Como hacer una chimenea solar

El viento o corriente de aire en la atmósfera es producido por el calor del sol. Basados en este principio vamos a construir un molinete de papel que girará gracias al aire calentado por el Sol, que ascenderá por una pequeña chimenea fabricada con botellas de agua de 1,5l.

Material necesario

• 4 botellas de plástico de agua de 1,5 l.
• 1 folio de papel de cierto espesor.
• Un plato macetero grande pintado de negro.
• Un palo de madera fino, para actuar de eje.
• Una tachuela o chincheta y un alfiler.
• Una plancha de metacrilato transparente de 30 x 30 cm y 2 mm de espesor.

Montaje

• Cortar la base y el cono de dos botellas para conseguir una forma cilíndrica.
• Realizar un molinete de diámetro 1,5 cm menor que el de las botellas, para ello se divide el círculo resultante en 6 partes. Hacemos un círculo concéntrico menor de 1,5 cm de diámetro. Hacemos seis cortes y doblamos las aspas, como en el esquema.
• Pasar el alfiler por el centro del molinete.
• Cortar la base de la tercera botella y clavar con una chincheta al tapón un palo de una longitud de 10 cm en cuyo extremo clavaremos el molinete con el alfiler.
• Cortar con un cúter 4 ventanas de ventilación en la botella en la parte del cono, por encima del molinete.
• Unir las partes cilíndricas con silicona.
• Recontar en la plancha de metacrilato un círculo centrado de 30 cm de diámetro.
• Unir con silicona la plancha de metacrilato preparada con el plato macetero.
• Colocar el cilindro de plástico encima y sellar con silicona. 

Funcionamiento

La base actúa como un invernadero, el color negro del plato absorbe el calor de la radiación solar y el metacrilato impide que salga la radiación reflejada, calentándose el aire del interior. Como el aire caliente pesa menos, tiende a subir generándose una corriente ascendente que mueve el molinete.

Extraído del libro "Ingenios solares. Manual práctico para la construcción de aparatos sencillos relacionados con la energía solar" de José Manuel Jiménez "El Súper"

El modelo energético actual.

El modelo energético se encuentra en una encrucijada, con una serie de retos en cuanto al cambio climático, la seguridad de suministro energético y la competitividad.

• Desde el punto de vista de la competitividad es necesario reducir la dependencia de la energética de la economía y hacerla menos vulnerable a la variabilidad de sus precios.
• En España nuestra dependencia energética del exterior es total, esto supone riesgos de suministro, variación de precios e inestabilidad política de los países de suministro.

Dentro del contexto de la Unión Europa tenemos fijado para el año 2020, el objetivo 20, 20, 20.

• 20 % de suministro obligatorio de renovables
• 20 % de reducción del consumo energético.
• 20 % de reducción de emisiones de gases efecto invernadero.

La solución a nuestro modelo energético pasa por la eficiencia energética y el uso de tecnologías no emisoras de gases efecto invernadero. La implantación de la eficiencia energética supondría una reducción de emisiones del 43 %, mientras que la utilización de energías renovables supondría una reducción de emisiones del 21 %.

Iluminación eficiente.

Un sistema de iluminación adecuado puede suponer un importante ahorro energético y económico sin reducir la calidad, nivel y prestaciones de la iluminación.

La eficiencia en la iluminación depende de:

• De eficiencia energética de los componentes del sistema de iluminación, lámparas, luminarias y equipos auxiliares.
• Uso de la instalación.
• Mantenimiento de la instalación.

Un sistema de iluminación será tanto más eficiente, en cuanto proporcione el mismo nivel de iluminación con una menor potencia instalada.

Para ello debemos:

• Elegir el tipo de lámpara más adecuado para cada aplicación.
• Fijar el nivel adecuado de iluminación para cada actividad.
• Utilizar las luminarias adecuadas al lugar y a la lámpara elegida.
• Utilizar colores claros en las paredes.

Es muy importante, para conseguir un ahorro en el consumo en iluminación, aprovechar al máximo la iluminación natural. Un diseño adecuado puede reducir de forma elevada las necesidades de iluminación.

La sustitución de lámparas de incandescencia, por otras más eficientes como las lámparas led, para un mismo nivel de iluminación, producen un ahorro, que hace técnicamente amortizable la inversión.

Energía solar térmica.

Una de las formas de aprovechamiento de la energía que recibimos del sol es la energía solar térmica consiste en el aprovechamiento del calor solar mediante el uso de paneles solares térmicos.

La energía solar térmica se basa en conocido como efecto invernadero. Un panel solar térmico es básicamente un recipiente metálico de forma rectangular con algún tratamiento anticorrosión.

En la parte inferior interna del panel hay una superficie de color negro muy absorbente de la radiación solar, para evitar que la radiación reflejada se escape del panel se coloca una superficie traslucida, que permita la entrada de la radiación solar incidente pero impida salir la radiación solar reflejada.

De esta forma tenemos fabricado un generador de calor, para su aprovechamiento, hacemos pasar por el interior del panel, un sistema de tuberías de Cu u otro material, que actúa como intercambiador.

Por el interior de las tuberías circula un fluido portador del calor, normalmente agua con algún sistema anticongelante, que se calienta a su paso por el interior del panel.

Si el sistema se diseña de forma adecuada, no sería necesaria bomba de impulsión para el agua, porque aprovechando la diferencia de densidades entre agua fría y caliente, el panel funcionaría como termosifón.

Las aplicaciones prácticas de la energía solar térmica más utilizadas son:

v  El calentamiento de agua sanitaria (ACS)

v  La calefacción por suelo radiante.

v  El precalentamiento de agua para procesos industriales.

v  El calentamiento de agua para piscinas.

v  Climatización mediante bombas de absorción.

El aprovechamiento de la energía solar térmica es una tecnología madura y fiable, amortizable sin la necesidad de subvenciones, y respetuosa con el medio ambiente.

En el 2007 entró en vigor el Código Técnico de la Edificación (CTE) que obliga a todas s nuevas construcciones a instalar sistemas de aprovechamiento de energía solar térmica.

Energía solar fotovoltaica.

La energía solar fotovoltáica, aprovecha el efecto del mismo nombre, por el que determinadas sustancias emiten electrones al recibir la radiación solar. Este efecto nos permite la transformación de la radiación solar  directamente en energía eléctrica.

En la actualidad utilizamos la energía solar fotovoltáica en dos formas:

v  Instalaciones aisladas de la red eléctrica.

Ø  Es muy útil en lugares donde el coste de la red de distribución de electricidad sería muy elevado, y mediante su uso  podemos suministrar electricidad a casas de campo, refugios de montaña, bombeos de agua, instalaciones ganaderas, sistemas de iluminación o balizamiento, sistemas de comunicaciones, etc.

Ø  El sistema está formado por una serie de paneles solares que hacen la captación de la radiación solar transformándola en electricidad, y además es necesaria la utilización de un conjunto de baterías donde se almacene la energía eléctrica producida para su uso, en las condiciones de carencia de radiación solar.

v  Centrales de generación conectadas a la red.

Ø  El modelo más desarrollado en España es el conocido como huerta solar, que consiste en la agrupación de varias instalaciones de distintos propietarios en suelo rústico. Cada instalación tiene una potencia de hasta 100kw que es el umbral que establecía la legislación para el máximo precio de venta de energía eléctrica. Estas instalaciones pueden ser fijas o con seguimiento, de manera que los paneles fotovoltáicos están instalados sobre unas estructuras que se mueven siguiendo el recorrido del sol para maximizar la generación de electricidad.

Ø  Con el devenir de la actual crisis económica las personas que invirtieron en su día en este tipo de instalaciones, se han arruinado debido a la retirada de las subvenciones estatales, que ha supuesto la práctica paralización del sector.

La tecnología actual está muy desarrollada permitiendo que la energía solar fotovoltáica pueda aportar una parte importante de nuestra demanda de electricidad, solo es necesario que nuestra Sociedad decida cómo resolver nuestro problema energético.

Fuentes de energía.

El origen principal de las fuentes de energía es el Sol. El Sol produce:

• De forma indirecta:

o   La energía eólica

o   La energía maretomotríz

o   La energía hidraúlica

o   La biomasa.

•   De forma directa:

o   La energía solar fotovoltaica

o   La energía solar térmica.

Las fuentes de energía son los recursos naturales que el hombre utiliza para producir la fuerza necesaria para hacer funcionar las máquinas, las industrias y los transportes. 

Las fuentes de energía pueden clasificarse según su disponibilidad:

·       Fuentes de energía renovables o alternativas

Son fuentes de energía inagotables, que pueden ser las repuestas a nuestras necesidades a corto o medio plazo. Se están extendiendo por todo el mundo y progresivamente va aumentando su producción a nivel mundial.

·      Fuentes de energía no renovables o tradicionales

Las fuentes de energía no renovables cubren la mayor parte de la demanda energética mundial, son también las más avanzadas en cuanto a tecnología de extracción o producción se refiere, pero suelen causar un gran impacto medioambiental. 

Energías tradicionales:	Energías alternativas:
·  El carbón ·  El petróleo ·  El gas natural ·  La energía hidráulica ·  La energía nuclear	·  La energía eólica ·  La energía solar ·  La energía geotérmica ·  La biomasa ·  La energía maretomotriz

La energía y sus tipos.

Si nos detenemos a observar a nuestro alrededor, veremos que la gente se mueve de un sitio a otro, las plantas y los árboles crecen, el tráfico está como siempre, hay maquinas realizando obras en las aceras, podemos ver como se realizan muchas tareas.

Todas estas actividades necesitan usar energía para producirse.

La energía es una cualidad que tienen los cuerpos y que se manifiesta a través de sus transformaciones.

La energía puede ser de tipo mecánico: La energía cinética asociada al movimiento de los cuerpos y la energía potencial acumulada en forma de energía elástica o energía potencial.

Dependiendo de la forma en la que se manifiesta la energía, podemos diferenciar los siguientes tipos:

• Solar. Toda la energía que tenemos en nuestro planeta depende directa o indirectamente del sol. Entre los usos de la energía solar está la fotovoltaica que transforma la luz del sol en electricidad, y la energía solar térmica que transforma el calor del sol en agua caliente utilizable en calefacción y agua caliente sanitaria.
• Nuclear. Hay dos tipos de energía nuclear, la de fusión que es la que se produce en el sol, es el resultado de la unión de dos átomos de deuterio o tritio (isótopos del hidrógeno) para formar Helio y mucha energía. El otro tipo de energía nuclear es la fisión, en la que un átomo de gran masa normalmente Uranio se rompe o fisiona en dos más ligeros más energía.
• Hidráulica. Al almacenar agua en una presa de gran altura conseguimos dos objetivos, tener agua para el consumo humano y agua que al tener mucha altura con respecto de la base de la presa, tiene una elevada energía potencial. Una central hidroeléctrica transforma la energía potencial del agua en energía eléctrica mediante el uso de una turbina.
• Química. Las reacciones químicas al producirse pueden absorber o desprender energía. Esta energía química es la que se aprovecha en las pilas, al transformarse en energía eléctrica para su uso en pequeños dispositivos.
• Eléctrica. Es una de las energías más utilizadas y de mayor calidad (entalpía) que mediante su transformación podemos aplicarla a infinidad de aplicaciones prácticas.
• Eólica. En su origen proviene del calor del sol, que genera diferencia de presiones en la atmósfera y estás a su vez producen el viento,  que aplicado en aerogenadores produce electricidad o utilizada en los molinos puede moler o extraer agua de pozos.
• Mecánica. Es la energía que poseen los cuerpos dependiendo de su posición o de su movimiento.
• Cinética. Es la energía de un cuerpo por su movimiento.
• Potencial. Es la energía que posee un cuerpo por estar a una altura sobre la superficie de la tierra.
• Térmica. Esta forma de energía se manifiesta a través del calor y puede denominarse también energía interna, debido a que se origina por el movimiento de los átomos y partículas de una sustancia.

La unidad de medida de la energía en el S.i. es el Julio.

Calor latente.

Imaginemos que tenemos un recipiente con hielo que se encuentra a una temperatura de -18 ºC y le aplicamos calor de forma constante, hasta alcanzar los 0 ºC, pero siendo todavía hielo, es decir agua en estado sólido.

Si seguimos aplicando calor, durante un cierto tiempo, la temperatura del hielo se mantiene a 0 ºC hasta que se derrite todo el hielo y entonces la temperatura del agua empieza a subir de nuevo. Durante el tiempo en el que la temperatura se ha mantenido en ºC, el calor que hemos aportado se ha utilizado en fundir el hielo. A este calor lo llamamos calor latente de fusión. Si continuamos aportando calor el agua lleva alcanzar los 100 ºC, y durante un cierto tiempo el agua se mantiene a 100 ºC hasta que toda el agua se ha evaporado. Al calor que hemos empleado en vaporizar el agua se llama calor latente de vaporización.

Los calores latentes indicados a continuación se refieren a una unidad de masa de 1 gramo.

Se define la caloría como la cantidad de calor necesaria para aumentar 1 ºC la temperatura de una masa de agua de 1 gramo. Esta unidad es muy pequeña y en la práctica se utiliza la Kcal que es la cantidad de calor necesaria para aumentar 1 ºC la temperatura de una masa de 1 kg de agua.

La unidad de energía y por tanto del calor en el Sistema Internacional es el Julio J.

                  1 Julio = 4,186 kcal

Calor y temperatura.

Si dos cuerpos que tienen diferente energía térmica y por tanto están a diferente temperatura, se ponen en contacto, el que tiene mayor energía térmica y por tanto está a mayor temperatura, cede energía térmica al cuerpo que está más frio, hasta que las temperaturas de ambos se igualan. Entonces se dice que han alcanzado el equilibrio térmico.

La energía que pasa siempre del cuerpo caliente al cuerpo frio, se llama calor.

Para medir la temperatura se usan los termómetros. Los termómetros son en general un recipiente de cristal, en cuya parte inferior hay un receptáculo para albergar al fluido indicador, que habitualmente es mercurio. En la escala centígrada o Célsius el cero está definido por el punto de fusión del agua y el 100 por el punto de ebullición de la misma. La escala centígrada está dividida en 100 partes llamada cada una, grado centígrado y se representa normalmente como  ºC.

Otra escala muy utilizada es la escala absoluta o escala Kelvin, cuya unidad es el grado Kelvin ºK. En esta escala el cero se denomina cero absoluto y equivale a -273 ºC, en este punto las moléculas y átomos carecen de energía cinética. El 100 ºK corresponde con el 373 ºC.

Diferencias entre calor y temperatura.

La materia está formada por átomos y moléculas que se mueven con una velocidad y una libertad de movimiento que depende de su estado. A esta energía interna debida a la energía cinética de las partículas se le llama energía térmica.

En los sólidos las partículas  están rígidamente unidas y tienen una mínima capacidad de movimiento con respecto a su posición de equilibrio. En los líquidos los enlaces entre partículas son mayores y tiene bastante capacidad de movimiento. En los gases los enlaces entre partículas son muy débiles y estas se mueven prácticamente con libertad total.

Al calentar un sólido aumenta la energía cinética de sus partículas, de tal forma que si seguimos aportando calor, la velocidad puede llegar a ser suficiente para romper los enlaces entre partículas, pasando a al estado líquido o gaseoso.

De igual forma si un gas se enfría, sus partículas se mueven con menor velocidad, los enlaces se hacen más pequeños, las partículas se juntan pudiendo llegar a pasar al estado líquido y/o al estado sólido.

Al calentar un cuerpo, aumenta su volumen y el movimiento de las partículas, es decir aumenta la energía cinética del cuerpo.

El calor de un cuerpo es una forma de energía que nos indica la cantidad de energía cinética de las partículas que lo componen.

La temperatura mide la intensidad o energía promedio de las partículas, a mayor temperatura mayor será la energía de las partículas y por tanto la energía térmica del cuerpo.