Científicos argentinos desarrollaron un equipo solar térmico para la industria

Un equipo de investigadores del Conicet y la Universidad Nacional de Salta (UNSa) desarrolló un colector solar capaz de generar calor a temperaturas de hasta 120 grados, con una inversión cercana a los US$ 5.000. El dispositivo está diseñado para abastecer procesos industriales que requieren un suministro térmico continuo y podría ofrecer una alternativa al uso de gas natural en distintas actividades productivas.

El prototipo es un colector cilindro-parabólico (PTC, por sus siglas en inglés) que alcanzó una potencia máxima de 8 kilovatios térmicos y una eficiencia del 70% durante las pruebas. Su desarrollo estuvo a cargo de científicos del Instituto de Investigaciones en Energía No Convencional (INENCO), dependiente del Conicet y la UNSa, bajo la dirección de Pablo Dellicompagni.

“La tecnología de concentración solar térmica está muy probada, y con buenos resultados, a nivel internacional. En grandes escalas, incluso, se usa para generar electricidad. Está disponible comercialmente, pero está protegida por patentes y los equipos importados son costosos”, explica Pablo Dellicompagni, científico del Instituto de Investigaciones en Energía No Convencional (INENCO) del Conicet-UNSa, que lideró el desarrollo. En particular, la tecnología de concentración solar basada en colectores cilindro-parabólicos, como el equipo que construimos, es la más consolidada”.

El objetivo es desarrollar una solución fabricable con componentes disponibles en el mercado argentino, para reducir la dependencia de equipos importados y facilitar su incorporación en establecimientos industriales.

Alimentos, textiles y minería, entre los posibles usuarios

La tecnología apunta a sectores que necesitan calor a temperaturas bajas y medias, por debajo de los 150 grados. Entre sus posibles aplicaciones figuran la pasteurización de alimentos, la esterilización de envases, la cocción y el lavado industrial. También puede utilizarse en la industria textil para el tratamiento de fibras y el teñido de telas, así como en las actividades papelera, maderera, química y minera.

“Cerca de la mitad de la energía que consume la industria se destina a procesos térmicos de temperaturas bajas y medias, por lo que este tipo de sistemas son ideales para reemplazar o complementar el uso de gas natural. En el sector de alimentos y bebidas se usa para la pasteurización, que se realiza a 60 grados, o para la esterilización de envases, cocción y lavado industrial. Se aplica en países como México, Estados Unidos y Alemania”, agrega.

El principio de funcionamiento consiste en concentrar la radiación solar mediante superficies reflectantes curvas. Estas siguen la trayectoria del sol y dirigen la energía hacia un tubo central por el que circula agua, que se calienta hasta alcanzar las condiciones necesarias para generar agua caliente o vapor presurizado.

El equipo instalado en el campus experimental del INENCO, en Salta, cuenta con una estructura metálica de 6,5 metros de longitud, dos módulos reflectores de aluminio y un sistema de seguimiento solar automático. El tubo receptor de acero mide seis metros y tiene un diámetro de 1,5 pulgadas. En conjunto, la superficie de captación alcanza los 11 metros cuadrados.

Fabricación nacional y costos de producción

El desarrollo busca demostrar que es posible construir estos equipos con insumos locales, incluidos perfiles metálicos, láminas de aluminio de alta reflectancia y tubos de vidrio convencionales. En el prototipo, el componente de mayor costo fue el tubo de acero con cubiertas de vidrio borosilicato, que representó el 35% de la inversión. El sistema de seguimiento solar concentró otro 23%, mientras que la estructura y el bastidor explicaron el 20%.

El costo de construcción equivale a unos US$ 622 por kilovatio térmico instalado. Según Dellicompagni, el uso de materiales nacionales permitiría reducir los costos de fabricación y generación de calor sin resignar un rendimiento térmico adecuado.

Sin embargo, el equipo todavía está en una etapa experimental. Su desarrollo y validación fueron publicados en la revista científica internacional Tecnologías y Evaluaciones de Energía Sostenible, de Elsevier, y se encuentra en los niveles 3 y 4 de la escala de madurez tecnológica (TRL), que comprende nueve etapas. Hasta el momento, fue probado en un entorno de laboratorio y logró generar vapor, pero aún no se integró a un proceso de consumo industrial.

Para avanzar hacia una aplicación comercial, los investigadores deberán reforzar la estructura frente a condiciones de viento elevado, mejorar el seguimiento solar y automatizar el suministro de agua. El desafío siguiente será desarrollar un diseño más robusto, sencillo de operar y mantener, que permita pasar de la fabricación experimental a la producción en serie.

La competencia con el gas y la energía fotovoltaica

Uno de los principales obstáculos para su adopción en Argentina es el costo relativo frente al gas natural. En las condiciones más favorables de ensayo, sin contemplar gastos de ingeniería, instalación ni integración industrial, el calor producido por el prototipo tuvo un costo estimado de 7,19 centavos de dólar por kilovatio hora térmico. De acuerdo con el investigador, ese valor equivale a entre 1,9 y tres veces el costo del calor generado con gas sin subsidios, y la diferencia es mayor frente a las tarifas subsidiadas.

La energía solar térmica también compite con la fotovoltaica, que se expandió por sus menores costos iniciales y plazos de instalación más cortos. No obstante, ambas tecnologías tienen características diferentes: mientras los paneles producen electricidad, los colectores cilindro-parabólicos generan calor directamente, que puede almacenarse como energía térmica para su uso posterior.

En el plano internacional, esta tecnología ya cuenta con aplicaciones industriales. Una planta instalada en 2023 en la fábrica de Heineken en Sevilla, España, tiene una potencia de 30 MW térmicos y fue diseñada para cubrir cerca de la mitad de la demanda de calor de esa unidad productiva. En Argentina, en cambio, todavía no existen aplicaciones comerciales de este tipo.