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CALENTADOR SOLAR

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Academic year: 2020

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CALENTADOR SOLAR

Sonia Vara Benlloch

LA PURISIMA-FRANCISCANAS

Valencia

Introducción:

La energía solar viene utilizándose desde hace siglos para la obtención de otras formas de energía. En los últimos años y debido a los problemas medioambientales que sufre nuestro planeta se hace inevitable buscar fuentes de energía que no sean las convencionales. La energía del sol juega un papel crucial en esta hazaña puesto que tiene muchos usos, es económica, no contamina y podemos transformarla en algunos casos de forma simple e incluso utilizando materiales reciclados. En nuestro caso vamos a utilizar la energía del sol como fuente para calentar el agua en una instalación doméstica.

Objetivos:

• Aprender a utilizar materiales reciclados en la construcción de proyectos.

• Utilizar la energía del sol como fuente que proporciona calor.

• Aprender a diseñar un depósito utilizando algunas magnitudes físicas.

Relación del tema propuesto con el curriculo del Curso:

Unidad didáctica “Formas de energía” de la asignatura Tecnología 3º ESO.

Material y recursos necesarios:

• Tablero de fibra o contrachapado de 120x100 cm

• Papel o chapa fina de aluminio

• Manguera flexible (

ø

interior=15mm) de 10 m de longitud preferiblemente negra

• 20 botellas de plástico de 1/2 l

• 10 Codos para manguera

• Llave de paso o grifo para manguera flexible de riego

• Bridas o alambre

• Cutter, barrena y pegamento (se puede usar cola de base plástica)

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Normas

• Tener precaución a la hora de cortar y perforar las piezas.

Procedimiento:

1. Diseñar en el tablero el circuito en zig-zag que seguirá el agua.

2. En los extremos donde se coloque los codos perforar con barrena para insertar la brida y que esta sujete las piezas una vez montado el circuito.

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3. Cubrir el tablero con el papel de aluminio utilizando pegamento.

4. Cortar la base y la boca de las botellas de plástico.

5. Cortar 5 piezas de la manguera de 90 cm.

6. Cortar 5 piezas de la manguera de 12 cm.

7. Insertar las botellas cortadas en la manguera.

8. Con la ayuda de los codos unir las piezas anteriores formando un zig-zag.

9. Pintar las botellas con pintura acrílica negra (o mejor si tenemos esmalte)

10.Una vez realizado el circuito instalarlo en el tablero sirviéndose para ello de las bridas que lo mantendrán sujeto.

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11.Cortar la manguera sobrante en dos piezas dependiendo de donde se encuentre la toma de agua. Estas dos piezas serán la entrada y salida del calentador.

12.Conectar la entrada al calentador y la toma de agua con un trozo de manguera. Repetir la operación con la salida del colector, situando al final de la manguera una llave de paso o grifo para regular la salida de agua caliente.

13.Cerrar la llave de salida y abrir el grifo para llenar el calentador. Colocar el dispositivo orientado hacia el sol durante unas horas y ya se puede utilizar el agua caliente cuando se desee con sólo abrir la llave de paso.

Aquí mostramos nuestro proyecto terminado. Hemos decidido colocarlo en el laboratorio de Química y así dispondremos de agua caliente cuando queramos lavarnos las manos o enjuagar el material de laboratorio.

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5 sesiones de 55 minutos

Cuestiones para los alumnos:

• ¿Sabes qué cantidad de agua utilizamos para ducharnos o para lavarnos las manos?¿Cómo podrías medirla?

• ¿Por qué utilizamos botellas de plástico?¿Variaría la temperatura del agua el no poner estas botellas?

• ¿Qué volumen de agua disponemos con un calentador de estas características?

• Halla el volumen con un calentador de nuestras características.

• ¿Se te ocurren otros diseños de calentador (que no sean en zig-zag)?

• ¿Dónde crees que sería útil instalar estos dispositivos?

• ¿Sabes cuanta energía podríamos ahorrar cada dos meses?

Análisis de las respuestas de los alumnos:

¿Sabes qué cantidad de agua utilizamos para ducharnos o para lavarnos las manos?¿Cómo podrías medirla?

Los alumnos no tenían ni idea de cuanta agua empleaban para ducharse o lavarse las manos, en lo que si coincidieron la mayoría de ellos es que tardaban en ducharse de 5 a 10 minutos y se lavaban las manos en 10 segundos aproximadamente.

Lo que hicieron fue buscar en Internet datos sobre esta cuestión y la media que una persona suele emplear para la ducha es de unos 8 litros por minuto. Así en una ducha corta de 5 minutos empleamos 40 litros de agua, y nos lavamos las manos con un litro de agua.

Para poder medir la cantidad de litros, propusieron diversas experiencias como llenar un cubo o recipiente grande de volumen conocido y calcular el tiempo que tardaba en llenarse.

Por último reflexionamos sobre los posibles errores de medida si esta experiencia se realizaba en una casa u otra, puesto que la presión varía dependiendo de la instalación doméstica, la capacidad del calentador, la apertura de la llave de paso etc.

¿Por qué utilizamos botellas de plástico?¿Variaría la temperatura del agua el no poner estas botellas?

Todos los alumnos coincidieron en que era una buenísima idea colocar botellas de agua para aumentar la temperatura puesto que crearían una especie de cámara que atraparía la radiación procedente del sol. Sin embargo no les gustó el que las botellas de agua fueran transparentes ya que estas radiaciones podrían “escaparse” a través del plástico. Por ello propusieron pintarlas de negro ya que realizaría doble función: la de absorber la radiación e impedir que los rayos solares puedan salir de

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¿Qué volumen de agua disponemos con un calentador de estas características? Halla el volumen con un calentador de nuestras características.

Tomando la manguera como un cilindro les fue muy sencillo hallar el volumen de agua disponible.

Siendo la longitud de la manguera utilizada de L=5x90+5x12=450+60=510 cm. Como la altura del cilindro es la longitud de nuestra manguera y el radio, la mitad del diámetro de la misma, el volumen será:

901,25 cm3

Por tanto en un calentador de estas dimensiones dispondremos de un V=901,25 ml, es decir aproximadamente 1 litro de agua que será suficiente para disponer de un servicio de lavado de manos o material de laboratorio.

¿Se te ocurren otros diseños de calentador (que no sean en zig-zag)?

Este fue el punto más interesante de la experiencia puesto que aquí se demostró el gran ingenio de los chavales:

-Crearon un dispositivo en espiral al que llamaron de “el roscón”. La verdad es que no tuvo mucho éxito porque aunque albergaba un volumen mayor que el diseñado en zig-zag necesitábamos de una grande presión para hacer circular el agua a través de él. Además la salida de agua no era muy adecuada para conectarla a la tubería.

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que se mantuviera en horizontal mientras el calentador estaba vacío. Lo curioso de esta propuesta era que al llenarse de agua el calentador se inclinaba por acción de la gravedad y así se orientaba hacia el sol. La inspiración de este mecanismo vino de la visita que realizamos a una central fotovoltaica al observar cómo los paneles cambiaban su inclinación siguiendo la orientación del sol en cada momento.

-También propusieron la creación de calentadores solares “de viaje” es decir maletines que al abrirse llevaban incorporado un pequeño dispositivo en zig-zag para almacenar agua y al orientarlo al sol disponer de agua caliente.

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¿Dónde crees que sería útil instalar estos dispositivos?

En cualquier casa, lugar de trabajo, escuelas, instalaciones de ocio, polideportivos. En general en cualquier lugar donde se necesite agua caliente y no se disponga o no se quiera utilizar energías convencionales (gas natural, electricidad…)

¿Sabes cuanta energía podríamos ahorrar cada dos meses?

Ni se imaginaban la energía que gastamos al utilizar el agua caliente. Para saberlo propusimos traer una factura de gas natural de alguien que sólo utilizara esta fuente de energía para ducha o aseo personal. Así supimos que en una vivienda donde se realizan tres duchas diarias y se lavan las manos unas 18 veces al día se consumen unos 7000 litros al mes. En dos meses serán 14000 litros o 14 m3. Según la empresa suministradora cada m3 equivale a 11,702 kWh. Por lo tanto el consumo de Energía en un hogar de esas características será de:

E=14 m3x11,702 =164 kWh

Análisis de la práctica presentada por el profesor:

En un principio se expuso la idea de crear un calentador de unas dimensiones reducidas que pudiéramos darle un uso doméstico (en casa, de camping o en el trabajo). Al final se nos ocurrió que podría servirnos para el laboratorio de Química, ya que este invierno se han quejado mucho de lo fría que estaba el agua cuando tenían que limpiar material o lavarse las manos.

Mi segunda intención era hacerles reflexionar sobre el uso de este proyecto como prototipo para diseñar grandes instalaciones, en zonas donde no fuera posible utilizar energías convencionales (gas natural o electricidad); bien sea uniendo paneles como los que nosotros habíamos diseñado o realizando el circuito en zig-zag directamente sobre la uralita de los tejados (así aprovechábamos la propiedad reflectante de este material para dirigir los rayos solares hacia nuestra instalación). Para ello nos inspiramos en un proyecto que se llevó a cabo en Perú y que promovía la utilización de energías limpias dentro de un programa más amplio que se denomina “Energías para la vida” y que fue promovido por las ONGDs:

ECOSOL y Petjades e implementado por el “Centro de Educación y Comunicación Guaman Poma de Ayala” a quienes agradezco la cesión de las fotografías.

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-Las 5 sesiones dedicadas al proyecto estuvieron distribuidas de la siguiente forma:

• La primera sesión introductoria tuvo lugar en el aula, donde planteamos el problema, propusieron varias soluciones y presentaron los bocetos y diseños que creyeron oportunos. En esa sesión decidimos hacer el calentador en zig-zag.

• Durante las 3 sesiones siguientes, en el taller, seguimos los procedimientos tal cual nos habíamos propuesto.

• La última sesión fue para trasladar el proyecto del taller a su lugar definitivo, el laboratorio de Química y probarlo.

-El desarrollo de este proyecto fue muy simple y no tuvimos grandes inconvenientes a la hora de realizarlo. Las fases críticas siempre son las de corte y perforación con la barrena aunque ellos ya están acostumbrados a este proceso y suelen tener mucho cuidado.

Desde el principio se entusiasmaron con el proyecto, fueron muy meticulosos con la pintura. En este punto sí que recomiendo que uséis esmalte ya que la pintura acrílica no se fija bien sobre el plástico de las botellas y manguera.

También fueron muy estrictos al forrar de aluminio el tablero de madera. Con la cola de carpintero no tuvimos ningún problema. Después al insertar las botellas en la manguera y unir las piezas a los codos hubo algún que otro enfado pero siempre de carácter estético, ya que no todas las botellas de plástico tenían la misma forma geométrica y por lo tanto algunas no se insertaban correctamente. Pese a que les aseguré una y mil veces que ese aspecto no influiría en el resultado final no quedaron del todo conformes.

-En la última sesión nos dimos cuenta que no sabíamos cómo poner la llave de paso, en este punto si improvisamos una solución porque no habíamos visto cómo era su forma hasta el final. Decidimos unirla al tablero mediante una brida y quedó perfecto.

El momento clave se acercaba, queríamos llenar el calentador porque al día siguiente teníamos práctica de química y si el tiempo lo permitía y lucía el sol, tendríamos agua caliente para nuestro uso. Al abrir el grifo para llenar nuestro circuito nos dimos cuenta que no habíamos apretado lo suficiente las uniones con los codos. Así que cerramos el suministro y nos llevamos el calentador al taller para ajustar bien las uniones. La prueba

Referencias

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