Fundamentos sobre Enfriamiento Evaporativo

El objetivo de esta entrada es dar a conocer mejor el mecanismo físico-ingenieril que hay detrás de los pulverizadores de agua empleados en terrazas y restaurantes durante el verano, que tienen la misión de mejorar la sensación térmica de los clientes. En contra de lo que pueda parecer, la idea original nunca es mojar.

Empezando por lo básico, vamos a considerar un cubo de agua, y vamos a distinguir entre la fase agua, la fase aire, y la superficie de interfase agua-aire, que es donde ambas están en contacto. En el agua las moléculas están en continuo movimiento y algunas de las que llegan a la superficie de interfase se escapan y pasan al aire; dicho de otro modo, de forma natural se produce una evaporación del agua. Pero como es bien sabido, para que una masa de agua pase a estado vapor necesita recibir una cierta cantidad de energía. ¿De dónde saca el agua la energía para cambiar de fase? Lo cierto es que sólo puede tomar la energía del aire con el que está en contacto. Por tanto, el agua absorberá energía del aire y pasará a estado vapor, y como al aire le están arrebatando energía, éste disminuirá su temperatura. En resumen, podemos decir que en las inmediaciones de la interfase agua-aire de nuestro cubo de agua, la temperatura del aire desciende ligeramente por efecto de la evaporación del agua.

Visto lo básico, nos podríamos preguntar lo siguiente: ¿Cómo de rápido se evaporaría el agua de mi cubo? ¿De qué depende la velocidad de evaporación natural? Podríamos considerar diversas variables, pero nos vamos a quedar con una sola: el área de interfase. Imaginemos un cubo donde cabe un litro de agua y una bandeja muy extensa donde cabe la misma cantidad de líquido. ¿En qué caso creéis que se evaporaría antes el litro de agua? A igualdad de otras condiciones, el líquido se evaporaría antes en la bandeja, sencillamente porque el área de interfase es mucho mayor y por tanto las moléculas de agua cuentan con una ‘región’ más extensa a través de la cual pueden escapar.

Ahora vamos a cuantificar un poco el efecto que presenta el área de interfase sobre el mecanismo de evaporación. Para ello, vamos a empezar suponiendo que tenemos el litro de agua conformando una única gota perfectamente esférica que, de alguna forma, mantenemos suspendida en el aire. ¿Cuál es el área de interfase en este caso? Os ahorro los cálculos: un litro equivaldría a una gota de 6,2 cm de radio y un área de 0,05 m2. Al igual que en el caso del cubo de agua, podemos intuir que este líquido tardaría muchos días en evaporarse.

A continuación dividimos el litro de agua en 9 gotas, también esféricas. Las gotas ahora tienen un radio de 3 cm, y el área de todas resulta ser de 0,1 m2 (el doble que antes). El agua se evaporará más rápido de esta forma porque se cuenta con más área de interfase, aunque esto todavía resulta difícil de visualizar.

Demos un salto cuantitativo mucho más apreciable: 1 millón de gotas, que tendrían un radio de poco más de medio milímetro, y una área total de casi 5 m2 (100 veces más que en el caso de la gota única).

¿A dónde podríamos llegar siguiendo esta progresión? Los pulverizadores que se emplean en algunas terrazas y restaurantes -que no difieren mucho del spray limpiacristales que tenemos en casa- producen una gota con un tamaño del orden de la micra (1 micra equivale a 0,001 mm). De este modo, si pulverizamos el litro de agua en gotas de 10 micras, tendríamos un área de interfase de 300 m2 (6.000 veces más que con la gota individual). Y en este caso si podemos visualizar fácilmente lo rápido que se evapora el agua, porque cuando usamos un pulverizador como el del limpiacristales comprobamos que el líquido desaparece a la vista bastante antes de llegar al suelo.

Número de gotas	Volumen de una gota (L)	Radio de una gota (m)	Superficie de una gota (m2)	Superficie TOTAL
1	1	0,0620	0,050	0,050
9	0,11	0,0300	0,011	0,100
1.000.000	0,000001	0,0006	5·10-6	5
2,35·1011	4,3·10-12	10-5	1,3·10-9	300

Concluimos por tanto que, tras multiplicar el área de interfase por 6.000 mediante la reducción del tamaño de gota, conseguimos multiplicar la velocidad de evaporación del agua. Y esto es crucial en hostelería porque lo que se persigue es que el agua se evapore antes de entrar en contacto con la gente, para así refrescar el ambiente sin llegar a mojar a nadie. Porque nadie duda que mojar refresque, pero normalmente no es ésta la idea que tienen en mente las personas que van a un restaurante.

'Demanda energética' vs. 'Consumo energético' en un edificio

A grandes rasgos, la ‘demanda energética’ de un edificio es la energía que éste requiere para que en su interior un usuario pueda disfrutar de unas determinadas condiciones de confort.

Vamos a suponer que analizamos el caso de nuestra vivienda, que estamos en Madrid y que es verano. Consideramos, por simplificar, una única condición de confort deseable: 24 ºC como temperatura máxima.

La pregunta que nos hacemos a continuación es la siguiente: ¿qué factores suponen un obstáculo para que podamos disfrutar de esta condición de confort en nuestra vivienda?

Podemos hablar de cinco factores:

Temperatura exterior.- Todos intuimos que el hecho de que haya en la calle una temperatura de 40 ºC supone un inconveniente para que nosotros disfrutemos de 24 ºC en el interior de nuestra vivienda. ¿Por qué exactamente? Porque cuando tenemos dos focos a diferente temperatura, se establece de forma natural una transferencia de calor desde el foco caliente (la calle) hasta el foco frío (nuestro salón). Por tanto, el mero hecho de que en la calle haga más calor inevitablemente va a suponer la entrada de calor en nuestra vivienda, hasta el punto –si no hiciéramos nada– de alcanzarse en nuestro salón la misma temperatura que hay en la calle.

Radiación solar.- En el caso anterior, el calor se transmite desde el aire exterior al muro, a través del muro, y desde el muro al aire interior. Pero el muro no sólo se calienta porque está en contacto con aire caliente, sino también porque recibe radiación directa del Sol. Por tanto, la radiación solar también fomenta la diferencia de temperaturas entre el foco caliente y el foco frío, promoviendo la transferencia de calor hacia el interior de nuestra vivienda.

Infiltraciones.- Es fácil entender que por la rendija de la puerta se cuela aire. En realidad, las líneas en las que un muro da paso a una ventana o a una puerta son lugares por los que se filtra aire del exterior (en este caso caliente). Dicho de otro modo, una ventana (o una puerta) no es más que un agujero en la pared donde se acopla un marco y un vidrio, pero este acoplamiento nunca se ejecuta en condiciones perfectamente herméticas. Por tanto, por cada ventana y puerta está entrando un pequeño volumen de aire que se encuentra a la temperatura exterior (40 ºC).

Ventilación.- Este caso es análogo al anterior pero con un matiz: las infiltraciones constituyen una entrada involuntaria de aire exterior, mientras que el aire de ventilación es una entrada de aire exterior necesaria. ¿Por qué necesaria? Porque cuando climatizamos el aire de nuestra vivienda no podemos utilizar siempre el mismo aire. ¿Por qué no? Porque el aire se va saturando de CO2 (y eventualmente de olores) y hay que renovarlo, lo que supone expulsar una cierta cantidad a la calle y tomar de la calle la misma cantidad pero de aire ya fresco. Y meter aire a 40 ºC está genial para evitar un ambiente viciado pero es un problema en lo relativo al acondicionamiento térmico.

Cargas internas.- Apuesto a que no te gusta estar en la cocina en verano cuando alguien está cocinando al horno. Eso es fundamentalmente porque el horno emite una cantidad de calor muy apreciable. En realidad todos los electrodomésticos, equipos y dispositivos que funcionan con electricidad emiten una cierta cantidad de calor cuando funcionan, y por tanto tenderán –aunque sea en poca medida– a elevar la temperatura del interior de la vivienda.

Así, pues, estos cinco factores conllevan la entrada de ciertas cantidades de calor en nuestra vivienda que, de no ser combatidas con el aire acondicionado, nos harían alcanzar en nuestra vivienda una temperatura similar (o incluso superior) a la del exterior. Por tanto, el calor entrante debe ser neutralizado con frío, o mejor dicho, con aire a una temperatura suficientemente baja como para que de la mezcla se obtenga un ambiente a 24 ºC. La energía que se requiere para producir este frío es justamente la demanda energética de nuestro edificio.

El ‘consumo energético’, por su parte, es el gasto energético que realmente tiene el edificio. ¿Y cómo es en relación a la demanda? Pues depende. Sobre todo porque mientras que la demanda depende fundamentalmente del clima y de las características del edificio, el consumo depende además del usuario y de sus pautas de comportamiento. Una persona que en verano quiera tener su vivienda a 20 ºC y que además ponga el aire acondicionado desde primera hora de la mañana consumirá bastante más energía de la que demanda el edificio, mientras que alguien que usa el aire acondicionado con moderación, fijando consignas de 25 ó 26 ºC y abriendo las ventanas por la mañana y por la noche, probablemente tendrá un consumo inferior a la demanda.

Hacia la Tercera Revolución Industrial

Los cambios más trascendentes que se han producido en la Historia de la humanidad han tenido lugar cuando se ha dado la confluencia entre un nuevo sistema energético y un nuevo sistema de comunicación.

Uno de los primeros casos claros es el de las sociedades que empezaron a utilizar la agricultura de riego (Mesopotamia, Egipto, China e India), en las que se inventó la escritura para poder gestionar la producción, almacenamiento y distribución de cereal. El excedente de grano permitía el crecimiento y expansión de las poblaciones, y asimismo la alimentación de más trabajadores que a su vez producían más alimento, estimulando el funcionamiento de una economía sustentada en la tierra. En este caso, la confluencia entre la comunicación escrita y el almacenamiento de energía en forma de materia orgánica vegetal dio lugar a la Revolución Agrícola, constituyendo además el principio de la civilización.

En el siglo XVIII se extiende ampliamente el uso del carbón como fuente de energía, hecho que se ve propiciado por el descubrimiento de mayores yacimientos y sobre todo por la invención de la máquina de vapor, que permitía transformar la energía calorífica procedente del combustible fósil en energía mecánica, particularmente en barcos y locomotoras, lo que a su vez serviría para transportar mercancías y pasarejos con mayor rapidez y a mayores distancias. Converge este avance con la invención de la imprenta, que resultaría vital para gestionar una economía en trepidante crecimiento, y para la que los antiguos métodos de comunicación escrita no habrían resultado funcionales. Es la Primera Revolución Industrial.

A finales del siglo XIX y principios del XX se consolida el uso del petróleo y se introduce el motor de combustión interna, al tiempo que surgen los primeros sistemas eléctricos de comunicación (telégrafo, teléfono, radio, televisión), avances tecnológicos que conformarían la Segunda Revolución Industrial, encauzando la económia hacia un nuevo proceso de expansión.

Hoy día, los diseños y tecnologías que sirvieron para materializar Internet empiezan a usarse para reconfigurar las redes eléctricas, con la idea de que cualquier persona pueda producir energía renovable y compartirla con otros usuarios, de la misma forma que en Internet se generan y comparten los contenidos. Hablamos por tanto de un nuevo uso descentralizado de la energía, donde millones de personas generan localmente energía renovable en sus casas, vehículos, oficinas e industrias, la almacenan en forma de hidrógeno, la transforman en electricidad en los momentos precisos y la comparten con el resto de usuarios a través de una red inteligente e interconectada que puede englobar países enteros.

El futuro de la distribución eléctrica: Las Redes Inteligentes

El esquema tradicional de distribución eléctrica ha venido presentando durante muchos años una estructura claramente jerarquizada, en la que un centro de producción de energía abastece de forma unidireccional a muchos puntos de consumo. Además, y a menudo, estos centros de producción se encuentran muy alejados de los puntos de consumo, por lo que la energía debe salvar grandes distancias y para ello es necesario disponer de una compleja y costosa infraestructura, que garantice la entrega de la energía al consumidor en condiciones óptimas para su consumo.

De forma resumida, podríamos señalar tres principales inconvenientes de las redes convencionales de distribución eléctrica:

• Dado que la electricidad no se puede almacenar a gran escala, la cantidad que se produce ha de ser consumida sobre la marcha. Por tanto, es necesario planificar continua y cuidadosamente la cantidad de energía que se va a producir en cada momento, con objeto de ajustar oferta y demanda todo lo posible. Los desajustes pronunciados entre oferta y demanda pueden producir efectos negativos sobre la red, como por ejemplo apagones.
• A medida que la electricidad recorre los cables de distribución, se va disipando energía en forma de calor, de modo que a mayores distancias a salvar, mayores pérdidas de energía. En nuestras redes actuales puede perderse en torno a un 10% de energía sólo en este transporte.
• Como ya se ha mencionado, la actual infraestructura de distribución es muy costosa, y no sólo económica, sino también ambientalmente.

Frente a este modelo tradicional está surgiendo un modelo nuevo de generación distribuida, basado en una red donde existen numerosos puntos que son al mismo tiempo productores y consumidores, un sistema donde hogares y otros edificios producen su propia energía y la consumen en el mismo punto para abastecer sus propias necesidades, vertiendo el sobrante a la red general para consumo de otros usuarios, o tomando de la red general la cantidad necesaria cuando localmente no se ha producido suficiente. Este sistema, como vemos, funciona de forma bidireccional.

La red distribuida consta de tres elementos básicos:

1. Mini redes que permitan a hogares y demás edificios generar su propia energía renovable (solar, eólica, minihidráulica, biomasa, etc.) y autoabastecerse sin necesidad de conectarse a la red general.
2. Contadores inteligentes que permitan a los productores locales vender su energía a la red general, o comprar energía de la red general.
3. Sensores, actuadores, procesadores inteligentes y software, que permitan saber cuánta energía de esta consumiendo en cualquier momento y en cualquier punto de la red, lo que resulta muy útil para redirigir los flujos de energía a las zonas con mayor demanda o con mayor déficit.

Una red de estas características resulta infinitamente más flexible y robusta. Por ejemplo, es capaz de adaptarse a la climatología (registrando velocidad del viento, radiación solar, temperatura ambiente…) y ajustar el flujo de electricidad tanto a las condiciones climáticas externas como a las necesidades de los consumidores. A efectos prácticos, suponiendo que en un momento dado la red general se encuentre sobrecargada por una elevada demanda, una aplicación informática podría ser capaz de seleccionar un programa de lavado más corto, o mover un grado la temperatura de consigna del aire acondicionado. Y los usuarios que permitieran estos ajustes en sus consumos eléctricos podrían recibir a cambio bonificaciones en sus facturas.

Además, puesto que el precio de la electricidad varía a lo largo del día, la información energética en tiempo real abre las puertas a una tarificación dinámica, permitiendo a los usuarios reducir sus consumos (o incluso desconectarse de la red general) durante periodos de precio elevado, y llevar a cabo ciertos consumos necesarios (siempre que sea posible) durante etapas de precio bajo. Los consumidores tienen así mucho más control sobre sus decisiones en materia de energía.

La red distribuida o red inteligente supondrá en el panorama energético lo que en el ámbito de la información ha supuesto Internet. Con la misma transparencia con la que en Internet se comparten los contenidos, los usuarios tomarán y cederán energía.

Islas verdes como reservorios energéticos

Las energías renovables, en particular la solar y la eólica, están llamadas a desempeñar un papel crucial en el objetivo de asegurar el abastecimiento energético y reducir la dependencia de los combustibles fósiles. No obstante, existen dos trabas importantes que dificultan este escenario: por una parte, la energía solar y la eólica no están disponibles en todo momento, sino que sólo se manifiestan cuando luce el sol y hace viento; por otra parte, la energía en general no se puede almacenar, o al menos no en grandes cantidades, ni durante largos plazos de tiempo, ni en condiciones técnico-económicas demasiado favorables.

Por ello, la implantación y consolidación de un sistema energético basado en renovables pasa necesariamente por el desarrollo de tecnologías que permitan el almacenamiento de la energía y, en particular, del excedente de solar y eólica que no se consuma en el momento de la generación por falta de demanda puntual.

En respuesta a esta problemática, se gesta en Dinamarca la idea de unas islas artificiales como reserva energética. En esencia, cada isla encerraría un gran depósito y en ella la energía se acumularía en forma de energía potencial a través del almacenamiento en altura de la propia agua de mar.

El principio de funcionamiento que subyace no es novedoso, de hecho es el mismo por el que se rigen las centrales hidroeléctricas y las estaciones de bombeo, aunque existiendo en este caso un aporte de energía solar y eólica:

• Una serie de placas fotovoltaicas y aerogeneradores distribuidos por la isla generan electricidad que, en momentos de baja demanda (por ejemplo de noche), se emplea en bombear agua de mar hacia unos grandes depósitos también situados en la isla. A medida que sube el nivel del agua en estos depósitos, aumenta la energía potencial disponible. Mientras se mantenga el nivel, se conserva la energía indefinidamente.

• En momentos de alta demanda, a la electricidad producida por las placas fotovoltaicas y por los aerogeneradores se suma la electricidad generada al liberar el agua de los depósitos, haciéndola pasar por una turbina (que a su vez estará acoplada a un generador, justo como en las centrales hidroeléctricas). En este caso la disminución del nivel del agua en los depósitos se corresponde con una liberación de la energía previamente almacenada.

Estas islas podrían tener un tamaño comprendido entre 200 y 6.000 campos de fútbol, y podrían generar y almacenar la energía que consumen 235.000 viviendas en un día. Según apuntan sus responsables, lo mejor del proyecto es que está basado en tecnología conocida y por tanto la idea se puede materializar ya.

Arrhenius y el Cambio Climático

En el año 1896 el científico sueco Arrhenius sugirió que una variación de la concentración de CO2 en la atmósfera podía alterar la temperatura en la superficie de la Tierra por Efecto Invernadero. En sus experimentos, calculó las cantidades de radiación infrarroja que absorbían el CO2 y el vapor de agua en diferentes concentraciones, formulando finalmente su particular Hipótesis de Invernadero:

"Si la cantidad de CO2 se incrementa de forma geométrica, la temperatura experimenta un aumento aproximadamente aritmético."

En su libro "Worlds in the Making" (1908) expone, por una parte, que las emisiones antropogénicas de CO2 podrían evitar la llegada de una nueva Edad de Hielo, y por otra, que de hecho hace falta un planeta más cálido para alimentar a una población rápidamente creciente.

Por tanto, se puede decir que Arrhenius fue la primera persona que asoció las emisiones de CO2 provenientes de la quema de combustibles fósiles con la aparición de un Cambio Climático, si bien él consideraba que el calentamiento reportaría cambios positivos para el hombre.

Blog Action Day 2010 AGUA

El ciclo del agua es extremadamente complejo y su mantenimiento requiere atender a múltiples cuestiones, que no se limitan a la mera vigilancia de la calidad de las aguas. Es preciso tener en cuenta simultáneamente factores como la integridad de los ecosistemas híbridos, la biodiversidad, y muchas variables físicas y químicas.

Son numerosas las perturbaciones inducidas en el medio hídrico por el hombre:

- Deterioros en la calidad del agua, acidificación, contaminación difusa.
- Transferencia de especies por trasvase.
- Extinción de especies, variaciones de las masas piscícolas.
- Alteraciones infraestructurales (embalses, canales, trasvases).
- Deforestación y cambio de uso en los entornos fluviales.
- Cambio Climático.

El objetivo de una aproximación consciente a los problemas del agua es, ante todo, armonizar la relación hombre-agua, procurando relajar las extensas y contradictorias solicitaciones que el hombre demanda de su medio hídrico. El análisis detenido de la situación arroja una problemática con tres aspectos fundamentales:

○ La escasez del recurso. En este apartado puede englobarse un problema complementario: la sobreabundancia episódica del agua. En definitiva, su descontrol y, en última instancia, la eutrofización debida al incremento de los arrastres fluviales.

○ La contaminación y los trastornos medioambientales asociados. Por sus efectos sobre la salud pública, la agricultura y el entorno, esta problemática es de especial importancia. En este apartado cabe señalar también la contaminación térmica, es decir, el calentamiento de ríos y lagos debido a vertidos industriales y otras causas, así como la lluvia ácida provocada por las emisiones de óxidos de azufre y nitrógeno.

○ El desconocimiento sobre el recurso y la falta de datos. Lo que se sabe acerca de las interacciones entre el agua y el medio físico es muy limitado. Hay innumerables cuestiones mal conocidas, por ejemplo en cuanto a la regeneración espontánea del agua en ríos y acuíferos, o en la evaluación de existencias subterráneas.

La complejidad de esta problemática, que localmente puede agravarse por sinergia, obliga a una importante coordinación de esfuerzos. De lo anterior se puede intuir la magnitud del esfuerzo que debe absorber a ciudadanos, empresarios, científicos y políticos para acometer con eficacia la armonización del sector del agua. En el caso de recursos como éste, de carácter estratégico para el desarrollo social, la salud pública y el mantenimiento de la biodiversidad, el mercado por sí solo no puede asegurar las respuestas automáticas a nuestras necesidades. Es por ello esencial una labor conjunta de los distintos agentes sociales involucrados para evitar que el forcejeo inevitable entre las diferentes posturas resulte en detrimento del interés común.

El Hidrógeno no es la panacea (II)

En esencia, las fuentes de energía primaria son sólo dos: la solar y la nuclear.

La energía solar puede ser utilizada directamente (solar térmica) o convertirse en electricidad (solar fotovoltaica); también puede aprovecharse en otras manifestaciones como son la eólica, a través del calentamiento de masas de aire (lo que provoca su movimiento), la hidráulica, mediante la evaporación de masas de agua (que posteriormente precipita en forma de lluvia y se almacena en altura), y la biomasa, pues el Sol es la fuente energética que usan las plantas para sintetizar compuestos orgánicos combustibles; con todo, la reserva de energía solar más concentrada y rentable en nuestros días es la que se halla en los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural), que son compuestos resultantes de la transformación de restos vegetales y animales, sometidos a altas presiones y temperaturas durante cientos de miles de años. En estos compuestos la energía solar se ha depositado en los enlaces de los hidrocarburos, y se libera con las reacciones de combustión.

La energía nuclear puede ser de dos tipos. La de fisión proviene de la ruptura de núcleos atómicos pesados (a menudo isótopos del Uranio), que se formaron en explosiones de supernovas, durante las cuales predominaban intensas fuerzas gravitatorias. La de fusión procede de la unión de átomos pequeños para originar otros de mayor tamaño, proceso en el cual una parte de la materia se convierte en energía.

La energía primaria procedente de estas dos fuentes se puede convertir en calor o en electricidad, o puede emplearse en separar el hidrógeno y el oxígeno del agua para luego usar el primero como combustible. En este sentido, tener el hidrógeno aislado nos permite disponer de una vía para transportar la energía, pues el hidrógeno puede ser llevado a un punto de consumo y una vez allí combinarse con oxígeno para la liberación del calor de combustión. Por eso se habla de un medio de transporte y no de una fuente energética en sentido estricto, al igual que ocurre con la electricidad. Y como la electricidad, el hidrógeno no es en sí mismo un medio caro o barato, ni inocuo o dañino para el medioambiente. Lo será en la medida en que lo sea la fuente de energía primaria que ha sido empleada para producirlo.


En la actualidad los automóviles queman gasolina, un recurso no renovable y contaminante. Si un coche se alimentara con electricidad producida en una central térmica (donde se quema carbón), la contaminación global sería equivalente, aunque no estuviera concentrada en las ciudades. Pero si se dominara realmente la energía fotovoltaica o la fusión nuclear, podría generarse electricidad de forma mucho menos contaminante. El problema es que para almacenar esta electricidad hacen falta aparatosas baterías construidas con materiales caros y contaminantes. Por eso resulta interesante usar como vía el hidrógeno, porque éste puede almacenarse en dispositivos más ligeros y limpios, y proporcionar la energía al vehículo a través de células de combustibles (H2 + O2 -> Vapor de agua + Energía). Y por este motivo el hidrógeno podrá desempeñar un papel estratégico en el inminente panorama energético; papel estratégico, pero nunca como fuente primaria de energía.

Aspectos básicos de la Sostenibilidad

Considera un recipiente de vidrio herméticamente cerrado, que contiene aire, agua y nutrientes, que está bañado por luz solar, y habitado por una bacteria A. En este escenario favorable, con abundancia de alimento y en ausencia de competidores, la bacteria A prolifera a un ritmo exponencial, al menos en principio. En última instancia, sin embargo, la población se hunde y muere completamente, y quizás no por el agotamiento de los nutrientes (que también puede ser) sino por el exceso de desechos, pues el recipiente está cerrado y por tanto ni entran nuevos nutrientes ni salen los desechos producidos. Éste era un escenario insostenible.

Considera ahora una bacteria B que se alimenta del desecho producido por la bacteria A, y produce como desecho los nutrientes que necesita ésta (nótese que el carácter de alimento o desecho no es inherente a la sustancia, sino una valoración del agente que le da uso). Siendo esto así, las sustancias implicadas en este escenario se trasnforman en un ciclo cerrado, y las poblaciones de bacterias A y B se desarrollarían alcanzando unas proporciones en un equilibrio tal que a ninguna le falta alimento, y en el que el nivel de contaminación resulta admisible para ambas. Un sistema que aparentemente funcionaría de forma cíclica e indefinida.

Ahora bien, ¿es posible el escenario descrito? La Segunda Ley de la Termodinámica (o Ley de la Entropía) asegura tajantemente que no. Es una ley conceptualmente compleja, que en esencia hace referencia a los procesos que son irreversibles de forma espontánea, y que pueden ser reversibles, pero no espontáneamente. Así, la fruta de un árbol cae y no vuelve a elevarse sola; un péndulo que está en movimiento termina parándose, y no se vuelve a mover a no ser que alguien venga y lo empuje. Ese "alguien" es clave. En el contexto de la Ley de la Entropía se define un sistema (el árbol, el reloj de pared, el recipiente con las bacterias A y B) y un cambio experimentado en dicho sistema (la caída, el movimiento oscilatorio amortiguado, la degradación de la materia), y se establece que ese cambio sólo lo puede deshacer (o invertir) un agente externo al sistema (un “alguien” que coja la fruta del suelo o que ponga en marcha el péndulo). En el escenario descrito del recipiente hermético y las bacterias A y B, se está produciendo un ciclo cerrado e indefinido de degradación y regeneración. La Ley de la Entropía desmorona este supuesto y nos garantiza que, en la naturaleza, las cosas sencillamente no funcionan así. Dicho de otro modo, puede que el residuo de A sirva de alimento para B, pero el residuo de B será una sustancia aún más degradada, con menor energía, e inservible para A.

En nuestro modelo de vida falta una bacteria C (vegetal) que sea capaz de servirse de la radiación solar para recomponer lo que espontáneamente descomponen las bacterias A y B. Esta tercera bacteria permite que el Sol actúe como agente externo, dando el “empujón” necesario para que los cambios producidos en el sistema se deshagan y el ciclo se cierre.

El ser humano es como la bacteria A, pero en su afán por vivir a costa de “nutrientes” que apenas se renuevan (combustibles fósiles), y que por tanto tienen asociado un ciclo demasiado dilatado en el tiempo, se debilita el papel que juegan el Sol y la bacteria C, desplazando el equilibrio del sistema a unos extremos que no se pueden mantener a largo plazo ni de forma sostenida.

El Hidrógeno no es la panacea (I)

Es un error pensar que el hidrógeno puede presentarse como la piedra angular que solucionará todos nuestros problemas en un panorama energético cada vez más tétrico. El hidrógeno ni siquiera es una fuente de energía, no existen grandes acumulaciones de este gas que el hombre pueda explotar para garantizarse un suministro constante, no lo tenemos a mano para quemarlo combinándolo con oxígeno, obteniendo energía y generando vapor de agua como único residuo. Y si bien es cierto que el hidrógeno es el elemento más abundante en el universo, no se puede decir que lo sea en la Tierra (donde son más abundantes el oxígeno, el hierro y el silicio, por ejemplo). Las fuentes más cercanas de hidrógeno están en Júpiter y en el Sol, destinos a cada cual más irrealizable.

Pero es que el hidrógeno de la Tierra ni siquiera es aprovechable, al menos no directamente, pues no se encuentra libre, sino formando parte de compuestos diversos, fundamentalmente agua. Es por eso por lo que aprovechar el hidrógeno implica tener que separarlo previamente del oxígeno, con el consiguiente gasto de energía.

Se tiende a pensar que, aunque en la actualidad esta operación de separación resulta muy costosa, llegará un momento en el que los avances tecnológicos permitan rebajar el coste hasta prácticamente cero. No obstante, es importante recordar que, de acuerdo con las leyes fundamentales de la Termodinámica, si combinando hidrógeno y oxígeno para dar agua (reacción directa) obtenemos una cierta cantidad de energía, entonces partir de agua y obtener el hidrógeno y el oxígeno por separado (reacción inversa) nos costará, como mínimo, la misma cantidad de energía que se obtenía con la reacción directa.

En este sentido se puede decir que la idea de tomar agua, separar el hidrógeno y quemarlo para dar nuevamente agua, equivale en cierto modo a la idea de sintetizar madera a partir de las cenizas y los gases de combustión, para posteriormente volver a quemar esa madera.

La energía hidráulica

La energía hidráulica, obtenida a partir del agua de los ríos, supone un 7% del consumo mundial de energía primaria. Su origen es el Sol, pues éste inicia un ciclo que comprende la evaporación del agua, la formación de las nubes, las precipitaciones y la acumulación del agua de lluvia en embalses elevados. Las presas retienen el agua y con ello almacenan su energía potencial, hasta que, llegado el caso, el agua es liberada y en su descenso la energía potencial se transforma primero en energía cinética (al adquirir velocidad), a continuación en energía mecánica (al accionar una turbina) y por último en energía eléctrica (cuando la turbina acciona un generador).

Los paises que disponen de caudales fluviales abundantes y constantes obtienen amplios beneficios de la energía hidráulica, pues el agua dentro de un ciclo cerrado como éste se considera un recurso inagotable, cuyo uso además es gratuito. Como ventaja adicional, y frente a las dificultades técnicas que supone el almacenamiento de la electricidad (particularmente la producida con energía solar y eólica), la energía hidráulica sí se puede almacenar fácilmente; basta con no liberar el agua hasta que aparezca la demanda energética.

La generación hidráulica no se ve afectada por los días nublados o por las temporadas en las que no sopla el viento, pero sí es sensible a los ciclos meteorológicos de alternancia entre periodos húmedos y secos. Hay que tener en cuenta además que los embalses suelen emplazarse alejados de las grandes poblaciones, por lo que se requiere transportar la electricidad a través de grandes redes, costosas, y con importantes pérdidas asociadas. Por descontado, los embalses producen alteraciones en el entorno natural, erosiones, pérdidas de suelo fértil y modificación de cauces, entre otros impactos ambientales.

Con todo, incluso cuando las centrales hidráulicas requieren ingentes inversiones, y a pesar de ser cada vez más difícil encontrar emplazamientos adecuados, la energía hidráulica es hoy por hoy la fuente de energía renovable más empleada. A modo de ejemplo, sólo la presa de Itaipú, en Brasil, satisface el 15% de las necesidades energéticas de Brasil y el 95% de la demanda de Paraguay.

Fisión nuclear

La fisión es un proceso de rotura que experimentan ciertos átomos de gran tamaño, típicamente el Uranio (su masa es de 235 unidades, frente a las 56 del Hierro), originándose dos o más átomos más pequeños y otros subproductos.

La combustión, por ejemplo, es una reacción química donde interviene la corteza de los átomos (electrones) y se libera energía. La fisión, en cambio, es una reacción nuclear donde entra en juego el núcleo de los átomos (protones y neutrones), y donde se libera una cantidad de energía mucho mayor que en las reacciones químicas. Por este motivo, y por el hecho de no generarse CO2 en el proceso, son tan atractivas las centrales nucleares actuales.

El proceso de fisión se inicia mediante el bombardeo de un átomo de Uranio con un neutrón. El neutrón se incorpora al núcleo volviéndolo inestable, de modo que a continuación se produce la rotura y se forman dos átomos más pequeños y otros neutrones. Estos últimos neutrones, desprendidos a gran velocidad, colisionan con otros átomos de Uranio y producen más roturas y más neutrones, extendiéndose el proceso a un ritmo exponencialmente creciente -lo que se conoce como reacción en cadena-.

La reacción tal y como se ha descrito es incontrolable, y constituye el fundamento básico de la bomba atómica (Hiroshima y Nagasaki). Lo que se hace en las centrales nucleares es iniciar una reacción en cadena como la de la bomba atómica, pero empleando dispositivos capaces de absorber los neutrones desprendidos para que no se descontrole el número de fisiones. De esta forma se controla la reacción y la gran cantidad de calor desprendido en el proceso se emplea para generar electricidad "limpia".

Leyes de la Sostenibilidad (I)

1ª ley: Ni el crecimiento demográfico ni el incremento del consumo de recursos son sostenibles
Cualquier plan de desarrollo que no contemple entre sus objetivos el conseguir un crecimiento demográfico nulo acabará derivando en la insostenibilidad. Es más, toda lucha por la protección del medio ambiente es irrelevante a la postre si no se maneja el concepto de capacidad de carga y no se controlan los impactos de la población sobre el entorno.
Defender el crecimiento de la población equivale a respaldar la insostenibilidad, y aquéllos que sostienen que la sostenibilidad se puede alcanzar sin detener el crecimiento demográfico están engañándose a sí mismos y a los demás.

2ª ley: Cuanto mayor sea la población y/o el consumo de recursos, más difícil será trasformar esa sociedad en sostenible
Una población crece a un ritmo tanto mayor cuanto mayor sea la población misma, de modo que a mayor población, mayores serán los índices de crecimiento que será necesario amortiguar.

3ª ley: Una población determinada responde a un cambio en los índices de natalidad en el plazo de una vida humana (unos 70 años)
Si logramos cambiar ahora los índices de natalidad, veremos resultados a finales del siglo XXI.
El horizonte temporal de los líderes políticos está comprendido entre los 4 y los 12 años, aproximadamente.
Es muy difícil convencer a los líderes políticos para que actúen cambiando el curso de las cosas, cuando los resultados de tales actuaciones no se harán visibles en el transcurso de las vidas de dichos políticos.

La teoría de Hubbert

M. King Hubbert desarrolló un modelo matemático para predecir el ritmo con el que se extrae petróleo de un yacimiento cualquiera a lo largo del tiempo. Su teoría establece que la cantidad de petróleo extraído crece inicialmente, alcanza un máximo y decrece a continuación. Así, cuando se descubre una reserva petrolífera, al principio su producción es muy baja por las amplias necesidades de infraestructura, que van siendo safisfechas a lo largo de los años al mismo tiempo que va aumentando la profundidad de los pozos realizados. Cuando se ha instalado todo el equipamiento y las plantas de extracción necesarias y se ha perforado hasta la profundidad óptima, se alcanza un nivel de extracción máximo. Tras este pico, la producción disminuye, y lo hace cada vez más rápidamente. Esta evolución responde a una función con forma de campana, conocida como curva de Hubbert.

En la etapa decreciente el petróleo extraído se encarece progresivamente hasta alcanzarse un punto crítico en el que extraer un barril de petróleo nos cuesta la misma energía que contiene dicho barril, momento en el que la extracción de crudo con fines energéticos deja de ser rentable.

De la misma forma en que se modela la extracción de petróleo de un yacimiento puede ser representada la producción de una región o incluso de un país entero. De hecho, Hubbert predijo que la producción de los Estados Unidos alcanzaría su pico a finales de los años 60, y lo cierto es que este país registró su máximo en 1971. A partir de esta fecha la producción comenzó a experimentar un descenso alcanzando en la actualidad los mismos niveles de extracción que se tenían en la década de los 40. De acuerdo con la misma predicción, las reservas de Estados Unidos podrían dejar de ser aprovechables a finales del XXI.

Efecto Invernadero vs. Cambio Climático

Como resultado de muchos flujos de calor que entran y salen de la atmósfera, en la Tierra se establece un equilibrio térmico, alcanzándose una temperatura que ha posibilitado las diferentes formas de vida en ella.


En el supuesto de que toda la radiación que llega a la Tierra procedente del Sol rebotara y se escapara, la Tierra estaría a la misma temperatura que el espacio exterior. En lugar de esto, lo que ocurre es que la radiación del Sol, en buena parte de tipo Ultravioleta (o de onda corta), atraviesa completamente la atmósfera y llega hasta el suelo, calentándolo; cuando el suelo se calienta emite otra radiación, en este caso Infrarroja (o de onda larga), que se dirige a la atmósfera atravesándola pero sólo parcialmente. Es decir, parte de la radiación escapa y otra parte es devuelta al suelo. Por tanto, dado que netamente la Tierra acumula parte de la radiación solar, tenemos una temperatura superior a la del espacio exterior.


Los responsables de que la radiación Infrarroja “rebote” al llegar a la atmósfera y sea devuelta son los llamados gases de efecto invernadero, entre otros, el CO2 y el vapor de agua. Hablamos de Efecto Invernadero porque este mismo fenómeno planetario se reproduce, a menor escala, en un invernadero, donde el papel del CO2 lo desempeña el plástico o el vidrio del envoltorio. La radiación Ultravioleta atraviesa el vidrio y entra, pero no toda la radiación Infrarroja lo atraviesa y consigue salir. En consecuencia, hace más calor en el interior del invernadero que fuera.


Cuando aumentamos la concentración de CO2 en la atmósfera, aumenta la barrera que ha de vencer la radiación Infrarroja para salir de la Tierra. Por tanto, una mayor proporción de radiación quedará retenida y, en consecuencia, aumentará la temperatura terrestre adaptándose a un nuevo equilibrio térmico. Este efecto es el que se conoce como Cambio Climático.

Los teoremas de Boulding

Teorema 1: Escenario tétrico
Si la consecuencia última del crecimiento de la población es la miseria, entonces la población crecerá hasta que la miseria sea suficiente para detener el crecimiento.

Teorema 2: Escenario completamente tétrico
Mientras que la miseria sea el único freno sobre la población, cualquier mejora tecnológica que consiga mitigar temporalmente la miseria sólo servirá para que la población crezca y acabe habiendo más gente viviendo en la miseria.

Teorema 3: Variante ligeramente optimista del escenario tétrico
Si hay alguna otra cosa distinta de la miseria que pueda poner freno al crecimiento de la población, entonces la humanidad no tiene por qué crecer hasta encontrar la miseria y la muerte, y podría ser próspera de forma estable.

El precio del petróleo

En enero de 1999 el precio del petróleo era de unos 11 $/barril. Desde entonces este precio ha ido aumentando progresivamente hasta alcanzar valores por encima de los 90 $/barril durante el año 2007 (96 $/barril a finales de diciembre), lo que supone un incremento del 773% en un periodo de 9 años, o lo que es lo mismo, un crecimiento promedio del 27% anual.

Para que nos hagamos una idea, si el precio del cine hubiera subido a este mismo ritmo y en 1999 una entrada hubiera costado 5 euros, a día de hoy la misma entrada nos costaría 43 euros.


El petróleo y sus derivados tienen una incidencia crucial en todos los ámbitos de la vida moderna, y a pesar de los esfuerzos por impulsar el uso de fuentes energéticas limpias, la tendencia del consumo y la dependencia del petróleo siguen aumentando considerablemente. El ritmo al que crece el precio del barril es mucho mayor que la velocidad a la que la sociedad cambia de hábitos y se aleja de la dependencia fósil. La legislación promueve la eficiencia energética y penaliza el despilfarro, pero lo hace a paso excesivamente lento, como no queriendo molestar a quienes se benefician con el negocio del petróleo, y casi siempre con el enfoque de algo novedoso, cuando la realidad exige que tales medidas sean prioritarias.

Así funciona un aerogenerador

Un aerogenerador aprovecha la energía cinética del viento, pero no en cualquier condición, ya que por debajo de los 4 m/s las aspas no giran a suficiente velocidad, y por encima de 25 m/s la estructura está sometida a esfuerzos demasiado peligrosos. El aerogenerador funcionará, pues, en un rango de 4-25 m/s.

El viento acciona directamente las aspas que forman parte del rotor, y éste transmite la energía mecánica al eje principal. Por otra parte, hay instalado un generador que, de forma parecida a como lo hace una dinamo, produce electricidad cuando gira a gran velocidad. El rotor, accionado por el viento, gira a unas 22 rpm, pero el generador tiene que girar al menos a 1.500 rpm para empezar a producir electricidad, así que entre el eje principal y el generador se instala un multiplicador, que convierte las 22 rpm en 1.500 rpm (a través de un juego de engranajes, similar al de una bicicleta).

El controlador es un dispositivo electrónico que se encarga de orientar apropiadamente la góndola según la dirección del viento, activando el rotor cuando hay viento suficiente y desactivándolo cuando el viento es excesivo. La veleta le indica al controlador la dirección en la que sopla el viento, y el anemómetro aporta el dato de la velocidad.

La Ciencia en España no necesita tijeras

La I+D+i constituye una base fundamental para el establecimiento de un modelo productivo en sintonía con el Desarrollo Sostenible.

Si realmente se quiere cambiar el modelo actual en favor de un modelo económico basado en el conocimiento, es necesario afianzar los esfuerzos realizados en I+D+i.

"Si creen que la investigación y la educación son caras, prueben con la ignorancia y la mediocridad".

Iniciativa La ciencia española no necesita tijeras.

Carretera solar

Scott Brusaw está gestando una de esas ideas que tanto puede parecer brillante como resultar absurda, en función del optimismo con el que se juzgue. A grandes rasgos, la premisa de la que parte este ingeniero eléctrico es que si todas las autopistas de Estados Unidos se construyeran con paneles solares, sustituyendo el tradicional asfalto, se podría generar de forma limpia y renovable hasta el triple de la energía que consume todo el país.

El panel en cuestión tendría que ser resistente al tránsito de todo tipo de vehículos y mantener una eficiencia de al menos el 10%. Estaría formado por tres capas, una superficial de protección, una intermedia de generación propiamente, y una última de distribución de la energía. El coste de un panel de 77x77 cm rondaría los 5.000 dólares. Con todo, aún sería posible desarrollar interesantes funciones adicionales, como por ejemplo la posibilidad de iluminar las carreteras de noche, calentarlas en invierno, que alberguen redes de cables y fibra óptica, y hasta un sistema inteligente capaz de gestionar el tráfico reconfigurando los carriles en caso de obras, accidentes o meteorología adversa.

El señor Brusaw no sólo ha realizado unos cuantos números para apoyar su idea, sino que además ha creado una empresa con la que pretende desarrollarla e inculcarla entre los políticos.

Solar Roadways