Resumen

Durante mucho tiempo los seres humanos hemos tenido la necesidad de calentar el agua con la que nos bañamos y se han hecho mediante calentadores de gas, sin embargo existe una manera alterna de hacerlo que es mediante un calentador solar de agua no presurizado lo cual significa que estos equipos no necesitan instalarse por debajo de un tinaco, de tal manera que el tinaco proveerá de agua fría al calentar y el calentador a su vez proveerá de agua caliente a la casa, en estos sistemas el agua circula por los tubos, son más baratos y fáciles de instalar.

Esta es la mejor manera de obtener nuestra agua caliente diariamente, sin embargo esto existe desde hace 120 años pero hasta ahora ha empezado a tener un impacto masivo en nuestra sociedad, debido a las últimas investigaciones hechas a los métodos de obtención del gas que es utilizado en los calentadores de gas, el grado de contaminación es enorme, contamina el agua potable subterránea y provoca grandes emisiones de CO2 y metano, lo que empeora el calentamiento global y el cambio climático. Debido a la contaminación del agua potable subterránea llega a pasar que la salud de la población cercana a los yacimientos empeora sustancialmente aparte de esos desechos que se van al aire.

Para la cubierta del colector es necesario permitir la entrada del sol por lo tanto se necesita algo que sea transparente, del cual podría ser plástico, acrílico y vidrio.

Para el tanque del calentador solar es necesario utilizar un material que guarde el calor, que presente resistencia a las condiciones de la intemperie y del agua. Para la tubería se necesita un material que caliente el agua rápidamente y que la mantenga caliente y que sea fácil de manejar; como el cobre o plástico. El aislante térmico será en el tanque  para que guarde el calor. Con respecto al colector  se necesita un material que conserve el calor. (fig 1)

En este prototipo demostramos que por medio de energía renovable en este caso los rayos ultravioleta del sol podemos hacer que al ser capturados por un cajón con una tapa de vidrio estos calienten los tubos negros que contienen agua la cual se irá almacenando en un contenedor forrado de unicel para mantener el agua caliente durante tiempo más prolongado.

Queremos enseñar lo sencillo que es realizar uno para poder cuidar nuestro planeta y tener un ahorro en nuestra economía utilizando materiales que podemos obtener de cualquier tlapalería hasta en nuestro propio hogar.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

Los calentadores eléctricos en el mercado consumen mucha energía y pueden ser muy costosos, mientras que los de gas contaminan nuestro planeta; por otra parte la obtención de combustibles fósiles se agota día a día es por eso que debemos buscar otras alternativas de energía renovable.

Antecedentes

Clarence Kemp en 1891 creó el primer calentador solar. Kemp era un fabricante de tuberías y calefactores. Puso un taque de agua pintado de negro dentro de una caja cubierta con un vidrio. Conforme el fondo de la caja se calentaba, el agua más fría dentro del tanque absorbía el calor y se calentaba lo suficiente como para poder bañarse. Como podemos ver el calentador solar ya tiene casi 120 años de vida, y parece increíble que hasta hace poco su uso empezó a ser hasta cierto punto masivo. (fig. 2)

Un calentador solar es un aparato que se utiliza para calentar alguna substancia, como puede ser agua, glicol, salmuera, aceite entre otras; con la energía proveniente del sol.

Este efecto se presenta cuando el agua se calienta, por lo que pierde densidad y peso, y esto causa que tienda a ascender de manera natural al tanque del calentador. Al mismo tiempo, el agua fría desciende al interior de los tubos al vacío, y de esta manera el agua en el calentador empieza a circular hasta que toda el agua se calienta.

Este movimiento se produce sin necesidad de una bomba y no necesita ningún componente eléctrico o mecánico. Esto convierte a los calentadores en equipos fiables, de fácil funcionamiento, sencillos de instalar y mantener. (fig. 3)

La energía termal del sol puede ser utilizada para calentar agua a temperaturas inferiores a los 100ºC o para la calefacción de ambientes. Debido a que la inclinación terrestre modifica el ángulo de la incidencia de los rayos del sol a lo largo del año, es conveniente ajustar la inclinación del colector.

Este consta principalmente de 3 partes:

• El colector solar plano
• El termo tanque
• El sistema de tuberías

El colector: es el encargado de capturar la energía solar. Orientado a la radiación del sol todo el día. Para lograr la mayor captación de la radiación solar, el colector solar plano se coloca con cierta inclinación, la cual depende del sol. Una vez que la radiación es absorbida por las superficies dentro del colector, la temperatura aumenta.

El colector solar plano está formado por tubos por donde circula el agua, los cuales capturan el calor proveniente de los rayos del sol y lo transfieren al agua que circula en su interior.

Termo tanque: mantiene el agua caliente y está forrado con un aislante térmico para evitar que se pierda el calor ganado. Termofónico: el agua circula por  todo el sistema y esto provoca la diferencia de temperatura. Esto es lo que sucede entre el colector solar plano y el termo tanque, con lo cual se establece una circulación natural, sin necesidad de ningún equipo de bombeo.

El sistema de tuberías es por donde el agua circula. El agua entra por uno de los extremos del tubo horizontal más bajo, sube por todos los tubos verticales y sale por el extremo contrario del tubo horizontal más alto.

Serpentín: Una manguera o tubo se dispone en una formación de vaivén o espiral. La superficie expuesta al sol recibirá la energía directamente sobre el conducto.

Tubos de vacío: El colector utiliza tubos de vidrio al vacío o tubos de cobre colocados dentro de una caja con una tapa de vidrio.

Objetivo

Dar a conocer a la sociedad que existen otras alternativas de energía para calentar el agua en sus hogares las cuales cuidan el medio ambiente y nuestra economía.

Justificación

Los calentadores convencionales funcionan con gas la cual es una energía que está vista con buenos ojos ya que se trata de un combustible mucho más limpio que el carbón y a veces se lo utiliza como su sustituto natural.

Pero esta reputación positiva no es tan cierta como parece según varios informes y reportes, en los que se explica como la energía que procede del gas natural produce una gran contaminación cuando se realiza el proceso de extraerlo. Es justamente cuando se quema en el proceso de la combustión cuando es más límpido debido a que sus emisiones de gases son más bajas en ese momento.

Hay que tener cuidado con cómo se valoran ciertos productos, ya que no solamente es el último tramo en el que no se evidencia esa contaminación producida, sino en todo el proceso. El fracking o fracturamiento hidráulico es justamente donde se encuentra su momento más contaminante.

El fracking consiste en crear fisuras en la roca para que parte del gas fluya al exterior y se pueda extraer de mejor forma luego desde un pozo. Además, el problema con el que cuenta este sistema es que se utilizan químicos en esta parte de la producción que luego son emitidos a la atmósfera. (fig. 4)

Uno de los graves problemas es que contamina el agua potable subterránea y provoca grandes emisiones de CO2 y metano, lo que empeora el calentamiento global y el cambio climático. Debido a la contaminación del agua potable subterránea llega a pasar que la salud de la población cercana a los yacimientos empeora sustancialmente aparte de esos desechos que se van al aire.

Aparte de ser grandes contaminantes sus costos son elevados a diferencia de los calentadores solares que cualquier persona puede realizarlo en su casa con materiales reciclables y fáciles de conseguir.

Hipótesis

Si damos a conocer las diferentes alternativas de energía para calentar el agua, entonces, las personas tendrán otra opción para ahorrar y ayudar al medio ambiente.

Método (materiales y procedimiento)

Se utilizaran materiales en general con ciertas características como resistencia al medio ambiente, que puedan contener el agua sin sufrir corrosión, que sean buenos aislantes térmicos.

Materiales: (fig. 5)

– 2 botes cilíndricos uno más pequeño que el otro
– 1 bote grande
– Taladro
– 5 mts de manguera 3/4
– 22 conectores en “T” de 3/4
– 8 codos de 3/4
– Cajón de madera
– Unicel
– Aluminio
– Resistol blanco
– Metro
– Silicón frío para vidrios
– Tapa de vidrio

Para la cubierta del colector es necesario permitir la entrada del sol por lo tanto se necesita algo que sea transparente, del cual podría ser plástico, acrílico y vidrio las desventajas con los dos primeros es que absorberían el calor y lo retienen, no dejaría entrar los rayos solares. En cambio el vidrio si permite la entrada de estos además produce un efecto invernadero y no deja escapar el calor dentro del colector.

Para el tanque del calentador solar es necesario utilizar un material que guarde el calor, que presente resistencia a las condiciones de la intemperie y del agua. Por tal motivo se decidió utilizar un bote de plástico común el cual cumple con lo requerido.

Para la tubería se necesita un material que caliente el agua rápidamente y que la mantenga caliente y que sea fácil de manejar; como el cobre con sus correspondientes conectores en T del mismo material, en nuestro caso utilizaremos una manguera de riego de ¼ negra y 24 conectores en T de pvc y 2 codos para los tanques de agua.

El aislante térmico será en el tanque  para que guarde el calor. Para el tanque del calentador es necesario que este cubierto con un buen aislante, fácil de trabajar y barato que sería unisel además para cubrir este de la intemperie será resguardado con  plástico.

Con respecto al colector  se necesita un material que conserve el calor y que sea resistente a la intemperie por ese motivo se utilizara  madera la cual sus características físicas son las requeridas.

1.- Poner resistol blanco en toda la superficie del cajón de madera. (fig. 6)

2.- Pegar el aluminio a la madera estirándolo muy bien por toda la superficie. (fig. 7)

3.- Marcar en la madera donde irán colocados los conectores y unirlos cada uno con su manguera que unirá al siguiente conector, de los dos lados más angostos del cajón.(fig. 8)

4.- Medir con el metro el largo de la manguera y cortar 11 que irán dentro del cajón de madera y 4 aparte que conectarán por fuera a los botes. (fig. 9)

5.- Colocar las mangueras en los conectores en “T” de ambos lados. (fig. 10)

6.- Llenar con unicel el bote más grande y después meter el bote más chico dentro. (fig. 11)

7.- Con ayuda de un adulto barrenamos los botes para colocar los codos que se conectan con las 4 mangueras exteriores del cajón de madera. (fig. 12)

8.- Con ayuda de un adulto pegamos el cristal y llenamos el bote superior con agua. (fig. 13)

Galería Método

Resultados

Al exponer nuestro calentador solar durante el día logramos que calentará el agua y pudiéramos obtenerla durante varios días siguientes lo que quiere decir que los rayos ultravioleta cumplieron con su función, se calentaba rápido debido a qué utilizamos mangueras negras y pequeñas que hacían que el agua se calentará en las primeros momentos de exposición al sol.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Logramos cumplir con nuestro objetivo e hipótesis al utilizar los rayos ultravioleta para calentar nuestra agua, demostramos que nuestro prototipo puede adecuarse a los estándares que se someten las instalaciones de agua en México y en todo el mundo. También podemos decir que nuestro prototipo así como un producto final implica un muy bajo costo en comparación con cualquier tipo de calentador.

Es posible continuar con nuestro estilo de vida sin dañar al planeta.

Bibliografía

¡Bienvenido a AeroSolar México!

http://ensoenergia.com/

¿Quién Inventó el Calentador Solar?

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography