Revista de Divulgación Científico-Tecnológica del Gobierno del Estado de Morelos

Una charla con...

Dr. Claudio A. Estrada Gasca

“La energía no se crea ni se destruye, solamente se transforma”: Concentradores Solares, una opción económica para la población.


Por: Lic. Silvia Patricia Pérez Sabino
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Fotos: M.C Carlos A. Pérez Rábago
Lic. Silvia Patricia Pérez Sabino
José de Jesús Quiñones Álvarez

 

Originario de la ciudad de México, el Dr. Claudio Alejandro Estrada Gasca, realizó sus estudios de Licenciatura en Física en la Universidad Nacional Autónoma de México, posteriormente cursó su maestría y doctorado en Ingeniería en Mecánica en la Universidad Estatal de Nuevo México, Estados Unidos.

Desde 1988 trabaja en la UNAM como investigador. Actualmente, es Director del Centro de Investigación en Energía de la UNAM, en Temixco, Morelos y profesor-investigador, orientado a estudiar los fenómenos de transporte en sistemas solares.

Desde 1986 radica en Morelos con su esposa y sus dos hijos. Actualmente, su hija estudia el doctorado en Ciencias Políticas, su hijo concluyó la Licenciatura en Geografía y su esposa trabaja como Profesora-Investigadora en el Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (Cenidet).

Las áreas de interés específico de este científico, están relacionadas con la energía solar; su concentración y su transformación. Pero... a todo esto, ¿qué es la energía? En palabras del Dr. Estrada Gasca, dichas para Hypatia: ésta “nos permite como seres humanos, realizar todo tipo de actividades. Desde el punto de vista científico, se define como la capacidad de un sistema físico para realizar trabajo. La materia posee energía como resultado de su movimiento o de su posición en relación con las fuerzas que actúan sobre ella. La radiación electromagnética posee energía que depende de su longitud de onda. Esta energía se transfiere a la materia cuando absorbe radiación y se recibe de la materia cuando emite radiación. La energía asociada al movimiento se conoce como energía cinética mientras que la relacionada con la posición es la energía potencial, existen otros tipos de energía como la química o la electromagnética. De hecho, la energía es uno de los tres grandes conceptos que existen en la ciencia y que involucran a todos los fenómenos existentes, a saber, la materia, la energía y el espacio. Con la materia, se puede producir energía y con ésta se puede formar materia. Por ejemplo, cuando encendemos un cerillo vemos como el fósforo que tiene energía química, después de friccionarlo y alcanzar una cierta temperatura produce una flama que no es otra cosa que un proceso de oxidación donde la energía química se transforma en lumínica y calórica”.

H.- Dr. Estrada, ¿qué papel juegan las energías renovables, frente a la transformación de la energía?

CEG.- “Las sociedades modernas están regidas por la energía del petróleo; la energía química almacenada en los hidrocarburos que contiene. Sin embargo, esto no va a continuar por mucho tiempo debido fundamentalmente a dos factores: uno, al carácter finito que tienen las reservas de hidrocarburos y el otro, al daño ambiental que esta produciendo la quema de los mismos. Debe haber una transformación en el uso de las fuentes energéticas y yo soy de los que está convencido de que las energías renovables van a jugar un papel fundamental en esa transformación, entre ellas las energías eólica, microhidraulica, biomasa, oceánica, geotérmica, pero particularmente la energía solar. Por ello, me dedico al estudio del aprovechamiento de la energía solar en una de sus formas. Existen varias maneras de aprovechar tecnológicamente a la energía solar, y una de ellas es la concentración solar.


H- ¿Qué tipos de concentración solar existen y qué aplicaciones tienen?

CEG.-“En general podemos hablar de los sistemas de concentración solar que forman imagen solar y de los que no la forman. En los sistemas que no forman imagen solar se pueden alcanzar concentraciones solares bajas y temperaturas inferiores los 150 grados centígrados. Las aplicaciones de estos sistemas solares de baja concentración van desde producción de frío para aire acondicionado, calentamiento de fluidos para calor de proceso industrial, en procesos de desinfección y desintoxicación fotocatalítica de aguas contaminadas, hasta la generación de electricidad con celdas solares para aumentar su eficiencia. En los sistemas de concentración solar que forman imagen se pueden alcanzar altas concentraciones y por lo mismo altas temperaturas, 2000 grados centígrados o más. Una aplicación típica de estos sistemas es en la generación de potencia eléctrica. Para esta aplicación se han desarrollado básicamente tres arquitecturas: los sistemas de canal parabólico, los de platos paraboloidales y los campos de helióstatos con torre central.

De estas tres tecnologías, la más avanzada es la de canal parabólico, que incluso ya esta en fase comercial: existe un complejo termosolar de 350 Megawatts de potencia instalada en la Intersección Kramer en California, EUA. En el caso de los platos paraboidales, un solo plato de 7.5 metros de diámetro, logra concentrar la radiación en una zona focal pequeña donde se instala un motor de Stirling que puede generar una potencia eléctrica de 9 Kilowatts, generando aproximadamente la electricidad necesaria para satisfacer a 12 familias de 4 personas cada en una en la Cd de Cuernavaca.

La tercera tecnología, de torre central, es muy impresionante, porque si nos imaginamos tres campos de fútbol soccer, con cientos de helióstatos (espejos planos de aproximadamente 100 metros cuadrados cada uno, que van siguiendo al sol) que reflejan la luz solar a un gran receptor localizado en lo alto de una torre que absorben la energía concentrada, se puede elevar la temperatura de un fluido térmico hasta 600º C, con lo cual es posible generar vapor de agua a alta presión expandirlo en una turbina y producir electricidad.

Las aplicaciones de los concentradores son muy amplias, además de las ya mencionadas, también se utilizan para cocción de alimentos, eliminación de desechos de materiales altamente contaminantes con alta temperatura o la fabricación de nuevos combustibles solares como el hidrógeno. Otra de las aplicaciones que se están desarrollando es la En el Centro de Investigación de Energía hemos trabajado en cocinas solares, en concentradores de canal parabólico y plato paraboloidal para generar vapor y en concentradores de solares para el estudio de flujo radioactivo altamente concentrado, entre otros”.


H.- ¿Por qué los concentradores solares son una buena opción?

CEG.- “Porque es una tecnología renovable que puede ser desarrollada y aplicada en México por el enorme potencial solar que tenemos. Porque estas tecnologías permiten resolver problemas que utilizando combustibles fósiles sería y de hecho es muy contaminante. Porque en 50 años más, muchas de las plantas de generación eléctrica del país deberán ser plantas termosolares de alta concentración, entonces el impacto industrial, económico, educativo y de formación de recursos será impresionante.


H.- ¿Cuál es la importancia de desarrollar fuentes energéticas renovables y de dónde podemos obtenerlas?

CEG.- “Todos en la vida cotidiana utilizamos cierta cantidad de energía para satisfacer un conjunto de necesidades. Si multiplicamos ésta cantidad por el número de habitantes que somos entenderemos que el requerimiento energético es grande. En la actualidad, los recursos energéticos para satisfacer esos requerimientos provienen fundamentalmente de los hidrocarburos. Así mismo, si aspiramos a que nuestra población alcance niveles de vida adecuados, es de esperar que los requerimientos energéticos aumenten significativamente en los próximos años. Por otro lado, sabemos que el uso intensivo e indiscriminado de los hidrocarburos ha causado graves daños ambientales en muchas partes del mundo, y donde probablemente el daño mas importante sea el aumento del CO2 atmosférico, lo cual está implicando un cambio en los patrones climáticos ocasionando, sequías, huracanes, etc.” Además, como ya dijimos, sabemos que las reservas de hidrocarburos son finitas. Por todo lo anterior, debemos investigar y desarrollar tecnologías de energías renovables que sustituyan a las basadas en energía fósil.

Las fuentes de energías renovables en México son abundantes. Tenemos zonas específicas como la ventosa en el Istmo de Tehuatepec con un alto potencial eólico. Tenemos miles de kilómetros de litorales donde se puede explotar la energía oceánica. En todo el país, pero particularmente en el noroeste, el recurso solar es abundante y suficiente para el establecimiento de tecnología de alta concentración solar. Ya hay plantas geotérmicas generando electricidad en los estados de Michoacán y Baja California y existen más sitios de explotación geotérmica. Y desde luego, el recurso de biomasa y de microhidráulica se encuentran en buena parte del territorio nacional. Como se ve, México es un país rico en energías renovables.

H- Finalmente, ¿qué quisiera compartir con los lectores de Hypatia?

CEG.- “Los mexicanos tenemos que darnos cuenta que somos una sociedad que se mueve hacia un futuro altamente competitivo, por lo cual se requiere que los esfuerzos de investigación y desarrollo de tecnología se multipliquen en nuestro país, si no lo hacemos, vamos ha estar condenados a la dependencia económica y al subdesarrollo. En particular, el tema de las energías renovables son un reto y una gran oportunidad para los mexicanos, porque contamos con recursos humanos capaces de desarrollar estas tecnologías y creo que con un apoyo sostenido y un plan nacional de promoción y desarrollo de las mismas, en mediano plazo podríamos alcanzar el nivel de competencia con el que cuentan ya algunos países del primer mundo”.

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