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Punto de ebullición del agua en el vacío
Los calentadores solares de agua -a veces llamados sistemas solares de agua caliente sanitaria- pueden ser una forma rentable de generar agua caliente para su hogar. Pueden utilizarse en cualquier clima, y el combustible que utilizan -la luz del sol- es gratuito.
Los sistemas de calentamiento solar de agua incluyen tanques de almacenamiento y colectores solares. Hay dos tipos de sistemas de calentamiento solar de agua: los activos, que tienen bombas de circulación y controles, y los pasivos, que no los tienen.
Los sistemas solares de calentamiento de agua pasivos suelen ser menos costosos que los activos, pero no suelen ser tan eficientes. Sin embargo, los sistemas pasivos pueden ser más fiables y durar más tiempo. Hay dos tipos básicos de sistemas pasivos:
La mayoría de los calentadores de agua solares requieren un tanque de almacenamiento bien aislado. Los acumuladores solares tienen una salida y una entrada adicionales conectadas al colector. En los sistemas de dos depósitos, el calentador de agua solar precalienta el agua antes de que entre en el calentador de agua convencional. En los sistemas de un tanque, el calentador de apoyo se combina con el acumulador solar en un solo tanque.
Temperatura máxima del agua
No se trata de una cantidad enorme de energía, pero el truco es que toda ella tiene que ir a calentar el agua. Un buen microondas tiene un poco más de potencia que ésta, pero generalmente no es absorbida por una cantidad tan pequeña de agua en sólo 10 segundos. La mejor opción es probablemente un elemento de calentamiento eléctrico insertado directamente en el líquido, aunque no sé si se puede conseguir uno de ~1000 W lo suficientemente pequeño como para que se asiente en esa cantidad de agua.
Como se puede ver en el gráfico anterior, hay un flujo de calor local máximo para calentar el agua, cuando la superficie caliente que entra en contacto con el agua está 30 grados C por encima del punto de ebullición, es decir, 130 grados C a presión atmosférica.
En segundo lugar, voy a tomar sus 10 segundos completos. El resto del proceso de elaboración del espresso lleva mucho más tiempo, así que el hecho de que sean 5, 10 o 15 segundos no supone una diferencia real en la rapidez con la que se obtiene el golpe de la mañana.
En otras respuestas se ha señalado la cantidad de energía que se necesita para elevar los 30 ml desde la temperatura ambiente, pero puedes facilitarte la vida y hacer lo que hacen muchos sistemas de “ebullición instantánea” y precalentar. Esto le permite utilizar menos energía (durante los 10 segundos) y hacer que el agua alcance la temperatura más lentamente. De este modo, tendrás una mayor tolerancia entre que el agua esté demasiado fría y que se acabe hirviendo. Si el agua ya está a 50 C, sólo necesitará unos 500 W.
Cómo funciona la ebullición
El agua tiene una gran capacidad de calor específico: absorbe mucho calor antes de empezar a calentarse. Puede que no sepas cómo te afecta, pero el calor específico del agua desempeña un enorme papel en el clima de la Tierra y ayuda a determinar la habitabilidad de muchos lugares del planeta.
El calor específico se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de una sustancia 1 grado Celsius (°C). El agua tiene un calor específico alto, lo que significa que se necesita más energía para aumentar la temperatura del agua en comparación con otras sustancias. Por eso el agua es valiosa para las industrias y en el radiador de tu coche como refrigerante. El alto calor específico del agua también ayuda a regular la velocidad a la que el aire cambia de temperatura, por lo que el cambio de temperatura entre estaciones es gradual y no repentino, especialmente cerca de los océanos.
Este mismo concepto puede ampliarse a escala mundial. Los océanos y los lagos ayudan a regular los rangos de temperatura que miles de millones de personas experimentan en sus pueblos y ciudades. El agua que rodea o está cerca de las ciudades tarda más en calentarse y más en enfriarse que las masas de tierra, por lo que las ciudades cercanas a los océanos tenderán a tener menos cambios y temperaturas menos extremas que las ciudades del interior. Esta propiedad del agua es una de las razones por las que los estados de la costa y del centro de Estados Unidos pueden diferir tanto en sus patrones de temperatura. Un estado del Medio Oeste, como Nebraska, tendrá inviernos más fríos y veranos más calurosos que Oregón, que tiene una latitud más alta pero tiene el Océano Pacífico cerca.
Presión del punto de ebullición del agua
1: Alimentación de agua municipal 2: Fluido desde el tanque de almacenamiento de agua a la fuente de calor externa (pasiva); la fuente de calor pasiva puede ser el suelo (tierra o agua subterránea), el sol o el aire a través de la bomba de calor, o el panel solar termodinámico 3: Fluido desde la bomba de calor, o el panel solar termodinámico al tanque de almacenamiento de agua 4: Bomba, actuador, controlador y otras partes 5: Calentador de agua 6: Tanque de almacenamiento de agua 7: Agua caliente a los aparatos domésticos
El calentamiento del agua es un proceso de transferencia de calor que utiliza una fuente de energía para calentar el agua por encima de su temperatura inicial. Los usos domésticos típicos del agua caliente son cocinar, limpiar, bañarse y calentar espacios. En la industria, el agua caliente y el agua calentada a vapor tienen muchos usos.
En el ámbito doméstico, el agua se calienta tradicionalmente en recipientes conocidos como calentadores de agua, teteras, calderos, ollas o cofres. Estos recipientes metálicos que calientan un lote de agua no producen un suministro continuo de agua calentada a una temperatura preestablecida. En raras ocasiones, el agua caliente se produce de forma natural, normalmente a partir de fuentes termales naturales. La temperatura varía con el ritmo de consumo, enfriándose a medida que aumenta el caudal.