Un grupo integrado por 20 ingenieros mecánicos, químicos y mecatrónicos ha diseñado un sistema inédito en Brasil capaz de generar, simultáneamente, energía eléctrica y agua destilada. El equipo de investigadores, todos pertenecientes al Instituto Alberto Luiz Coimbra de Posgrado e Investigaciones en Ingeniería de la Universidad Federal de Río de Janeiro (Coppe/UFRJ), desarrolló un demostrador tecnológico que recupera el calor desperdiciado por los paneles de energía solar y lo reutiliza para calentar el agua que alimentará un desalinizador de destilación por membranas. Alternativamente, esta energía térmica puede utilizarse en los procesos de refrigeración de ambientes. En mayo de este año se instaló un prototipo en la Ciudad Universitaria de la UFRJ, en la capital fluminense.
Según Carolina Palma Naveira-Cotta, directora del proyecto y docente del Programa de Ingeniería Mecánica del Coppe, el sistema, al que se ha bautizado Isla de Policogeneración Sostenible, puede colaborar para descentralizar la producción de energía eléctrica en el país, pero su propuesta va más allá. “Nuestra idea es conjugar la generación de electricidad, agua y otros insumos. En nuestro prototipo, se recupera el calor de los paneles solares de alta concentración y se emplea para producir agua potable”, dice.
La tecnología tiene potencial para prestar ese servicio en lugares que no están conectados a la red eléctrica nacional, tales como las comunidades del semiárido del nordeste, los campos de petróleo y gas cercanos a la costa (nearshore), las islas y las zonas en conflicto o que sufren catástrofes ambientales.
El extenso nombre dado al sistema tiene una explicación sencilla: “‘isla’ viene de la posibilidad de generar energía en forma descentralizada, autónoma; ‘poli’ se asocia a sus múltiples posibilidades de uso; ‘cogeneración’ tiene que ver con los insumos que se generan en conjunto, simultáneamente, y ‘sostenible’ porque la isla es energéticamente autosostenible”, explica la investigadora, quien coordina el Laboratorio de Nano y Microfluidos y Microsistemas (LabMEMS) del Coppe.
Coppe / UFRJVista aérea de la Isla de Policogeneración Sostenible, instalada en la Ciudad Universitaria de la UFRJCoppe / UFRJ
El demostrador instalado en la UFRJ ocupa una superficie de 200 metros cuadrados (m2) y está dotado de un panel solar fotovoltaico de alta concentración capaz de generar 5 kilovatios (kW) de energía eléctrica y 8 kW de energía térmica. Además, cuenta con tres conjuntos de colectores solares para el calentamiento complementario del agua. “Parte de la energía de la radiación solar se pierde y se disipa en el ambiente en forma de calor durante el proceso de conversión de la energía solar en energía eléctrica en los paneles. Una porción de la energía que se perdería se recupera y se utiliza en un proceso secundario”, dice Naveira-Cotta (véase la infografía).
“La eficiencia habitual de los paneles solares comerciales alcanza un 30 %. Esto significa que solo la tercera parte de la energía solar captada se convierte en electricidad. El resto se disipa en forma de calor”, dice. Para recuperar parte de esa energía térmica, se instaló un sistema de microintercambiadores de calor detrás de los paneles. Estos dispositivos poseen microcanales por los que circula un fluido refrigerante que recupera parte del calor que se desperdiciaría.
“En nuestro prototipo de muestra, el calor recuperado se utiliza en un proceso secundario de destilación de agua que tiene capacidad para producir unos mil litros de agua potable diarios a partir de agua salada”, precisa la investigadora. El agua producida puede destinarse al consumo humano, o bien para actividades agroindustriales. “En los días soleados, el calor recuperado del panel es suficiente como para calentar el agua que se utilizará para la desalinización”, dice. “Los colectores complementan el calentamiento del agua en los días nublados”.
El ingeniero mecánico João Alves de Lima, del Centro de Energías Alternativas y Renovables de la Universidad Federal de Paraíba (UFPB), valora positivamente la iniciativa del Coppe y pone de relieve su importancia para atender a regiones que padecen escasez hídrica o de energía eléctrica, pero hace una salvedad: “La producción de agua mediante estos procesos térmicos aún es baja si se la compara con otras tecnologías de desalinización”, afirma. “Por otra parte, la metodología propuesta por el equipo de la UFRJ permite trabajar con salinidades muy superiores a las del método tradicional de desalinización, por ósmosis inversa”.
