Imágenes proyectadas del reloj de arena solar. Cortesía del Land Art Generator Initiative.

Octubre fue un mes lleno de eventos para Santiago Muros Cortés. El arquitecto residente en Argentina impresionó al jurado en Copenhague con su plan de un reloj de arena solar que utilizaría el haz solar, en vez de arena, como material de goteo. El anuncio también supuso un honor para el sector de la CSP, ya que se escogió este diseño entre las 300 presentaciones que proponían una variedad de tecnologías de energías renovables.

Al resultar ganador, Cortés recibió un premio de $15.000 USD de la LAGI, una iniciativa que anima a artistas, arquitectos, científicos e ingenieros a diseñar instalaciones artísticas públicas que puedan utilizarse para generar energía renovable.

"A diferencia de otras plantas energéticas que existen, el reloj de arena solar nació para convertirse en un componente inseparable del panorama urbano —indica Cortés—. Solo a través de la integración social y cultural podemos incorporar una infraestructura de generación energética sostenible en nuestras vidas diarias y concienciar así al público y lograr que aprecie este proceso".

Aunque los galardones no garantizan su construcción, está claro que no se descarta la idea. De hecho, la iniciativa LAGI recoge todas las presentaciones en una cartera que pueden presentar a inversores de todo el mundo interesados en crear un alegato sostenible.

"La CSP se beneficia en gran medida de las economías de escala y el reloj de arena solar se encuentra en el grupo de las plantas pequeñas de torre CSP. Hay otros ejemplos prácticos de CSP a esta escala y creemos que sería muy viable", declaró Elizabeth Monoian, confundadora de la LAGI, a CSP Today.

Tecnología de haz

El reloj de arena solar, que se basa en la tecnología de torre de haz que se ha probado y cuyo prototipo se ha realizado en el Instituto Masdar de Ciencia y Tecnología, se ha concebido como un receptor central solar con pequeños espejos planos que concentran la energía solar en un depósito de almacenamiento.

En el diseño, estos espejos (heliostatos) están dispuestos de manera parabólica sobre la bombilla superior del reloj de arena y reflejan el calor solar en un conjunto de espejos más pequeños con forma cónica que concentran los reflejos y los lanzan hacia abajo por el cuello de la instalación.

"Los heliostatos parabólicos incrementarían la efectividad al concentrar el primer reflejo en un punto más pequeño y activar el haz vertical que es el punto focal de la pieza", explica Elizabeth Monoian.

El haz de calor solar concentrado llega, posteriormente, a un receptor que está cubierto con una superficie de absorción especial que maximiza la transferencia de calor al fluido de transferencia térmica situado dentro del receptor. El fluido de transferencia térmica, que consiste en sal de nitrato fundida, se calienta a temperaturas superiores a los 600 ºC y, después, se transfiere a un intercambiador térmico donde el agua se convierte en el vapor que acciona un generador de turbina.

Como un pequeño porcentaje del vapor producido se libera de vuelta al cuello del reloj de arena, el haz solar se vuelve visible para el público. De esa manera, la estructura enviaría un mensaje optimista a los que la visitan, que todavía estamos a tiempo de hacer las cosas bien a nivel medioambiental, mientras que el conjunto parabólico de 1.960 m² de heliostatos concentrarían suficiente calor para producir 6,2 MW. La gran pregunta ahora es: ¿sería sencillo construir este proyecto?

La opinión de los expertos

Según Steven Meyers, investigador en la Universidad de Kassel (en el Instituto de Ingeniería de Energía Térmica) con un enfoque especial en la integración de calor solar en procesos industriales, el reloj de arena solar es un desarrollo nuevo e interesante para la tecnología de haz y la CSP en general.

"Solo a nivel estético, parece bastante suave y elegante, la verdad es que no es lo que suele vincularse a plantas energéticas y supondría una referencia interesante para la energía termosolar".

Meyers, como antiguo ingeniero de investigación en el Laboratorio de Energía y Nanociencia (LENS, por sus siglas en inglés) de Masdar, participó directamente en la modelización óptica y térmica de la planta termosolar de haz en Masdar. Sin embargo, al analizar los aspectos técnicos del diseño de Cortés, identifica varios asuntos preocupantes, que su equipo experimentó mientras trabajaba en la planta de haz en Masdar y a los que es probable que el reloj de arena solar tenga que hacer frente.

"El primero es la óptica complicada de los reflejos de varios espejos, algo que se vuelve cada vez más difícil de controlar en cada interacción con la superficie. Al añadir que la disposición de todo el espejo está suspendida en el aire por cables, esto puede incrementar más la dificultad de concentrar la radiación solar ya que la óptica está sujeta a las cargas eólicas". 

En segundo lugar, y en relación con lo primero, está el asunto de la luz dispersa y la seguridad. "En una de las imágenes, el diseño del reloj de arena muestra a los visitantes acercándose a un par de metros del 'haz de luz' final antes de que entre en el receptor". Esto, según destaca Meyers, no sería viable porque representaría un grave riesgo para la seguridad.

"La luz concentrada brillará tanto que la gente, incluso situándose en el perímetro, tendrá dificultades para ver el punto focal central. Asimismo, la cantidad de energía térmica que procede de este haz se percibirá a muchos metros del centro, así que sería arriesgado que la gente se acercase".

Durante el funcionamiento del proyecto de haz en Masdar que, en el mejor de los casos, era un sistema de 100 kW, una vigésima parte del tamaño del proyecto propuesto, Meyers explicó que tuvieron que llevar unas potentes gafas de sol alrededor del haz central y mantenerse siempre a unos 2 ó 3 metros. Aunque se trata de dos problemas que no es imposible resolver, requerirán un desarrollo de ingeniería para disminuir el riesgo.  

Posiblemente viable

Meyers, al hacer referencia a si es viable la construcción de la planta energética, afirma que dependería de cuáles son los objetivos. "Si el objetivo es incrementar la concienciación de la CSP y la energía solar en su conjunto, podría ser un concepto interesante para explorar".

No obstante, sugiere que sería complicado lograr el proyecto en su forma actual. "El mayor obstáculo es el enorme tamaño de la mitad superior del reloj de arena, que contiene todos los heliostatos y el concentrador secundario".

"Con este tamaño, solo el equipamiento solar pesará más de 60.000 kgs., asumiendo una cifra conservadora de 30 kg/m², y excluyendo la estructura de apoyo, que también será bastante pesada. Después, debe conectarse todo esto a cuatro postes colocados sobre el suelo mediante cables gruesos de acero". 

De hecho, desde un punto de vista tecnológico, habrá niveles de ingeniería sofisticada con los que habrá que lidiar debido al diseño creativo. Respecto al mecanismo propuesto de almacenamiento de energía térmica, parece bastante factible, según Meyers, ya que las sales fundidas son un medio de almacenamiento totalmente probado y comprobado. Por tanto, no habría problemas aparte del hecho de que la gente se situaría muy cerca del sistema. 

A nivel geográfico, naturalmente, el proyecto funcionaría mejor en países que ya son conocidos por su tecnología CSP, como el suroeste de EE. UU, España, Chile, Sudáfrica, Australia y algunas partes de la región MENA.

No obstante, debido a la forma exclusiva del campo de colectores, que contará con pérdidas ópticas superiores a las normales en ángulos inferiores de elevación, Meyers señala que se obtendría el mayor rendimiento anual en proyectos situados cerca del ecuador.

"Posiblemente, podría realizarse algo a una escala menor con un pensamiento más técnico. No cabe duda de que sería una obra de arte interesante instalada en un parque o espacio público y, para ello, una planta más pequeña sería más viable. Aplaudo a los diseñadores por su buen trabajo de creación de un diseño innovador".