La UNED investiga el potencial de los gases presurizados en la energía solar de concentración

La catedrática de Ingeniería Energética de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la UNED, María José Pita, lleva años trabajando en mejorar la forma en la que se genera y transfiere el calor a altas temperaturas. Su investigación actual, está centrada en el uso de gases presurizados y nuevos diseños de receptores, por lo que es una vía prometedora para aumentar la eficiencia de estos sistemas y ampliar sus aplicaciones industriales.

Este avance ha generado interés en el sector y ha sido recientemente destacado en una entrevista publicada por SolarPACES, donde la investigadora comenta los detalles de su trabajo y su progreso en el desarrollo de tecnologías solares avanzadas. Su investigación parte de una constatación clara: “cuando queremos alcanzar temperaturas más altas y mejores eficiencias, los fluidos térmicos convencionales empiezan a mostrar restricciones importantes”. Esas limitaciones han llevado a su equipo a explorar alternativas capaces de superar los problemas asociados a fluidos tradicionales como el vapor, los aceites térmicos o las sales fundidas.

En ese contexto, el uso de gases se presenta como una opción con ventajas relevantes. “Son monofásicos en un amplio rango de temperaturas de trabajo y no presentan problemas como la congelación, la degradación o la corrosión”, explica María José. Sin embargo, su aplicación no es directa: “no son buenos transmisores de calor y la pérdida de presión puede ser significativa”.

La clave de su propuesta consiste en presurizar esos gases para mejorar su comportamiento. “Al aumentar la presión, sus propiedades térmicas mejoran ligeramente y su densidad aumenta, lo que permite reducir la potencia de bombeo”, señala. Este planteamiento se combina con un cambio en el diseño de los sistemas, apostando por geometrías compactas que permiten aumentar el área de transferencia de calor utilizando volúmenes reducidos y minimizar las pérdidas.

Esta investigación se realiza bajo el respaldo de la Fundación BBVA (vía Beca Leonardo) y dentro del marco de ACES4NETO, un programa de I+D, encabezado por IMDEA Energía, que integra a diversos organismos de investigación y al sector empresarial. “El proyecto tiene como objetivo contribuir a la descarbonización mediante el uso de energía solar de concentración en la producción de calor industrial, hidrógeno y combustibles sostenibles”, explica la investigadora. Debido a esto, la UNED participa tanto en el desarrollo experimental, con la instalación de un lazo de captadores Fresnel en el campus de Las Rozas, como en la investigación sobre gases presurizados y sistemas de almacenamiento.

El uso de gases presurizados implica también replantear el diseño de los receptores solares. Frente a los sistemas tubulares tradicionales, la investigación apuesta por receptores compactos de microcanales, una tecnología ya consolidada en otros ámbitos. “Los intercambiadores de calor compactos son una tecnología ya consolidada cuando se trabaja con gases”, señala la investigadora. “Si el receptor solar es más pequeño, también puede reducirse la superficie de espejos necesaria, disminuyendo los costes de inversión”.

Entre los distintos gases analizados, el CO₂ se perfila como la opción más prometedora. “El CO₂ presenta una ventaja clave: su densidad es relativamente alta frente a otros gases en ciertos rangos de operación”, explica. Esto permite “reducir las penalizaciones asociadas al transporte del fluido”, además de apoyarse en una tecnología ya bastante madura en compresión, manejo y equipos.

Otro de los elementos clave de la investigación es la apuesta por un rango intermedio de presión, frente a las soluciones tradicionales a presión atmosférica o en condiciones supercríticas. “Ese rango intermedio evita, en muchos casos, los inconvenientes de los dos extremos”, explica. “Puede ofrecer una mejora clara del comportamiento térmico sin asumir toda la penalización económica y tecnológica de una instalación supercrítica”.

“En ingeniería, muchas veces la solución no está en el máximo posible, sino en el óptimo útil”, añade, aludiendo a la existencia de una “ventana óptima” en la que se equilibran rendimiento, coste y viabilidad industrial.

El potencial de esta investigación se extiende a sectores industriales que requieren calor a media y alta temperatura, especialmente aquellos difíciles de electrificar. “Tiene aplicaciones muy claras en calor de proceso industrial, en sectores como la generación de vapor, el secado o determinados procesos químicos”, apunta.

Además, trabajar con gases presurizados obliga a repensar todo el sistema. “No se trata de pensar el receptor de manera aislada, sino como parte de una arquitectura térmica completa”, señala. Esto incluye el intercambio de calor, el almacenamiento y la recuperación energética, elementos clave para la viabilidad de estas tecnologías.

Siguiendo esta dirección, la investigadora ha desarrollado y registrado una patente para un novedoso sistema de almacenamiento térmico. “El almacenamiento no es un complemento, sino una parte esencial del sistema”, afirma. La propuesta plantea una solución basada en vasijas concéntricas aleteadas que “permite generar y mantener un comportamiento tipo termoclina, mejorando la estratificación térmica y reduciendo pérdidas, al tiempo que optimiza el uso de materiales de alta temperatura sólo donde son realmente necesarios”.

El resultado es un sistema de almacenamiento compacto, escalable y especialmente bien adaptado al uso de gases presurizados, que conecta de forma natural con los nuevos conceptos de receptores solares y facilita su integración en aplicaciones industriales.