El ahorro de energía, así como el uso de energías renovables en los procesos industriales en los se genera vapor, son cuestiones de gran actualidad por sus importantes implicaciones socioeconómicas.
El proceso convencional de generación de vapor incluye varias fases con diferentes transferencias energéticas (radiación, conducción, convección, etc,…), con lo que poder reducir estos pasos aumentaría la eficiencia del proceso global y ahorraría a su vez costes también en la implementación de las instalaciones. Si a esta posible mejora en la eficiencia energética global del proceso, se le sumara el uso del sol como fuente de energía, se obtendría una clara mejora en una amplia gama de procesos industriales.
El presente proyecto está orientado a evaluar la combinación de ambas hipótesis: usar la radiación solar como fuente energética primaria de la generación de vapor y hacerlo con nanofluidos solares, que son nanopartículas que se absorben directamente la radiación del sol haciendo que el líquido en el que están disueltas pase a fase gaseosa, es decir, generando vapor.
Los estudios preliminares en nanofluidos solares (aunque todavía son pocos) indican también una serie de ventajas adicionales en este proceso:
a) bajas concentraciones de nanopartículas son suficientes para absorber la radiación solar, lo que se evita posibles problemas de atascamiento en los sistemas de circulación, de aumentos de viscosidades y de costes.
b) la generación de vapor está muy localizada alrededor de las nanopartículas, lo que evita el calentamiento del fluido base, mejorando así también la eficiencia de este proceso.
c) las nanopartículas permanecen en la fase líquida, lo que evita el aporte continuo de nanopartículas al proceso y permite generar agua destilada pura a partir del vapor generado.
A pesar de la importancia que este proceso podría tener en la mejora económica y medioambiental de muchas aplicaciones industriales donde la generación de vapor es clave, falta por realizar todavía muchos estudios experimentales sistemáticos que confirmen lo observado hasta ahora y que permitan una mejor comprensión, y por lo tanto un mejor control y optimización, de este fenómeno.
Este proyecto de investigación está planteado por el área de Mecánica de Fluidos de la Universitat Jaume I y su objetivo final es conseguir una mayor comprensión, y con ello un mejor control, del proceso de generación de vapor por absorción de la radiación solar en un nanofluido solar. A lo largo del proyecto también se pretende identificar las características de los nanofluidos solares más convenientes para este proceso y evaluar de forma experimental la mejora en la eficiencia energética que el uso de un nanofluido solar se podría obtener en la generación de vapor.
En la fase inicial del proyecto se plantearán diferentes nanofluidos solares y se caracterizarán sus propiedades, produciendo aquéllos que presenten mayor potencial.
Además, se realizarán medidas experimentales en dos instalaciones: una a escala de laboratorio que servirá para medir experimentalmente los espectros de absorción y la generación de vapor para los diferentes nanofluidos producidos bajo condiciones muy controladas de radiación incidente y otra más cercana a una instalación real, sometida directamente a radiación solar y en la que se medirá experimentalmente la diferencia en la generación de vapor entre el mejor de los nanofluidos solares analizados y agua.
De forma paralela se desarrollarán modelos con los que evaluar la relación entre las propiedades de los nanofluidos y el proceso de absorción de radiación solar ligado a la generación de vapor. Se plantean para la instalación de laboratorio tanto modelos empíricos como modelos teóricos ópticos. También está planeado en el proyecto desarrollar modelos en CFD (Computational Fluid Dynamics) que reproduzcan los resultados experimentales obtenidos en ambas instalaciones. En los modelos CFD se emplearán parte de los datos experimentales para su correcta calibración y validación y también se integrarán los otros modelos desarrollados previamente.
Tanto las bases de datos experimentales obtenidas, como las instalaciones desarrolladas así como los modelos en CFD que se plantean a lo largo de las diferentes fases del proyecto, serán de gran relevancia para mejorar la comprensión y orientar la optimización del proceso de generación de vapor con radiación solar.