil de controlar. Pensemos en el polvo iluminado por un rayo de Sol que se arremolina en patrones aparentemente impredecibles. En el campo de mecánica de fluidos de Mani, este movimiento caótico se denomina “turbulencia”. Su equipo está creando modelos de computadora para manipular un día la turbulencia dentro de la cámara de calentamiento para hacer que el sistema general sea más eficiente en la extracción de calor.

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Gracias a este trabajo, los científicos de Stanford han creado un modelo computacional descomunal. La simulación les permite investigar qué tan rápido fluye el aire a través de la cámara. Pueden simular la introducción de partículas de diferentes tamaños en el flujo. Y pueden observar lo que sucede cuando los cúmulos de partículas calientan el aire circundante a diferentes velocidades.

Hasta ahora, el equipo de Mani sólo ha modelado sistemas pequeños, pero las simulaciones ya apuntan hacia soluciones. Por ejemplo, se han simulado estructuras de aire con partículas de diferentes tamaños. Al igual que una parvada de aves, las partículas del mismo tamaño tienden a agruparse. Los modelos también sugieren que llenar la cámara con partículas de tamaños variados podría ser una forma de utilizar la turbulencia para mejorar la extracción de calor en general.

Con estas y otras soluciones, los investigadores de Stanford esperan forzar a las partículas a que se mezclen más uniformemente, lo que ayudará a lograr el objetivo de calentar de manera uniforme la columna de aire con una pérdida mínima de energía. Mani ha anunciado que, en los próximos años, realizará una simulación a gran escala con miles de millones de partículas en una supercomputadora del Departamento de Energía de Estados Unidos.

Por lo pronto, se siguen construyendo plantas termosolares. En agosto de 2017, se dio a conocer la construcción de la planta de energía solar térmica que será la más grande del mundo, la cual estará en la ciudad de Port Augusta, Australia, y generará 150 Megawatts. Comenzará sus operaciones en el año 2020. De acuerdo con sus desarrolladores, la instalación abastecerá al 100% las necesidades de electricidad del gobierno del estado de Australia Meridional.

Fuente: https://engineering.stanford.edu/
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