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FORMACIN DISTANCIA UNIDAD DIDCTICA ENERGA SOLAR, TRMICA Y PASIVA
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1. EL SOL Y LA RADIACION SOLAR
El sol es un inmenso reactor de fusin termonuclear que quema cada segundo 600 millones de
toneladas de hidrgeno a 20 millones de grados Kelvin irradiando (64070kw).
Es necesario tener en cuenta el movimiento del sol y su geometra para conocer el
comportamiento de la radiacin solar que llega a la superficie.
La orientacin del sol depende de la poca en la que nos encontremos. El motivo se encuentra
en la elptica, concepto que indica que el eje terrestre est inclinado con respecto al plano de su
traslacin alrededor del sol un ngulo de 23,45
FIGURA 6. MOVIMIENTO DE LA TIERRA RESPECTO AL SOL
Desde una perspectiva geocntrica, el Sol describe un arco sobre el cielo desde su salida
(orto) por el este, hasta su puesta (ocaso) por el oeste.
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A medioda se encuentra justo sobre el meridiano y ocupa la posicin ms alta (en verano
los rayos son ms perpendiculares, sol ms alto, a las superficies horizontales).
FIGURA 7. MOVIMIENTO SOL EN VERANO Y EN INVIERNO
1.Hora solar: desfase oficial en grados con respecto al meridiano de referencia.
hora solar= hora solar local + 4(min/ ) (Lref - Lloc ) + D t
D t se conoce como la ecuacin del tiempo e incluye la variacin del medioda solar con la
poca del ao.
Dt (min) = 9,87 sen 2B - 7,83cos B -1,5 sen B
B =360(J - 81) 364 J es el da juliano
- LRef es la longitud geogrfica de referencia en grados.
- Lloc es la longitud del meridiano local en grados.
2. El ngulo horario solar (w): es el desplazamiento del Sol sobre el plano de su trayectoria.
Se toma como origen el medioda solar y valores crecientes segn su desplazamiento.
W = (hora solar -12h) 15 S
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4. La declinacin solar (): es la posicin angular del Sol al medioda solar respecto al Ecuador
terrestre.
d = 23,45 sen[360 ((284 + J)/365) ] donde
S = -23,45 para el solsticio de invierno
S = 23,45 para el solsticio de verano.
5. Altura solar (h): mide el ngulo que forma el Sol con el plano del horizonte. El ngulo
complementario se llama ngulo cenital.
6. Azimut solar (aS): es el ngulo que forma la luz solar directa con el meridiano del
observador. Se toma como origen el medioda solar y los valores son crecientes de sur a norte.
La superficie terrestre recibe solo una parte de la radiacin solar incidente en el lmite superior
de la atmsfera.
La radiacin solar que ha atravesado la atmsfera, pueden definirse:
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- La irradiancia solar directa (B) Directa es aquella que llega al cuerpo desde la direccin del
Sol.
- La irradiancia solar difusa (D) es aquella cuya direccin ha sido modificada por diversas
circunstancias (densidad atmosfrica, partculas u objetos con los que choca, reemisiones de
cuerpos, etc.). Por sus caractersticas esta luz se considera venida de todas direcciones
- La radiacin solar global (G) como la potencia total recibida por una superficie procedente
de las componentes directa, difusa y la irradiancia reflejada por el entorno cercano (R).
Podemos relacionar estas magnitudes mediante la siguiente relacin:
G = B + D + R
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FIGURA 8. RADIACIN TOTAL
2. ENERGA Y CAMBIO CLIMTICO
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Se llama cambio climtico a la modificacin del clima con respecto al historial climtico a una
escala global o regional. Tales cambios se producen a muy diversas escalas de tiempo y sobre
todos los parmetros meteorolgicos: temperatura, presin atmosfrica, precipitaciones,
nubosidad, etc. En teora, son debidos tanto a causas naturales (Crowley y North, 1988) como
antropognicas (Oreskes, 2004).
El trmino suele usarse de forma poco apropiada, para hacer referencia tan slo a los cambios
climticos que suceden en el presente, utilizndolo como sinnimo de calentamiento global. La
Convencin Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climtico usa el trmino cambio
climtico slo para referirse al cambio por causas humanas:
Por "cambio climtico" se entiende un cambio de clima atribuido directa o indirectamente a la
actividad humana que altera la composicin de la atmsfera mundial y que se suma a la
variabilidad natural del clima observada durante perodos comparables.
Como se produce constantemente por causas naturales se lo denomina tambin variabilidad
natural del clima. En algunos casos, para referirse al cambio de origen humano se usa tambin
la expresin cambio climtico antropognico. Adems del calentamiento global, el cambio
climtico implica cambios en otras variables como las lluvias y sus patrones, la cobertura de
nubes y todos los dems elementos del sistema atmosfrico. La complejidad del problema y sus
mltiples interacciones hacen que la nica manera de evaluar estos cambios sea mediante el
uso de modelos computacionales que simulan la fsica de la atmsfera y de los ocanos. La
naturaleza catica de estos modelos hace que en s tengan una alta proporcin de
incertidumbre (Stainforth et l., 2005) (Roe y Baker, 2007), aunque eso no es bice para que sean
capaces de prever cambios significativos futuros (Schnellhuber, 2008) (Knutti y Hegerl, 2008)
que tengan consecuencias tanto econmicas (Stern, 2008) como las ya observables a nivel
biolgico (Walther et l., 2002)(Hughes, 2001).
2.1 CAUSAS DE LOS CAMBIOS CLIMTICOS
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El clima es un promedio, a una escala de tiempo dada, del tiempo atmosfrico. Los distintos
tipos climticos y su localizacin en la superficie terrestre obedecen a ciertos factores, siendo los
principales, la latitud geogrfica, la altitud, la distancia al mar, la orientacin del relieve terrestre
con respecto a la insolacin y a la direccin de los vientos y por ltimo, las corrientes marinas.
Estos factores y sus variaciones en el tiempo producen cambios en los principales elementos
constituyentes del clima que tambin son cinco: temperatura atmosfrica, presin atmosfrica,
vientos, humedad y precipitaciones.
Pero existen fluctuaciones considerables en estos elementos a lo largo del tiempo, tanto
mayores cuanto mayor sea el perodo de tiempo considerado. Estas fluctuaciones ocurren tanto
en el tiempo como en el espacio. Un cambio en la emisin de radiaciones solares, en la
composicin de la atmsfera, en la disposicin de los continentes, en las corrientes marinas o en
la rbita de la Tierra puede modificar la distribucin de energa y el equilibrio trmico, alterando
as profundamente el clima cuando se trata de procesos de larga duracin.
Variaciones solares
El Sol es una estrella que presenta ciclos de actividad de once aos. Ha tenido perodos en los
cuales no presenta manchas solares, como el mnimo de Maunder que fue de 1645 a 1715 en los
cuales se produjo una mini era de Hielo.
La temperatura media de la Tierra depende, en gran medida, del flujo de radiacin solar que
recibe. Sin embargo, debido a que ese aporte de energa apenas vara en el tiempo, no se
considera que sea una contribucin importante para la variabilidad climtica a corto plazo
(Crowley y North, 1988).
Sin embargo, muchos astrofsicos consideran que la influencia del Sol sobre el clima est ms
relacionado con la longitud de cada ciclo, la amplitud del mismo, la cantidad de manchas
solares, la profundidad de cada mnimo solar, y la ocurrencia de dobles mnimos solares
separados por pocos aos. Sera la variacin en los campos magnticos y la variabilidad en el
viento solar (y su influencia sobre los rayos csmicos que llegan a la tierra) quienes tienen una
fuerte accin sobre distintos componentes del clima como las diversas oscilaciones ocenicas,
los eventos el Nio y La Nia, las corrientes de chorro polares, la Oscilacin cuasi bianual de la
corriente estratosfrica sobre el ecuador, etc. Por otro lado, a largo plazo las variaciones se
hacen apreciables ya que el Sol aumenta su luminosidad a razn de un 10 % cada 1.000
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millones de aos. Debido a este fenmeno, en la Tierra primitiva que sustent el nacimiento de
la vida, hace 3.800 millones de aos, el brillo del Sol era un 70 % del actual.
Variaciones orbitales
La rbita terrestre oscila peridicamente, haciendo que la cantidad media de radiacin que
recibe cada hemisferio flucte a lo largo del tiempo, y estas variaciones provocan las
pulsaciones glaciares a modo de veranos e inviernos de largo perodo. Son los llamados
perodos glaciales e interglaciales. Hay tres factores que contribuyen a modificar las
caractersticas orbitales haciendo que la insolacin media en uno y otro hemisferio vare aunque
no lo haga el flujo de radiacin global. Se trata de la precesin de los equinoccios, la
excentricidad orbital y la oblicuidad de la rbita o inclinacin del eje terrestre.
FGURA 9. RANGO DE VARIACIN EN LA OBLICUIDAD DE LA TIERRA
Impactos de meteoritos
El ltimo acontecimiento catastrfico sucedi hace 65 millones de aos. Se trata de los
impactos de meteoritos de gran tamao. Es indudable que tales fenmenos pueden provocar
un efecto devastador sobre el clima al liberar grandes cantidades de CO2, polvo y cenizas a la
atmsfera debido a la quema de grandes extensiones boscosas. De la misma forma, tales
sucesos podran intensificar la actividad volcnica en ciertas regiones. Tras un impacto
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suficientemente poderoso la atmsfera cambiara rpidamente, al igual que la actividad
geolgica del planeta e, incluso, sus caractersticas orbitales.
La deriva continental
La Tierra ha sufrido muchos cambios desde su origen hace 4.600 millones de aos. Hace 225
millones de aos todos los continentes estaban unidos. La tectnica de placas ha separado los
continentes y los ha puesto en la situacin actual. La deriva continental es un proceso
sumamente lento, por lo que la posicin de los continentes fija el comportamiento del clima
durante millones de aos. Hay dos aspectos a tener en cuenta. Por una parte, las latitudes en las
que se concentra la masa continental: si las masas continentales estn situadas en latitudes
bajas habr pocos glaciares continentales y, en general, temperaturas medias menos extremas.
As mismo, si los continentes se hallan muy fragmentados habr menos continentalidad.
La composicin atmosfrica
La atmsfera primitiva, cuya composicin era parecida a la nebulosa inicial, perdi sus
componentes ms ligeros, el hidrgeno diatmico (H2) y el helio (He), para ser sustituidos por
gases procedentes de las emisiones volcnicas del planeta o sus derivados, especialmente
dixido de carbono (CO2), dando lugar a una atmsfera de segunda generacin. En dicha
atmsfera son importantes los efectos de los gases de invernadero emitidos de forma natural en
volcanes. Por otro lado, la cantidad de xidos de azufre (SO, SO2 y SO3) y otros aerosoles
emitidos por los volcanes contribuyen a lo contrario, a enfriar la Tierra. Del equilibrio entre
ambos efectos resulta un balance radiactivo determinado.
Con la aparicin de la vida en la Tierra se el total de organismos vivos, la biosfera. Inicialmente,
los organismos auttrofos por fotosntesis o quimiosntesis capturaron gran parte del
abundante CO2 de la atmsfera primitiva, a la vez que empezaba a acumularse oxgeno (a partir
del proceso abitico de la fotlisis del agua). La aparicin de la fotosntesis oxignica, que
realizan las cianobacterias y sus descendientes los, dio lugar a una presencia masiva de oxgeno
(O2) como la que caracteriza la atmsfera actual, y an mayor. Esta modificacin de la
composicin de la atmsfera propici la aparicin de formas de vida nuevas, aerbicas que se
aprovechaban de la nueva composicin del aire. Aument as el consumo de oxgeno y
disminuy el consumo neto de CO2 llegndose al equilibrio o clmax, y formndose as la
atmsfera de tercera generacin actual. Este delicado equilibrio entre lo que se emite y lo que
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se absorbe se hace evidente en el ciclo del CO2, la presencia del cual flucta a lo largo del ao
segn las estaciones de crecimiento de las plantas.
FGURA 10. COMPOSICIN ATMSFERICA
Las corrientes ocenicas
Las corrientes ocenicas, o marinas, son un factor regulador del clima que acta como
moderador, suavizando las temperaturas.
El campo magntico terrestre
Las variaciones en el campo magntico terrestre pueden afectarlo de manera indirecta ya que,
segn su estado, detiene o no las partculas emitidas por el Sol. Se ha comprobado que en
pocas pasadas hubo inversiones de polaridad y grandes variaciones en su intensidad, llegando
a estar casi anulado en algunos momentos.
Los efectos antropognicos
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Una teora es que el ser humano sea hoy uno de los agentes climticos, incorporndose a la lista
hace relativamente poco tiempo. Su influencia comenzara con la deforestacin de bosques
para convertirlos en tierras de cultivo y pastoreo, pero en la actualidad su influencia sera mucho
mayor al producir la emisin abundante de gases que, en teora, producen un efecto
invernadero: CO2 en fbricas y medios de transporte y metano en granjas de ganadera
intensiva y arrozales. Actualmente tanto las emisiones se han incrementado hasta tal nivel que
parece difcil que se reduzcan a corto y medio plazo, por las implicaciones tcnicas y
econmicas de las actividades involucradas.
Cambios climticos en el pasado
Los estudios del clima pasado se realizan estudiando los registros fsiles, las acumulaciones de
sedimentos en los lechos marinos, las burbujas de aire capturadas en los glaciares, las marcas
erosivas en las rocas y las marcas de crecimiento de los rboles. Con base en todos estos datos
se ha podido confeccionar una historia climtica reciente relativamente precisa, y una historia
climtica prehistrica con no tan buena precisin. A medida que se retrocede en el tiempo los
datos se reducen y llegado un punto la climatologa se sirve solo de modelos de prediccin
futura y pasada.
El efecto invernadero en el pasado
La atmsfera influye fundamentalmente en el clima; si no existiese, la temperatura en la Tierra
sera de -20 C, pero la atmsfera se comporta de manera diferente segn la longitud de onda
de la radiacin. El Sol por su alta temperatura emite radiacin a un mximo de 0,48 micrmetros
(Ley de Wien) y la atmsfera deja pasar la radiacin. La Tierra tiene una temperatura mucho
menor, y reemite la radiacin absorbida a una longitud mucho ms larga, infrarroja a la que la
atmsfera ya no es transparente. El CO2 que est actualmente en la atmsfera absorbe dicha
radiacin. Tambin lo hace y en mayor medida el vapor de agua). El resultado es que la
atmsfera se calienta y devuelve a la tierra parte de esa energa por lo que la temperatura
superficial es de unos 15 C, y dista mucho del valor de equilibrio sin atmsfera. A este
fenmeno se le llama el efecto invernadero y el CO2 y el H2O son los gases responsables de ello.
Gracias al efecto invernadero podemos vivir.
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FGURA 11. EFECTO INVERNADERO
El CO2 como regulador del clima
Durante las ltimas dcadas las mediciones en las diferentes estaciones meteorolgicas indican
que el planeta se ha ido calentando. Los ltimos 10 aos han sido los ms calurosos desde que
se llevan registros, y algunos cientficos predicen que en el futuro sern an ms calientes.
Algunos expertos estn de acuerdo en que este proceso tiene un origen antropognico,
generalmente conocido como el efecto invernadero. A medida que el planeta se calienta,
disminuye globalmente el hielo en las montaas y las regiones polares, por ejemplo el casquete
glaciar de Groenlandia, aunque el hielo antrtico, segn predicen los modelos, aumenta
ligeramente.
Dado que la nieve tiene un elevado albedo devuelve al espacio la mayor parte de radiacin que
incide sobre ella. La disminucin de dichos casquetes tambin afectar, pues, al albedo
terrestre, lo que har que la Tierra se caliente an ms. El calentamiento global tambin
ocasionar que se evapore ms agua de los ocanos. El vapor de agua acta como el mejor "gas
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invernadero", al menos en el muy corto plazo. As pues, habr un mayor calentamiento. Esto
produce lo que se llama efecto amplificador. De la misma forma, un aumento de la nubosidad
debido a una mayor evaporacin contribuir a un aumento del albedo. La fusin de los hielos
puede cortar tambin las corrientes marinas del Atlntico Norte provocando una bajada local
de las temperaturas medias en esa regin. El problema es de difcil prediccin ya que hay
retroalimentaciones positivas y negativas.
El cambio climtico actual
A finales del siglo XVII el hombre empez a utilizar combustibles fsiles que la Tierra haba
acumulado en el subsuelo durante su historia geolgica. La quema de petrleo, carbn y gas
natural ha causado un aumento del CO2 en la atmsfera que ltimamente es de 1,4 ppm al ao
y produce el consiguiente aumento de la temperatura. Se estima que desde que el hombre
mide la temperatura hace unos 150 aos (siempre dentro de la poca industrial) sta ha
aumentado 0,5 C y se prev un aumento de 1 C en el 2020 y de 2 C en el 2050.
Adems del dixido de carbono (CO2), existen otros gases de efecto invernadero responsables
del calentamiento global , tales como el gas metano (CH4) xido nitroso (N2O),
Hidrofluorocarbonos (HFC), Perfluorocarbonos (PFC) y Hexafluoruro de azufre (SF6), los cuales
estn contemplados en el Protocolo de Kioto.
A principios del siglo XXI el calentamiento global parece irrefutable y los ltimos aos del siglo
XX se caracterizaron por poseer temperaturas medias que son siempre las ms altas del siglo.
FIGURA 12. ANUNCIO WWF SOBRE EL CAMBIO CLIMTICO
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3. PROTOCOLO DE KYOTO DE LA CONVENCIN MARCO DE
LAS NACIONES UNIDAS SOBRE EL CAMBIO CLIMTICO
3.1 ANTECEDENTES
En 1972 se celebr en Estocolmo (Suecia) la Conferencia de Naciones Unidas sobre Medio
Ambiente Humano. Por primera vez, el tema de la degradacin medioambiental aparece en la
agenda de los principales gobiernos mundiales. La ONU reuni a los mximos representantes
de las naciones que intentaban encontrar soluciones para frenar la degradacin del planeta.
Naci el Programa de Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente (PNUMA), con la intencin de
crear en los pueblos una nueva conciencia ecolgica. Se reconoci la necesidad de educar a
jvenes y adultos en la prevencin y solucin de los problemas ambientales que ponan en
peligro la sostenibilidad del planeta. Las distintas actuaciones que se organizaron establecieron
mbitos principales: el cambio climtico, la degradacin del suelo, el deterioro del litoral y de
los ocanos, el empobrecimiento biolgico, los residuos txicos, la gestin de los recursos
compartidos de agua potable y el deterioro de la calidad de vida de las personas.
Dos dcadas despus se celebrara en Rio de Janeiro la llamada Cumbre de la Tierra sobre
Medio Ambiente y Desarrollo (1992) que pretenda sentar las bases de una poltica global que
permitiera el desarrollo sostenible del planeta. En esta reunin se aprueban cinco textos
fundamentales: La Declaracin de Ro o Carta de la Tierra, la Declaracin sobre el Bosque, el
Convenio sobre la Biodiversidad, el Convenio sobre el Clima y la Agenda 21 Programa para el
siglo XXI, en el que se enumeraban las distintas acciones que se llevaran a cabo el decenio
siguiente En 2002 se organiz en Johannesburgo La Cumbre Mundial del Desarrollo Sostenible.
En ella se debatieron temas como el acceso al agua y el estrs hdrico. El excesivo consumo de
energa, la produccin agrcola y la biodiversidad de las especies animales. Como meta
simblica se pretenda demostrar la capacidad colectiva frente a los problemas globales,
afirmando la necesidad de un crecimiento en conformidad con el medio ambiente, con el
objetivo de la salud, la educacin y la justicia. Para algunos, en esta cumbre se consigui poner
nfasis en temas de desarrollo social como la erradicacin de la pobreza, el acceso al agua y a
los servicios de saneamiento, y la salud.
Distintas cumbres se han seguido celebrando desde 2002, es decir, durante ms de cuarenta
aos se mantiene el debate mundial sobre la problemtica del cambio climtico y el desarrollo
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sostenible. Ambas cuestiones se han convertido en un problema principal para todos de cara al
futuro.
3.2 ORIGEN DEL PROTOCOLO DE KYOTO
El Protocolo de Kioto tiene su origen en la Convencin Marco de las Naciones Unidas sobre el
Cambio Climtico que fue aprobado en la Sede de las Naciones Unidas, en Nueva York, el 9 de
mayo de 1992. Esta Convencin es fruto de un proceso internacional de negociacin a raz de la
publicacin del Primer Informe de Evaluacin del Panel Intergubernamental de Expertos sobre
el Cambio Climtico (IPCC por sus siglas en ingls). En este Informe se confirmaba la existencia y
peligrosidad del fenmeno del cambio climtico.
La Convencin Marco sobre el Cambio Climtico busca la estabilizacin de la concentracin de
gases de efecto invernadero en la atmsfera a un nivel que impida interferencias
antropogenicas peligrosas en el sistema climtico y establece una estructura general para los
esfuerzos intergubernamentales encaminados a resolver el desafo del cambio climtico.
Reconoce que el sistema climtico es un recurso compartido que puede verse daado por todas
las actividades (incluyendo las industriales) que emiten dixido de carbono y otros gases de
efecto invernadero (GEIs).
En virtud de esta Convencin, los pases firmantes:
Recogen y comparten la informacin sobre las emisiones de GEIs, las polticas
nacionales y las prcticas ptimas en materia de reduccin de emisiones.
Ponen en marcha estrategias nacionales para abordar el problema de las emisiones y
adaptarse a los efectos previstos del cambio climtico, incluida la prestacin de apoyo
financiero y tecnolgico a los pases en desarrollo.
Cooperan para prepararse y adaptarse a los efectos del cambio climtico.
Sin embargo, cuando se adopto la Convencin, los Estados Parte saban que sus compromisos
no seran suficientes para abordar en serio los problemas del cambio climtico. El rgano
supremo de la Convencin es la Conferencia de la Partes (COP), que rene anualmente a todos
los Estados que han ratificado la Convencin. En la primera de las Conferencias de las Partes
(COP1) en Berln en 1995, las Partes pusieron en marcha una nueva ronda de conversaciones
para decidir la adopcin de compromisos ms firmes y ms detallados para los pases
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industrializados. Despus de dos aos y medio de negociaciones intensas, se adopto el
Protocolo de Kioto en la COP3 de Kyoto (Japn), el 11 de diciembre de 1997.
Debido a la complejidad de las negociaciones, quedaron sin resolver un considerable nmero
de cuestiones, por ejemplo, las transcendentales normas que regulaban el funcionamiento de
este Protocolo. Aunque 84 pases firmaron el Protocolo, lo que significaba que tenan intencin
de ratificarlo, muchos se resistan a hacer que el Protocolo entrara en vigor, antes de tener una
idea clara sobre las normas del tratado. Por ello, se inicio una nueva ronda de negociaciones
para especi car las normas concretas del Protocolo de Kioto, que se organizo en paralelo con las
negociaciones sobre las cuestiones pendientes en el marco de la Convencin. Estas
negociaciones terminaron en la COP7 con la adopcin de los Acuerdos de Marrakech (2001),
que establecan normas detalladas para la aplicacin del Protocolo de Kioto as como algunas
medidas importantes para la aplicacin de la Convencin.
El Protocolo de Kyoto tiene los mismos objetivos, principios e instituciones de la Convencin,
pero refuerza sta de manera significativa, ya que a travs de el las Partes incluidas en el anexo I
(pases industrializados que en 1992 eran miembros de la Organizacin para la Cooperacin y el
Desarrollo Econmico OECD) se comprometen a lograr objetivos individuales y jurdicamente
vinculantes para limitar o reducir sus emisiones de GEIs. Slo las Partes a la Convencin que
sean tambin Partes al Protocolo (es decir, que lo ratifiquen) se ven obligadas por los
compromisos del Protocolo. Los objetivos individuales para las Partes incluidas en el anexo I se
enumeran en el anexo B del Protocolo de Kioto. Entre todos suman un total de recorte de las
emisiones de gases de efecto invernadero de al menos el 5% con respecto a los niveles de 1990
en el periodo de compromiso de 2008-2012. El 31 de mayo de 2002, la Unin Europea rati co el
protocolo de Kioto, que entro en vigor el 16 de febrero de 2005, tras la ratificacin de Rusia ya
que para su entrada en vigor deban ratificarlo 55 pases que representaran el 55% de las
emisiones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, varios pases industrializados se
negaron a ratificar el protocolo, entre ellos, Estados Unidos y Australia.
3.3. CONTENIDO DEL PROTOCOLO DE KIOTO
Un sencillo documento de unas 10.000 palabras contiene el acuerdo institucional ms
importante en relacin al cambio climtico. Su objetivo es reducir las emisiones de GEIs de los
principales pases industrializados y segn la propuesta inicial de 1997, los pases firmantes
deban lograr que en el plazo que va de 2008 a 2012 esas emisiones descendieran un 5,2% por
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debajo de las registradas en 1990. En la Cumbre de Bonn (julio de 2001) ese lmite se ha fijado
en un 1,8%, ya que de lo contrario se corra el riesgo de que el Protocolo no se ratificara.
Los principales componentes del Protocolo de Kioto son los que a continuacion se exponen:
Gases contemplados
Objetivos
Pases
Mecanismos flexibles
3.3.1 Gases contemplados
El Protocolo de Kioto se aplica a las emisiones de seis gases de efecto invernadero:
dixido de carbono (CO2);
metano (CH4);
xido nitroso (N2O);
hidrofluorocarbonos (HFC);
perfluorocarbonos (PFC);
hexafluoruro de azufre (SF6).
3.3.2. Objetivos del Protocolo de Kioto
El Protocolo de Kioto marca objetivos obligatorios relativos a las emisiones de GEIs para las
principales economas mundiales que lo han aceptado. Estos objetivos individuales van desde
una reduccin del 8% hasta un crecimiento mximo del 10% respecto a las emisiones del ao
base, que ha sido fijado en 1990 (se podr utilizar el ao 1995 para los gases fluorados) y segn
cita el Protocolo con miras a reducir el total de sus emisiones de los GEIs a un nivel inferior de
no menos de un 5% al nivel de 1990 en el periodo de compromiso 2008-2012 a nivel mundial.
En casi todos los casos, incluso en aquellos que tienen un crecimiento mximo de las emisiones
del 10% sobre 1990, estos lmites obligan a unas reducciones importantes sobre las emisiones
proyectadas.
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Adems de para el periodo de compromiso 2008-2012, se prev el establecimiento de objetivos
obligatorios futuros para periodos de compromiso posteriores a 2012.
3.3.3. Pases firmantes
Los compromisos contrados en virtud del Protocolo de Kioto varan de un pas a otro. As , el
objetivo de recorte global del 5% sobre los niveles de GEIs de 1990 para los pases desarrollados
oscila entre el recorte del 28% de Luxemburgo y el 21% de Dinamarca y Alemania; y un
incremento mximo de las emisiones del 25% en Grecia y de un 27% en Portugal.
La Unin Europea ha asumido un objetivo conjunto de reduccin del 8% de sus emisiones de
1990 para 2008-2012, si bien esta reduccin ha sido distribuida de forma diferenciada entre sus
Estados Miembros en funcin de sus caractersticas individuales. As, el Estado Espaol tiene un
objetivo de incremento mximo del 15% de sus emisiones de GEIs respecto a las generadas en
1990.
3.3.4. Mecanismos flexibles del Protocolo de Kioto
Estos mecanismos tienen el doble objetivo de facilitar a los pases desarrollados el
cumplimiento de sus compromisos de reduccin y limitacin de emisiones y promocionar la
financiacin de proyectos "limpios" en pases en desarrollo o en transicin hacia econmicas de
mercado.
Entre los mecanismos flexibles se incluyen los siguientes:
El Comercio de Derechos de Emisin: mediante este mecanismo los pases del Anexo I
(pases industrializados) del Protocolo podrn comprar o vender una parte de sus
derechos de emisin a otros pases del Anexo I, con el objetivo de alcanzar, de forma
eficiente desde el punto de vista econmico, los compromisos adquiridos en Kioto. De
esta manera, los pases que reduzcan sus emisiones ms de lo comprometido podrn
vender los crditos de emisiones excedentarios a los pases que consideren ms difcil
satisfacer sus objetivos.
La aplicacin conjunta: este mecanismo regula proyectos de cooperacin entre pases
obligados a contener o reducir sus emisiones, de manera que la cantidad de ahorro
gracias a las nuevas instalaciones, respecto a plantas ms contaminantes, se comparte
entre los participantes en los proyectos.
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Mecanismos de desarrollo limpio: se trata de un mecanismo similar al anterior, dirigido a pases con compromisos de reduccin de emisiones, de manera que puedan
vender o compensar las emisiones equivalentes que han sido reducidas a travs de
proyectos realizados en otros pases sin compromisos de reduccin, generalmente en
vas de desarrollo.
4.INTRODUCCIN A LA ENERGA SOLAR TRMICA
4.1 HISTORIA
En el ao 2000 AC. las sacerdotisas encendan el fuego sagrado de los altares mediante espejos
curvados de oro pulido. Posteriormente en Egipto, hacia el ao 1450 antes de J.C., existan unas
estatuas sonoras del faran Amenhotep III. El sonido producido por estas estatuas era
consecuencia del aire calentado en sus enormes pedestales, que eran huecos, y que
comunicaban con el exterior por un orificio muy pequeo. El primer colector solar plano fue
fabricado por el suizo Nicholas de Saussure (1740-1799), y estaba compuesto por una cubierta
de vidrio y una placa metlica negra encerrada en una caja con su correspondiente aislamiento
trmico.
Antoine Lavoisier, experiment con lentes de 130 cm. de dimetro y fundi el platino, cuyo
punto de fusin es de 1760C.
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FIGURA 13.ANTOINE LAVOISIER
John Herschell, utiliz colectores solares de dos cubiertas para cocinar alimentos, obteniendo
en 1837 un prototipo que alcanzaba los 1160 C.
En 1874 se instal en Las Salinas (Chile) un destilador solar pasivo, consistente en 4700 m2 de
superficie acristalada que producan 23000 litros de agua dulce al da.
En 1875, el francs Mouchont realiz un colector cnico de 18.6 m2 de rea de abertura,
destinado a la produccin de vapor
Abel Pifre utiliz en la Exposicin de Pars del ao 1878 un colector doble parablico para la
produccin de vapor, con el cual se accionaba una pequea imprenta.
El primer colector cilndrico-parablico fue ideado por el norteamericano John Ericsson en
1883. Hacia finales del siglo antepasado exista ya un cierto inters por la energa solar, puesto
de manifiesto por las diversas revistas cientficas de la poca.
A principios del siglo pasado la utilizacin de la energa solar tuvo especial Inters en Estados
Unidos, principalmente en California, donde se hicieron algunos trabajos y estudios en
colaboracin con astrnomos, construyndose algunos prototipos de grandes dimensiones. El
abaratamiento de los combustibles, como consecuencia de la I Guerra Mundial, dio al traste con
todos estos trabajos.
Un ejemplo de los aludidos fue el colector del portugus Himilaya en San Louis (Mississippi) del
ao 1904, con un factor de concentracin de 2000, destinado a fundir metales, as como un
colector cnico realizado por el norteamericano Eneas, contemporneo del anterior.
En 1913, los tambin norteamericanos Shuman y Boys Instalaron, primero en Filadelfia (USA) y
luego en Egipto, colectores cilndrico. que producan vapor para el acciona-miento mecnico de
bombas hidrulicas destinadas a irrigacin. El colector de Egipto proporcionaba una potencia
de 37 a 45 KW durante un perodo de cinco horas.
En la dcada de los aos 30 de nuestro siglo se popularizaron en Japn equipos de circulacin
natural para obtener agua caliente sanitaria con una capacidad de almacenamiento de 100-200
litros.
21
Despus de la II Guerra Mundial este tipo de sistemas se extendi tambin en Israel, pero
debido al bajo precio de los combustibles convencionales, el uso de la energa solar qued
relegado a un segundo plano.
El resurgimiento de la energa solar como una disciplina cientfica se produce en 1953, cuando
Farrington Daniels organiza en la Universidad de Wisconsin un Simposio Internacional sobre la
utilizacin de la Energa Solar, auspiciado por la National Science Foundation de Estados
Unidos. Dos aos ms tarde, en Tucson (Arizona), se celebr otro simposio y se form la
Asociacin para la Aplicacin de la Energa Solar.
Como consecuencia de estos simposios se cre la revista Solar Energy, de muy alto nivel
cientfico, que edita la Sociedad internacional de la Energa Solar con sede en Australia, entidad
que sucedi a la asociacin para la aplicacin de la energa solar.
En la dcada de los aos 60, el excesivo abaratamiento de los combustibles convencionales hizo
que se dedicase poca atencin al tema de la energa solar, si bien en esta poca se construy el
horno solar de Font Romeu (Francia).
FIGURA 15. HORNO SOLAR DE FONT ROMEU
La luz es una forma de energa de gran pureza que puede ser transformada directamente en
energa trmica, elctrica o incluso cintica.
El sol constituye una fuente de energa permanente. Est compuesto mayoritariamente por
hidrgeno y helio, producindose continuamente un proceso nuclear de fusin por el que el
hidrgeno se transforma en helio, generndose una gran cantidad de energa. Esta energa
22
llega a la tierra en forma de radiacin , que es percibida en forma de luz. Slo una parte de ese haz de luz es captado por el ojo humano, en una gama de color que va del rojo al violeta.
FIGURA 16. ESPECTRO ELECTRMAGNETICO DE LA LUZ
La energa primaria empleada por la energa solar trmica es la contenida en la luz solar que es
transformada en energa trmica. Est energa trmica puede ser utilizada como energa final o
transformada en electricidad.
Cuando la luz incide sobre los cuerpos es absorbida y transformada en calor. Este calor puede
producirse a distintas temperaturas.
4.1MECANISMO DE TRANSFORMACIN DEL RECURSO ENERGA
La captacin de energa solar se realiza en una superficie absorbedora expuesta a la radiacin
solar. Esta energa solar trmica es posteriormente transferida a un fluido caloportador,
normalmente agua, aire o aceite para asi transportarla al lugar de uso.
La temperatura de la superficie absorbedora aumenta hasta que se estabiliza al alcanzarse un
equilibrio entre la energa que gana por luz solar y la que pierde por el hecho de estar ms
caliente que su entorno. En funcin del tipo de captador, el porcentaje de perdidas que se
produce a travs de cada tipo de mecanismo, y por tanto la temperatura de salida vara.
23
Cuantas menos prdidas tenga el captador, mayor ser la temperatura de equilibrio, y en
consecuencia mayor ser la energa trmica obtenida por el captador. La temperatura a la que
se estabiliza marca la diferencia y uso de los sistemas:
SISTEMAS DE BAJA TEMPERATURA: destinada a aquellas aplicaciones que no exigen
temperaturas del agua superiores a los 90 C. Por ejemplo, agua caliente sanitaria y
apoyo a la calefaccin de baja temperatura, calentamiento de agua de piscinas, etc..
SISTEMAS DE MEDIA TEMPERATURA: destinada a aquella aplicaciones cuyas
temperaturas de trabajo estn comprendidas entre los 80 C y los 250 C. Como, por
ejemplo, la refrigeracin mediante mquinas de absorcin, procesos industriales,
desalinizacin de agua de mar, etc.
SISTEMA DE ALTA TEMPERATURA: destinada a aquellas aplicaciones que requieran
temperaturas del agua superiores a los 250C. As , como por ejemplo, la generacin de
vapor para la produccin e electricidad a gran escala.
4.2 LOS CAPTADORES SOLARES
Los captadores solares son los elementos de las instalaciones solares trmicas, donde se
transforma la energa solar en energa trmica, y proporciona este calor al sistema.
Las diferentes tecnologas de captadores existentes difieren considerablemente en calidad,
comportamiento, construccin y costes. La eleccin del captador apropiado depende
principalmente de la temperatura de trabajo deseada. Hay que tener en cuanta que la eficiencia
del captador decrece conforme aumenta la temperatura de trabajo.
Existen diferentes tipos de captadores solares, siendo lo ms comn que pertenezca a uno de
estos tipos:
Captadores planos
Captadores de tubo de vaco
Captadores de concentracin
24
CAPTADORES PLANOS
Los captadores planos suelen estar diseados para trabajar a temperaturas de hasta 80-90C.
El fluido que circula por el absorbedor suele ser agua, mezclado en muchos casos con algn tipo
de anticongelante. Se pueden utilizar otros lquidos dependiendo de las aplicaciones,
particularmente de la temperatura de utilizacin.
FIGURA 18. CAPTADOR SOLAR PLANO
Dentro de estos se pueden distinguir:
CAPTADORES PLANOS SIN CUBIERTA: son aquellos en los cules el sol caliente un
lquido que recorre una superficie absorbedora que no est cubierta por un vidrio ni
cubierta transparente. Al no encontrarse aislados, son ms adecuados para aplicaciones
de baja temperatura en las cules la temperatura de demanda no supera los 30C.Estos
captadores se usan principalmente para sistemas de calentamiento de piscinas
exteriores, o precalentamiento de agua para diferente tipos de procesos.
CAPTADORES PLANOS CON CUBIERTA: son aquellos en los cules el sol calienta un
lquido en un captador que se encuentra cubierto por un vidrio o cubierta transparente.
Son el tipo de captadores ms comn, y que se utilizan principalmente para
aplicaciones de agua caliente sanitaria y calefaccin. Estos son ms adecuados para
aplicaciones de temperatura moderada, en las cules la demanda de temperatura va
desde los 30 hasta los 70C. En este tipo de captador, un absorbedor plano transforma
25
eficientemente la radiacin solar en calor. Para minimizar las prdidas de calor, dicho
absorbedor se coloca entre una cubierta( lmina de vidrio o material transparente) y
una capa de aislamiento.
Balance energtico
Las prdidas de energa de un captador se producen por tres mecanismos:
Radiacin: todos los cuerpos calientes emiten energa.
Conveccin: el aire en contacto con un cuerpo caliente se toma ms liviano y escapa
llevndose la energa que le ha transferido el cuerpo y siendo reemplazado por un aire
fro.
Conduccin: todo material situado entre un cuerpo caliente y otro fo sirve como
elemento de transmisin de energa del fro al caliente.
Estos mecanismos pueden ser mitigados:
La radiacin puede ser mitigada mediante una cubierta o el empleo de superficies
selectivas con bajos ndices de radiacin.
o La radiacin emitida por la placa absorbedora, es interceptada por el vidrio y
parcialmente reflejada de nuevo haca la placa absorbente. Se produce el
conocido efecto invernadero, basado en la propiedad de los vidrios de dejar
pasar las radiaciones de onda corta y reflejar las de onda larga, impidiendo as
que la radiacin que entra pueda escapar. El vidrio tambin evita el contacto
directo de la superficie con el aire ambiente con lo que, adems, se evitarn las
perdidas de conveccin.
La conveccin se reduce mediante el empleo de barreras fsicas o la sustitucin del aire
por un medio con menos prdidas por este mecanismo:
o Mltiples cubiertas transparentes.
26
o Aislamiento transparente. En este caso, entre la cubierta de vidrio del captador
plano y la superficie absorbente se coloca un aislamiento transparente; ste es
un material diseado para permitir la transmisin de la radiacin solar a la vez
que evita las prdidas calorficas por conduccin y conveccin. Estos captadores
alcanzan elevados niveles de produccin, a la vez que elevadas temperaturas de
estancamiento. Son tambin ms caros y pesados que los captadores estndar,
debido a la mayor cantidad de material incluido en el conjunto.
o Realizacin del vaco parcial o llenado con gas inerte del espacio existente entre
el absorbedor y la cubierta del captador.
CAPTADORES DE VACO
Los captadores planos son susceptibles de ser captadores de vaco. Sin embargo, las
caractersticas fsicas de los captadores planos no son adecuadas para mantener el vaco. Esto
ha hecho que los llamados captadores de vaco sean muy distintos a los planos. Se trata
generalmente de series de tubos de cristal sellados.
En estos captadores el aire de los tubos es evacuado pues es esta la va de transmisin en los
procesos de conveccin y conduccin. El grado de vaco tiene una importancia decisiva a la
hora de frenar los mecanismos en transporte de calor.
Ofrecen una mejor eficiencia que los planos debido a sus menores prdidas trmicas. Para una
misma rea efectiva del absorbedor, su produccin energtica anual es mayor que la de stos
ltimos; esta diferencia de produccin se hace ms notable a elevadas temperaturas. Pueden
alcanzar temperaturas significativamente mayores que los captadores planos pudiendo superar
150C. Esto los hace ms verstiles, pudiendo ser utilizados en aplicaciones de calefaccin,
refrigeracin y calor industrial de una forma ms sencilla. En general su produccin a baja
temperatura resulta ms cara que la de los planos y por lo tanto suelen ser utilizados en
aplicaciones de mayor temperatura.
27
FIGURA 19. CAPTADOR DE VACO
Los distintos tipos de tubo de vaco son:
TUBOS DE VACO DE CORRIENTE DIRECTA. En este tipo de colector, el fluido de
transferencia de calor fluye directamente a travs del absorbedor en el tubo de vaco. Se
consigue un elevado rendimiento debido a la transferencia directa de calor. Los tubos
de vaco de corriente directa tienen la ventaja de que se pueden montar incluso en
cubiertas planas.
TUBOS DE VACO Heat Pipe. En los tubos de vaco que incorporan el principio Heat
Pipe, el tubo del absorbedor contiene una pequea cantidad de agua ( u otro fluido
dependiendo de los requerimientos de temperatura). Este fluido se vaporiza en un vaco
parcial, sube como vapor por el tubo del absorbedor, se condensa en el condensador y
fluye de vuelta como lquido dentro del absorbedor. El condensador transfiere el calor al
fluido de transferencia del captador. Este principio, al contrario que en el caso de los
tubos de corriente directa, requiere una mnima inclinacin del tubo del absorbedor. La
temperatura de funcionamiento de estos captadores es en principio algo menor que en
el caso de los anteriores, debido a la transmisin de calor adicional que tiene lugar entre
el condensador y el fluido de transferencia de calor del captador.
TUBOS DE VACIO SYDNEY. El tubo Sydney fue desarrollado como uno de doble vidrio
para permitir posibles prdidas de vaco a travs de la conexin vidrio-metal. La
superficie del absorbedor se encuentra directamente sobre la superficie del tubo de
vidrio interior. Suelen utilizar un reflector para aprovechar todo el rea del absorbedor;
estos reflectores son comnmente utilizados como concentradores.
28
CAPTADORES DE CONCENTRACIN
Una forma para disminuir las prdidas trmicas en captadores solares trmicos, consiste en
reducir la relacin entre el rea del absorbedor y el rea de apertura del captador solar.Esta
concentracin luminosa se obtiene utilizando superficies que reflejan o refractan la radiacin
solar y la proyectan sobre la superficie del absorbedor.
Los CPC pueden trabajar con un amplio rango de ngulos incidencia, lo cual les permite captar
tanto la radiacin directa como la difusa, caracterstica que resulta muy interesante en
comparacin con los concentradores con seguimiento.
En el caso de captadores no estacionario, la intensidad de la radiacin en las superficies
receptoras puede llegar a ser del orden de 2 a 1000 veces el valor no concentrado, lo que puede
implicar temperaturas elevadas y una mayor precisin en los mecanismos del sol y enfoque en
la superficie receptora, lo que encarece el equipo.
FIGURA 20. CAPTADOR DE CONCENTRACIN
Existe una gran diversidad en la forma y diseo de concentradores:
Receptor plano y concentrador reflector cnico.
Reflector cilndrico y concentrador reflector cnico.
29
Receptor cilndrico y concentrador reflector esfrico.
Concentrador reflector tipo paraboloide de revolucin.
La concentracin se emplea tanto en los sistemas de media como en las altas temperaturas.
4.3 SISTEMAS DE BAJA TEMPERATURA
El captador transfiere la energa de la luz solar a un fluido en forma de calor elevando su
temperatura. Esta energa trmica puede almacenarse para su posterior utilizacin, bien en el
propio fluido de trabajo, o bien en el agua de consumo. El sistema solar de produccin de
energa solar trmica, se puede complementar con un sistema auxiliar convencional,
garantizando la continuidad del suministro de agua caliente en momentos en los que no se
cubra la demanda con energa solar.
FIGURA 21. ESQUEMA BISCO DE UNA INSTALACIN SOLAR PARA PRODUCCIN DE ACS
El acumulador solar permitir aprovechar al mximo las horas de sol, ya que se almacenar la
energa en aquellos momentos del da en que esto sea posible, y podr ser utilizada cuando se
produzca la demanda. Lo habitual es almacenar la energa en forma de calor sensible por medio
30
del agua que se pasar a consumo con posteridad. Pueden encontrarse en el mercado muchos
tipos distintos de acumuladores para agua caliente.
Adems las instalaciones cuentan con un sistema de regulacin y control que
fundamentalmente se encarga de asegurar el correcto funcionamiento del equipo, para
proporcionar un adecuado servicio de agua caliente y aprovechar la mxima energa solar
trmica posible. Esto lo consigue regulando el funcionamiento de las bombas, activndolas
cuando detecte que el captador solar dispone de energa suficiente que se puede transferir al
depsito de almacenamiento. Por otro lado, puede incorporar distinto elementos de proteccin
de la instalacin, como vasos de expansin, vlvulas de presin y de purga.
4.4 SISTEMAS DE MEDIA/ALTA TEMPERATURA
Estos sistemas estn caracterizados por trabajar con altos valores de concentracin del sol, altas
temperaturas de los fluidos caloportadores y disponer de un sistema de conversin de calor en
electricidad.
Todas las tecnologas existentes se basan en cuatro elemento bsicos: concentrados, receptor,
transporte, almacenamiento y conversin de potencia.
El concentrador captura y concentra la radiacin solar y a continuacin enva sta hacia el
receptor. El receptor absorbe la radiacin solar concentrada, transfiriendo su calor a un fluido de
trabajo. Este sistema de transporte/ almacenamiento transporta el fluido desde el receptor al
sistema de conversin de potencia. En algunas plantas solares, una porcin de la energa
trmica se puede almacenar para un uso posterior.
Como sistemas de conversin de potencia, los ciclos Rankine, Brayton, combinados y Stirling
han sido utilizados con xito.
Los tres sistemas de media-alta concentracin ms comnmente empleados en plantas de
produccin de energa elctrica y que trabajan en el rango del alta temperatura son los
siguientes:
LOS CAMPOS DE CAPTADORES CILINDRO- PARABLICOS consisten en largas filas
paralelas de mdulos iguales. Mediante un sistema de seguimiento solar de este a oeste
31
por rotacin sobre un eje, los captadores cilndricos concentran la radiacin solar sobre
un absorbedor con forma de tubo que se encuentra situado a lo largo de su lnea focal.
Un medio de transferencia de calor, comnmente aceite y a temperaturas muy altas,
circula a travs de los tubos. El aceite caliente evapora el agua, y el vapor de agua
generado mueve el generado de una turbina de vapor.
FIGURA 22. CAMPO SOLAR CILINDRO PARABLICO
LOS SISTEMAS DE RECEPTOR CENTRAL O TORRES DE POTENCIA se encuentran
rodeados por una serie de espejos con seguimiento solar en dos ejes dominados
helistatos, y que reflejan la radiacin solar directa sobre un receptor situado en lo alto
de la torre. Dentro del receptor, un fluido- se han hecho prueba con agua, aire y metales
lquidos- transfiere el calor solar absorbido al bloque de potencia donde es empleado
para calentar un generador de vapor.
32
FIGURA 23. CAMPO SOLAR DE HELIOSTATOS CON RECEPTOR CENTRAL
LOS SISTEMAS DE DISCO PARABLICO consisten en un concentrador puntual
parablico con forma de disco que refleja la radiacin solar hacindola incidir sobre un
receptor situado en el punto focal. Este tipo de concentradores se encuentran
colocados en estructuras con sistemas de seguimiento solar en dos ejes. El calor
recogido es comnmente utilizado directamente por un motor colocado en el receptor;
se suelen utilizar motores de ciclo Stirling y Brayton, y se estn realizando estudios
sobre la aplicacin de los ciclos Rankine para grandes campos de produccin.
FIGURA 24. DISCO SOLAR
Existe adems la posibilidad de integrar este tipo de centrales con las de ciclo combinado en las
denominadas Centrales Solar Integrada de Ciclo Combinado( ISCC).
33
Es especialmente interesante la capacidad de estas centrales de funcionar fuera de las horas de
sol mediante el uso de sistemas de almacenamiento de calor como las sales fundidas o el
sistemas volumtrico que les permite no slo garantizar potencias, problema fundamental de
otras energas renovables, sino optimizar la operacin de la central.
DESARROLLO EN SOLAR TRMICO DE ALTA TEMPERATURA PARA PRODUCCIN DE
ELECTRICIDAD
En el ao 1977 cuando se cre la Plataforma Solar de Almera (PSA). Desde entonces, se ha
trabajado para promover la introduccin en el mercado de las tecnologas termoelctricas y las
derivadas de los procesos de qumica solar, as como potenciar la innovacin tecnolgica y la
cooperacin entre el sector empresarial y las instituciones cientficas en el campo de la
investigacin, el desarrollo y la demostracin. Es en la actualidad cuando se ve claramente el
fruto de todos estos aos de trabajo, lo que nos produce una gran satisfaccin a la vez que nos
empuja a seguir adelante en la contribucin a la mejora de esta tecnologa.
Las centrales solares termoelctricas se presentan como una de las aplicaciones con ms fuerza
para el futuro, pudiendo suministrar hasta el 5% de la demanda mundial de energa en el ao
2040. Segn otras fuentes, en un escenario de desarrollo industrial moderado, la energa solar
trmica de concentracin podra abastecer para 2030 entre el 3% y el 36.% de las necesidades
energticas previstas en el mundo y entre el 8.5% y el 11.8% en 2050. Estos ratios podran
alcanzar entre el 18.3% y el 25.7% en 2050.
APLICACIONES DE MEDIA Y BAJA TEMPERATURA
La idea del empleo de la energa solar para la produccin de agua caliente para uso domstico (
agua caliente sanitaria, calefaccin, calentamiento de piscinas, etc.) se encuentran muy
extendida. Sin embargo existen varios campos potenciales de aplicacin de la energa solar
trmica a un nivel medio de temperatura ( 80- 250 C), siendo los ms importantes la
produccin de calor para procesos industriales y la refrigeracin solar.
34
REFRIGERACIN SOLAR
La refrigeracin se ha convertido en muchos pases en la principal causa del consumo
energtica en edificios. Las tecnologas de refrigeracin convencionales implican usualmente
un elevado consumo de energa elctrica y pueden causar altos picos de consumo.
El uso de energa solar como forma de alimentar las mquinas empleadas en refrigeracin es
una forma de reducir estos problemas. Estos sistemas utilizan el calor solar para hacer funcionar
enfriadoras de absorcin, as como sistemas evaporativos. Un sistema solar de refrigeracin
correctamente diseado es capaz de producir fro con un consumo de energa elctrica
considerablemente menor que un sistema convencional.
Entre los mtodos de refrigeracin solar es importante destacar la refrigeracin por absorcin.
Las enfriadoras de absorcin estn presentes en la mayor parte de los sistemas de refrigeracin
solar que se encuentran en operacin hoy en da.
OTRAS APLICACIONES
SECADO SOLAR: Para conservacin de alimentos. Durante siglos, esparciendo el grano para
exponerlo al sol y al aire.
CALEFACCIN SOLAR POR AIRE: Succin de aire a travs de un coletor solar perforado, que
puede servir al mismo tiempo de pared de un edificio. Edificios industriales con gran demanda
de ventilacin.
DESALINIZACIN SOLAR: La escasez de agua potable se da muchas veces en reas con un alto
ndice de radiacin solar. La destilacin solar se realiza por medio de un alambique solar.
COCINAS SOLARES. Estos artefactos permiten el cocinado de alimentos y la pasteurizacin de
agua en pocas horas, haciendo posible que en muchos lugares del mundo se ahorren
cantidades considerables de lea para cocinar, adems de reducir el riesgo de enfermedades
por contaminacin de agua. La Asociacin Brahma en la India instal en el ao 1996 capacidad
1000 comidas /da. Luego construccin de la cocina solar ms grande del mundo: 84 espejos
concentradores para la produccin de vapor que alimenta una cocina que actualmente es
capaz de hervir mas 35.000.
35
4.5 ENERGA SOLAR PASIVA
Una de las mejores maneras de reducir el consumo de energa en el mbito de la vivienda es
sacar el mximo provecho a la energa solar, por medio de lo que hoy se denomina
arquitectura bioclimtica, que otros conocern como arquitectura solar o energa solar pasiva.
Con unas pocas recomendaciones bsicas, como las que se incluyen al final de esta gua, y con
unos cuantos principios elementales aplicados a la construccin de viviendas, se puede lograr
un ahorro de energa que agradecer el planeta, la economa nacional y nuestros bolsillos.
El principio de la arquitectura bioclimtica consiste en valerse de determinados elementos
arquitectnicos para aprovechar el calor del Sol y la ventilacin natural. Un edificio mal
orientado, o con unos materiales de construccin inadecuados, puede llegar a consumir el
doble de energa que uno similar bien diseado y orientado.
De sobra es conocido que contar con un sistema de aislamiento eficaz puede ayudar, y mucho,
a climatizar una vivienda de forma natural. Una casa mal aislada estar menos protegida ante las
inclemencias del tiempo y tendera a desperdiciar energa al enfriarse rpidamente en invierno y
al calentarse en menos tiempo durante el verano.
Se calcula que entre el 25 y el 30% de nuestras necesidades de calefaccin o de aire
acondicionado son debidas a las perdidas de calor que se originan en las ventanas. Los sistemas
de doble cristal o doble ventana representan una forma eficaz de potenciar el efecto
invernadero en el hogar, adems de disminuir las corrientes de aire, condensacin de agua, o la
formacin de escarcha.
Del mismo modo, el tipo de carpintera tambin resulta determinante a la hora de conseguir
una temperatura clida en el interior de una vivienda. Algunos materiales (como el hierro o el
aluminio) se caracterizan por su alta conductividad trmica, por lo que permiten el paso del fro
o del calor con mucha ms facilidad que otros materiales como la madera o el hormign, con un
poder aislante muy superior.
Pero, al margen de los sistemas de aislamiento que favorecen el acondicionamiento de la
temperatura en la vivienda, la arquitectura bioclimtica se basa en una serie de principios
elementales.
36
La orientacin y la envolvente del edificio es uno de estos principios. Los muros y ventanas
debern estar dispuestos segn la zona climtica en la que nos encontremos. En lugares fros
interesa que los cerramientos de mayor superficie, los acristalamientos y las habitaciones de
mayor uso estn orientadas al sur para aprovechar al mximo el calor del Sol. Por el contrario,
los ventanales y las superficies orientadas hacia el norte debern ser lo ms pequeas posibles
para proteger la vivienda frente al viento y el fro. En zonas calurosas, se proceder justamente a
la inversa.
Tienen importancia, asimismo, otros aspectos como el color de muros y tejados a la hora de
conseguir una mayor eficiencia energtica en los edificios. En Andaluca, por ejemplo, se pintan
las casas de blanco para evitar una ganancia excesiva de calor, mientras que en la zona norte de
Espaa, los muros y tejados son de colores oscuros con la intencin de absorber la mayor
cantidad de radiacin solar posible.
Los rboles, setos, arbustos o enredaderas, tambin pueden contribuir al ahorro de energa.
Ubicados en lugares adecuados, no solo aumentan la esttica y la calidad ambiental, sino que
adems proporcionan sombra y proteccin ante el viento. Adems, el agua que se evapora
durante la actividad fotosinttica enfra el aire y puede lograr una bajada de temperatura de
entre 3 y 6 C, en las zonas arboladas.
En definitiva, la arquitectura bioclimtica combina una serie de principios elementales que,
aplicados a la construccin, pueden llegar a producir grados de confort muy elevados, a la vez
que un ahorro muy significativo en la factura energtica. Adems, hay que tener presente que
se trata de un sistema de gran durabilidad, puesto que su vida es anloga a la del edificio.
FIGURA 25. EJEMPLO VIVIENDA BIOCLIMTICA
37
4.6 IMPACTO AMBIENTAL
Las principales ventajas medioambientales de la energa solar trmica de baja temperatura,
aquella que utilizamos en el mbito de la vivienda, son:
Se trata de una energa que proviene directamente del Sol.
No emite gases contaminantes perjudiciales para la salud.
No emite gases de efecto invernadero que provocan el cambio climtico.
No produce ningn tipo de desperdicio o residuo peligroso de difcil eliminacin.
No produce efectos significativos sobre la flora y la fauna, a no ser que hagamos
referencia a las instalaciones de alta temperatura, que suelen ocupar una gran extensin
de terreno.
Su impacto sobre el medio ambiente es mnimo, y de producirse alguno ocurre
exclusivamente durante la fase de fabricacin de los equipos.
Este tipo de instalaciones no dejan huella ecolgica cuando finaliza el periodo de
explotacin.
Es una energa que no corre peligro de agotarse a medio plazo, puesto que su fuente
productora es el Sol.
No requiere costosos trabajos de extraccin, transporte o almacenamiento.
Un elemento especifico de la energa solar trmica, que la diferencia de otras fuentes de energa
tanto convencionales como renovables, es que se genera directamente en los puntos de
consumo, por lo que no requiere transporte ni creacin de infraestructuras.
Adems, su aplicacin suele tener lugar en el entorno urbano, en el cual las emisiones
contaminantes de los combustibles tradicionales tienen mayor incidencia sobre la salud
38
humana, consiguindose as disminuir sensiblemente las emisiones gaseosas originadas por los
sistemas convencionales de generacin de agua caliente.
La energa solar tambin contribuye eficazmente a la reduccin de emisiones de CO2,
responsables del calentamiento global del planeta. Se calcula que con el uso de una instalacin
solar para la produccin de agua caliente sanitaria, una familia puede evitar, de media, la
emisin de una tonelada de CO2 al ao. Al extrapolar estos datos a los millones de familias de
todo el mundo que actualmente utilizan la energa solar trmica para producir agua caliente y
calefaccin, obtenemos que nuestro planeta se ahorro la emisin de ms de 17 millones de
toneladas de CO2 a la atmsfera solo durante un ao
Por el contrario, en el lado de los debes de la energa solar trmica cabe destacar el impacto
visual sobre el paisaje, por lo que es conveniente tener especial cuidado en su integracin en el
entorno, as como en su adaptacin a los edificios. En este sentido, en los ltimos aos se ha
avanzado mucho en cuanto al trabajo y aceptacin de los diseadores de las instalaciones y
arquitectos. Existen numerosos ejemplos de las numerosas posibilidades de integracin de los
equipos, sobre todo si la instalacin se considera desde la concepcin del proyecto en el que va
a ir ubicada.
Adicionalmente, la aplicacin de energa solar trmica en determinados sectores como el hote-
lero e industrial es un aspecto de inters fuera del campo estrictamente energtico, ya que
proporciona una imagen de respeto con el medio ambiente, cuidado y entorno y calidad de
vida, que les da un valor aadido frente a sus clientes.
4.7 SITUACIN ACTUAL ENERGIA SOLAR TRMICA
Espaa es capaz de cubrir el 70 % de las necesidades de produccin de agua caliente de todos
los hogares.
39
FIGURA 26. MAPA RADIACIN SOLAR GLOBAL EN ESPAA
En este sentido destacan por sus cuotas de participacin en el mercado Andaluca, Catalua,
Canarias, Baleares, la Comunidad Valenciana y Madrid, segn orden de importancia.
Las provincias del sur de Andaluca y Canarias son las que concentran mayor nmero de horas
de sol anuales, alcanzando las 3.000. Teniendo en cuenta que en la actualidad no se aprovecha
ni el 10% de la energa que nos ofrece el Sol, las posibilidades de desarrollo son realmente
espectaculares
Tambin se observa una mayor concentracin de instalaciones solares en zonas tursticas o de
alto nivel de renta. Inicialmente, la energa solar trmica en este pas avanz a un ritmo muy
importante despus de la aprobacin del Cdigo Tcnico De Edificacin que ya obliga a la
instalacin de placas solares trmicas en los edificios. Afectado por la crisis inmobiliaria!!!
40
FIGURA 27. SUPERFICIE INSTALADA/ACUMULADA EN ESPAA 2005-2010
Espaa an se encuentra lejos de los objetivos nacionales fijados en el PER, que plante
alcanzar una superficie instalada de 4,9 millones de metros cuadrados para el ao 2010.
Para ello, la entrada en vigor del Cdigo Tcnico de la Edificacin oblig a instalar un aporte de
energa solar para agua caliente en todas las viviendas de nueva construccin, junto a las
medidas ya puestas en marcha con anterioridad, darn un impulso definitivo a un mercado con
excelentes perspectivas a medio y largo plazo. Un impulso que todava no se ha producido
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