miércoles, 4 de septiembre de 2013

Casa Solar prototipo del ITESM: Meteorología


Uno de los recursos más importantes para la humanidad es la energía. El foco temático del Centro es el desarrollar investigación y emprendimiento de base tecnológica y social que lleve al mejor aprovechamiento del abundante recurso solar en México. Asimismo, coadyuvar al uso más racional de la energía a nivel industrial, en sus procesos y productos, haciéndolos más eficientes aplicando criterios de termodinámica, transferencia de calor y mecánica de fluidos.

El Centro nace a partir del proyecto Helios de 1976, liderado por el Dr. José Ángel Manrique y  financiado por la ONU-OEA y el socio estratégico empresa CelSol (hoy Óptima Energía). Posterior a la muerte del Dr. Manrique (2006, que en paz descanse) el Dr. Alejandro García, junto con su equipo de trabajo, continuaron con la investigación apoyados con fondos externos y de la Cátedra y Centro de Energía Solar y Termociencias.

La energía solar es en la actualidad uno de los métodos más limpios de producción de energía conocidos. La privilegiada ubicación de México (Figura A) permite que el territorio nacional destaque a nivel mundial dentro de las zonas con mayor promedio de radiación solar anual: con índices que van desde los 4.4 KWh/m2/día (zona Centro) a los 6.3 KWH/m2/día (zona Norte). Considerando la capacidad energética del Sol, resulta fundamental la adopción de políticas públicas que fomenten el aprovechamiento sustentable de la energía solar en nuestro país.

La ubicación geográfica del Centro y la Casa Solar del ITESM, Campus Monterrey, está ubicada en Calle Cipreses 200, esquina Ricardo Covarrubias, Colonia Cerro de La Silla C.P. 64810, en Monterrey Nuevo León, México. La tabla 1 presenta las características técnicas y geográficas del sistema experimental, mientras que en la figura B se presenta la localización satelital del lugar.

Figura: Ubicación satelital de la Casa Solar del ITESM.
 

Tabla 1. Características geográficas y datos de radiación solar para la Casa Solar del ITESM.






Casa Solar prototipo del ITESM: Historia

Casa Solar ITESM

La Casa Solar del Tecnológico de Monterrey es actualmente el edificio insignia del Centro de Energía Solar en el instituto y funge como espacio de apoyo para los proyectos de investigación y académicos llevados a cabo por la Cátedra de Investigación en Energía Solar y Termociencias. Se trata de un edificio de alto valor histórico, arquitectónico e institucional, su construcción se remonta a la segunda mitad de la década de los setenta y fue la culminación de un esfuerzo conjunto de un equipo pionero de profesores, investigadores y alumnos liderado por el Dr. José Ángel Manrique Valadez.

Con el choque petrolero de 1973, evento  en el que los precios de los combustibles fósiles se catapultaron vertiginosamente, el mundo se dio cuenta de la necesidad de contar con fuentes alternas de energía que garantizaran la dinámica industrial y de desarrollo de las sociedades modernas. A partir de este suceso catalizador comenzó lo que podría llamarse el primer “boom” de la energía solar en tiempos modernos. Fue en ese momento y con esta preocupación que instituciones alrededor del mundo comenzaron a dar gran importancia a impulsar el desarrollo y la adopción de tecnologías de construcción basadas en principios pasivos para el aprovechamiento del recurso solar. A lo largo de Europa y Norteamérica comenzaron a aparecer construcciones modernas que incorporaban características bien conocidas por la humanidad a lo largo de milenios.

Con el fin de que todos estos avances y redescubrimientos permearan en todo el mundo y para fomentar este tipo de tecnologías en países en desarrollo, la Organización de las Naciones Unidas, a través de la Organización de Estados Americanos lanzó en el año de 1976 el denominado proyecto HELIOS. Gracias a la visión que siempre caracterizó al Dr. José Ángel Manrique, es que se logró firmar el acuerdo en el que se atrajeron los fondos necesarios para comenzar la construcción de un edificio que comprobara la factibilidad y los beneficios que la arquitectura bioclimática podría traer a México. El Dr. Manrique, junto con su equipo de colaboradores, comenzó entonces con el diseño de esta casa vanguardista. Se comenzó con un estudio climatológico de las condiciones de la ciudad de Monterrey. Se revisaron los registros disponibles en esa época, en los cuales se disponía con información de temperaturas, vientos y precipitaciones que databan desde los años 30. Utilizando algoritmos y procedimientos desarrollados por institutos de investigación internacionales se calcularon y registraron los datos de radiación solar incidente en la región por primera vez. Se calcularon las orientaciones y áreas de acristalamiento óptimo y se hicieron cálculos de la absorción y disipación térmica de materiales tradicionales y se optimizó la construcción. El resultado fue una construcción con muros masivos de 30 cm los cuales permiten que la radiación incidente durante un caluroso día no alcance los espacios interiores en el periodo más caliente de la jornada. Las aperturas (en la envolvente principal de la edificación) fueron minimizadas en la orientación sur-oeste y fueron adoptados sistemas integrados en la arquitectura de la construcción para el correcto sombreado de las mismas. Gracias al análisis en túneles de viento y al empleo de una torre de viento, se logró también una configuración óptima que permitía garantizar una ventilación natural que hizo posible el prescindir de sistemas de climatización tradicionales.

La construcción de la Casa Solar se terminó en el año de 1980 y con el posterior monitoreo pudieron corroborarse los planteamientos iniciales del proyecto; la adopción de principios básicos de arquitectura solar pasiva pueden reducir las cargas térmicas en una edificación y proporcionar condiciones de bienestar y confort interior más que adecuadas. La labor del Dr. Manrique no cesó durante los años posteriores  y se continuó la investigación que permitió probar tecnologías solares que redundaron en beneficios académicos en la institución y en el fortalecimiento de programas de desarrollo social en zonas marginadas de México.

Fue en la Casa Solar que el Dr. Manrique trabajó en el perfeccionamiento de la primera patente de refrigeración solar en el Instituto y una de las primeras en el país, así como en el desarrollo de tecnologías de concentración solar que dieron origen a las primeras empresas mexicanas en este campo (Celsol, hoy Óptima Energía). Gracias  a las relaciones forjadas por el Dr. Manrique con institutos y organizaciones internacionales como la American Society of Heating, Refrigeration and Air-conditioning Engineers, fue posible equipar a la Casa Solar con dispositivos de monitoreo y sistemas de refrigeración y ventilación mecánica los cuales siempre han estado a disposición de los estudiantes del Instituto para reforzar sus conocimientos en estas áreas. La Casa Solar fue punta de lanza y permitió crear alrededor de ella el que durante más de veinte años fue un centro de investigación autofinanciado y con una generación de conocimiento y prestigio institucional más que destacables.

En la actualidad el Centro de Energía Solar continua con la labor iniciada por el Dr. Manrique y la Casa Solar sigue siendo el espacio en donde los estudiantes, profesores e investigadores pueden seguir creando y participando en proyectos innovadores, impulsando el desarrollo de nuevas y mejores tecnologías limpias.











Concientización y Difusión del Conocimiento




Visitas guiadas a la Casa Solar por parte de la comunidad civil y académica de la zona (atención promedio mayor a 1,000 visitantes anuales).


Diseño de Sistemas Energéticos



Análisis, modelado y optimización del funcionamiento de cualquier elemento o dispositivo, de instalaciones térmicas, relacionado con aplicaciones industriales y comerciales.



Auditoría Energética de Edificaciones



Los servicios energéticos se configuran como una alternativa, cada vez más sólida, para el desarrollo de las instalaciones energéticas eficientes. Para llevar a cabo una auditoría energética es necesario conocer: el funcionamiento de los mercados energéticos, los equipos de medida necesarios para la realización de auditorías energéticas, aprender la metodología para realizar auditorías energéticas en edificios, analizar las potenciales medidas de ahorro energético y calcular ahorros energéticos y económicos a través de análisis de edificaciones considerando condiciones climáticas y aprovechando los recursos naturales disponibles (Sol, vegetación, lluvia, vientos…) para disminuir los impactos ambientales intentando reducir y aprovechar más eficientemente los consumos energéticos.

Investigación aplicada en Nanofluidos y Microfuidos








Son fluidos con Nanopartículas Suspendidas en concentraciones determinadas, las cuales a través de su mayor energía superficial son capaces, de mejorar sus propiedades físicas (eléctricas, térmicas, magnéticas, lubricantes…) originales del fluido: experimentalmente se han medido incrementos de hasta 50% en la conductividad térmica y reducciones de hasta el 30% de la fricción y el desgaste.
Esta línea de investigación a derivado en la incubación de la empresa de base tecnológica ELVIA Nanofluidos, la cual cuenta con un equipo de investigadores asociados especialistas en mecánica de fluidos, transferencia de calor, nanotecnología y nanofluidos para atender las necesidades de la industria química y metal-mecánica. Asimismo, los dispositivos Microfuídicos están formados por componentes miniaturizados (microbombas, microválvulas, microsensores…) que tienen aplicaciones en procesos bioquímicos y biomédicos. Se ha colaborado con el registro de la patente con número: MX/A/2012/012392.

Día Internacional de la Madre Tierra; Abril 22, 2013







En el marco del Día Internacional de la Madre Tierra, integrantes de la Casa Solar del ITESM fueron invitados a participar en el Sexto Festival Anual de la Tierra en Nuevo León (celebrado del 21 al 28 de Abril de 2013) impartiendo un taller, abierto a la comunidad en general, sobre cómo fabricar un Colector Termosolar casero a partir de materiales reciclados, buscando colaborar activamente con organizaciones civiles para la generación de consciencia común a los problemas de producción de contaminación y el uso eficiente de la energía, entre otras preocupaciones ambientales para proteger la Tierra.

La primera manifestación del Día Internacional de la Madre Tierra tuvo lugar el 22 de abril de 1970, y fue promovida por el senador y activista ambiental Gaylord Nelson para la creación de una agencia ambiental: en esta convocatoria participaron dos mil universidades, diez mil escuelas primarias y secundarias y centenares de comunidades. La presión social tuvo sus logros y el gobierno estadounidense creó la Environmental Protection Agency (Agencia de Protección Ambiental) y una serie de leyes destinadas a la protección del medio ambiente.