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Calentador de agua solar

Cada día mas comunes los calentadores de agua, funcionan aprovechando la energía calorífica procedente del sol y consisten básicamente en hacer circular el agua de un recipiente-almacén a través de un conducto de gran área colocado lo mas perpendicularmente posible a los rayos del sol y cuya superficie sea de color negro mate para lograr el mayor calentamiento.

La circulación del agua puede ser forzada (por bomba) o natural aprovechando la diferencia de peso entre el agua caliente y fría para producir la circulación.

El esquema que sigue sirve para entender su funcionamiento

esquema

En el conducto inclinado dotado de una superficie negra mate inciden los rayos del sol y calientan el agua interior, este calentamiento reduce el peso específico del agua haciéndose mas ligera, esta ligereza hace que tienda a subir por el conducto por lo que se establece una corriente natural en el sentido de las flechas rojas. La circulación continua del agua terminará calentando todo el tanque. Para reducir  las pérdidas de calor durante las noches o períodos sin sol el tanque se aisla térmicamente del ambiente.


La misma razón del cambio del peso del agua por el calor hace que la mas fría se mantenga abajo y la mas caliente arriba dentro del tanque, por eso es importante que la salida del agua al calentador sea por la parte baja del tanque y el retorno por una parte mas alta, lo mismo sucede con las entradas y salidas de agua de consumo.

La parte del conducto que constituye el calentador en si, se construye con la mayor área posible (en forma de lámina hueca) y se coloca con un ángulo de inclinación tal que se obtenga la mayor absorción de calor.

Aunque teóricamente el sistema puede dotarse de un sistema de seguimiento del sol para las distintas épocas del año el costo no se justifica para el uso común y lo que se hace es colocarlo de manera que se obtenga la mayor eficiencia en el invierno y si su capacidad es suficiente, estará garantizada esta capacidad con creces en el verano.

En la práctica hay muchas variantes diferentes en cuanto al diseño y materiales utilizados pero todos se basan en el mismo principio.

En las zonas donde hay peligro de congelación el calentador debe permanecer sin agua durante las heladas o podría averiarse.

Hay dos formas básicas de colectar el calor procedente del sol :

  1. Por iluminación directa.
  2. Con el uso de concentradores.

El calentador mostrado en el esquema es del tipo de iluminación directa es decir, los rayos solares inciden directamente en la superficie a calentar la que a su vez conduce el calor al agua. Este modo de calentamiento es el mas utilizado por su simplicidad y bajo costo pero tiene el inconveniente de que en el mejor de los casos la temperatura del agua solo puede alcanzar moderados valores ( unos 75-80 grados centígrados), lo que resulta suficiente para las aplicaciones domésticas de agua caliente para el baño y la limpieza en el hogar. Cuando son necesarias temperaturas mayores se recurre a los concentradores.

Los concentradores son dispositivos que colectan y concentran la luz solar en un área pequeña con lo que pueden obtenerse elevadas temperaturas en dependencia de la relación entre el área del colector y la del objeto a calentar. Estas temperaturas pueden incluso estar en el orden de los miles de grados centígrados.

Concentradores solares.

Los concentradores solares son dispositivos con los que se colecta la luz solar de un área grande y se concentra sobre un área mas pequeña, el concentrador solar mas simple en un lente de vidrio (lupa) según se muestra en el esquema que sigue.

esquema


Los rayos del sol inciden sobre el lente y son desviados por este hasta coincidir en un punto conocido como foco del lente, un cuerpo negro colocado ahí recibirá de manera concentrada la energía procedente de la luz colectada de un área mucho mayor por lo que su temperatura se elevará notablemente calentando el agua que lo rodea. Aunque este método no se utiliza en la práctica para el calentamiento de agua en gran escala, por su simplicidad puede ser experimentado por cualquier persona con objetos comunes.

Puede utilizarse una lupa cualquiera, pero mientras mas grande mejor, pues concentrará mas energía (mayor área de colección), como cuerpo negro puede usarse un pequeño pedazo de metal pintado de negro mate el que se colocará dentro de un recipiente de vidrio (o material transparente lleno con agua). Solo falta acercar o alejar la lupa del cuerpo negro hasta obtener que la mancha luminosa que se forma por la concentración de la luz se enfoque sobre él, rápidamente la temperatura del cuerpo negro se elevará y hará hervir el agua a su alrededor (formación de burbujas de vapor) si la lupa es suficientemente grande y se sostiene el experimento el tiempo suficiente, toda el agua terminará hirviendo.

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