• Para minimizar los efectos de la diferencia de radiación solar que ocurre entre el día y la noche, académicos del Departamento de Ingeniería Química de nuestra Universidad,  desarrollaron un acumulador de bajo costo que permite almacenar energía solar térmica, para que no se interrumpa el proceso de secado de diversos productos agrícolas. El equipo está liderado por el Dr. Alejandro Reyes, y la investigación se denomina “Diseño y evaluación de un intercambiador de calor que utiliza cera de parafina y materiales reciclados para acumular energía solar”.

Chile posee elevados niveles de radiación solar, sobre todo en la zona norte y centro, lo que transforma al país en un área propicia para la investigación y desarrollo de nuevas técnicas para la utilización de la energía proveniente del Sol.

Es así como el Dr. Alejandro Reyes publicó parte de sus resultados en la revista EnergyConversion and Management de la editorial Elsevier, titulada: “Diseño y evaluación de un intercambiador de calor que utiliza cera de parafina y materiales reciclados para acumular energía solar”.

A través de esta investigación el académico del Departamento de Ingeniería Química busca solucionar uno de los grandes problemas que posee la energía solar térmica, relacionada con su variación durante el día y la noche. Es por ello, que se persigue el objetivo de alargar el uso de la energía solar más allá de las horas en las cuales ésta llega directamente.

La energía solar se puede acumular eléctricamente en baterías, usando paneles fotovoltaicos o bien térmicamente. En esta última situación, pueden calentarse sólidos o líquidos, almacenándose calor sensible (sube la temperatura de estos materiales). Sin embargo, los estudios del Dr. Reyes apuntan al cambio de fase, el cual consiste en el uso de un sólido que se funde al calentarse.

Cera de parafina

Es por ello que la cera de parafina, similar a la utilizada en la fabricación de velas, fue la opción ideal para esta investigación, puesto que bajo 56°C se mantiene como sólido y sobre esta temperatura se transforma en líquido.

El cambio de estado de la cera de parafina depende de los ingresos o retiros de energía. “Para pasar de sólido a líquido se necesita mucha energía, y para hacerlo tomamos la energía del sol, mientras que para pasar de líquido a sólido tenemos que retirar la energía, la cual es la misma cantidad que ingresó”, explica el académico.

Para derretir la cera y transfórmala en líquido, con el fin de acumular energía, el Dr. Reyes  diseñó un equipo acumulador de calor usando materiales de bajo costo como las latas de bebidas.  “Diseñamos un equipo en el cual colocamos la cera de parafina dentro de un conjunto de latas de bebida pintadas de negro, las que se ubican en el interior de una caja, en cuya superficie superior -expuesta al Sol- se coloca un vidrio. Así la energía del Sol derrite la cera y después hacemos pasar por fuera de las latas, aire frío para que salga como aire caliente por el otro extremo”, señala.

Sin embargo, el proceso descrito tiene algunas dificultades, relacionadas con la baja conductividad térmica de la cera de parafina, lo que dificulta la remoción de calor desde las latas, ya que cuando la cera de parafina líquida comienza a solidificarse en las paredes de las latas, el retiro de la energía remanente en el centro de las latas es muy lenta.

Esta dificultad se corrigió mezclando la cera de parafina con virutas de aluminio, duplicándose la conductividad térmica de la cera. También se colocaron virutas de aluminio en el exterior de las latas para mejorar la transferencia de energía hacia el aire.

Ecuaciones matemáticas

El académico afirma que los resultados empíricos se correlacionan con las modelaciones que han podido hacer a través de ecuaciones matemáticas.

“Obviamente si hacemos un equipo con una mayor cantidad de latas, la acumulación de energía sería proporcionalmente mayor. Tenemos otro equipo de 300 latas, ubicado en el techo del Departamentode Ingeniería Química que permite prolongar el proceso de secado de agro-productos en hasta cinco horas. Con la participación de alumnos memoristas y de académicos expertos en modelación, disponemos de un software que permite predecir  los resultados del equipo, en función de su tamaño y de las condiciones ambientales”, sostiene.

El Dr. Reyes espera poder replicar el acumulador de energía y llevarlo a distintas áreas de aplicación. “En el techo se encuentra el acumulador con latas, más el típico panel solar, los que están conectados a un secador con capacidad de deshidratación de 25 kg de agroproductos. A la fecha hemos deshidratados champiñones, láminas de cebolla, morrones, entre otros”.

Ya que el secado de agroproductos es lento, el secador utiliza durante el día la energía solar obtenida a través del panel solar y luego cuando cae la noche y la radiación solar es nula, el aire de secado se calienta en el acumulador de energía, extendiéndose el período de secado en hasta 5 horas adicionales.

Según plantea el investigador “lo que buscamos es alargar el secado durante toda la noche-usando energía solar-, a pesar de la diferencia de radiación solar que ocurre entre el día y la noche”.