Física de los calentadores solares

1. Principios básicos de la física de un calentador solar:

El aire y el agua son malos conductores del calor, sin lo embargo absorben fácilmente; esto es: cuando están en contacto con una superficie más caliente o más fría sólo cambia de temperatura la superficie cercana a donde esta varía, por ejemplo: los refrigeradores comerciales que tienen dos vidrios en planos paralelos, dejando un espacio de aire entre ellos evitando que el frío salga. O aquellos que están en los supermercados abiertos en la parte superior aprovechando que el aire frío siempre está en las superficies más bajas.


a) Principio de convección:

Tanto el aire como el agua absorben el calor por contacto pero cualquiera de ellos debe estar en movimiento para transmitir la temperatura, como en el caso de los intercambiadores de calor, o los refrigeradores actuales que cuentan con un ventilador para mantener el frío.

Utilizando la convección en un calentador solar la temperatura máxima del que he obtenido a la salida de un colector es de 65°C

b) Efecto invernadero

El efecto invernadero es tan fácil como que el calor solar que entra a un lugar cerrado, se mantiene porque al no circular el aire, este no se disipa: Ej. el automóvil cerrado al rayo del sol tiene una temperatura superior a la del medio ambiente.

El panel del calentador solar está cubierto con un vidrio que permite la entrada de la luz solar, pero evita que el aire, por lo que la temperatura al interior de la caja del calentador solar es mayor que la del medio ambiente.


c) Vasos comunicantes

El líquido alcanza la misma altura en los diversos recipientes que se comunican entre sí sin importar la forma o el volumen que estos tengan, simpre y cuando todos estén llenos y no contengan en su interior aire o un líquido con distinta densidad dentro de ellos.

Para este caso, debo decir que el agua al calentarse aumenta su volumen y por lo tanto su densidad disminuye por lo que si colocamos una manguera transparente para medir al altura del agua en un tanque alimentador del colector y otro a la salida del colector cuando este esta frío veremos que los dos se encuentran al mismo nivel pero si el colector recibe los rayos solares, el agua se calienta y puede llegar a una temperatura entre 80 y 85 grados centigrados y si el colector tiene una capacidad de 9 lts. la diferencia entre los niveles es de 2 cm. aproximadamente, por lo es necesario que el termo-tanque esté cerrado para que esa diferencia de volumenes haga que el agua circule y se realize la convección.


d) Principio de densidad

Densidad=peso/volumen. Tenemos que

a mayor volumen menor densidad

a mayor temperatura mayor volumen

y por lo tanto a mayor tempratura menos densidad

entonces el agua caliente al ser un líqudo tiende a flotar. En un termotanque que tiene agua más fría y agua más caliente, el agua más fría está en una capa hasta abajo y el agua más caliente está otra capa hasta arriba y en medio hay capas de agua que cambian de temperatura dependiendo de que tan arriba y que tan abajo están en el tinaco. Esta diferencia es la que propicia la convección en un calentador solar.

e) Inclinación solar en el paralelo de la Cd. de México

El colector hay que orientarlo al sur ligeramente al oriente es decir, al sur-suroriente, y con una inclinación de 30° para que los rayos solares lleguen en forma perpendicular en la Cd. de Mexico , o lo que es lo mismo la altura vertical debe ser la mitad del largo del colector (esto es porque el seno de 30° es 1/2), para otras ciudades, la inclinacion dependeran del paralelo en que se encuentren, sin embargo siempre debe debe tener por lo menos una pequeña inclinacion.

f) Inclinación de un colector solar

Dependiendo del lugar donde se encuentre el colector solar la inclinación estará entre mínimo 15° y máximo 45°.

La orientación es aquella que le permita «mirar» al Ecuador, es decir si está en el norte que esté orientado al sur y si está en el sur que esté orientado al norte.

Autor: Emilio Alvarez Peimbert
Publicado originalmente el: 2012-03-08 17:50:05

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