Viento

Aug 23, 2023

La calefacción es uno de los mayores usos de la energía en la sociedad humana actual. Donde antes quemábamos troncos para evitar el brutal frío invernal, ahora dependemos del gas y la electricidad para calentar nuestros hogares y mantenernos seguros y calentitos. En algunos climas más fríos, como el Reino Unido, la calefacción puede representar entre el 60% y el 80% de la demanda total de energía doméstica.

Sin embargo, existen formas alternativas de proporcionar calefacción. El uso de la energía eólica para proporcionar calor directamente podría ser clave en esta área, utilizando una variedad de métodos interesantes que podrían tener algunas aplicaciones específicas únicas.

Si un titular se ha vuelto repetitivo y aburrido en los últimos dos años es el aumento de los precios del gas y la electricidad. Esto ha obligado a millones de personas en todo el mundo a pagar más que nunca para calentar sus hogares. Las fuentes sostenibles de energía a escala doméstica pueden compensar esto hasta cierto punto, para aquellos que dependen de métodos de calefacción eléctrica, ya sea mediante medios resistivos o mediante bombas de calor. Por supuesto, en los inviernos más fríos, los paneles solares domésticos comunes lamentablemente tienen su rendimiento más bajo, lo que en el mejor de los casos proporciona ahorros débiles.

Estos problemas han arrojado nueva luz sobre métodos alternativos para calentar los hogares de forma limpia y renovable. En particular, la energía eólica puede utilizarse para calefacción si se utiliza correctamente. La solución más obvia es indirecta, mediante la cual un generador eólico proporciona electricidad para hacer funcionar la calefacción eléctrica convencional. Sin embargo, más interesantes son los métodos directos, que pueden resultar más baratos y más eficientes energéticamente en algunos casos.

El tipo más intuitivo de generación de viento a calor es a través de un sistema de frenos de líquido, también conocido como máquina Joule. Se trata de un molino de viento que hace girar una paleta dentro de un recipiente con líquido, normalmente agua. La energía capturada de la corriente de viento se disipa esencialmente en el fluido por la resistencia que presenta al molino de viento, calentándolo. Luego, el fluido calentado se puede bombear a los radiadores para suministrar calefacción donde sea necesario. Es un concepto bastante simple, aunque requiere una ingeniería cuidadosa para que funcione en la práctica. La clave está en dimensionar adecuadamente el molino de viento y el freno de líquido para que coincidan entre sí y elegir los parámetros correctos para calentar el líquido en un grado útil. La ventaja de este método es que el sistema convierte directamente la energía mecánica en calor, sin pasar por la etapa eléctrica, lo que añade gastos y complejidad significativos. También ahorra una etapa adicional de conversión de energía que puede ser beneficiosa para la eficiencia.

Un molino de viento con freno líquido es un dispositivo notablemente simple, mecánicamente hablando. Podría haberse utilizado para calefacción en los primeros tiempos industriales si a alguien se le hubiera ocurrido la idea en aquel entonces. Sin embargo, ganaron prominencia por primera vez cuando ciertos individuos emprendedores en Dinamarca experimentaron con la tecnología en la década de 1970. El país se vio azotado por la crisis mundial del petróleo, ya que dependía de un suministro fiable para la calefacción. Cuando los precios del petróleo se dispararon, las alternativas rápidamente se volvieron atractivas.

Cabe señalar que este concepto es aplicable principalmente a quienes viven en zonas rurales con espacio de sobra. También son lugares donde es probable que el viento esté más disponible. Además, a diferencia de las zonas urbanizadas, es más fácil construir una turbina más grande y con mayor capacidad. Las turbinas eólicas pequeñas o de baja altura suelen tener un rendimiento deficiente, especialmente en zonas urbanas pobladas. Sin embargo, para una propiedad rural con amplio espacio y conexión limitada a los servicios públicos, un dispositivo de conversión de viento a calor podría funcionar bien.

El primer diseño danés conocido como Calorius Type 37 es un buen ejemplo de una configuración típica de viento a calor. Con un rotor de 5 m y una altura de 9 m, era capaz de producir 3,5 kW de calor con una brisa de 11 m/s. Un par de estas unidades serían capaces de calentar una casa de tamaño mediano.

En comparación, el diseño LO-FA más avanzado de la década de 1980 demostró cuán potente podría ser un sistema de conversión de viento a calor. Con un poderoso rotor de 12 metros en una torre de 20 metros, era capaz de generar aproximadamente 90 kW de calor con un viento que soplaba a 14 m/s. En particular, utilizó aceite hidráulico de mayor resistencia para el freno de líquido, en lugar de agua en la mayoría de los otros diseños. Luego el calor se transfirió al agua para su distribución. Con tanta capacidad de calefacción, el LO-FA posiblemente podría calentar varios hogares, lo que sugiere que las grandes unidades de viento a calor podrían ser ideales para comunas o granjas familiares fuera de la red.

Por supuesto, el viento no sopla todo el tiempo, por lo que el almacenamiento de calor suele ser necesario si se utiliza este tipo de sistemas. La forma más sencilla de hacerlo es combinar un sistema de viento a calor con un gran tanque de agua para que actúe como depósito de almacenamiento de calor. Los sistemas holandeses a menudo dependían de tanques de almacenamiento con entre 10.000 y 20.000 litros de agua disponibles. Esto proporcionaría suficiente almacenamiento para pasar las épocas frías con un mínimo de viento y el almacenamiento ocuparía aproximadamente la misma cantidad de espacio que una pequeña piscina.

Alternativamente, las bombas de calor también pueden resultar muy beneficiosas en este ámbito. Un sistema de frenos de líquido puede convertir hasta el 90% de la energía eólica capturada en calor en el líquido. Una bomba de calor, por otro lado, puede tener una eficiencia del 300% o más. Esto se debe a que, en lugar de convertir la energía eólica directamente en calor, la energía eólica mueve el calor de un lugar a otro.

No hay nada particularmente sofisticado involucrado en la construcción de un sistema así. Se puede simplemente tomar una bomba de calor eléctrica existente y quitar el motor, reemplazando el accionamiento mecánico con la salida de una turbina eólica. Es posible que se requiera algún engranaje para unir los dos, pero fundamentalmente, eso es todo lo que se requiere. Generalmente, esto es más eficiente que usar una turbina eólica para generar electricidad que luego hace girar un motor eléctrico para hacer funcionar la bomba de calor indirectamente.

Los sistemas de viento a calor que dependen de bombas de calor son incluso más específicos que sus primos de frenos de líquido. Sin embargo, las primeras investigaciones sugieren que podrían ser una forma notablemente barata y eficiente de generar calor directamente a partir de la energía eólica. Las preocupaciones prácticas pueden limitar su uso en comunidades fuera de la red u otras aplicaciones específicas, pero aun así, la termodinámica lo comprueba.

Hoy en día, muy lejos de la crisis del petróleo de la década de 1970, la generación directa de viento para calentar sigue siendo más una curiosidad de investigación que un método popular para calentar los hogares. Sin embargo, si eres un investigador universitario, estás trabajando en nuevos conceptos para el sistema de calefacción urbana de tu ciudad, o un hacker rural en una granja, puede que valga la pena examinarlo. Para áreas con abundante disponibilidad de viento y alta demanda de calefacción, los sistemas de viento a calor podrían resultar útiles para mantener a todos calentitos y calentitos sin emisiones.