Pensándolo bien...
No cabe duda que uno de los problemas más acuciantes de la Humanidad es el manejo de la energía. En realidad, más que la producción, el almacenamiento de la misma. Todos los sistemas basados en el almacenamiento térmico adolecen de un irremediable, inextricable e inevitable proceso concomitante, descrito por la Termodinámica, cuyos principios regulan el devenir de la energía, asegurando que no se crea ni se destruye, sino solo se transforma y que la transferencia de calor, siempre se da desde el cuerpo más caliente al más frío. La consecuencia inmediata es que el calor no se genera ni cuando, ni donde se necesita, necesariamente, y gran parte de él, se disipa, no siendo ni sirviendo para ser aprovechado. Mantener un recinto térmicamente acondicionado es a costa de unas pérdidas tan desproporcionadas con respecto a la parte utilizada, que todos los sistemas resultan ser ineficaces.
La clave de los acumuladores es el aislamiento, que pretende perpetuar las condiciones térmicas del material empleado como soporte térmico. El agua fue cronológicamente el primero de los utilizados, dadas sus características de gran calor específico, que es el calor que absorbe la sustancia para elevar su temperatura un grado centígrado por cada gramo de la misma, por tanto una propiedad intensiva. La denominada capacidad calorífica es el calor requerido para elevar 1 ºC la temperatura, de modo que cuanto mayor sea la cantidad de materia, mayor será la cantidad de calor necesario para subir la temperatura. Los mares efectúan el gran papel de acumular una enorme cantidad de calor en la extraordinaria masa de agua de nuestro planeta y atemperan la temperatura del mundo de forma muy eficaz El calor específico del agua es de 4,184 Julios por gramo y grado centígrado (1 caloría por gramo y por grado). Así que, un solo litro de agua requiere 4184 julios para elevar la temperatura un solo grado, es decir 0.24 x 4184 = 1004 calorías, es decir 1 caloría por cada gramo y cada grado. Para hacernos una idea de la excepcionalidad del agua, pensemos que el calor específico de un suelo (incluyendo todos sus componentes) se sitúa en torno a 1,9 julios por gramo y grado y el de la materia orgánica en torno a 2,47 julios por gramo y grado y, de aquí, se infiere la importancia que tiene la humedad.
El otro factor a considerar en la distribución del calor es la conductividad térmica, que es la cantidad de calor transferida por conductividad molecular, que opera transfiriendo calor de las partes mas calientes a las más frías. La conductividad térmica de las partículas que constituyen el suelo, es mayor que la del agua y mucho mayor que la del aire. De esta forma, los suelos húmedos, en los que el aire ha sido desplazado por el agua, conducen el calor mejor que en los suelos secos. La conductividad térmica mide la capacidad de conducción de calor. En los sólidos metálicos, al igual que la electricidad, el calor lo conducen los electrones. En todos los sólidos el calor se conduce transmitiendo la energía vibracional de los átomos adyacentes que forman los enlaces químicos. Los sólidos que no son metálicos tienen una baja conductividad térmica y resultan ser aislantes.
Los captadores solares actuales suministran agua caliente a los hogares. La eficacia resulta ser paradójica, por cuanto cuando mejor funcionan es en verano, pese a que la demanda de calefacción es máxima en invierno. Debería articularse un procedimiento por el cual el calor almacenado pueda emplearse mucho después, cuando haga falta. Hasta ahora, como hemos dicho el agua se calentaba y mantenía en depósitos y el calor se almacenaba directamente como calor. Pero, además de precisar grandes volúmenes y un excelente aislamiento, se pierde calor. La alternativa propuesta es el almacenamiento termoquímico que puede almacenar la energía capturada en verano para emplearla en invierno.
Las zeolitas, son aluminosilicatos microporosos, con capacidad para hidratarse y deshidratarse de forma reversible. Se han identificado mas de doscientos tipos de zeolitas, cuarenta de ellas naturales, incluidas en rocas sedimentarias, volcánicas y metamórficas y el resto sintéticas. Se han empleado como absorbentes. Su estructura es tetraédrica con un catión de silicio, aluminio o germanio. rodeado de cuatro oxígenos. Los tetraedros adyacentes comparten oxígenos. Cuando se incluye aluminio, como su carga es inferior a la del silicio, se compensa incluyendo potasio. sodio o calcio e incluso litio, magnesio, estroncio y bario. Las zeolitas se asemejan a los feldespatos, salvo que las cavidades que generan son mas grandes y permiten almacenar gran cantidad de agua.
Las zeolitas son una solución al almacenamiento de energía. A diferencia del agua, las zeolitas no almacenan calor directamente, sino que el calor es quien elimina el agua almacenada dentro de las zeolitas. Es decir, que una zeolita activada energéticamente está completamente seca y cuando el vapor de agua pasa por sus cavidades, se libera calor. Por tanto, la clave radica en que la energía no se almacena en forma de aumento de calor, sino en forma de un estado químico. A esto unimos que su conductividad térmica es baja, y por tanto está dificultada la transferencia de calor, lo que facilita evitar pérdidas.
Investigadores del Instituto Fraunhofer de Electrónica Orgánica, han efectuado experimentos recubriendo los gránulos de zeolita con aluminio, logrando duplicar la conductividad térmica sin afectar la adsorción y desorción de agua. Es todo un reto el recubrimiento de gránulos diminutos, que cuanto más diminutos son, mayor es el problema para darle cobertura, pero, al mismo tiempo, los granos mas pequeños aumentan la densidad de potencia específica del almacenamiento térmico. Por otro lado, una conductividad térmica suficiente requiere que el revestimiento debe tener decenas de micrómetros de grosor. La evaporación térmica del aluminio para que se deposite en los gránulos formando una capa de aluminio requiere que los gránulos circulen continuamente para ser cubiertos de forma uniforme. Todo un alarde de ingeniería de precisión. Del mismo modo que se almacena energía también se puede emplear para producir refrigeración, tanto en el ámbito doméstico como en aplicaciones móviles. En los vehículos se pierde calor que podría utilizarse para el aire acondicionado integrado como parte de un ciclo termoquímico.
Nuevas ideas, nuevos retos, nuevas eficacias, nuevas perspectivas. La Ciencia siempre inspira nuevas alternativas que la técnica pone a nuestra disposición en esa batalla desigual por poner la Naturaleza al alcance de nuestras necesidades. Eso sí, sostenibles desde el primer instante, aunque las soluciones compatibilicen aspectos naturales y artificiales. La armonía, también requiere eficacia.
La clave de los acumuladores es el aislamiento, que pretende perpetuar las condiciones térmicas del material empleado como soporte térmico. El agua fue cronológicamente el primero de los utilizados, dadas sus características de gran calor específico, que es el calor que absorbe la sustancia para elevar su temperatura un grado centígrado por cada gramo de la misma, por tanto una propiedad intensiva. La denominada capacidad calorífica es el calor requerido para elevar 1 ºC la temperatura, de modo que cuanto mayor sea la cantidad de materia, mayor será la cantidad de calor necesario para subir la temperatura. Los mares efectúan el gran papel de acumular una enorme cantidad de calor en la extraordinaria masa de agua de nuestro planeta y atemperan la temperatura del mundo de forma muy eficaz El calor específico del agua es de 4,184 Julios por gramo y grado centígrado (1 caloría por gramo y por grado). Así que, un solo litro de agua requiere 4184 julios para elevar la temperatura un solo grado, es decir 0.24 x 4184 = 1004 calorías, es decir 1 caloría por cada gramo y cada grado. Para hacernos una idea de la excepcionalidad del agua, pensemos que el calor específico de un suelo (incluyendo todos sus componentes) se sitúa en torno a 1,9 julios por gramo y grado y el de la materia orgánica en torno a 2,47 julios por gramo y grado y, de aquí, se infiere la importancia que tiene la humedad.
El otro factor a considerar en la distribución del calor es la conductividad térmica, que es la cantidad de calor transferida por conductividad molecular, que opera transfiriendo calor de las partes mas calientes a las más frías. La conductividad térmica de las partículas que constituyen el suelo, es mayor que la del agua y mucho mayor que la del aire. De esta forma, los suelos húmedos, en los que el aire ha sido desplazado por el agua, conducen el calor mejor que en los suelos secos. La conductividad térmica mide la capacidad de conducción de calor. En los sólidos metálicos, al igual que la electricidad, el calor lo conducen los electrones. En todos los sólidos el calor se conduce transmitiendo la energía vibracional de los átomos adyacentes que forman los enlaces químicos. Los sólidos que no son metálicos tienen una baja conductividad térmica y resultan ser aislantes.
Los captadores solares actuales suministran agua caliente a los hogares. La eficacia resulta ser paradójica, por cuanto cuando mejor funcionan es en verano, pese a que la demanda de calefacción es máxima en invierno. Debería articularse un procedimiento por el cual el calor almacenado pueda emplearse mucho después, cuando haga falta. Hasta ahora, como hemos dicho el agua se calentaba y mantenía en depósitos y el calor se almacenaba directamente como calor. Pero, además de precisar grandes volúmenes y un excelente aislamiento, se pierde calor. La alternativa propuesta es el almacenamiento termoquímico que puede almacenar la energía capturada en verano para emplearla en invierno.
Las zeolitas, son aluminosilicatos microporosos, con capacidad para hidratarse y deshidratarse de forma reversible. Se han identificado mas de doscientos tipos de zeolitas, cuarenta de ellas naturales, incluidas en rocas sedimentarias, volcánicas y metamórficas y el resto sintéticas. Se han empleado como absorbentes. Su estructura es tetraédrica con un catión de silicio, aluminio o germanio. rodeado de cuatro oxígenos. Los tetraedros adyacentes comparten oxígenos. Cuando se incluye aluminio, como su carga es inferior a la del silicio, se compensa incluyendo potasio. sodio o calcio e incluso litio, magnesio, estroncio y bario. Las zeolitas se asemejan a los feldespatos, salvo que las cavidades que generan son mas grandes y permiten almacenar gran cantidad de agua.
Las zeolitas son una solución al almacenamiento de energía. A diferencia del agua, las zeolitas no almacenan calor directamente, sino que el calor es quien elimina el agua almacenada dentro de las zeolitas. Es decir, que una zeolita activada energéticamente está completamente seca y cuando el vapor de agua pasa por sus cavidades, se libera calor. Por tanto, la clave radica en que la energía no se almacena en forma de aumento de calor, sino en forma de un estado químico. A esto unimos que su conductividad térmica es baja, y por tanto está dificultada la transferencia de calor, lo que facilita evitar pérdidas.
Investigadores del Instituto Fraunhofer de Electrónica Orgánica, han efectuado experimentos recubriendo los gránulos de zeolita con aluminio, logrando duplicar la conductividad térmica sin afectar la adsorción y desorción de agua. Es todo un reto el recubrimiento de gránulos diminutos, que cuanto más diminutos son, mayor es el problema para darle cobertura, pero, al mismo tiempo, los granos mas pequeños aumentan la densidad de potencia específica del almacenamiento térmico. Por otro lado, una conductividad térmica suficiente requiere que el revestimiento debe tener decenas de micrómetros de grosor. La evaporación térmica del aluminio para que se deposite en los gránulos formando una capa de aluminio requiere que los gránulos circulen continuamente para ser cubiertos de forma uniforme. Todo un alarde de ingeniería de precisión. Del mismo modo que se almacena energía también se puede emplear para producir refrigeración, tanto en el ámbito doméstico como en aplicaciones móviles. En los vehículos se pierde calor que podría utilizarse para el aire acondicionado integrado como parte de un ciclo termoquímico.
Nuevas ideas, nuevos retos, nuevas eficacias, nuevas perspectivas. La Ciencia siempre inspira nuevas alternativas que la técnica pone a nuestra disposición en esa batalla desigual por poner la Naturaleza al alcance de nuestras necesidades. Eso sí, sostenibles desde el primer instante, aunque las soluciones compatibilicen aspectos naturales y artificiales. La armonía, también requiere eficacia.
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