En arquitectura bioclimática, como ya se mencionó, las chimeneas solares se agrupan dentro de los sistemas de ventilación y tratamiento del aire que tienen como misión principal facilitar la circulación del aire a través suyo, y/o tratarlo para mejorar sus condiciones de temperatura y humedad.
En este sistema se utiliza la energía de la radiación solar para la extracción del aire. Al igual que la pared Trombe dispone de un vidrio y un captador de superficie oscura (muro de hormigón, ladrillo o piedra en pared Trombe) entre los que se sitúa una cámara de aire, su funcionamiento también se basa en los principios de la convección natural y se ayuda del efecto de succión en las perforaciones situadas en la parte baja que comunica con el local a climatizar, el aire caliente escapa por las perforaciones superiores de la cámara.
De forma idéntica al sistema anterior las cámaras solares se orientan hacia la máxima intensidad de radiación solar.
Como podemos observar es un dispositivo muy parecido al muro Trombe con la diferencia de que el aire caliente se expulsa a la atmósfera y requiere de una renovación de aire en el local climatizado.
Motor solar
Otra aplicación interesante de este tipo de sistemas de energía solar pasiva se encuentra en la generación de energía, aplicación que tiene su origen hace más de un siglo y que ha sido objeto de múltiples investigaciones así como del desarrollo de diversos prototipos.
El origen de esta aplicación se encuentra en un artículo publicado el 25 de Agosto de 1903 en la revista La Energía Eléctrica, subtitulada Revista General de Electricidad y sus Aplicaciones. En este articulo el coronel de artillería Isidoro Cabanyes presentaba su denominado “Proyecto de motor solar”, donde proponía un nuevo ingenio para el aprovechamiento de la energía solar consistente en una chimenea con dos peculiaridades en su base: un colector solar para calentar el aire y así provocar una corriente ascendente por la chimenea y un generador eólico concebido para aprovechar el impulso de dicha corriente de aire.
En este artículo aparecían detalles constructivos del motor, así como sus ventajas de mantenimiento, seguridad y la ausencia de personal de servicio, promovía su uso para carga de baterías y ofrecía un conjunto de fórmulas para el cálculo del trabajo obtenido. Un ejemplo encontrado en esta publicación tenía como datos de partida 65 CV de potencia y 75 Kgm de par, dando las fórmulas ofrecidas un resultado de 63.87 m de altura de chimenea, aunque para el militar español estas alturas no suponían ningún problema constructivo. Este “Motor solar” nunca fue llevado a la práctica.
En el año 1981 el ministerio alemán de investigación y tecnología (BMFT) con la colaboración de la compañía eléctrica española Unión Fenosa, promovió y financió la construcción de una máquina basada en este mismo principio en la localidad española de Manzanares. La chimenea tenía 190m de altura y el colector solar era un invernadero de 240 m de diámetro, de forma aproximadamente redonda, construido a base de cuadrados de 6m de lado. En los nodos de la red existían columnas que elevaban dicho invernadero 2 m sobre el suelo. En la base de la chimenea se instaló un generador eólico de 50KW de potencia. Una vista aérea de esta central eólico-solar se muestra en la figura 2.13.
También podemos ver la superficie exterior del colector en las cercanías a la chimenea, así como el interior de este (figuras 2.14 y 2.15).
En ninguna de las referencias ofrecidas por los creadores de esta central mencionan al militar español por lo que suponemos que desconocían su artículo.
Cuando se construyó la chimenea hubo defectos de instalación de una de las riostras que aseguraban su estabilidad y la chimenea terminó por derrumbarse durante una tormenta en el año 1989.
Esta central sólo era un prototipo para una mucho más ambiciosa de 1000 m de altura (al igual que para Cabanyes la altura no se barajaron los problemas ligados a construcciones de tales dimensiones) y 170 m de diámetro que arrojaría una potencia de 200MW.
Hoy podemos encontrar el anuncio de inauguración de una central de semejantes características en Mildura (Australia) para el año 2008.
Esta central tendría un colector solar de 3.5 Km de diámetro (10 KmP2P de superficie) y está promovida por EnviroMission and SolarMission Technologies (USA). Esta central extraería el 2% de la energía solar disponible en la zona (1 KW/mP2P).
En el caso siguiente se ha dotado a la central de unos depósitos de agua, situados en el piso del colector, para acumular calor durante el día y conseguir el funcionamiento ininterrumpido de la central durante toda la jornada.
El funcionamiento diurno se puede apreciar en la figura 2.19.
La radiación solar calienta el aire y los depósitos de agua, el aire asciende por convección natural. El funcionamiento nocturno se muestra en la figura 20.
Durante la noche los depósitos disiparían calor y el aire seguiría calentándose sin interrumpir la termocirculación diurna.
En el gráfico de la figura 21 se muestra la energía eléctrica obtenida de una chimenea solar durante las 24 horas del día cuyo colector solar tiene la tierra como suelo (línea roja), un depósito de agua de 10cm de espesor (línea azul) y de 20cm de espesor (línea amarilla), como se observa en estos últimos casos se consigue un funcionamiento continuo de la central.
Los más optimistas defienden que una central de este tipo con una superficie de colector de 7000 m de diámetro, construida y explotada en una zona con una radiación anual de 2300 KWh/mP2 Ppuede producir entre 700 y 800 GWh al año, por lo que con un pequeño número de estas centrales se podría reemplazar a una central nuclear. En la figura 22 se presenta como sería una de estas hipotéticas y colosales instalaciones.
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