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María José Montes Pita, catedrática de Ingeniería Energética de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la UNED, lleva años trabajando en uno de los grandes retos de la energía solar de concentración: mejorar la forma en que se genera y se transfiere el calor a altas temperaturas.
Su investigación actual, centrada en el uso de gases presurizados y nuevos diseños de receptores, abre una vía prometedora para aumentar la eficiencia de estos sistemas y ampliar sus aplicaciones industriales.
Este avance ha despertado el interés del sector y ha sido recientemente destacado en una entrevista publicada por SolarPACES, donde la investigadora detalla las claves de su trabajo y su potencial en el desarrollo de tecnologías solares avanzadas.
Su línea de 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 Montes Pita. 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.
Este trabajo se desarrolla en el marco de una Beca Leonardo concedida por la Fundación BBVA y del proyecto ACES4NET0, un programa de I+D liderado por IMDEA Energía que reúne a centros de investigación, universidades y empresas. “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.
En este contexto, 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 Montes Pita. “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.
En esa línea se sitúa la patente registrada por la investigadora, centrada en un nuevo 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.
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