La Torre Solar de Aire Ascendente Flotante

José Antonio Molina

Licenciado en Ciencias Físicas, Máster en Energías Renovables OnLineEmail: josermolina999@hotmail.com

Fecha de redacción de este artículo: enero de 2012Otros proyectos: www.saervi.com

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Resumen:

Este artículo presenta una alternativa a las torres solares convencionalesproyectadas para los próximos años, sugiriendo el empleo de globos aerostáticospara mantener erguidas las torres, que por tal motivo podrían ser más ligeras,carecer de cimientos, ser reutilizables y ser desmontables, luego su impacto sobre elsuelo y el paisaje sería reversible.

Abstract:

This article presents an alternative to conventional solar towers which are proyectedfor the next years. It suggests the use of aerostatic ballons to keep standing thetowers, so they could be lighter, they wouldn't need foundations, they could bereusable, removable, so their impact upon the land and the landscape would bereversible.

Introducción

Una torre solar de aire ascendente es una instalación productora deenergía eléctrica renovable que consta, básicamente, de una granchimenea ubicada en el centro de un area cubierta similar a un graninvernadero.

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Esquema de funcionamiento de una torre solar de aire ascendente. A la derecha semuestra el prototipo construido en Manzanares, España, en 1982.

La viabilidad de estas instalaciones ha quedado demostrada eninstalaciones experimentales, como la que se instaló en Manzanares,España, con una torre de 195 metros, o como los grandes proyectos quese llevarán a cabo también en España, Australia, Estados Unidos, etc. En

este último caso la compañía EnviroMission1 proyecta la construcción de

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una torre de 1.000 metros con un area colectora de 38 km2 que seespera que alcance 200 MW de potencia eléctrica.

No obstante, se trata de instalaciones que requieren una enormeinfraestructura (una gigantesca torre rígida cuyo único propósito es serun conducto para el aire interior) y una gran extensión de terreno parael area colectora, todo ello para generar una potencia eléctrica más bienmodesta teniendo en cuenta las dimensiones de la instalación.

En este artículo se propone un diseño alternativo, la Torre Solar deAire Ascendente Flotante, como propuesta cuya viabilidad, eficiencia,y costes debería compararse con las torres solares convencionales antesde construir las gigantescas torres rígidas que hay proyectadas. En unaFSUT (Floating Solar Updraft Tower, o bien TSAAF en español) lachimenea se mantiene en su posición vertical mediante elaprovechamiento de globos llenos de helio o hidrógeno.

Una imagen renderizada de un posible diseño de Torre Solar de Aire AscendenteFlotante (FSUT) cuyas ventajas frente a las torres solares convencionales sediscuten en este artículo.

Una torre solar de aire ascendente flotante es una instalación que aúna

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dos tendencias tecnológicas de la actualidad: por un lado, las torressolares convencionales, cuya eficiencia y factibilidad la demuestran losgrandes proyectos que hay en marcha. Por otro, el retorno de losgrandes dirigibles, mediante diseños que deberían surcar los cielos enlos próximos años, para el transporte de mercancías o personas.

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La torre solar de aire ascendente flotante es un concepto que se vale de la

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tecnología existente de torres solares pero incorporando un aeróstato (elementotambién existente y en alza, como el modelo de la imagen) para mantener erguida

la torre, lo que puede representar ciertas ventajas como son la ausencia decimientos, su caracter modular, su menor uso del suelo y su carácter reversible y

reutilizable.

La FSUT encaja con la filosofía de 'andar de puntillas' sobre lanaturaleza, esto es, lograr que nuestro paso por la tierra deje la mínimahuella posible. Esto es así porque una FSUT no deja rastro sobre elterreno, una vez desmantelada, y todos sus elementos sonreaprovechables.

La imagen superior muestra un hipotético grupo de torres solares deaire ascendente flotantes. Bajo los invernaderos con forma circular, elsuelo es aprovechado para cultivos hortofrutícolas. Las altas torrespenden de los aeróstatos, con lo cual no necesitan profundos cimientosde cemento. Una instalación similar de torres solares convencionalesdejaría el terreno hipotecado para siempre, sembrado con enormeschimeneas de hormigón incluso cuando las instalaciones quedaranobsoletas o no fueran ya operativas. Al contrario, este jardín de FSUTspuede desmantelarse y dejar el terreno expédito para otros usosfuturos, y ademas todos los elementos de una FSUT podrían reutilizarse,desde los globos a la chimenea, que se compone de tramos separables.Estéticamente, aunque esto es subjetivo, las FSUTs son más bellas,pues no parecen tocones de arboles enormes como las torres solaresconvencionales sino altas setas o flores con el valor añadido de poderdesmontarse o reubicarse, cosa imposible con las torres rígidas. En el

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caso de la imagen, se trata de una instalación intensiva que, sinhipotecar el suelo de por vida y sin renunciar a su uso agrícola, produceenergía electrica renovable para alimentar a las ciudades de la comarcade manera prácticamente gratuita, una vez amortizados los costes deinstalación. La venta del excedente energético, además, constituiría unvalor añadido para toda la región.

Otro jardín de FSUTs, esta vez en un area semidesértica. Dicha area, hasta entoncesdesfavorecida por la ausencia de agricultura, ganadería, industria, etc., seconvertiría en exportadora de electricidad renovable mejorando la calidad de vida desus habitantes.

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Implementación de una FSUT

Para preguntarnos acerca de la viabilidad de este tipo de instalacionesdebemos centranos en aquello que las diferencia de las instalaciones detorres solares convencionales. Y para preguntarnos sobre suconveniencia, habría que discutir las ventajas de las FSUTs respecto alas instalaciones convencionales.

Centrándonos en lo primero, la pregunta es si es posible que unaeróstato mantenga en posición vertical una torre de altura igual osuperior a 1.000 metros, con un diámetro de varios metros. La cuestiónengloba dos factores, principalmente: la capacidad ascensional delglobo, y el peso de la torre.

Los aeróstatos

A grandes rasgos, la capacidad ascensional de un globo viene dada porla diferencia entre la densidad del gas que contiene y la densidad del

aire atmosférico. Si la densidad del aire es de 1,275 kg/m3 y la densidad

del helio es de 0,18 kg/m3, entonces la capacidad ascensional del helio

sería de 1,095 kg/m3. Es decir, que cada metro cúbico de helio seríacapaz de levantar algo más de un kilogramo de masa, o lo que es lomismo, un gramo de masa por cada litro de helio. En el caso delhidrógeno, candidato a tener en cuenta para una FSUT por su mayorabundancia y menor coste siempre que se contrarreste el peligro de su

carácter inflamable, su capacidad es algo mayor, de 1,185 kg/m3

Podemos preguntarnos qué capacidad tienen los globos actuales. Un

dirigible de la marca GoodYear6 puede tener una envergadura de unos

58 metros, y un volumen de unos 5.740 m3. Con un peso bruto de unos5.800 kilos, podría mantener erguida una torre de varias toneladas, unavez desprovisto de góndola, motores, depósitos, etc. Existen modelos

mayores, como los construidos por Zeppelin NT7 con una longitud de 75

metros y un volumen 8.225 m3. Con un peso bruto de unos 10.600 kgpodrían mantener erguida una torre de casi 10 toneladas, en función delpeso de la cubierta del globo. Se trata de números que quedan lejos dela capacidad de los antiguos dirigibles del siglo XX, como el Hinderburg oel Graf Zeppelin, con capacidades que sobrepasaban las 100 toneladasen el primer caso, y las 60 en el segundo. No obstante, existen variosproyectos que planean el uso de grandes dirigibles para transportarcargas pesadas dado que permitirían hacerlo con un costo muy inferioral de un avión comercial y a una velocidad superior a la de un carguero

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marítimo, además de no necesitar pistas de aterrizaje. Es el caso del

CargoLifter CL1608, si bien actualmente el proyecto parece paralizado,

el SkyCat9, el AirShipOne10, que es un modelo híbrido, el SkyLifter11,diseño muy interesante y que según sus diseñadores podría transportar150 toneladas de carga, por lo cual podría tener importantes usos decarácter humanitario, etc.

Hay que tener en cuenta que el aeróstato de una torre solar flotante esun artefacto estático, pensado para permanecer sobre la vertical de unpunto por tiempo indefinido, por lo cual no requiere la instalación depropulsores, combustible, ni aviónica compleja de ningún tipo. Estosimplifica su diseño y determinaría su forma, que podría ser la de unplatillo para ofrecer la menor resistencia aerodinámica al viento encualquier dirección. Y en cuanto a su capacidad de carga, como hemosvisto, dependerá de su volumen. Por ejemplo, un globo esférico con unradio de 20 metros tendría un volumen de 33.500 metros cúbicos, loque le daría capacidad para levantar una torre con un peso de unatreintena de toneladas, en función del peso del propio globo. Enrealidad, en lugar de un globo de grandes proporciones, la FSUT podríaemplear un conjunto de globos de tamaño menor, lo que favorecería laescalabilidad de la instalación, podría ser más económico y favoreceríala seguridad del conjunto. Con todo, parece que resulta factibletécnicamente mantener erguida una torre vertical con un peso nodesdeñable mediante un aeróstato o un grupo de ellos cargados conhelio o hidrógeno.

El gas sustentador

Un problema a tener en cuenta es la disponibilidad del gas sustentador.Los dirigibles actuales emplean helio, un recurso escaso en la Tierra,porque al liberarse tiende a escapar al espacio. Su producción es cara ysolo existen reservas para unas cuantas décadas. Resulta una muestramás de la estupidez humana que este gas se derroche en usos frívolos,como los dirigibles publicitarios, cuando en determinados campos comoel de la resonancia magnética para usos médicos o la investigacióncientífica resulta insustituible. Si bien es cierto que existen proyectos dedirigibles espectaculares para los próximos años, estos proyectos noaclaran cómo harán frente al problema de la falta de helio.

Los primeros dirigibles usaban el hidrógeno hasta que la tragedia delHinderburg y la presión de la industria de los aviones persuadió a lagente en contra del mismo. No obstante mucho tiempo ha pasado desde1937 y puede aventurarse que, hoy día, un dirigible de hidrógeno podríaconstruirse de manera mucho más segura. Después de todo, en un

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avión de pasajeros estos van sentados muy cerca de enormes depósitosde queroseno, y no por ello la gente deja de volar, a pesar de todos losaccidentes. De hecho, el hidrógeno se emplea en globos aerostáticoscon fines científicos, deportivos, etc.

Pero, en cualquier caso, frente a la futura escasez del helio y dado quelos globos de una FSUT son no tripulados, debería considerarse elempleo de hidrógeno en los mismos, un gas muy abundante, barato, ycon una capacidad de sustentación mayor que la del helio.

La chimenea

Ya se eliga hidrógeno o helio como gas sustentador, una desventajaintrínseca a una FSUT de gran eficiencia es que requeriría globos decierto tamaño para elevar las toneladas que pesaría la chimenea. Lafactibilidad de estos diseños está, pues, íntimamente relacionada con laposibilidad de fabricar los tramos de la misma en un material muyligero. Debería estudiarse como opción que dichos tramos estuvieranconstruidos en un material flexible, lo que podría presentar, entre otrasventajas como la posibilidad de enrollado, una mayor ligereza. Elempleo de materiales ultraligeros para los tramos de la chimenea, seanestos rígidos o flexibles, sería clave para la viabilidad de estasinstalaciones, dado que a más ligereza de la chimenea, menor tamañode los globos necesarios para mantenerla erguida y, por tanto, menoresproblemas constructivos, de gestión, y menor necesidad de gassustentador.

Un dato a tener en cuenta respecto a la torre es que esta no precisamantener su propio peso, dado que cada uno de los tramos en los quese divide pende del cable o cables de acero anclados a tierra yconectados con los globos. Esto significa que el tramo inferior nosoporta el peso de los miles de metros de chimenea que tiene encima,sino que solo ha de soportar su propio peso. Esto permite construir cadatramo en un material mucho más ligero y con un espesor muy reducido.En una FSUT, la chimenea se construye como un conducto para el vientointerior sin que sea preciso tener en cuenta otros condicionantesinevitables en una torre solar convencional, que ha de construirsenecesariamente de manera robusta y con grandes espesores paramantener la integridad de la enorme chimenea.

Siempre con vistas a la implementación de una altísima chimenea queha de mantenerse suspendida por un aeróstato, han de buscarsemateriales lo bastante ligeros y con una resistencia suficiente paramantener su integridad estructural frente al flujo de viento interior y alazote de los vientos en el exterior. Respecto al flujo interior hay que

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tener en cuenta que este presenta velocidades bastante bajas, del orden

de 15 m/s 12, y a presiones no muy diferentes de la atmosférica, por loque no constituye un factor de riesgo alto para la integridad de unachimenea muy ligera. Respecto al azote del viento exterior, la propiaforma cilíndrica de los tramos rígidos ofrecería poca resistenciaaerodinámica por lo que el material no sufriría demasiado por la misma.

En principio, la chimenea estaría compuesta por tramos unidos mediantejunturas flexibles, que se ensamblarían en tierra y luego se elevaríancon el globo. La división en tramos es un imperativo operacional dadoque sería imposible manejar una chimenea de un kilometro de largo entierra, además de ser una necesidad técnica, dado que en el proceso deelevación la integridad del material, de ser este demasiado largo, severía amenazada al hacer frente al cambio de ángulo desde lahorizontalidad a la verticalidad. Además, parte e la filosofía de una FSUTes la de ser desmontable y escalable, lo cual sugiere inmediatamente ladivisión en tramos de la chimenea.

Respecto al material, debería estudiarse si el PVC o el polietileno,materiales habituales en grandes tuberías ligeras, hacen posible lafabricación de tubos con el gran diámetro requerido para una chimeneasolar. En cualquier caso, el material elegido debería presentar unadensidad muy baja, pues de ser alta, el peso de los tramos seríademasiado grande y por tanto habrían de sopesarse otros materiales.No olvidemos que los grandes dirigibles del siglo pasado se componíande una estructura rígida a base de duraluminio, un género de aleacionesde alta resistencia y muy ligeras, por lo que no resulta descabelladopensar que, hoy día, nuevas aleaciones podrían estar a nuestradisposición para construir los tramos rígidos de una torre solar de aireascendente flotante.

Existe, no obstante, otra opción a una FSUT compuesta de tramos dechimenea rígidos y sería la FSUT de torre flexible. Consistiría en el usode un material flexible que, por serlo, tendría algunas ventajas, como laposibilidad de enrollado, lo que facilitaría su gestión, transporte, yelevación de la torre. Es decir, la chimenea vendría enrollada, como unaenorme manguera de extinción de incendios, y en el proceso deelevación se abriría en todo su diametro. Como desventajas, puedencitarse que habría que prevenir las torsiones o estrangulamientos de lamanguera a lo largo de toda su longitud, para lo cual tendría queasegurarse que el globo no girara sobre su eje vertical, o bien que, dehacerlo, su movimiento rotatorio no se transmitiera a la manguera. Otradesventaja podría venir del fenómeno de cavilación de las paredes de lachimenea que, al ser flexibles, podrían vibrar por efecto de la corriente

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de aire interior, o deformarse a causa de los vientos exteriores. Ambosfenómenos podrían provocar un flujo turbulento interior que disminuiríala eficiencia de la instalación. No obstante, a priori la torre flexibleparece todavía una buena opción frente a una torre de tramos rígidos.Su implementación estaría supedita a la posibilidad de construir tramosde manguera de semejantes proporciones y a la disponibilidad demateriales adecuados. A priori la construcción podría ser factible sitenemos en cuenta que podrían usarse los mismos materiales, ligeros yaltamente resistentes, que se emplean hoy en día en los dirigibles norígidos: tedlar, poliester, mylar, dacron, uretano, etc.

A tenor de todo lo dicho, parece que la viabilidad técnica de este tipo deinstalaciones es posible, pues existe la tecnología y los materiales parahacerlo. El estudio de la viabilidad económica, sin embargo, requeriríade estudios cuantitativos más profundos y, de ser favorables, habrían decompararse con la relación costes/producción esperada de otrasinstalaciones convencionales.

Area colectora y turbinas

Como veremos abajo, la producción de una torre solar de aireascendente convencional es proporcional a la altura de la torre y a lasuperficie del area colectora. Dado que una FSUT puede presentar, apriori, mayores alturas que una torre rígida convencional, se tiene quepara una misma producción requiere menor area colectora, luego menoruso del suelo. Esto puede ser ventajoso en lugares donde no abundenlos llanos o en los que el precio del suelo sea alto. Como las FSUTsrequieren menos espacio, en un terreno dado podrían agruparse mayornúmero de FSUTs que de torres solares convencionales, con lo que laproducción de electricidad por unidad de superficie sería mayor.

Las turbinas serían las mismas que en el caso de una torreconvencional, y el diseño de la cámara de turbinas no tendría querealizarse teniendo en cuenta su capacidad para soportar una torrerígida de un kilómetro de alto, por lo que su implementación seríamucho más sencilla y ligera.

Eficiencia de la instalación

Los principios físicos que gobiernan una FSUT son los mismos quegobiernan una torre solar de aire ascendente convencional. Existenamplios estudios que determinan la potencia eléctrica que es capaz desuministrar una instalación de estas características, tanto a partir dedatos experimentales, como los de la instalación prototípica deManzanares, como a partir de modelados numéricos.

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La ecuación que gobierna la potencia que una instalación de este tipo escapaz de suministrar viene dada por la ecuación:

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donde cada coeficiente η representa la eficiencia de los componentesprincipales: la del area colectora, la de las turbinas, y la de la chimenea.Vemos que la potencia suministrada por una torre solar convencional esdirectamente proporcional a la altura de la torre (H) y a la superficie delarea colectora del invernadero (A

coll)

De lo anterior podemos aventurar que en el caso de una FSUT, cuyapotencia de salida se rige por la misma ecuación, la producción vendrátambién determinada por la altura de la torre y la superficie del areacolectora. Dado que, en teoría, una torre flotante no presenta losinconvenientes estructurales que presenta una torre rígida convencional,cuya altura esta fijada por la profundidad de sus cimientos, su espesor,etc., tenemos que una FSUT puede presentar una chimenea más altaque una torre convencional, lo que permite aumentar la producción deuna FSUT respecto de una torre convencional, para una misma areacolectora.

Lo anterior hay que aceptarlo, no obstante, con las debidas reservas. Sibien es cierto que su carácter flotante permitiría alcanzar alturas dechimenea de varios kilómetros (tantos como la altura alcanzable por losaeróstatos), en la práctica una chimenea demasiado alta tendría un pesoenorme por lo que requeriría, tambien, de gran número de globos paramantenerla erguida y estable.

Además, si bien no aparece en la ecuación anterior el radio de lachimenea, este es un parámetro importante de diseño pues determinalas condiciones del flujo en el interior de la torre, lo que afecta a la

eficiencia. Es sabido14 que si disminuye el radio de la torre la velocidaddel flujo de aire en su interior aumenta. Sin embargo, para cada

instalación los modelos numéricos indican15 que existe un radio críticopor debajo del cual aumentan drásticamente las pérdidas por fricción yel flujo se vuelve turbulento, lo que restaría eficiencia a la instalación.Este supuesto, que envuelve cálculos sobre el regimen de flujo de lacolumna de aire ascendente, ha de tenerse en cuenta en el diseño de lostramos de chimenea de una FSUT. La ventaja respecto a una instalaciónconvencional es que la elección del radio óptimo solo depende de las

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características de la chimenea como tubo de flujo eficiente, y no de laintegridad estructural de la chimenea como un todo, dado que en unaFSUT la chimenea no soporta su propio peso ni ha de construirse tanrobusta y pesada como una torre rígida, que habría además de soportarlos embates del viento. En una FSUT, los tramos de chimenea se apoyande los cables de acero que a su vez penden del conjunto de aeróstatosen su cima.

Ventajas de la torre solar de aire ascendente flotante

A continuación se enumeran las posibles ventajas que tendría unainstalación basada en torres solares de aire ascendente flotantes frentea una instalación de torres solares convencionales:

-La FSUT no necesita profundos cimientos de cemento para soportar unatorre rígida cuyo único proposito es ser una conducción de aire. Suafección sobre el suelo es ínfima y reversible. Eso no se cumple parauna torre rígida, que requiere de ingentes cimentaciones que quedaránallí para siempre.

-Una FSUT puede plegarse en caso de necesidad, bien paramantenimiento, bien ante épocas de inestabilidad atmosférica, bien antela necesidad de disponer de un paisaje limpio de elementos artificialesdurante una temporada. Con una torre convencional, eso es imposible:su afectación sobre el paisaje es permanente.

-Una FSUT puede desmantelarse y todos sus componentes puedenreutilizarse, tanto los globos, como los tramos de la chimenea. Porcontra, el único modo de desmantelar una torre rígida es destruirla yconvertirla en escombros, y difícilmente alguien asumirá el costo de elloen el futuro.

-Una FSUT puede diseñarse para ser escalable: es posible la adición denuevos globos y de nuevos tramos de chimenea desde el suelo paraaumentar la altura de trabajo. En una torre rígida eso es imposible; laúnica variable a redimensionar sería el tamaño del area colectora,ocupando con ello más suelo, dado que su altura viene condicionada porsus cimientos y su integridad estructural.

-Los tramos de chimenea que componen una FSUT no tienen quesoportar el peso de los tramos superiores, dado que todos los tramoscolgarían de un cable de acero conectado con los globos. Esto permitiríaconstruir dichos tramos en un material más ligero y de menor espesor

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que en el caso de una torre rígida, que ha de emplear en la chimeneaenormes cantidades de hormigón y acero para asegurar su estabilidad.

-La construcción de una FSUT es más rápida, dado que apenas requiereobras sobre el terreno, por lo cual puede amortizarse mucho antes queuna torre solar convencional.

-Una FSUT puede cambiar su ubicación en caso de ser necesario, porejemplo si finaliza el plazo legal para ocupación del terreno o se quieradedicar este a otros usos, o si otra región con más demandasenergéticas la compra o alquila por un tiempo. El traslado de una torresolar convencional es algo impensable.

-La tecnología FSUT es orgánica, debido a su carácter modular yreversible. Es decir, una FSUT puede crecer si aumentan las necesidadesenergéticas de la región, mediante la adición de globos y tramos dechimenea. Una FSUT puede trasladarse, es decir, puede 'desenraizarse'de un lugar y 'plantarse' en otro. Una FSUT podría dividirse en dosFSUTs, por ejemplo en el caso de que una región quiera comprar partede ella para generar su propia FSUT en su territorio y hacerla crecersegún la demanda y los beneficios obtenidos de su explotación.

-Un grupo de FSUTs puede constituir una vista más agradable que lascorrespondientes torres solares convencionales. Si estas parecengigantescos tocones de árboles fósiles, las FSUT se parecen a enormessetas, flores o árboles exóticos que se mecen ligeramente con el vientoy cuya presencia no tiene por qué ser para siempre.

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En la imagen superior aparece una torre solar del tipo de las proyectadas porEnviroMission en Australia, Arizona, etc., y una FSUT que tendría la mismaproducción energética, al presentar un mismo valor del producto entre la altura de lachimenea y la superficie del área colectora. La instalación convencional presenta unatorre de 1 km de altura y un diámetro de 130 metros, sobre un area colectora de 38

km2. Dado que la FSUT no tiene las limitaciones constructivas que presenta la torreconvencional, en el diseño de la derecha se ha primado la altura, que es tres vecesmayor. Por consiguiente, la superficie colectora es tres veces menor que la de laizquierda. Esto significa que, para una misma producción, la FSUT presenta un usomás eficiente del suelo. El area colectora de la instalación convencional, con undiámetro de 7 km, fuerza a que estas instalaciones se construyan en grandesplanicies desoladas. Una FSUT, en cambio, puede construirse más cerca de lospuntos donde se vertirá la producción eléctrica obtenida. Su menor uso del suelopermite, también, una explotación más intensiva de un area dada, al poderseinstalar en la misma más FSUTs que torres solares convencionales. Es cierto que lamayor altura de una FSUT la hace más visible en la distancia, con lo que su impactopaisajístico es mayor. Pero dicho impacto, a diferencia del de una torre solarconvencional, es reversible, pues la FSUT puede desmontarse sin dejar huella, otrasladarse de lugar, por ejemplo al ser alquilada por otra región o país con másdemandas energéticas. Su caracter modular las convierte en instalaciones orgánicas,dado que pueden crecer en tamaño en función de las necesidades, e incluso esposible que una FSUT instalada se divida en dos unidades para dos zonas distintas.Estas posibilidades son del todo inexistentes en el caso de las torres rígidasplanificadas para el futuro inmediato. La imagen también recoge, para dar una ideade las dimensiones de trabajo, figuras a escala de otras construcciones artificialesexistentes en la actualidad.

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El primer prototipo de FSUT

Dado que no precisa la construcción de cimientos para una torre rígida,la instalación es completamente inocua para el suelo y requeriría, portanto, menos trámites administrativos. Una vez cumplido su propósito eldesmantelamiento sería rápido y no dejaría rastro sobre el terreno.Comparando con el prototipo de torre rígida de Manzanares no habríaque preocuparse, en este caso, de que una tormenta derribara la torre,como sí ocurrió allí en 1989.

Un primer prototipo a escala reducida podría construirse con productosexistentes en el mercado. Se trataría de una instalación provisional,relativamente barata y no requeriría más que el alquiler de un terreno,proveerlo de una cobertura de plástico a modo de invernadero, tal ycomo se hizo en el prototipo de Manzanares para una torre solarconvencional, un juego de tuberías de pvc, polietileno u otro materialexistente en el mercado, flexible o no, las junturas para la unión de lostramos, la turbina generadora de electricidad, y el alquiler de undirigible o un aeróstato.

Los tramos de la chimenea se unirían mediante junturas flexibles en elsuelo, fuera del area colectora, y se unirían a los cables que penden deldirigible. Dichos cables se irían desenrollando poco a poco de susrodillos, con lo cual el globo subiría arrastrando a la chimenea.

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Una vez ensamblados todos los tramos, la torre pende verticalmente.Cada tramo solo soporta su propio peso, dado que todos penden de losdos cables, anclados a cada una de las junturas flexibles. En estasituación, la torre puede ser trasladada hasta su posición operativa, enel centro del area colectora.

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Una vez en el centro del area colectora, la base de la torre se ensamblaa la cámara de turbinas y la instalación está lista para producirelectricidad. Como puede verse, el prototipo no requiere otrasconstrucciones en tierra que no sean la cámara de turbinas central y elinvernadero. Lo demás (globo, chimenea) son partes desmontables ytransportables.

La extrapolación de los resultados obtenidos con este prototipo, y laevaluación de los costes y la eficiencia, permitiría evaluar la rentabilidadde una torre solar de aire ascendente flotante a mayor escala, ycompararla con una torre solar convencional como las proyectadas endistintas partes del mundo para los próximos años.

La FSUT frente a la propuesta de torre flotante griega16

Existe en la actualidad una propuesta distinta para una torre solarflotante, la presentada por Christos D. Papageorgiou, de la Universidadde Atenas. El diseño presenta un area colectora y una chimenea flexible,que se mantiene vertical debido a que su perímetro está lleno con ungas más ligero que el aire. Es necesario preguntarse las diferenciasentre ambas iniciativas y determinar las ventajas y los inconvenientesde cada una de ellas.

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Una primera ventaja de las FSUTs presentadas en este artículo respectoal diseño del doctor Papageorgiou es que este solo alcanza una alturamáxima de 500 metros. Una FSUT no tiene esta limitación. Deconstruirse la chimenea en un material ultraligero, y de disponerse deglobos suficientes, podría alcanzar alturas teóricas de varios kilómetros.Por consiguiente, para un area de terreno dada, una FSUT presentaríauna producción de electricidad sustancialmente mayor que la del diseñogriego.

Dado que en el diseño griego la fuerza ascensional queda repartida atodo lo largo de la chimenea, presenta el inconveniente de estar sujetaa los vientos dominantes, que la empujarían a lo largo de toda sulongitud y podrían inclinarla, lo que disminuiría la altura efectiva detrabajo, que ya no podría ser una constante. Además, presenta elinconveniente de ser una altísima estructura a merced del capricho delviento, por lo que solo puede construirse en zonas deshabitadas yllanas.

Los diseños presentados en este artículo presentan, a priori, otrasventajas respecto a la propuesta griega. De una parte, la estabilidad. Enuna torre solar de aire ascendente flotante erguida mediante aeróstatos,la fuerza ascensional tiene lugar en la cúspide de la torre, donde losglobos tiran de ella hacia arriba confieriéndole estabilidad. El empuje delviento se produce sobre unos aeróstatos que tienen forma aerodinámicaque pueden girar sobre su eje, con lo que la verticalidad puede quedarmás asegurada dado que la torre tiene dos anclajes, uno en su base atierra y otro en su cúspide, a los globos, mientras que la torre de lapropuesta griega solo está anclada a tierra.

De otra parte, en la propuesta griega constituiría un problema serioevitar los pinzamientos y las torsiones de la chimenea flexible, dado queen toda su longitud se encuentra a merced del viento. Sobre todo enmomentos de escaso flujo interior, como la noche, este diseño podríadoblarse o retorcerse sin control por la acción de fuertes vientosexteriores. En una FSUT como las presentadas en este articulo, encambio, esos problemas son evitables. Si la torre es de tramo rigido, nohay posibilidad de torsiones o de pinzamiento del material. Si es detramo flexible, la integridad se mantiene por los cables de acero, queson los que en verdad soportan el peso, y en el caso de que losaeróstatos giraran sobre si mismos su movimiento no se transmitiría ala chimenea de usar un gancho rotatorio. Más aún, podría proveerse alos aeróstatos de mecanismos de dirección, ya fueran timones, flaps, opequeños motores eléctricos (alimentados estos por celulas fotovoltáicas

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en la superficie de los globos, configuración esta que está siendo

proyectada en algunos dirigibles híbridos17), a controlar desde tierra,para rectificar cualquier conducta anómala. Esta posibilidad esinexistente en el diseño griego.

En dicho diseño, el gas sustentador está repartido a lo largo de unaamplia longitud. En caso de perdidas o microrroturas debido alenvejecimiento del material, que podría ser notorio al ser una graninfraestructura sometida al empuje azaroso del viento, sería muy dificildeterminar el punto de fuga. En el caso de una FSUT, el gas estáconcentrado en los aeróstatos convencionales, lo que acortaría el tiempode una inspección, y además los globos se mantienen estáticos y noestan sometidos a torsiones ni retorcimientos que podrían envejecer sumaterial y provocar fugas. En una FSUT, en caso de deterioro de uno delos globos podría sustituirse por otro, y entre tanto el conjunto podríaseguir trabajando a menor altura, reduciendo tramos de la torre paracompensar la merma en el poder ascensional. En el caso de la propuestagriega, el deterioro de la chimenea obligaría a suspender la produccióndurante el tiempo que duraran las reparaciones.

Por último, siempre a priori, la fabricación de la chimenea de una FSUTpodría resultar más sencilla que en el caso del diseño griego, pues setrata de un simple tunel para el aire ascendente, construido en tramosrígidos o flexibles. En la propuesta griega, el perímetro de la chimeneadebe acondicionarse para contener el gas sustentador, por lo que sudiseño sería más complicado y exclusivo y sus reparaciones máscostosas, además de tener que superar unos controles de calidad másexhaustivos que en el caso de una FSUT, cuya chimenea no tiene otropapel más que ser una tubería para conducir aire. La chimenea flotantegriega puede presentar más problemas de deterioro y envejecimientoque la de una FSUT de tramo rígido, no es escalable, y una vez acabadasu vida útil podría encontrar más difícil su reaprovechamiento para otrosusos, dado su diseño particular.

Conclusión

Los diseños aquí presentados son meras propuestas de trabajo. Comose ha dicho, la realización de estas instalaciones queda supeditada alcompromiso favorable entre la capacidad de elevación de los aeróstatosy el peso de la torre. No obstante, a tenor de todo lo dicho, parece claroque hoy día existen los materiales y la tecnología para construir estetipo de instalaciones.

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Como hemos dicho, una FSUT se hace eco de iniciativas actualmentepropuestas, tanto en el campo de la producción de energía renovablecomo en el campo del transporte aéro. Primero, existen grandesproyectos de torres solares, lo que delata la rentabilidad de estasinstalaciones. Y segundo, existen, también, grandes proyectos dedirigibles para el transporte de toneladas de carga a muy bajo precio. LaFSUT es la unión lógica de ambas innovaciones, y en este trabajo se hanrepasado brevemente y a nivel puramente cualitativo las ventajas quepodrían tener estas instalaciones frente a las instalacionesconvencionales.

Algunos proyectos actuales imaginan llenar grandes extensiones deAustralia y África con gigantescas torres de acero y hormigón,estructuras que con su altura romperían definivamente el paisajedurante siglos y, aún desmanteladas, tarea de la que difícilmentealguien asumiría el coste, dejarían millones de metros cúbicos decemento en el suelo virgen. Habrían de evaluarse alternativas como laFSUT antes de herir la tierra con más acero y cemento. El impacto visualde un bosque de FSUT en un desierto, por ejemplo, no sería menosnotorio que en el caso de las torres convencionales, no obstante, lasFSUT no aguijonean el terreno, sino que penden sobre él, y al final de suvida útil no dejan el suelo agujereado con estigmas de cemento parasiempre.

Las instalaciones convencionales presentan ocupaciones inmensas delsuelo y presentan enormes torres rígidas de hormigón y acero, cuyaúnica utilidad es la de ser conductos de aire para producir electricidad.Parece un completo despropósito, sobre todo en épocas de crisiseconómica, abordar el coste de una gigantesca torre cuya única utilidades ser, como decimos, un conducto para el aire interior, y todo paraproducir una cantidad de electricidad demasiado pequeña si lacontraponemos con el enorme espacio que ocupa toda la instalación. Siel principio operacional de estas instalaciones se basa en un largo tunelvertical para conducir un flujo de aire, resulta absurdo levantar una obragigantesca solo para conseguir eso, máxime cuando hay alternativas.

La FSUT es una de esas alternativas. No se trata de un desvaríocaprichoso, sino de algo lógico y razonable. Si lo que cuenta es obtenerun conducto largo para el aire, que lo conduzca desde el suelo hasta elcielo, entonces hay que preguntarse por formas baratas y sencillas delograr implementar ese conducto. Levantar una inmensa torre dehormigón no es la opción sencilla, pues requiere enormes cantidades dematerial y energía para levantarse, y una vez construida no hayposibilidad de modificarla a posteriori. Lo que había de ser una

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conducción de aire se convierte, por la estrechez de miras de losdiseñadores, en una enorme estructura que tardaría años en construirsey en amortizarse y, una vez construida, representaría un impactopermanente pues no puede ser trasladada, desmontada, ni reutilizada.Más sensato parece pensar en una tubería ligera, de material rígido oflexible, que se mantiene vertical por el efecto de varios globossustentadores. En este caso la tubería es justo lo que ha de ser: unaconducción para el aire interior, porque la responsabilidad demantenerse erguida no recae sobre ella sino sobre los globos. A todasluces, esta opción es más razonable, porque no requiere cimientos, elconjunto es redimensionable pues se pueden añadir nuevos globos ytramos de torre que aumenten la altura de trabajo, todos los materialesson reaprovechables por ser piezas separables, la instalación puedecambiar de lugar, con lo que no hipoteca un suelo para siempre, nopresenta tantas limitaciones en altura, luego puede usar invernaderosmás pequeños, y una vez desmantelada no deja rastro sobre el terreno.

La pregunta es, ¿por qué insistir en la solución desmesurada cuandopuede obtarse por la solución más sensata? La respuesta puede ser laafición de esta civilización al hormigón, a levantar estructuras queinevitablemente quedan obsoletas con el tiempo y que solo puedendesmantelarse convirtiéndolas en montañas de escombros. O tal vez esque pensamos a ras de suelo, considerando que un gran conducto deaire vertical solo puede tener un anclaje (al suelo) por lo cual ha deconstruirse como una torre robusta para no derrumbarse. Levantando lavista un poco más, nos daríamos cuenta de que hay objetos frente anuestras narices (los globos) que podrían aportar un anclaje en lacúspide de la chimenea, con lo cual esta podría dejar de ser una torrepara convertirse en lo que habia de ser originalmente, un conducto deaire.

Un terreno con varias torres solares rígidas como las proyectadas enEspaña, Australia, etc., está destinado a ser un lugar de infraestructurasrígidas, fósiles y polvorientas al final de su vida útil. En cambio, unterreno lleno de torres solares flotantes es como un jardín que florece yluego, al final de su vida operativa, es desmantelado y desaparece, o estrasladado a otro lugar, dejando el terreno virgen como lo encontró, sinfósiles de cemento y acero, sin horribles chimeneas estériles, como loshuesos de una civilización decadente.

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Un grupo de FSUTs se parece a un bosque de árboles exóticos, que se plantan en unsitio pero pueden trasladarse a otro, que pueden crecer o pueden dividirse en otrosmás pequeños para exportarse y plantarse en otro sitio, donde crecerán en funciónde las necesidades del lugar. Eso es lo que permite la costrucción modular, basadaen el empleo de partes separables, desde los globos, los tramos de la chimenea, elinvernadero y las turbinas generadoras de electricidad.

Es cierto que una torre solar convencional es una fuente de energíarenovable, si se omite su fase de construcción. Pero no es menos ciertoque no hay belleza ni encanto en una gigantesca chimenea de hormigóny acero plantada en mitad de un paisaje, y eso será así por muchosvideos promocionales que se hagan de este tipo de proyectos. Más bien,parece una espina, un aguijón gigantesco clavado en la tierra, demanera permanente, y a nadie que ame un paisaje natural puedenparecerle atractivas este tipo de instalaciones. Por contra, una FSUT noparece un gigantesco tocón muerto, sino una enorme seta, una enormeflor de tantos pétalos como globos, o alguna especie de árbol exótico Ycasi todo el mundo ama los globos, casi todo el mundo se deleitamirando esas masas flotantes y silenciosas, mucho más de lo que sedeleitarían viendo una chimenea de hormigón enorme. Pero la belleza deuna FSUT, o de un jardín de FSUTs, consiste también en saber que sualteración del paisaje es temporal y que no será para siempre. No sonespinas clavadas en la piel de la tierra, sino brizas de hierba que larozan un instante y luego son llevadas por el viento del capricho

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humano a otra parte.

La tecnología FSUT es un ejemplo de tecnología orgánica, porque unaFSUT puede crecer en función de las necesidades, o puede dividirse enotras FSUTs que crecerán en tamaño según aumente la demandaeléctrica de las regiones en donde se instalen. En época de crisiseconómica y medioambiental debería apostarse por tecnologíasescalables y reutilizables, en lugar de plantear infraestructurasfaraónicas con una afección sobre el ambiente permanente, aún cuandoqueden obsoletas. No ha lugar para iniciar enormes obras que tardaránaños en amortizarse, o que podrían quedar a medio construir si seagotan los fondos, cuando existen alternativas de construcción másrápida y que pueden crecer en función de las necesidades o de losfondos disponibles. Una FSUT presenta una construcción sencilla, conmateriales disponibles, y que empieza a producir inmediatamente. Losbeneficios por la venta de la electricidad costearían los nuevos globos ynuevos tramos de torre, con lo que la FSUT crecería produciendo cadavez más energía.

El propósito de producir energía renovable no tiene por qué justificarusos masivos del terreno natural ni estructuras enormes de hormigónque quedarán ahí, sombrías y obsoletas, como testigos de la arroganciade una civilización que se cree con derecho a hacer uso de la tierra a suantojo. La torre solar de aire ascendente flotante constituye unaalternativa razonable que presenta algunas ventajas que deberíantenerse en cuenta. Son esta clase de tecnologías orgánicas las quepueden constituir la clave para un mundo sostenible. Es en este tipo detecnologías orgánicas en las que hay que insistir, ligeras y flexibles, enlugar de hacerlo en aquellas basadas en nuevas obras mastodónticas yrígidas de financiación insegura, costosa amortización y efectospermanentes sobre la tierra y el paisaje. El tiempo demuestra que todaslas grandes obras de ingenieria no modular acaban quedando obsoletasy deben ser demolidas o reducidas a escombros por su incapacidad deadaptación a los cambios del mundo. La crisis energética, económica ymedioambiental debería enseñarnos de una vez por todas que nodeberíamos construir lo que no podamos desmontar y reutilizar.

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Referencias:

(1) EnviroMission(2) Wikipedia(3) Wikipedia(4) Wikipedia(5) Wikipedia(6) GoodYear(7) Zeppelin NT(8) CargoLifter CL160(9) SkyCat(10) AirShipOne(11) SkyLifter(12) Design of Commercial Solar Updraft Tower Systems – Utilization of SolarInduced Convective Flows for Power Generation(13) Solar Updraft Towers: Their Role in Remote On-Site Generation(14) Experimental Analysis of a Velocity Field using Variable Vhimney Diameter forSolar Updraft Tower(15) Computer Simulation of Solar Updraft Tower Systems to Describe the Variationof Velocity with Essential Parameters of the Systems(16) Floating Solar Chimney Technology(17) SolarShip

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