FORMACIN DISTANCIA UNIDAD DIDCTICA ENERGA SOLAR, TRMICA Y PASIVA

2

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.

3

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

4

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:

5

- 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

1

FIGURA 8. RADIACIN TOTAL

2. ENERGA Y CAMBIO CLIMTICO

6

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

7

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

8

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

9

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

10

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

11

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.

12

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

14

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

15

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

16

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

17

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.

18

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.

19

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.

20

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

VIDEOS RECOMENDADOS:

- EL PODER DE CONCENTRACIN

- http://www.youtube.com/watch?v=OZG0P2_TceY

- LA ENERGA SOLAR TRMICA

- http://www.youtube.com/watch?v=LlG6FX9V7UU