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Una casa con un sistema eléctrico que funciona con energía proveniente del sol, captada por los ladrillos que dan forma a las paredes, y cuyos habitantes pueden vender y comprar electricidad de una red solar mientras monitorean el consumo energético desde su celular dejó de ser una escena de ciencia ficción para convertirse en realidad gracias al proyecto Helium, que se hace en asociación entre EAFIT, Tecnologías Marte y Dynacad.Esta es una iniciativa de investigación que se desarrolla de la mano de Innovación EAFIT, en la que han participado cerca de 25 personas, entre practicantes, egresados, profesores y estudiantes de pregrado y maestría de los departamentos de Ingeniería de Diseño de Producto, Ingeniería Mecánica y Ciencias Físicas de la Universidad, y que empezó en agosto de 2013 como respuesta a una convocatoria de Ruta N -InLab2 Market-, y culminó en noviembre de 2014 con la creación del ladrillo solar.
Este último consta de dos partes: la estructural, que es un bloque de cerámica; y la fotovoltaica, compuesta por una cubierta de material cristalino, con dos celdas que captan la luz del sol y producen energía instantánea. Estos están interconectados en serie y pueden llevar energía a baterías para almacenarla, un proceso que ya fue puesto a prueba en el laboratorio viviente ubicado en EAFIT Llanogrande: una casa de 50 metros cuadrados con sus paredes recubiertas de ladrillos solares.
Sobre el proyecto, José Ignacio Marulanda Bernal, director del Grupo de Electromagnetismo Aplicado (Gema), cuenta que "la vivienda se construyó entre diciembre de 2015 y marzo de 2016, y sus paredes oriental y occidental cuentan con 600 ladrillos solares para aprovechar la luz del sol naciente y poniente. Estimamos que una casa necesita, para un uso normal de energía, con una unidad de refrigeración pequeña, iluminación, conectividad para cargar celulares y otras cosas, entre 2.500 y 3.000 vatios, lo que se cubre con unos 350 ladrillos".
El proyecto Helios fue la primera etapa de un esfuerzo aún más grande, denominado hoy Helium, conformado por los investigadores Alejandro Velásquez López, coordinador de la especialización en Diseño Integrado de Sistemas Técnicos de EAFIT; José Ignacio Marulanda; Javier Mauricio Betancur Muñoz, gerente de Tecnologías Marte, y Mario Betancur Rodríguez, socio fundador de Dynacad.
De acuerdo con José Ignacio, en esta primera etapa se desarrollaron también un secador de ropa solar para ambientes urbanos; unos seguidores solares para permitir que los paneles sigan el movimiento del sol; una estación solar en el campus de la Institución, para la recarga de equipos electrónicos; y la iluminación del parqueadero y fachadas solares.
El investigador señala que en un taller realizado con diseñadores, arquitectos e ingenieros se llegó al concepto de ladrillo solar, que cumple con las tres "E": estructural, energético y estético.
Una vez se hicieron las primeras mediciones en muros de prueba se llegó a la conclusión de que era un producto valioso. EAFIT participó en una convocatoria de Colciencias orientada a desarrollar pruebas de concepto y allí surgió la idea de dar forma al ladrillo solar como producto de mercado. Se eligió a EAFIT Llanogrande (zona rural del municipio de Rionegro, Antioquia) para validar el concepto en una región no interconectada y darle características de vivienda de interés social.
Los ensayos de resistencia en el ladrillo de cerámica, en palabras de José Ignacio Marulanda, arrojaron resultados muy superiores a lo exigido por la norma colombiana: "En las pruebas de compresión superó en un 40 por ciento el mínimo exigido -12 toneladas, el peso de una volqueta- y alcanzó un mínimo de 18 toneladas. En ocasiones resistió presiones hasta de 25 toneladas, mientras que en las pruebas de resistencia sísmica soportó el límite de la mesa sísmica de la Universidad".
Energía en red
El concepto del ladrillo solar es solo la primera parte de un macroproyecto en el que se pretende generar una red energética cuyas dinámicas permitan ofrecer servicios de gestión y asesoría a los usuarios finales, sean hogares o empresas, quienes podrán comprar y vender energía según precios variables por hora, cuya regulación se está ajustando de acuerdo con los lineamientos de la ley 1715 de 2014, que se encarga del uso de las energías renovables.
Así lo explica Javier Mauricio Betancur Muñoz, gerente de Tecnologías Marte, quien señala que el objetivo es lograr "la capacidad de almacenar energía en baterías durante el día o de permitirle a un usuario tener un sistema sin baterías en el que de día genera para venderle a la red y en la noche recibe de vuelta energía de la red".
El experto explica que ya han diseñado una aplicación para dispositivos móviles que permitirá, previo pago de una mensualidad, generar un usuario para que el dueño de una o varias casas solares se registre en el servicio y, a través de internet, pueda monitorear mediante el uso de módulos de análisis de datos el consumo energético de las mismas, encender y apagar equipos a distancia, programar horas de lavada o de carga de la nevera a horas en las que el precio del kilovatio sea más bajo.
Betancur Muñoz indica que "dicha dinámica podría ahorrar 0.25 dólares por lavada, el mismo valor que tendría el pago de la mensualidad para el servicio de monitoreo y gestión energética a través de la aplicación. En este sentido, nos aliamos con Haceb, empresa que nos dio una lavadora y una nevera para casas solares. La idea es hacer mediciones y mirar comportamientos. La aplicación te avisa a qué hora es más barato lavar y, en el caso de la nevera, podría calcular la temperatura y el rango máximo que puede alcanzar esta para optimizar el consumo".
El objetivo con los módulos es, de acuerdo con el experto, no solo vender el producto una vez, a través de las fachadas con ladrillos solares, sino seguir comercializando el servicio de gestión del sistema y asesoría para la optimización del consumo, así como apuntar a clientes más especializados que, en países en los que este tema está legislado, adquieren esta tecnología para montar plantas energéticas y vender energía a la red.
Por su parte, José Ignacio Marulanda señala grandes ventajas en comparación con la tecnología existente de paneles solares, que requiere no solo de baterías sino también de estructuras certificadas que soporten cerca de 250 kilos de paneles en el techo, necesarios para un consumo mínimo.
El docente explica que, al analizar el costo del precio por vatio instalado en paneles solares -5,5 dólares- dotar una casa con la capacidad mínima puede valer 15.000 dólares, lo que indica un ahorro hasta de 2.000 dólares con el uso del ladrillo solar, teniendo en cuenta que el precio por vatio instalado en esta última opción no superaría los 3,5 dólares.
Eso sin contar la facultad de ahorro en otros aspectos, resaltados por el investigador, como en infraestructura, ya que el ladrillo mismo funciona a la vez como soporte para la casa y las celdas fotovoltaicas; en enchape, pues la cerámica puede ser esmaltada en su cara interior, con diferentes colores según la decoración, y en refrigeración, ya que el policarbonato presente en el ladrillo evita el calentamiento al interior del hogar.
Mercado potencial
José Ignacio Marulanda asegura que el ladrillo solar fue catalogado como una iniciativa de innovación que despertó el interés de Empresas Públicas de Medellín; de la constructora AIA, encargada de la construcción de la casa solar en EAFIT Llanogrande; y de la compañía African Solar Power que, según el docente, maneja más del 70 por ciento del mercado solar en África.
"También está la Fundación Territorios del Mañana que certifica los laboratorios vivientes y que acaba de declarar Living LAB Solar la casa de Llanogrande, al integrar al mismo los sistemas que diseñamos y ampliar la licencia de construcción temporal por tiempo indefinido", manifiesta Marulanda.
Por su parte, Jorge Antonio Londoño Londoño, subdirector del Centro de la Innovación, la Agroindustria y la Aviación del Sena, Regional Antioquia, afirma que es necesaria la articulación entre el Estado, las universidades y el sector privado para hacer frente a los retos y los requerimientos de innovación un tema que, desde su punto de vista, requiere políticas públicas claras en el país, y mucha actitud y el compromiso por parte de todos los actores.
El directivo advierte que el Sena "necesita articularse más con la universidad y hacer mayores desarrollos. Estamos muy interesados en mirar temas con EAFIT, pues tiene unos grupos de investigación maduros y desarrollos en investigación muy importantes. El Sena tiene el Sistema de Investigación, Desarrollo Tecnológico e Innovación, y está incursionando en la investigación, y considero que la Universidad tiene un desarrollo más maduro en el tema respecto a esta institución".
Londoño ha adelantado conversaciones con el profesor José Ignacio Marulanda, quien valora estos avances en dirección a un mejor aprovechamiento de la ubicación privilegiada que tiene Colombia para aprovechar la radiación solar. "¿Qué estamos esperando en el país para usar la tecnología solar? Todos saben que existe, pero solo usamos el sol para secar ropa, sacar las matas, y calentar cemento y asfalto", puntualiza el experto.
Con miras al espacio
La historia del proyecto Helium viene de una idea que se empezó a trabajar en enero de 2013 en EAFIT: tener un centro aeroespacial en la Universidad. Se reunieron, entonces, varios investigadores de la Universidad, se presentó el proyecto a la Rectoría y se empezó a buscar recursos a través de convocatorias. El enfoque fue el de tecnologías solares, las que se utilizan en el espacio para generar energía de los objetos aeroespaciales. Esto permitió unir la experiencia con celdas solares del Grupo de Ingeniería de Diseño de Producto (Grid); los aprendizajes del grupo de Óptica Aplicada con sistemas colectores, espejos parabólicos y lentes de Fresnel; los avances en robótica y automatización conseguidos por Tecnologías Marte; y la experticia de Dynacad en inyección de plásticos y mecanizado.
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Alejandro Gómez Valencia
Periodista Área de Información y Prensa EAFIT
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