Mejoramiento del comportamiento térmico de sistemas de calentamiento de agua solares termosifónicos hechos con materiales no convencionales y con tanques de almacenamiento verticales y horizontales

El objeto de estudio de este proyecto son los sistemas de calentamiento de agua mediante energía solar que funcionan termosifónicamente. En particular se tratará con dos diseños particulares generados por fabricantes de la Provincia de Córdoba y que han solicitado el asesoramiento del Grupo de Energía Solar (GES) para el mejoramiento de la performance térmica de dichos equipos. Se trata de dos sistemas que tienen materiales no tradicionales y se diferencian además por tener una distinta disposición del tanque de almacenamiento: uno es en forma vertical y el otro en forma horizontal. Basados en los resultados de un ensayo bajo norma internacional, donde se detectaron algunas puntos factibles de mejora, se propone en este proyecto el análisis en detalle de los equipos, para lo cual se les debe desarmar completos, para realizar un estudio analítico y experimental de los mismos con el objeto de hacer un planteo teórico-analítico del comportamiento de los mismos, con la implementación de propuestas de mejora y chequeo de los resultados. Se propone entonces como objetivo lograr un mejoramiento de la performance térmica de los citados equipos a partir de un estudio experimental y analítico. Asumiendo esta posibilidad de mejora, se plantea la hipótesis de que es posible representar el funcionamiento de estos equipos mediante modelos físico-matemáticos desarrollados a partir de ecuaciones y correlaciones conocidas y procesos a interpretar mediante resoluciones numéricas y softwares específicos de simulación. De esta manera, se plantea el despieze completo de los equipos para estudiar en detalle su estructura y conexiones internas y a partir de la geometría, dimensiones y propiedades termofísicas de materiales constructivos y fluidos de trabajo, realizar modelos físico-matemáticos que permitan realizar variaciones de propiedades y geometría y así buscar las mejores combinaciones que produzcan equipos más eficientes térmicamente. Los modelos físico-matemáticos serán codificados en lenguajes de alto nivel para poder luego de una validación de los modelos, correr simulaciones en un software de reconocimiento internacional que permite sumar dichos modelos mediante un protocolo de comunicación, haciendo que las poderosas prestaciones del software se puedan aplicar a nuestros modelos. Se complementará el estudio con un análisis exergético para identificar los puntos críticos en que se producen las pérdidas de oportunidad de aprovechar la energía disponible, para así analizar cómo solucionar los problemas en dichos puntos. Los materiales a utilizar serán los propios equipos provistos por los fabricantes, que serán modificados convenientemente para operarlos como prototipos Se espera obtener un conocimiento acabado de los procesos y principios de funcionamiento de los equipos, que permita plantear las mejoras, las cuales se implementarán en los prototipos, realizándose una medición mediante norma igual a la inicial para ver en que magnitud se logran las mejoras esperadas. Se pretende además que las mejoras a implementar, en la etapa de transferencia a las empresas involucradas, redunden no sólo en un beneficio técnico, sino que también los sea desde el punto de vista económico. Para ello se trabajará también sobre los procesos y métodos de fabricación para que los equipos mejorados no sean mas caros que los originales y de ser posible sean aún más económicos, todo esto apuntando a la difusión de la energía solar térmica y poner al alcance de todos estos equipos tan convenientes para la propagación de las energías limpias. El proyecto redundará también en un importante beneficio para el conocimiento de la comunidad científica en general, con el aporte de nuevos resultados en diseños novedosos y con nuevos materiales. Además, la institución se beneficiará con la formación que obtendrán los integrantes del proyecto, muchos de ellos en etapa de realización de sus estudios de posgrado y en una etapa importante de su vida como investigadores.

Programa de capacitación y actualización en modernas técnicas experimentales para medición de caudales de aguas superficiales en cauces naturales

La determinación experimental in situ del escurrimiento superficial en cauces naturales (mediante aforos) en forma sistemática permite lograr una mayor eficiencia en la gestión del recurso hídrico en una cuenca determinada. Además, la determinación precisa de los caudales es relevante para el diseño sustentable de infraestructura hídrica (puentes, canalizaciones, etc.) debido en parte a que el sobredimensionamiento de las obras genera un impacto innecesario sobre el medio ambiente, además de que resulta antieconómico. Además, la subestimación de las obras a diseñar provoca fallos con resultados catastróficos con alto impacto sobre la sociedad y el medio ambiente, ya sea por la pérdida de vidas humanas como de bienes públicos y privados. En los últimos años se ha incrementado el instrumental disponible para la cuantificación experimental de caudales de agua superficial en cauces naturales con tecnología que permite caracterizar el flujo de agua con mayor resolución espacial y temporal. Específicamente, el empleo de la anemometría acústica basada en el efecto Doppler (que utiliza el principio físico del cambio de frecuencia ante el rebote acústico que produce una partícula transportada por el flujo) se ha tornado actualmente una práctica universal en hidráulica fluvial y está reemplazando a las metodologías convencionales como por ejemplo el uso de molinetes. El instrumento acústico utilizado comúnmente en el caso de mediciones en campo, es el ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler). Por otra parte desde hace algunos años se están desarrollando metodologías experimentales que permiten medir el campo de velocidades del flujo en manera instantánea y con alta resolución espacial mediante el procesamiento digital de imágenes. Dentro de estos métodos se destaca el de velocimetría por seguimiento de partículas PTV (Particle Tracking Velocimetry) de reciente aplicación a nivel mundial en mediciones de campo. Sobre esta base, se considera un desafío tecnológico la implementación en nuestra provincia de estas modernas tecnologías, ya validadas en el ámbito de la Universidad Nacional de Córdoba para la obtención precisa de registros de caudales en cauces naturales. Mediante este proyecto de transferencia de los resultados de investigación y comunicación pública de la ciencia, el grupo de Investigación del CETA - FCEFyN -UNC realizará un "Programa de capacitación y actualización en modernas técnicas experimentales para medición de caudales de aguas superficiales en cauces naturales" que incluye los recientes avances observados en la temática. La Secretaría de Recursos Hídricos del Ministerio de Agua, Ambiente y Energía de la Provincia de Córdoba será beneficiada y se fortalecerá en una de sus principales funciones que es: "procurar el fortalecimiento de redes de mediciones o monitoreo sistemático a través de programas de cooperación técnica y presupuestaria con entidades provinciales y nacionales -públicas o privadas-, prestatarias de obras y servicios públicos y los usuarios del agua, manteniendo un sistema de información provincial sobre las variables meteorológicas y el recurso hídrico con el objeto de procesar su flujo en forma permanente".

Sistemas supramoleculares autoensamblados con proyección a la Química Sustentable y sus aplicaciones en síntesis y reacciones de transferencia de electrones.

Este proyecto combina una serie de líneas de trabajo que, en esencia, estudian interacciones moleculares débiles y propiedades fisicoquímicas de diversos solutos en distintos medios. En todos los casos se procura comprender los factores que determinan la interacción de un soluto con su medio ya sea homogéneo o heterogéneo y aplicar estos conocimientos a diversos procesos, fundamentalmente en medios supramoleculares auto-organizados. Los medios supramoleculares que se estudian son: micelas inversas con agua u otros solventes polares sustitutos confinados en su corazón polar y vesículas. En este proyecto se desarrollan métodos que optimizan la detección de diferentes tipos de interacciones no-covalentes con distintas moléculas pruebas en los diferentes medios y, a partir de esto obtener aplicaciones diversas. Se trata de comprender los factores que determinan la solubilización, ubicación y/o reactividad de las moléculas pruebas en diferentes sitios del medio supramolecular y de esta manera obtener información acerca de las diferentes interacciones específicas en cada sitio del sistema supramolecular, lo cual es fundamental para el reconocimiento molecular ("inteligencia"). En definitiva estos estudios están orientados a: i) entender la adaptabilidad de nuevos sistemas supramoleculares para utilizar los resultados en el diseño de métodos de síntesis, electrosíntesis y catálisis dentro de los principios de la química sostenible o química verde y en la prevención a problemas de impacto ambiental tal como la remediación de aguas contaminadas por hidrocarburos y la degradación de pesticidas utilizando estrategias no convencionales; ii) la comprensión de fenómenos de transferencia de carga en sistemas auto-organizados y membranas biológicas; iii) el desarrollo de nuevos métodos de detección electroquímicos para compuestos de interés biológico, en medicina, alimentos y farmacología. También, dentro de los objetivos hay una componente muy fuerte de formación de recursos humanos como se aprecia en el número de becarios ya incorporados y a incorporar. La integración de estos conocimientos multidisciplinarios crea un ámbito sumamente beneficioso para la formación de doctorandos tan necesarios para el país ya que tendrán la oportunidad de participar en temas de investigación variados, relacionados con disciplinas diferentes, lo que sin duda será un valor añadido en su formación.