Thermosiphon/es

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El termosifón , también conocido como termorreducción , se considera una tecnología apropiada . Este proceso utiliza recursos naturales renovables y las leyes básicas de la termodinámica para generar movimiento en un suministro de aire o agua caliente. La fuente de energía para este proceso es la radiación solar (o cualquier otra fuente de calor). La energía del sol se capta en un dispositivo de captación solar y se transfiere al aire o al agua por conducción. Todo el proceso se explica por el efecto termosifón : cuando el aire o el agua se calientan, adquieren energía cinética de la fuente de calor y se excitan. Como resultado, el agua se vuelve menos densa, se expande y, por lo tanto, asciende. Por el contrario, cuando el agua o el aire se enfrían, se extrae energía de las moléculas y el agua se vuelve menos activa, más densa y tiende a descender. El termosifón aprovecha las diferencias naturales de densidad entre fluidos fríos y calientes, y las controla en un sistema que produce movimiento natural del fluido. Actualmente existen varios sistemas basados ​​en esta tecnología, que se describen con mayor detalle a continuación.

El principio del sistema de termosifón se basa en que el agua fría tiene una densidad mayor que el agua caliente, por lo que, al ser más pesada, tiende a descender. Por ello, el colector siempre se instala debajo del depósito de agua, de modo que el agua fría del depósito llega al colector a través de una tubería descendente. Si el colector calienta el agua, esta vuelve a subir y regresa al depósito a través de una tubería ascendente situada en la parte superior del colector. El ciclo depósito → tubería → colector garantiza que el agua se caliente hasta alcanzar una temperatura de equilibrio. El usuario puede entonces utilizar el agua caliente de la parte superior del depósito, y el agua utilizada se repone con agua fría de la parte inferior. El colector vuelve a calentar el agua fría. Debido a las mayores diferencias de temperatura con una mayor irradiancia solar, el agua caliente asciende más rápido que con una menor irradiancia. Por lo tanto, la circulación del agua se adapta casi perfectamente al nivel de irradiancia solar. El depósito de un sistema de termosifón debe ubicarse bastante por encima del colector; de lo contrario, el ciclo puede invertirse durante la noche y el agua se enfriará. Además, el ciclo no funciona correctamente con desniveles muy pequeños. En regiones con alta radiación solar y techos planos, los depósitos suelen instalarse en la azotea.

Los sistemas de termosifón son muy económicos para calentar agua en viviendas. Su principio es sencillo y no requieren bomba ni control. Sin embargo, no suelen ser adecuados para instalaciones de gran tamaño, es decir, aquellas con más de 10 m² de superficie de captación. Además, resulta difícil ubicar el depósito sobre el colector en edificios con tejados inclinados, y los sistemas de termosifón de circuito simple solo son aptos para regiones libres de heladas.

La termodinámica es el estudio de la energía .

• Primera ley de la termodinámica : Establece que la energía puede transformarse de una forma a otra, pero no puede crearse ni destruirse. La energía siempre se conserva.

Esta ley se puede aplicar al movimiento del agua en un sistema de termosifón: la energía solar se dirige y se transfiere (por conducción y convección) al agua, al aire o a cualquier otro medio. Este proceso natural de calentamiento elimina la necesidad de fuentes de energía externas como combustibles fósiles o electricidad.

• Segunda ley de la termodinámica : Establece que en todo intercambio de energía, si no entra ni sale energía del sistema, la energía potencial del estado final siempre será menor que la del estado inicial. El retorno neto de un sistema siempre es menor que la energía inicial suministrada.

La energía siempre se conserva; sin embargo, en un sistema determinado, la energía (o el calor, en este caso) a menudo se pierde en forma de calor (termosifonación). Añadir aislamiento con valores R adecuados al sistema y a sus tuberías puede reducir considerablemente la pérdida de calor y, por lo tanto, aumentar la eficiencia.

• Ley de Planck: La longitud de onda de la radiación emitida por una superficie es proporcional a la temperatura de dicha superficie. La energía se transfiere como resultado de las diferencias de temperatura entre dos objetos. Los objetos oscuros absorben el calor, mientras que los objetos claros lo reflejan.

Las placas colectoras de color oscuro dentro del colector solar favorecen la absorción solar, incrementando así la cantidad de calor disponible para calentar agua o aire mediante termosifón. ​​Por el contrario, se recomienda utilizar tuberías y depósitos de almacenamiento reflectantes o de colores claros, ya que estos colores ayudan a reducir la radiación de calor que sale del sistema.

El termosifón pasivo es un proceso que permite calentar y mover agua dentro de un sistema sin necesidad de electricidad. Este proceso funciona aprovechando fenómenos naturales como la energía solar, la gravedad y una fuente de agua disponible. Para el calentamiento se requieren un colector solar, tuberías y un depósito de agua. El flujo de agua se distribuye dentro y fuera del colector solar. El agua fría entra por la parte inferior, donde se calienta por convección gracias a la radiación solar. Al calentarse, el agua se vuelve menos densa que el agua fría, se expande y asciende ( fluye ) a través de las tuberías. El agua caliente sale naturalmente por la parte superior del colector. El agua fría y más densa se hunde y permanece dentro del colector hasta que se calienta. Al calentarse, el agua fría se expande, asciende y es expulsada por la parte superior del colector, permitiendo que el agua fría fluya hacia el colector. Este proceso continúa de forma natural hasta que la temperatura del agua alcanza el equilibrio con la radiación solar recibida.

Actualmente existen dos tipos de sistemas de intercambio de agua por termosifón: el sistema de acoplamiento directo y el sistema de alimentación por gravedad.

Los sistemas de acoplamiento directo funcionan según los mismos principios de termosifón pasivo mencionados anteriormente. El tanque de almacenamiento de estos sistemas debe ubicarse sobre el colector solar para aprovechar la circulación de agua generada por el proceso de termosifón pasivo.

• Energía solar
• colector solar
• Tubería
• Aislamiento
• Agua
• Tanque de almacenamiento
• Techo resistente u otro sistema de soporte

• Una investigación de 2007 sugiere que los calentadores de agua pasivos por termosifón pueden costar entre $500 y $6,500. El precio puede variar debido al tamaño del tanque, la exposición solar y la ubicación geográfica.
• Muchos países, estados y empresas de servicios públicos ofrecen incentivos para la participación en energías renovables.

• No contaminante
• Ahorro de energía: no se necesita electricidad para el termosifón pasivo.
• Rentable
• Ahorro de espacio (es decir, en interiores)

• La exposición del tanque a las condiciones ambientales externas puede reducir su eficiencia, dependiendo de la ubicación geográfica.
• Estética: Puede considerarse visualmente desagradable.
• Se necesita una estructura de soporte sólida (por ejemplo, un techo).
• No apto para climas extremadamente fríos.
• Ubicación: debe estar situado en una zona con exposición solar adecuada (es decir, en el lado sur de la zona deseada).

Los sistemas de alimentación por gravedad utilizan los mismos principios de termosifón pasivo que los sistemas de acoplamiento directo, aunque la ubicación del tanque difiere. Los tanques se instalan horizontalmente en el techo, generalmente justo encima del colector solar. Cuando se necesita, el agua caliente del tanque desciende por gravedad hasta el lugar deseado, siguiendo el camino de menor resistencia. Los sistemas de alimentación por gravedad requieren más tuberías para distribuir el agua caliente, un factor que debe tenerse en cuenta al instalar o adquirir un sistema de termosifón.

• Energía solar
• colector solar
• Tubería
• Aislamiento
• Agua
• Tanque de almacenamiento
• Techo resistente u otro sistema de soporte

• Los sistemas de alimentación por gravedad suelen ser los calentadores de agua por termosifón pasivos menos costosos.
• Un estudio de 2007 sugiere que el costo puede oscilar entre $400 y $5,500 (sin incluir el costo de instalación, si corresponde). El precio puede variar según el tamaño del tanque, la exposición solar y la ubicación geográfica.
• Muchos países, estados y empresas de servicios públicos ofrecen incentivos para la participación en energías renovables.

• No contaminante
• Ahorro de energía: no se necesita electricidad para el termosifón pasivo.
• Rentable
• Ahorro de espacio (es decir, en interiores)
• Estética - (Colocación horizontal del tanque)

• La fontanería y las tuberías añaden costes adicionales al sistema.
• Estética: Puede considerarse visualmente desagradable.
• Se necesita una estructura de soporte sólida (por ejemplo, un techo).
• No apto para climas extremadamente fríos.
• Ubicación: debe estar situado en una zona con exposición solar adecuada (es decir, en el lado sur de la zona deseada).

Los sistemas activos de calefacción solar, también conocidos como sistemas de bombeo o sistemas divididos , funcionan según el principio del termosifón ; sin embargo, utilizan una fuente de energía distinta a la solar para impulsar el proceso. Este sistema instala únicamente el colector solar en el tejado, mientras que el depósito de almacenamiento se instala en el suelo o en cualquier otro lugar bajo tierra. Estas unidades activas de calentamiento de agua requieren energía externa para bombear el agua por todo el sistema. Debido a este consumo energético adicional, los sistemas activos resultan menos rentables que los sistemas pasivos.

• Energía solar
• colector solar
• Energía eléctrica
• Bomba eléctrica
• Tubería adicional
• Aislamiento
• Agua
• Tanque de almacenamiento

• Una investigación de 2007 sugiere que los calentadores de agua de termosifón activo pueden costar entre $1,200 y $10,500. El precio puede variar debido al tamaño del tanque, los requisitos de tuberías internas, la exposición solar y la ubicación geográfica.
• Muchos países, estados y empresas de servicios públicos ofrecen incentivos para la participación en energías renovables.

• Ahorro de dinero
• Rentable
• Estética: el tanque de almacenamiento no está colocado en el techo.
• Reducción de gases de efecto invernadero: si se aísla correctamente, tiene el potencial de contaminar tan poco como los sistemas pasivos.

• Consume más energía que un sistema pasivo.
• Requiere más mantenimiento que un sistema pasivo.
• Pérdida de calor: durante la transferencia desde el colector solar al tanque de almacenamiento inferior.
• Contamina un poco, debido al uso de electricidad.
• Ubicación: debe estar situado en una zona con exposición solar adecuada (es decir, en el lado sur de la zona deseada).

Un ejemplo de sistema de calefacción solar térmica pasiva es el intercambio de calor por termosifón . ​​Se basa en el principio de convección natural, en el que el aire o el agua circulan en un circuito cerrado vertical sin necesidad de bomba. El aire frío del interior circula a través de una rejilla de ventilación y se dirige a una abertura en la parte inferior de un colector solar. El aire contenido en el colector se calienta mediante la radiación solar. El aire frío es denso y desciende, mientras que el aire caliente es menos denso y asciende. A medida que el aire se calienta dentro del colector, se vuelve menos denso que el aire frío y asciende. El aire caliente sale por una rejilla de ventilación en la abertura superior del colector, se desplaza hacia la zona deseada (es decir, el interior) y es reemplazado por aire más frío. Este proceso de intercambio de aire continúa hasta que la temperatura del aire interior alcanza el equilibrio con la temperatura exterior.

• Colector solar: cuanto más grande sea el colector solar, mejor.
• Marco
  • 6 tablas verticales de 2 x 6 pulgadas - Aparadores
  • Tablas de 2x6 y 2x8 - Umbral superior
  • Tornillos de fijación: recomendados, pero no necesarios para la fijación.
• Vidriado
  • Paneles de policarbonato corrugado
  • 10 paneles - 26 pulgadas de ancho por 8 pies de alto
  • Pares de paneles superpuestos sobre listones verticales de madera de 2,5 x 2,5 cm (1 x 1 pulgada): se forman paneles de 1,2 metros (4 pies) de ancho para cada bahía.
  • Recubrimiento resistente a los rayos ultravioleta: aplicar en la cara expuesta al sol para prolongar su durabilidad.
• placa de absorción solar
  • Malla metálica negra de 2 capas para ventanas - Se coloca en la parte superior e inferior de los ventanales.
• Rejillas de ventilación
  • Se han practicado agujeros en el revestimiento del edificio; unas solapas de plástico evitarán que el aire regrese a través de las rejillas de ventilación superiores durante la noche.

• Un estudio de 2007 sugiere que los intercambiadores de calor pasivos pueden costar entre 55 y 400 dólares. El precio puede variar según el tamaño del colector o colectores, el aislamiento de la zona a calentar, la exposición solar y la ubicación geográfica.
• Muchos países, estados y empresas de servicios públicos ofrecen incentivos para la participación en energías renovables.

• Bajo costo
• Ahorrador de energía
• Reducción de la contaminación
• Puede utilizarse para enfriar aparatos electrónicos.

• Mayor mantenimiento (es decir, cubrirlo durante períodos de baja radiación solar).
• La ubicación geográfica puede alterar la eficacia.
• Requiere el cierre manual de las compuertas antirretorno por la noche.
• Se prefieren las instalaciones orientadas al sur.

• Mapas dinámicos, datos SIG y herramientas de análisis del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) - Mapas solares (2007) Disponible en: http://www.nrel.gov/gis/solar.html
• Citarella, Joe. "¿Termosifones: un mejor enfoque para la refrigeración de la CPU?" Overclockers. 5 de agosto de 2005. http://web.archive.org/web/20080421004505/http://www.overclockers.com:80/articles1246/
• Reysa, Gary. "Construye un calentador solar sencillo". Mother Earth News. Enero de 2006. http://www.motherearthnews.com/Alternative-Energy/2006-12-01/Build-a-Simple-Solar-Heater.aspx
• "Parte 2: Un recorrido por las aplicaciones de las energías renovables." http://web.archive.org/web/20060513045333/http://www.unepti.e.org/pc/tourism/documents/energy/11-26.pdf
• Mirmov, NI, Belyakova, IG "Liberación de calor durante la condensación de vapor en un termosifón." Journal of Engineering Physics 43(3), pp.970-974, 1982.
• Diseño y rendimiento de un termosifón compacto. Aniruddha, P., Yogendra, J., Beitelmal, M., Patel, C., Wenger, T. Escuela de Ingeniería Mecánica Woodruff. 2002. http://www.hpl.hp.com/research/papers/2002/thermosyphon.pdf

• Wikipedia:Termosifón