Principio de Funcionamiento del destilador solar

Cmo funciona la destilacin solar?Consiste en una caja o espacio contenedor donde se dispone un recipiente o estanque con fondo de color negro en donde se vierte el agua salada o contaminada para destilar. Cerrando este espacio se coloca una superficie transparente que permite pasar la radiacin solar y que provoca el efecto invernadero al tiempo que tambin retiene la humedad. La radiacin solar en contacto con el recipiente negro eleva la temperatura del recipiente, del agua en su interior y del aire favoreciendo la evaporacin. De esta manera en el interior del destilador se crea una atmsfera muy clida y saturada de humedad. El vapor de agua asciende entonces por conveccin hasta topar con la superficie transparente, que por estar en contacto con el exterior est a una temperatura ms fra que el resto del destilador. En esta superficie se condensa el agua formando pequeas gotas. La superficie transparente est dispuesta de manera adecuada para favorecer que las gotas, conforme contina el proceso y van aumentando de tamao, fluyan hacia un recipiente donde se recoge toda el agua destilada. Mientras dure la radiacin solar y exista agua que destilar el proceso se mantiene.

Efecto invernaderoComo se dijo este dispositivo est basado en mecanismos anlogos al de un invernadero: Efecto invernadero. Cosiste en un lugar cerrado con una cubierta superior traslcida de vidrio (o plstico) que aprovecha el efecto producido por laradiacin solarque, al atravesar unvidriou otro materialtraslcido, calienta los objetos que hay adentro; estos, a su vez, emitenradiacin infrarroja, con unalongitud de ondamayor que la solar, por lo cual no pueden atravesar los vidrios (objetos opacos para la radiacin infrarroja) a su regreso quedando atrapados y produciendo el calentamiento. Las emisiones del sol hacia la tierra son en onda corta mientras que de la tierra al exterior son en onda larga. Laradiacinvisible puede traspasar el vidrio mientras que una parte de la infrarroja no lo puede hacer.El cristal o plstico usado para producir este efecto trabaja como medio selectivo de la transmisin para diversas frecuencias espectrales, y su efecto es atrapar energa dentro del invernadero, que calienta el ambiente interior. Tambin sirve para evitar la prdida de calor porconveccin. Esto puede ser demostrado produciendo un agujero en la parte lateral superior del destilador: la temperatura cae considerablemente. Este efecto se produce tambin a gran escala y permite la vida en la tierra, ya que si no se diera, la temperatura de nuestro planeta y la de otros que sufren este efecto sera sumamente inferior:

Este efecto tambin permite que nuestro planeta tenga un funcionamiento de mega destilador donde el agua de los mares, ros y lagos se evapora, por conveccin asciende, forma nubes, y se desplaza en estado gaseoso impulsada por las corrientes de aire. Cuando se dan las condiciones adecuadas el agua se condensa en forma de pequesimas gotas que se quedan suspendidas en la atmsfera formando las nubes. Si las condiciones siguen siendo adecuadas continua el proceso de condensacin pasando al estado lquido cada vez ms cantidad de agua y hacindose las gotas suspendidas cada vez ms grandes y pesadas hasta el punto de que por gravedad empiecen a caer hasta el suelo producindose las precipitaciones (lluvia, nieve, granizo etc.).En los ltimos aos se ha acentuado el efecto invernadero debido a que se enviado a la atmsfera una gran cantidad de gases de invernadero, es decir gases que dificultan de manera no natural la salida de las radiaciones electromagnticas.

Por qu se utilizan colores oscuros?Adems es necesario tener en cuenta que nuestro ojo detecta longitudes de onda y a travs de impulsos nerviosos el cerebro las interpreta asignndole un color:

El color blanco no posee una longitud determinada ya que este se compone de la suma de todos los colores, esto se puede ver en fenmenos naturales como el arco iris que es la descomposicin del haz de luz solar (blanco) en sus componentes monocromticos. Por otro lado el color negro es ausencia de percepcin de radiacin electromagntica por nuestro sistema visual. Considerando que un haz de luz posee energa. Cuando ese haz de luz incide sobre una superficie, y la observamos de color blanco es porque la misma reflej el haz de luz, y nuestra percepcin es de una superposicin de longitudes de onda. En cambio si vemos algo negro implica que al incidir un haz de luz sobre ese cuerpo, este no lo reflej, sino que retuvo la energa del haz. De all surge que los colores oscuros y opacos a la luz tienden a retener gran parte de la energa que el haz lumnico traa. Por ello un destilador solar es en su interior de color negro mate (as se retiene la mayor cantidad de energa).Con esta pintura aumentamos la eficiencia del destilador, ya que el mismo retendr energa por el efecto invernadero y por la naturaleza de los colores negro.

Desarrollo experimentalEn el siguiente experimento se confecciono un destilador de agua con los siguientes elementos:- conservadora de telgopor chico- vidrio de 4mm de espesor y de 25cm*30cm - agua contaminada- termmetro- pintura negra- una canaleta de metalSe procedi a confeccionar el destilador, cortando la conservadora en forma inclinada como se ve en la figura 1. Luego lo pintamos con la pintura color negro mate las paredes laterales interiores. Despus se realizan tres orificios para la entrada del agua, la Salida del agua estancada y para introducir el termmetro.La canaleta se colocara levemente inclinada hacia su salida. La parte superior (el techo) se pondr el vidrio, el cual permite el paso de la radiacin solar.

Destilador solarUn Destilador Solar es un sistema muy sencillo y eficiente que permite reproducir de manera acelerada los ciclos naturales de evaporacin y condensacin del agua, que al utilizarlos de manera controlada, se puede obtener agua pura.Este proceso quita las sales, elimina residuos de hongos, bacterias, virus y dems contaminantes, obteniendo agua apta para consumo humano.Los principios de la destilacin solar pueden ser aplicados en distintas escalas; desde destiladores pequeos domsticos para obtener unos cuantos litros de agua al da hasta grandes instalaciones con los que obtener varios metros cbicos diarios.Actualmente existen grandes instalaciones de este tipo que se han desarrollado en diversas zonas del mundo con escasez de agua pero con acceso al mar como Israel, Islas Canarias (Espaa) y en diversas islas ridas del mediterrneo entre otras.Un destilador solar con una superficie de 2 m2 puede llegar a suministrar de entre 6 y 8 lts diarios de agua pura lo suficiente como para el consumo de 3 a 4 personas.Mantenimiento del mismo pueden ser realizadas una vez por mes, empleando no ms de 10 minutos.

Transformacin de EnergaEl sol irradia energa contantemente. Esa energa se ve disminuida debido a los gases de atmosfera y el vapor de agua q la compones, a la superficie de la tierra solo llega el 47% de la radiacin solar inicial. La radiacin solar q incide sobre el destilador es

Donde Hs= Radiacin solar incidente en el vidrio Ts= Duracin del da solar. 11,5 hsHt= Radiacin solar diaria

Clculos de eficienciaLatitud:-27,45

Da representativo del mes 121

Declinacin:

ngulo del Ocaso Nmeros de horas de sol tericas

Constante Solar

Radiacin diaria solar promedio extraterrestre sobre la superficie horizontal

Irradiacin diaria solar sobre una superficie horizontal

nr=4.41 a=0.23 b=0.56 N=11.99

Irradiacin diaria solar difusa promedio (Hd)

Calculo de prdida por conduccin del recipiente Para el clculo del calor perdido por conduccin debemos calcular la resistencia trmica equivalente del aislante con tres materiales:

Con el coeficiente de transferencia de calor convectivo del fondo del destilador con lo cual determinamos la resistencia trmica equivalente del aislante

Calculo de calor perdido por radiacin del vidrio

La cubierta radia calor hacia el ambiente y esta descripto por la siguiente ecuacin

Calculo del calor perdido por conveccin del vidrio

Calculo del calor perdido por radiacin del agua

Clculo del calor perdido por convencin natural Para el clculo del calor perdido por conveccin natural debemos tomar en cuenta la tabla de presiones y temperaturas para determinar el coeficiente de transferencia de calor por conveccin natural.

Calculo del calor perdido por evaporacin

Clculo del calor almacenado por la cubierta De la tabla 4.4 se toma el valor Gs ms bajo

Al llegar al vidrio sufre reflexin, absorcin y transmitancia con el factor

Consideramos las horas de funcionamiento Del balance de calor sobre la cubierta tenemos que

Calculo del calor absorbido por el agua

Clculo del valor absorbido por el sistema

Calor necesario para calentar y evaporarCalor necesario para calentar el vidrio

Calculo del calor sencible para calentar el agua

Para que exista la evaporacin del agua, el sistema debe alcanzar el cambio de estado de fase, es decir debe tener una energa extra para que el sistema pueda cumplir su funcin, dicho lo anterior tenemos que:

El porcentaje de masa evaporad es igual a:

Cantidad necesaria para calentar el vidrio, calentar el agua de la bandeja y evaporar cierto porcentaje de la misma viene dada por:

Por lo tanto la demanda energtica del sistema ser:

Eficiencia de un destiladorLa intensidad de la energa solar que cae sobre el destilador es el parmetro ms importante que afecta la produccin de agua del destilador solar. La cantidad de agua destilada producida es la cantidad de energa utilizada en la vaporizacin del agua en el destilador sobre el calor latente de vaporizacin del agua. La eficiencia del destilador solar es la cantidad de energa utilizada en la vaporizacin de agua en el destilador sobre la cantidad de incidencia de energa solar en el destilador.

Produccin del destilador solar terica

Eficiencia del destilador solar terica

Conclucin En 4 horas los clculos tericos predicen 0.2 Kg en condiciones perfectas, esto quiere decir que en destilador no pierde energa. Realizando los clculos correspondientes con la eficiencia da una aproximacin de 0.036 Kg que equivalen a 36 ml de agua. En el experimento se obtuvo 15 ml de agua. Esto se debi a que la temperatura del exterior decenio bruscamente en un lapsus de 2 horas y la cantidad de radiacin solar no fue constante ya que se nublaba constantemente y en esas 4 horas el ngulo de incidencia de los rayos solares no fue constante.

Respuesta 1)- La experiencia se puede mejora desde muchos puntos de vista, pero principalmente disminuyendo la perdida de calor del sistema al medio. Esto se puede lograr si se disminuye el coeficiente de transferencia de calor del medio a que contiene al lquido, adems buscando una mayor absorcin del sistema al medio.2)- Es de suma importancia la orientacin del destilador hacia el sol ya que tiene una mejor recepcin de la radiaciones y adems evita que exista mayor prdida de energa por causa de la refraccin en el vidrio. 3)- Siempre la parte del vidrio orientada hacia el sol.4)-Existe muchas causas pero la principal es emanacin del sistema al medio.

CALENTADOR SOLAR Utiliza el mismo concepto que el destilador solar (utiliza la energa solar para calentar agua).Este es un sistema que utiliza 100% energa ecolgica o mejor dicho renovable porque nada ms utiliza la fuente solar para calentar agua de un nivel igual a los calentadores tradicionales a gas o elctricos.Hay varios tipos de calentadores solares entre los ms destacados estn los de tubo de vaco.Partes de un sistema solar trmico. Tubos de vaco Base para el soporte de tubos Estructura Termotanque

Principio de funcionamientoLos tubos de vaco absorben los rayos del sol y convierten dichos rayos en energa calorfica, calentando el agua dentro de los tubos. Mientras la temperatura del agua se eleva, la densidad se modifica, el agua caliente en los tubos asciende al termotanque y el agua fra dentro del tanque baja a Los tubos. Manteniendo el ciclo natural de esta manera, el agua en el tanque se calentar.

Cmo se mantiene el agua caliente? El termo tanque est forrado con 50mm de aislante trmico de poliuretano para evitar que se pierda el calor ganado. Este aislamiento es tremendamente ms eficaz que un calentador de gas tradicional.Qu tipo de vidrio? Cada tubo de vaco se compone de dos tubos de cristal de vidrio borosilicato concntricos de alta transmisividad. Los tubos al vaco utilizan un espesor de vidrio de 1.6mm, que permite resistir a granizos de hasta 25mm. Su forma circular permite tener una mejor resistencia que una cubierta de vidrio plana, ms expuesta. El tubo exterior es transparente, con un ndice de transmisividad extremadamente alto permitiendo que los rayos de luz casi no se reflejen en su superficie (no tienen el efecto espejo de un vidrio comn).