Pregunta:
¿Es posible modificar la canaleta de una casa para absorber suficiente energía solar para derretir el hielo?
James Jenkins
2015-01-30 03:18:32 UTC
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Esto está relacionado con la pregunta ¿Se mantendrán las canaletas oscuras sin hielo mejor que las canaletas de colores claros? El consenso actual parece ser que la masa de las canaletas y la luz limitada pueden hacer que simplemente pintarlas de negro sea insuficiente .

En mi aplicación particular, las dos principales canaletas están orientadas hacia el este y el oeste, así que obtenga una cantidad decente de luz solar. La ubicación física es Pittsburgh PA.

Desde una perspectiva de ingeniería, estas son algunas de las preguntas que deberían abordarse:

  • ¿Cuánto necesito para elevar la temperatura de las canaletas para evitar el hielo ¿construir?
  • ¿Cómo puedo calcular la energía requerida para elevar la temperatura de las canaletas?
  • ¿Cuánta energía puedo obtener teóricamente de la luz solar durante el día para un área determinada durante el invierno en mi latitud?
  • ¿Cómo cambiaría el análisis si también quisiera derretir el hielo que se había acumulado durante la noche?
  • ¿Qué otros factores se deben considerar al diseñar un sistema de este tipo?
Me gusta la idea de la pregunta, pero es un poco ambigua. La cantidad de energía necesaria dependerá de la temperatura del hielo (es decir, la temperatura exterior).
En realidad, @ChrisMueller, eso tiene muy poco que ver con eso. El hielo se forma en los aleros y las canaletas cuando la nieve se derrite más arriba en el techo (tanto por el calor solar como por el calor que se escapa del interior del edificio) y el agua corre hacia los aleros, que son más fríos. La clave para evitar la acumulación de hielo en las canaletas sería mantenerlas ligeramente por encima del punto de congelación siempre que el agua fluya desde el techo.
@DaveTweed Si bien eso puede ser cierto, la cantidad de energía necesaria para mantener las canaletas por encima del punto de congelación dependerá de la temperatura ambiente.
@ChrisMueller: En realidad, no. Cuando el agua fluye, está casi exactamente a una temperatura de congelación. Entonces, la cantidad de energía requerida está relacionada principalmente con la cantidad (masa) de agua que fluye en un momento dado. Claro, parte del calor se perderá en el aire, y esa pérdida está relacionada con la temperatura del aire (y la velocidad del viento, etc.), pero el calor perdido en el agua será la cantidad más significativa.
"Otros factores": Cómo evitar que la nieve cubra completamente los colectores solares.
También depende de la cantidad de agua que haya alrededor. Si está muy seco, no espero nada de hielo independientemente de la temperatura.
One responder:
#1
+4
gromain
2015-02-03 17:16:04 UTC
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Y así, como prometí, lo haré.

Primera suposición: Trabajemos con tiras de canalón de 1 metro de largo. Será más fácil calcular todo a partir de aquí.

Digamos que la cuneta ya está llena de hielo. (Trabajaremos en el problema del llenado de hielo más adelante)

El tamaño estándar de la canaleta (de acuerdo con este sitio) es estilo K de 5 pulgadas, o la mitad de 6 pulgadas redondo. Si usamos la versión de media caña, podemos aprender que contiene alrededor de 9 litros de hielo. El calor latente de fusión de 9 litros de hielo es de 3000 kJ o 833 Wh. Esto significa que si desea derretir este hielo en una hora, necesitará 833 vatios de potencia. Por cada metro de canalón.

Pero, ¿cuál es la energía solar disponible?

Segundo supuesto: digamos que el sol brilla todo el día, con la orientación perfecta con respecto al canalón, y el canalón absorbe toda la energía que recibe del sol. Supongamos que es el día más corto del año, en la latitud media de EE. UU. (Alrededor de 38 ° N).

Según el tercer gráfico, la duración del día en el día más corto del año ronda las 9h30. Redondeemos esto a 10 h (me gustan los números redondos y fáciles para mis cálculos aproximados).

La sección transversal de nuestro canalón es de aproximadamente 0,15m². La irradiancia solar que llega al suelo se sitúa en torno a los 1000W / m². Esto significa que alrededor de 150W llegan a nuestro canalón. En un curso de 10 horas, eso sería 1500 Wh. ¡Oye, eso sería suficiente! Pues sí, si coges tu canaleta y la pones en la orientación perfecta con respecto al sol. Lo cual no es cierto.

En este caso, la energía recibida será menor. Además, también se debe tener en cuenta la eficiencia de la conversión de energía. Los colectores solares térmicos de alta calidad (que recogen la radiación solar y la convierten en calor) suelen tener una eficiencia de alrededor del 60%. Esto significa que, en nuestro caso (donde la eficiencia será menor, recibiremos en el mejor de los casos 900 Wh.

Si tenemos en cuenta que nuestro canalón tiene una orientación fija, la energía recibida será incluso menor que eso. Por lo tanto, no tendremos suficiente energía para derretir el hielo.

Dados estos datos, diría que no es posible.

En cuanto al hielo que llena la cuneta. El problema sigue siendo el mismo. Asegurarse de que el agua que fluye del techo se mantenga lo suficientemente caliente significará proporcionar suficiente energía para mantenerla por encima del punto de congelación. Además, por lo general, el agua se derrite en el techo, pero no fluye sola, es decir, hace caer algo de nieve y hielo en el canalón, que tendrá que derretir para evitar la acumulación de hielo en el canalón.

¿Y en un día nublado? ¿O si afuera hay -20 grados centígrados?
Todos mis cálculos se realizaron en un día soleado. Si está nublado, recibirá menos energía que esa. Si está muy por debajo del punto de congelación (es decir, -20 grados centígrados), necesitará más energía que eso.


Esta pregunta y respuesta fue traducida automáticamente del idioma inglés.El contenido original está disponible en stackexchange, a quien agradecemos la licencia cc by-sa 3.0 bajo la que se distribuye.
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