Cómo calentar agua con energía solar

Objetivo del experimento

Investigar cómo la energía solar puede ser utilizada para calentar agua y determinar la eficiencia de diferentes métodos para capturar y almacenar esta energía.

¿Alguna vez has acampado en la naturaleza, donde ni siquiera hay baños? Bueno, después de unos días, una ducha o baño caliente sería maravilloso. Pero calentar agua requiere energía. Al acampar, eso podría significar usar la energía de una estufa de campamento o una fogata. Pero piensa en toda la leña que tendrías que recoger. En casa, probablemente un calentador de agua alimentado por gas natural o electricidad calienta el agua. ¿Y si pudieras calentar el agua sin quemar madera, sin combustible o sin usar electricidad?

La energía solar es una fuente de energía renovable y limpia que puede ser utilizada de diversas maneras para mejorar nuestra vida diaria. Una de las aplicaciones más prácticas y directas es el uso de la energía solar para calentar agua. Este proceso no solo reduce la dependencia de combustibles fósiles, sino que también puede resultar en ahorros significativos en las facturas de energía.

En este proyecto, explorarás cómo aprovechar la energía del sol para calentar agua de manera eficiente. Aprenderás sobre los principios básicos de la energía solar, la transferencia de calor y los métodos para optimizar la captación y almacenamiento del calor solar.

Materiales y Equipos

• Panel aislante de poliestireno, 60cm de ancho x 120 cm de largo x 2,5 cm de grosor.
• Papel de aluminio (1 rollo).
• Cinta adhesiva.
• Bolsas de plástico (9); bolsas gruesas, aproximadamente de 2 mm, como las bolsas de basura de jardín. (Las bolsas deben ser de 3 colores diferentes y debes tener 3 bolsas de cada color. Debes usar bolsas de basura negras, bolsas de basura blancas y otro color de bolsas de basura. Las bolsas no necesitan ser de tamaños idénticos, pero todas deben ser lo suficientemente grandes como para contener 2 litros (L) de agua y tener grosores muy similares (aproximadamente 2 mm)).
• Tijeras.
• Una botella de plástico de 2 L.
• Cuerda de cocina, de algodón.
• Cronómetro.
• Papel cuadriculado.
• Cuaderno de laboratorio.

Cómo realizar el experimento y calentar el agua con luz solar

Nota: Asegúrate de elegir un día soleado para realizar este proyecto de feria de ciencias y realiza las pruebas en la parte más calurosa del día, cuando la luz solar es más directa. Si el proyecto te lleva varios días, trata de realizar las pruebas a la misma hora del día y en el mismo lugar cada vez.

Preparación del Panel de Poliestireno:

• Toma el panel de poliestireno y cubre uno de los lados grandes con papel de aluminio.
• Fija el papel de aluminio al poliestireno con cinta adhesiva para que el papel de aluminio quede bien sujeto.

Preparación de las Bolsas de Plástico:

• Toma tres bolsas de plástico, una de cada color que estés utilizando, y recorta un pequeño agujero en la parte inferior de la bolsa con las tijeras. El agujero debe ser lo suficientemente grande para que pueda pasar un termómetro.
• Inserta cuidadosamente un termómetro a través de los agujeros en cada una de las bolsas. Empuja el termómetro hasta aproximadamente la mitad (debe haber una marca en tu termómetro de inmersión parcial que indique hasta dónde debe insertarse en un líquido).
• Usa cinta adhesiva para fijar la bolsa firmemente alrededor del termómetro. Debe estar lo suficientemente apretado como para que el agua no se filtre por el agujero.

Llenado de las Bolsas de Agua:

• Llena la botella de 2 litros con agua.
• Vierte el agua cuidadosamente en una de las bolsas.
• Exprime con cuidado el aire de la bolsa y ciérrala con un nudo. Pide ayuda a un adulto para este paso.
• Recorta el exceso de plástico de la parte superior de la bolsa usando las tijeras.
• Repite este paso con una bolsa de cada uno de los otros colores de plástico. Ahora deberías tener tres colectores solares de diferentes colores.

Colocación de los Colectores Solares:

• Coloca el panel cubierto de papel de aluminio en un lugar con luz solar directa.
• Coloca los tres colectores solares de diferentes colores sobre el panel cubierto de papel de aluminio, uno al lado del otro. Los colectores deben estar todos al sol, sin que ninguno esté en la sombra.

Medición Inicial de la Temperatura:

• Verifica la temperatura del agua en cada bolsa. Lee cada uno de los termómetros y registra las lecturas en tu cuaderno de laboratorio en una tabla de datos, como la que se muestra a continuación. Estas lecturas son las temperaturas iniciales del agua en los colectores solares.

Monitoreo y Registro de Datos:

• Deja que los tres colectores solares permanezcan bajo la luz solar durante 15 minutos. Usa el cronómetro para medir los 15 minutos.
• Después de 15 minutos, verifica los termómetros y registra la temperatura del agua para cada colector solar en tu cuaderno de laboratorio.
• Deja que los colectores solares permanezcan bajo la luz solar otros 15 minutos y registra la temperatura para cada bolsa en tu cuaderno de laboratorio. Continúa tomando lecturas cada 15 minutos durante un total de 60 minutos. Debes tener 5 temperaturas registradas para cada bolsa: temperatura inicial, 15 minutos, 30 minutos, 45 minutos y 60 minutos.

Repetición del Experimento:

• Repite los pasos 2-6 dos veces más con las otras bolsas de plástico para asegurarte de que tus resultados sean repetibles y precisos. Siempre registra todas tus observaciones en tu cuaderno de laboratorio.

Análisis de Datos:

• Haz un gráfico de tus datos, usando papel cuadriculado o un sitio web como Create a Graph. Haz un gráfico de líneas. Etiqueta el eje x como Tiempo (min) y el eje y como Temperatura (°C). Debe haber tres líneas en este gráfico, una línea para cada color de bolsa.
• Analiza si la temperatura final del agua depende del color de la bolsa. ¿Un color siempre calentó el agua más? ¿Qué color mantuvo el agua más fría?

Conclusión del experimento

Al finalizar el experimento, deberías ser capaz de identificar qué color de bolsa de plástico fue más efectivo para calentar el agua utilizando la energía solar. Reflexiona sobre cómo estos resultados pueden aplicarse en la vida real para optimizar sistemas de calentamiento solar de agua.