Más pensamientos acerca de diseñar un calefón solar

Así que la radiación de cuerpos negros no nos conviene tanto. Pero tiene una caída bastante fuerte a su frecuencia máxima; hay una frecuencia máxima, más arriba de lo cual efectivamente no hay nada de radiación. Podría ser posible formular una ventana que efectivamente no transmite nada más allá de, no sé, unos 8000nm, para que la pérdida de calor al cielo subirá por mucho más que unos 7% durante esa subida de 43 grados hasta 49 grados. Pero esto parece bastante difícil para mí en este momento, porque hay pocos plásticos distintos en uso común.

(En algún sentido, esto es más o menos lo mismo que un superficie selectivo común, para lo cual, para subir la eficiencia y la temperatura, queremos mucho menos emisividad en las bandas LWIR, donde emite el panel por su temperatura, que en las bandas visible, donde el sol transmite la mayoría de su energía. Pero es mucho más exigente, porque estamos buscando una subida de emisividad de alrededor de una orden de magnitud por un cambio de frecuencia de unos 2%, entre 316 y 322 K, mientras los superficies selectivos normales cambian su emisividad por un factor de solo 4 con un cambio de frecuencia de una orden de magnitud.)

Otro tipo de ventana que permite pasar el LWIR se hace de polietileno, a veces fortalecido con un mosquitero. Hay un patente acerca de esto: http://www.google.com/patents/US5493126. Una gran desventaja para nuestro propósito es que el ultravioleta solar hace mierda a polietileno sin protección en pocas meses. (Creo que es por eso que los caños de polietileno son negros, para protegerlos del sol.)

Pero bueno, todo eso me hace pensar que probablemente no es práctico hacer un colector solar para agua caliente que es inherentemente seguro contra subir a temperaturas demasiado altas. Lo típico es usar una válvula automática que mezcla agua fría con el agua caliente mientras sale del termotanque, pero también me parece que se puede resolver el problema con controlar bien la temperatura del agua que entra al termotanque. Es que hay que tener un sistema de control lo suficientemente confiable que el riesgo de muerte o lesiones serias baja a un nivel aceptable.

Mi papá también sugerió el uso de válvulas de viejas lavarropas para poder controlar el agua, lo cual me parece una idea bastante inspirada. Además del tema de un posible recicle, capaz que las válvulas que usan para reparar lavarropas serán mucho más baratas (porque más comunes) y fáciles de conseguir que otras válvulas de capacidad parecida.

También sugerió usar un termostato de una heladera para controlar las válvulas, ya que suelen ser adaptables a temperaturas así. Para mí eso será mucho más lío que simplemente usar un microcontrolador.

Sería re interesante de un punto de vista poética o artística poder fabricar la cosa entera de materiales reciclados, pero me parece que puede ser un poco difícil reciclar microcontroladores, porque se suelen deshabilitar el reprogramamiento.

Así que ahora estoy pensando en los próximos partes:

• Panel colector, de
  • caño:
    • caño de polietileno en espiral, atado a un par de palos o atado con plástico; o
    • chapa pintado en negro, posiblemente con oxido cúprico, con caños de cobre bronceados por atrás;
  • posiblemente, caja aislada para permitir que el agua pueda subir a 43 grados hasta cuando el aire está a 0 grados. Con 800W/m² de sol, esto implica una resistencia térmica de R = 0.054 K m²/W, lo cual es muy poca aislación: capaz que un simple espacio de aire con vidrio o acrílico arriba, o simplemente envolver un superficie irregular con ese polietileno suave que usan para atar cartones en pallets, atrapando un poco de aire;
  • posiblemente, un reflector en vez de una caja aislada, para que la temperatura suba lo suficiente sin necesitar aislación térmica.
• válvulas de lavarropas;
• dos o tres termistores apto para uso en temperaturas entre 0 y 50, con repetibilidad de medida de un grado o menos;
• cables eléctricos para conectar las válvulas y termistores con un microcontrolador;
• un microcontrolador;
• un fuente para el microcontrolador;
• 4 barriles de 200 litros, con caños suficientes para conectarlos;
• telgopor o lana de vidrio suficiente para aislarlos hasta unos 20 cm.
• soportes de algún tipo? Soldados de acero?

Para mí, primero tendremos que armar prototipos para averiguar:

• si determinado diseño de panel puede lograr la temperatura que queremos con el sol, para cada diseño que vale la pena probar;
• como calibrar los termistores;
• qué tan grueso caño (y válvula) necesitamos para el flujo apto, para llenar el tanque dentro de poco tiempo;
• qué tanta electricidad necesitamos para operar las válvulas y el micro;
• si hay lugar en el techo de Vi para 800kg de agua;
• y qué más?