Manuel Torres, Marta Varo y Rafael López Luque, reflejados en el helióstato que han creado para iluminar zonas de umbría.
No podemos mover el Sol de su sitio, pero sí redirigir sus haces de luz. Bajo esta premisa, un helióstato es un aparato que sigue con un espejo el movimiento del Sol con el fin de recoger su energía y reflejarla a una zona deseada. Es útil para iluminar zonas de umbría; por ejemplo, fachadas orientadas al norte. El helióstato suele incorporar dos motores para acompasar el movimiento del espejo al del astro rey y para reflejar su luz a la zona deseada. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Córdoba (UCO) ha ideado un sistema innovador que simplifica el diseño al emplear un polígono deformable articulado sobre un tornillo y movido por un solo motor, lo que puede expandir el uso de este aparato.
El grupo de física para la energía y los recursos naturales de la UCO trabaja en temas de radiación solar. Entre sus objetivos está la mejora de los sistemas de iluminación natural en ambientes urbanos. En los edificios, la incidencia de la luz del Sol no es uniforme en sus fachadas. Debido a su movimiento de Este a Oeste en la bóveda celeste, hay zonas más expuestas al astro y zonas que menos. La orientación septentrional es más fría y más obscura en el Hemisferio Norte. Una solución para iluminar zonas específicas de edificios, como ventanas, es el empleo de un helióstato. Como un girasol, el aparato gira su espejo conforme al movimiento solar y refleja sus rayos a la zona deseada.
El equipo de investigadores de la Universidad de Córdoba ha planteado un helióstato innovador. El sistema, creado para pequeñas aplicaciones, se basa en un espejo plano que refleja los rayos del sol en paralelo al eje polar de la Tierra. “Sabemos dónde está el Sol en cualquier época del año y a cualquier hora y su velocidad de giro, nuestra posición en el planeta y sabemos cuál es la inclinación de la Tierra. Empleando estos datos astronómicos, creamos el dispositivo”, explica el coordinador del grupo, Rafael López Luque. Todos son conceptos básicos en astronomía; por ejemplo, la velocidad de giro de la Tierra en torno a su eje, el movimiento de rotación, o su grado de inclinación, conocimientos que se imparten en la educación obligatoria.
Tornillo y polígono
El helióstato polar desarrollado se compone de un tornillo y un polígono que se mueve en torno a él. El tornillo se ubica en paralelo al eje de la tierra. “El dispositivo es muy simple y sólo necesita una única acción para su posicionamiento, así que se implementa fácilmente por un controlador electrónico”, resume Manuel Torres Roldán, doctorando del grupo de investigación. En un primer artículo, fruto de la tesis doctoral que desarrolla, el prototipo ha sido presentado a la comunidad científica en la revista Solar Energy.
Los otros helióstatos son básicamente un espejo montado sobre una horquilla, que requiere una doble motorización. En el caso del diseño de la UCO, el microcontrolador que calcula la posición del Sol y la inclinación del reflejo de su luz es de hardware y software libre, basado en Arduino. En el aparato, el espejo sigue el movimiento durante el día y de noche retorna a esperar la salida del sol, o en caso de tener que modificar la inclinación, da un giro completo de 360 grados. De este modo, el espejo está situado en la posición reflectante cuando el Sol inicia su recorrido por la bóveda celeste al amanecer.
Otra de las ventajas que, según los creadores, presenta el dispositivo, es que un solo motor puede mover varias de las correas que giran el polígono alrededor del tornillo al compás del Sol. “Es decir, podemos montar varios helióstatos e iluminar varias zonas con la instalación en paralelo al eje de la Tierra de estos aparatos”, resume Marta Varo Martínez, codirectora de la tesis doctoral. De esta manera, se pueden instalar helióstatos en cadena.
El sistema del tornillo y el polígono deformable ha sido patentado por la empresa Iniciativas Energéticas del Sur (Inersur) al amparo de un convenio de investigación con la Oficina de Transferencia de Resultados de Investigación (OTRI) de la Universidad de Córdoba.
M. Torres, R. López Luque, M. Varo. ‘Design of an innovative and simplified polar heliostat for integration in buildings and urban environments’. Solar Energy 119 (2015). 159-168.