Sistema de espejos para iluminar el interior de edificios y reducir el gasto energético

Los heliostatos son instrumentos que contienen espejos orientados al sol, parecidos a los que se usan en centrales termosolares. Según el ángulo en el que se coloquen, reflejan la luz hacia un lugar concreto.

Fuente: Noticias de la Ciencia

Un equipo de investigación de la Universidad de Córdoba (UCO) en España ha confirmado en una maqueta que el uso de heliostatos, en una configuración que ha ideado, mejora notablemente la eficiencia energética de espacios con poco acceso a luz solar. Posicionados del modo idóneo, y girando para mantener la orientación deseada con respecto al Sol, los heliostatos reflejan la luz solar y la orientan hacia los lugares oscuros para mejorar la iluminación de interiores donde no llega de manera natural la luz. Gracias a esto, se reduce el uso de iluminación artificial durante el día. En el caso del modelo testado, el ahorro en el consumo de energía eléctrica puede llegar al 65%.

El sistema ha sido diseñado para iluminar las aulas de un edificio del campus de la universidad que requiere de luz artificial 11 horas cada día, ya que carece de ventanas.

La maqueta replica el actual edificio Leonardo da Vinci, situado en el campus de Rabanales de la universidad. El diseño incluye la colocación de los heliostatos en el tejado, de forma que la luz se refleja en un techo traslúcido que cubre las aulas. Los expertos confirman que con este sistema las aulas podrían disponer de luz natural desde la salida hasta la puesta de sol, disminuyendo el uso de iluminación artificial durante el día.

Aunque existen heliostatos para este fin ya en edificios, aún son necesarias más investigaciones que profundicen en su potencial. “El uso de iluminadores heliostáticos puede ser una medida viable para mejorar la eficiencia energética en los edificios y contribuir a la lucha contra el cambio climático”, indica a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Córdoba Luis Manuel Fernández de Ahumada, uno de los autores del estudio.

Según algunas estimaciones, un hogar español gasta de media al año unos 3.272 kilovatios hora. El Servicio de Protección Ambiental de la UCO estima el consumo medio por persona en toda la Universidad de Córdoba en 837 kilovatios hora. Sin embargo, el gasto de tan solo este edificio llegó a los 1951,5 en 2020, a pesar del cierre de instalaciones durante el confinamiento motivado por la COVID-19. “De acuerdo con ello, vimos necesario implementar medidas tecnológicas que mejoren los niveles de iluminación natural en las aulas y contribuyan a reducir el consumo eléctrico y mejorar la eficiencia energética y la sostenibilidad del campus”, añade el investigador.

Los análisis han consistido en la observación en tiempo real del nivel de iluminación, mediante sensores colocados en distintos puntos del aula en dos maquetas construidas a una escala quince veces más pequeña que la real. Una de ellas contaba con idénticas características que la real y la otra incluía la colocación de los heliostatos.

Una vez observada la necesidad de iluminación de estas aulas y probado el uso de los heliostatos, los expertos estiman un ahorro energético de aproximadamente el 65%.

Para confirmar este dato, los investigadores incluyeron un sistema artificial con tecnología LED que se complementa con la iluminación natural para lograr los niveles recomendados.

El sistema de heliostatos utilizado en la maqueta es el diseñado por otro investigador de la UCO. El dispositivo permite redirigir los rayos del sol hacia una dirección paralela al eje de rotación de la Tierra. Consiste en un espejo cuadrado situado sobre un sistema articulado deformable en el que hay dos barras de longitud fija y articuladas en tres puntos. Así, los rayos se reflejan a lo largo del eje desde el espejo primario al secundario y de este a la dirección deseada. A diferencia de otros heliostatos comerciales, al disponer de un solo eje, supone la simplificación de los mecanismos móviles y una importante reducción de costes.

El sistema está automatizado, de manera que toma los datos de los sensores y, en caso de falta de luz, pone en funcionamiento los motores que controlan el movimiento de los heliostatos para buscar más luz o activa la iluminación artificial.

Los investigadores están ya en fase de llevar el prototipo a la práctica real en el propio edificio. Además, están mejorando el sistema analizando aspectos como el confort visual, la existencia y control del deslumbramiento y el comportamiento de los difusores de luz en el techo.

Luis Manuel Fernández de Ahumada y sus colegas exponen los detalles de su diseño en la revista académica Sensors, bajo el título “Use of Polar Heliostats to Improve Levels of Natural Lighting inside Buildings with Little Access to Sunlight”. (Fuente: Fundación Descubre)