martes, 31 de mayo de 2011

Calentador de agua solar






CALENTADOR SOLAR DE AGUA

CONDICIONES EN LAS QUE SE HA REALIZADO EL EXPERIMENTO

Me he interesado por los calentadores de agua gracias a un experimento realizado en clase, en el que intentábamos calentar agua dentro de unos cachos de manguera cerrada para observar el aumento de temperatura que experimentaba el agua al sol mientras permanecía encerrada en los cachos de manguera cerrados por los extremos.

La temperatura del agua al comenzar la experiencia era de unos 15 grados centígrados y al finalizar la experiencia (que duró 30 minutos), la temperatura del agua era de 36 grados centígrados de media en cada fragmento de manguera.

El experimento fue realizado un día en el que no había nubes y la temperatura ambiental rondaba los 20 grados centígrados, los fragmentos de manguera permanecieron siempre bajo el sol, de forma que siempre estuvieran situados en la zona con mayor temperatura.

El tamaño de los cachos de manguera era de un metro de largo, la anchura del plástico de la manguera era de unos 3 mm alrededor del orificio donde iría el agua, el orificio en el que introducimos el agua tenía un diámetro de unos 7 mm, la cantidad de agua dentro de cada cacho de manguera no superaba los 300ml.

El experimento no se realizo a distintas temperaturas, solamente a la temperatura a la que calentaba el sol durante esa media hora, no hubo grandes cambios de temperatura durante ese periodo de tiempo.

El experimento se realizó en lo más alto del edificio y no había sombra en la zona en la que permanecían los fragmentos de manguera. No había prácticamente viento, por lo que no lo he considerado a la hora de sacar mis conclusiones.

CONCLUSIONES

Las conclusiones a las que he llegado son: cuando el agua es expuesta al sol durante un periodo de tiempo de alrededor de una hora, aumenta considerablemente su temperatura, siempre y cuando no haya una capa gruesa de aislante y el agua dentro del recipiente no tenga mucha anchura, para que el sol caliente la mayor cantidad de agua posible.

CALENTADOR DE AGUA SOLAR

El calentador de agua solar funciona aprovechando la energía del sol, gracias a su energía calorífica. El mecanismo principal del calentador de agua solar, consiste en hacer circular el agua de un recipiente por un conducto de gran área colocado de la forma más perpendicular posible a los rayos del sol y cuya superficie sea de color negro mate para lograr el mayor calentamiento.


La circulación del agua puede servirse de una bomba o puede aprovechar la diferencia de peso entre el agua caliente y fría para producir la circulación.

El agua más fría se mantendrá abajo y la más caliente arriba, dentro del tanque, por eso es importante que la salida del agua al calentador sea por la parte baja del tanque y el retorno por una parte más alta, lo mismo sucede con las entradas y salidas de agua de consumo.


La parte del conducto que constituye el calentador, debe tener la mayor área posible y debe colocarse con el ángulo de inclinación necesario en cada situación, para conseguir la mayor absorción posible de calor.

Hay dos formas de colectar el calor procedente del sol: por iluminación directa o con el uso de concentradores.

Con un calentador del tipo de iluminación directa, es decir, los rayos solares inciden directamente en la superficie, que sirve para calentar el agua. Este modo de calentar el agua es el más utilizado por su simplicidad y bajo costo. Su único inconveniente es que las temperaturas máximas que se pueden alcanzar oscilan entre los 75 y los 80 grados centígrados.

Cuando son necesarias temperaturas mayores se recurre a los concentradores.

CONCENTRADORES SOLARES

Los concentradores solares constan de unas lentes con las que se recoge la luz solar de un área grande y se concentra sobre un área más pequeña, gracias a esto se pueden obtener elevadas temperaturas, en dependencia de la relación entre el área del colector y la del objeto a calentar. Estas temperaturas pueden incluso estar en el orden de los miles de grados centígrados.


Efectos que tiene la radiactivividad sobre la salud






¿Qué es la radiactividad?

La radiactividad es un tipo de fenómeno físico presente en la naturaleza, tiene la capacidad de ionizar el medio que atraviesa, debido a esta capacidad algunos elementos químicos, llamados radiactivos, emiten radiaciones que les permite, por ejemplo: impresionar placas fotográficas, ionizar gases, producir fluorescencia y atravesar cuerpos que con la luz normal no sería posible.

Estos elementos químicos forman parte de la naturaleza, por ejemplo, un elemento químico presente en la Tierra es el uranio, también las estrellas emiten radiación, como por ejemplo nuestra estrella, el sol.

La radiactividad también está presente en centrales nucleares y también se aplica en la medicina, como por ejemplo: la radioterapia para tratar el cáncer o los rayos X.

Al inhalar, la radiactividad puede entrar en el cuerpo ya que algunas veces está presente en los elementos químicos que hemos inhalado, así entra en el cuerpo, una vez dentro puede metabolizarse y permanecer durante mucho tiempo descargando radiaciones, un claro ejemplo es el plutonio que se puede fijar en los huesos y los pulmones, llegando a originar diversos tipos de tumores.

¿Cómo puede entrar la radiactividad en el cuerpo?

De entre todas las partículas presentes en las radiaciones, las que más abundan son las de tipo gamma, que atraviesan sin dificultad los tejidos e impactan en el ADN de las células, esto puede provocar mutaciones celulares y originar diversos tipos de cáncer.

¿Qué efecto tiene en la salud la radiactividad?

La radiactividad por encima de 100 mili sieverts (en España suele haber de media unos 2 mili sieverts) puede provocar efectos apreciables en un periodo relativamente corto, algunos de los efectos que produce la radiactividad en nuestro organismo son: malestar, quemaduras en la piel, caída de pelo, diarreas, náuseas o vómitos, la radiactividad también puede provocar daños que se acumulan y que pueden causar problemas de salud como: el cáncer y la leucemia.

¿Por qué pueden provocar cambios en la estructura de las células?

Los efectos que produce la radiación tienen que ver con la capacidad de las radiaciones ionizantes para provocar cambios en la estructura de las células, esto quiere decir, que pueden alterar el ADN de las células, esto es algo que solo pueden hacer las radiaciones ionizantes.

Conclusión:

La conclusión a la que he llegado es que las radiaciones tienen cualidades que pueden ser aprovechadas por el ser humano, como por ejemplo: la radioterapia para tratar el cáncer o los rayos X, pero la radiación por encima de los límites permitidos y durante un largo periodo de tiempo pueden provocar enfermedades como el cáncer o la leucemia y efectos prácticamente instantáneos como: malestar, quemaduras en la piel, caída de pelo, diarreas, náuseas o vómitos.

Mi opinión es que la radiactividad puede ser aprovechada, pero en las situaciones en las que pueda afectarnos, han de ponerse todos los medios para poder evitar que llegue a nosotros en grandes dosis, esto suele pasar cuando se vierten residuos nucleares o cuando se produce una fuga de elementos químicos como en Fukushima.

lunes, 30 de mayo de 2011

Obtención de energía gracias a la fusión nuclear









OBTENCIÓN DE ENERGÍA GRACIAS A LA FUSIÓN NUCLEAR

Actualmente una energía empleada de manera frecuente es la energía producida por fisión, sin embargo en un futuro no muy lejano se podrá generar energía gracias a la fusión nuclear, que es una energía a tomar en cuenta debido a que emplea recursos naturales abundantes en la tierra como por ejemplo, el agua, que además es un recurso barato y limpio.

¿QUE ES LA FUSIÓN NUCLEAR? Y ¿QUE LA DIFERENCIA DE LA FISIÓN?


La fusión nuclear es el resultado de la energía que se libera cuando se produce la unión entre átomos. En la fusión intervienen dos isótopos del hidrogeno: el tritio y el deuterio. Se utilizan estos isótopos para que se produzca la unión de los átomos, para lograr esto es necesario que sus núcleos tengan la mínima fuerza de repulsión, y esto se logra precisamente con los átomos más ligeros, los de hidrógeno, que sólo tienen un protón en su núcleo. Sin embargo, en la fisión se requiere lo contrario, es decir, que los núcleos tengan la máxima repulsión posible, lo que se consigue con átomos con muchos protones.

¿DE QUE PARTES CONSTAN LOS ÁTOMOS?


Los átomos están compuestos por un núcleo, que suele estar formado por neutrones y protones que tienen carga eléctrica positiva y los neutrones carga neutra, es decir, sin carga. Los átomos constan de una envoltura electrónica a base de electrones, de carga eléctrica negativa. En la naturaleza todos los átomos son eléctricamente neutros, teniendo igual número de protones que de electrones.


¿QUÉ NOS IMPIDE LLEVARLA A CABO EN LA ACTUALIDAD?


Para obtener energía gracias a la fusión hay que solventar el siguiente impedimento: para que la reacción de fusión sea posible hay que vencer la repulsión electrostática entre dos núcleos igualmente cargados, es decir, que cargas iguales se repelen, hay que aplicar una gran energía para conseguir la unión de las mismas, pero se espera que en el siglo XXI podamos resolver este problema y finalmente podremos aprovecharnos de la energía obtenida gracias a la fusión.

¿CÓMO PODEMOS CONSEGUIR ENERGÍA GRACIAS A LA FUSIÓN NUCLEAR?

Esto se logra gracias al calor, aplicando temperaturas de millones de grados. El problema referido proviene de la dificultad de encontrar un reactor que aguante esa temperatura.

¿QUE PROCESO SE SIGUE PARA CONSEGUIR LA FUSIÓN NUCLEAR?

Dicha temperatura se logra en el interior de una explosión de fisión, que es el comienzo de toda bomba de fusión o bomba H. Con este calor se crea un nuevo estado de la materia, el plasma, en el que se da un absoluto desorden de iones y electrones. Cuando se produce la reacción de fusión nos encontraremos con una esfera expandida con una temperatura de millones de grados en la que pululan los productos de la fusión (litio e isótopos del hidrógeno), tal es su velocidad que pueden fundirse unos con otros dando lugar a la reacción de fusión.

¿CUAL ES EL RESULTADO DE LA FUSIÓN NUCLEAR?

Esta reacción genera más energía que la anterior y libera gran cantidad de partículas nucleares, pero no es una reacción en cadena, ya que el propio calor que genera hace que las partículas se separen y se expandan en forma de una esfera de plasma con una temperatura de millones de grados. De esta forma cada gramo de Hidrogeno produce del orden de 173.000 Kilovatios/hora.

¿QUE MÉTODOS SE PUEDEN EMPLEAR PARA OBTENER ENERGÍA?

Hay formas de conseguir la energía nuclear de fusión que se están experimentando actualmente, el confinamiento magnético y el confinamiento inercial.

CONFINAMIENTO MAGNÉTICO


Mediante el confinamiento magnético se consigue crear y mantener la reacción gracias a grandes cargas magnéticas que hacen las veces de muros de contención de las cargas nucleares. El plasma está formado por partículas cargadas, éstas se moverán describiendo hélices a lo largo de las líneas magnéticas. Colocando las cargas magnéticas que hacen las veces de muro de forma que se cierren y contengan la esfera de plasma en una región limitada del espacio, las partículas estarán confinadas a densidades más bajas durante un tiempo más largo para poder conseguir un mayor número de reacciones de fusión. Actualmente se ha descubierto un nuevo método para mantener la reacción, cambiando el campo magnético de la forma cilíndrica a otra con forma de cuerno de toro.

CONFINAMIENTO INERCIAL


El confinamiento inercial consiste en el calentamiento con láseres de gran potencia y el confinamiento del plasma con la propia inercia de la materia. Este plasma permanece contenido por un periodo muy corto de tiempo, apenas unos microsegundos, pero a densidades muy altas, estas condiciones producen un gran número de reacciones de fusión.

La investigación actual se está inclinando más por el confinamiento magnético.
También se piensa en la fusión fría como una solución a los problemas que he planteado anteriormente.

LA FUSIÓN FRÍA

La fusión fría es el nombre dado a las reacciones de fusión producidas a temperaturas y presiones cercanas a las ambientes, muy inferiores a las necesarias normalmente para la producción de reacciones termonucleares que requieren de millones de grados Celsius.

La fusión fría consigue obtener energía nuclear utilizando un proceso llamado fusión catalizada por muones, los muones son partículas subatómicas inestables similares a los electrones, pero cerca de 207 veces más masivos. Si un muón sustituye a uno de los electrones en una molécula de hidrógeno, estaría 207 veces más cerca de lo que estarían los electrones en una molécula normal del núcleo.

Cuando los núcleos son tan próximos entre sí, la probabilidad de la fusión nuclear es mucho mayor, hasta el punto puede haber numerosas reacciones de fusión a temperatura ambiente, esto permite que en la fusión nuclear se empleen temperaturas mucho más bajas que las requeridas para la fusión termonuclear.

Se piensa que este método de obtener energía pueda convertirse en una fuente de energía práctica en el futuro, desafortunadamente, en la actualidad es difícil crear un gran número de muones de manera eficiente y, además, la existencia de procesos que eliminan los muones del ciclo catalítico significa que cada muón sólo puede catalizar unos pocos cientos de reacciones de fusión nuclear antes de que se desintegre.