El rincón de la Ciencia I.S.S.N.: 1579-1149

nº 46 (julio-2008)

¿Cómo utilizamos el fenómeno de efecto invernadero en un colector solar de placa plana? (RC-109)


Cristina Gómez del Rey


La radiación electromagnética, al incidir sobre un cuerpo, puede ser absorbida total o parcialmente, puede reflejarse otra parte y una tercera atravesar el cuerpo.

Cada cuerpo tiene sus propios coeficientes de reflexión, transmisión y absorción, que expresan el comportamiento de dicho cuerpo frente a los rayos incidentes. Estos coeficientes dependen de los parámetros del material como son: la naturaleza del cuerpo, el estado de la superficie, el espesor atravesado y también dependen de la longitud de onda de la radiación y del ángulo de incidencia del rayo con respecto a la superficie del cuerpo.

La energía contenida en la parte de la radiación que es absorbida hace que el cuerpo se caliente y emita a su vez radiación, cuya longitud de onda predominante dependerá de la temperatura de este.

Se llama cuerpo transparente al que deja pasar a su través la radiación electromagnética, algunos cuerpos son transparentes sólo para ciertas zonas del espectro electromagnético, pero resultan opacos para otras. El vidrio, por ejemplo ,es transparente entre 0,3 y 3  mm , resultando opaco para una mayor longitud de onda.

La mayor parte del espectro de la radiación solar está comprendido entre 0,3 y 2,4 mm, por lo que la luz solar atraviesa el vidrio sin mayor problema (una parte es reflejada en su superficie y otra pequeña parte es absorbida en su interior).

En el siglo XVIII, el naturalista suizo De Saussure estudió un principio físico que permite aumentar el efecto de calentamiento de los rayos solares. Para ello dispuso cinco placas de vidrio  de modo que cada dos placas de vidrio quedasen separadas por una placa de aire. Los rayos solares de longitudes de onda comprendidas entre 0.25 mm y 2.5 mm pueden atravesar las placas de vidrio, pero en la capa de aire se convierten en rayos caloríficos de 4 a 7 mm de longitud de onda. Estas radiaciones , situadas en la banda de los rayos infrarrojos , no pueden atravesar la capa de vidrio, que actúan como aislantes y el calor captado no puede ya escapar. A este principio se le denomina “efecto invernadero”.

Corte de la primera caja aislante diseña por Horace de Saussure en 1.767

En un colector de placa plana la radiación atraviesa la cubierta del vidrio y llega a la superficie del absorbedor, el cual se calienta y emite a su vez radiación con una longitud de onda aproximadamente entre 4,5 y 7,2 mm, para la cual el vidrio es opaco.

Así la radiación emitida por el absorbedor y devuelta hacia el vidrio de la cubierta es refleja por la superficie interior del vidrio en un pequeño porcentaje, pero el resto es absorbida, no consiguiendo escapar al exterior. Ahora es el propio vidrio quien se calienta y comienza a emitir radiación. aproximadamente la mitad de esta radiación se emite al exterior, en el cual se  pierde, pero la otra mitad vuelve hacia el interior, y contribuye más a calentar la superficie del absorbedor. Esto último es lo que se conoce como efecto invernadero.

A continuación mostramos un colector de placa plana que ha sido seccionado.

Elementos que forman parte de un colector de placa solar plana

1.- Superficie de absorción en cromo negro
2.- Red de conductos
3.- Conexión de tubería
4.- Hoja de aluminio reflectante
5.- Vidrio solar
6.- Aislante de espuma de poliuretano (30 mm) y fibra de vidrio
7.- Caja de aluminio anodizado (serie S y T) o acero galvanizado (serie P)
8.- Sellado con junta EPDM adaptable a las dilataciones
9.- Superficie absorbedora