Un equipo de investigación de la Universidad de Córdoba ha validado en una maqueta el uso de un tipo de heliostato, un dispositivo que contiene espejos y gira orientado al sol, para mejorar la iluminación de interiores donde no llega de manera natural la luz. El modelo testado puede reducir el consumo energético hasta en un 65%.

Los estudios se han realizado en dos maquetas construidas a una escala quince veces más pequeña que la real.

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. De esta manera, los investigadores han diseñado un modelo para iluminar las aulas de un edificio del campus cordobés 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 cordobesa. 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 en el artículo ‘Use of Polar Heliostats to Improve Levels of Natural Lighting inside Buildings with Little Access to Sunlight’ publicado en la revista Sensors, 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 las investigaciones que detallen su potencial.. “El uso de iluminadores helióstáticos 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 artículo.

El equipo investigador de la Universidad de Córdoba responsable del artículo.

Eficiencia energética para un campus sostenible

Según informa REE, un hogar español gasta de media al año unos 3.272 kilowatios hora. El Servicio de Protección Ambiental de la Universidad estima el consumo medio por persona en toda la Universidad de Córdoba en 837 kilowatios 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 el 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 heliostatos son instrumentos que contienen espejos orientados al sol.

Los estudios 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 confirman que en el 37,21% de las horas lectivas en un año se cumplen las recomendaciones del Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía para un correcto aprovechamiento. De esta forma, durante ese tiempo no sería necesario el uso de iluminación artificial en el aula, mientras que en el aula sin heliostatos sí. La estimación del ahorro energético lo sitúan en torno a un 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.

Un sistema robusto y eficiente

El heliostato 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 éste 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.

Han confirmado que el uso de heliostatos permite que el 37,21% de las horas lectivas tengan una iluminación correcta y supone un ahorro del 65% de consumo energético.

Los trabajos se han financiado mediante el proyecto ‘Helio4Learning’ a través de la convocatoria de ayudas para proyectos de I+D+i en el marco del Programa FEDER (Operación Andalucía 2014- 2020).

Referencias

Luis Manuel Fernández de Ahumada, Maximiliano Osuna Mérida, Jesús López Sánchez, Francisco Javier Gómez Uceda, Rafael López Luque y Marta Varo Martínez. ‘Use of Polar Heliostats to Improve Levels of Natural Lighting inside Buildings with Little Access to Sunlight’. Sensors. 2022.

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