Elemento calefactor para suministro de energía solar pequeño

Responderé la pregunta y LUEGO responderé una parte mucho más larga de la pregunta que no se ha hecho pero que es vital y que debe responder para poder realizar la tarea.

Como dice laptop2d, lo que necesita es "resistencia", pero esto puede no ser una resistencia en el sentido normal. Si tiene un panel fotovoltaico de rendimiento conocido y puede garantizar un pleno sol constante, entonces es útil una resistencia del tamaño adecuado. Pero si los niveles del sol varían y las nubes se deslizan y el sol se mueve en el cielo, como sucede todo, entonces cualquier resistencia no hará el mejor trabajo posible.

Un panel fotovoltaico de 12 V Vmp (voltaje a máxima potencia) y 10 Wmp producirá corriente Imp a pleno sol de
I= W/V = 10/12 = 833 mA
y requerirá una carga resistiva de
R = V^2/P = 12 ^2/10 - 14,4 ohmios.

Una resistencia estándar de 15 ohmios con una potencia nominal de, digamos, 20 W funcionaría bien. O digamos 2 x 4.7 Ohm 5W que están fácilmente disponibles.

Si es difícil obtener resistencias, entonces el "cable de resistencia" de fuentes cautelosas hará el trabajo. Este es típicamente un cable "Nichome" (NiCr) y se puede encontrar en tostadores, calentadores de peceras, calentadores/radiadores eléctricos y más.
Un elemento tostador normalmente tiene una potencia nominal de 1000 W a 230 V o 110 VCA, por lo que a 12 V una longitud adecuada del mismo cable operado a plena potencia tendría una potencia nominal de 12/230 x 1000 = 52 vatios o 12/110 x 100 = 109 vatios. Al usar cables de mayor longitud para que no brille (literalmente) en la oscuridad, se pueden obtener potencias más bajas. Si puede obtener un calentador diseñado para funcionar con bajo voltaje (por ejemplo, un calentador de tanque de peces), entonces puede tener mejores características.

El cable calefactor en las mantas eléctricas tiene un vataje más bajo por longitud (ya que 1000 vatios en una cama tiende a hacer que el usuario se sienta y/o se incinere rápidamente), por lo que puede ser más adecuado. Esto puede tener un revestimiento de plástico aislante que lo haga adecuado para uso bajo el agua.

Pero, por períodos cortos, las resistencias estándar con una pintura en el aislamiento de su elección en las partes vivas probablemente estarán bien. Las resistencias se pueden operar con casi todo su cableado fuera del agua o se pueden sujetar a una placa de metal sumergida en su mayor parte para que estén por encima del nivel del agua.

Entonces, esa es la parte fácil. PERO, ¿son suficientes 10 vatios? La respuesta es tal vez sí , pero es un tal vez altamente calificado.

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¿Son suficientes 10 vatios?

10 vatios es un nivel de potencia muy bajo para la desalinización.
Como señalaron otros, el uso de un calentador solar térmico sería mucho más económico por entrada de energía.

1 julio = 1 vatio.segundo
Por lo tanto, su panel de 10 W produce 10 J/segundo a pleno sol o 36 000 j/h a pleno sol

El agua requiere 4,2 julios por cc por grado K (o C) de aumento de temperatura.
Para calentar 1 cc de agua desde una temperatura ambiente de 20 °C a 100 °C (NO hirviendo) se requieren
4,2 J x (100-20) = 436 julios.

No sabemos dónde se encuentra, y es muy importante, pero supongo que en el hemisferio norte y no demasiado al norte. Por lo tanto, puede obtener de 3 a 4 SSH (horas de sol - horas equivalentes a pleno sol) por día. 1 sol = 1000 W/m^2 y es el nivel de insolación en el que se especifica el rendimiento de la mayoría de los paneles fotovoltaicos.

En un día, un panel de 10 W proporcionará W x s/h x SSH = 10 x 3600 x 3, digamos = 108 000 julios.

Desde arriba, elevar 1 cc de agua de 20 °C a 100 °C (NO hervirla) requiere 436 J. Entonces, en un día, su panel de 10 W podría elevar 108 000/436 = 247 cc de agua de 20 °C a 100 °C. 100C = "Punto de ebullición" PERO si va a hervir el agua, necesita agregar el "calor latente de vaporización" para convertir el agua líquida en agua gaseosa (vapor). El LHoV del agua a 1 atmósfera de presión = ¡2258 J/g adicionales! Entonces, hervir 1 cc de agua a partir de 20 C requiere 436 J para calentarla a 100 C y 2258 J para luego hervirla = 2694 J, digamos 2700 J.
Entonces, sus 108 000 J disponibles hervirán 108 000/2700 = 40 CC de agua, comenzando a 20 C. Puede recuperar fácilmente el 436J usando un intercambiador de calor de contraflujo ((esencialmente 2 piezas de tubería de cobre en estrecho contacto térmico) que proporciona 108,000/2258 = 48CC / ​​día, una ganancia no muy útil.
Peor aún, la recuperación del LHoV no es posible sin "trucos inteligentes" ya que la fuente tiene que estar más caliente que el destino. Esto se puede lograr presurizando la fuente (lado de ebullición) o bajando la presión en el "sumidero" (lado de entrada), pero esto agrega una complejidad desagradable.

No todo está perdido.
Si observa una tabla psicométrica, notará el aumento de kg de agua/ kg de aire a medida que aumenta la temperatura. La mayoría de estos gráficos son para aplicaciones HVAC y no alcanzan temperaturas cercanas al punto de ebullición.

Por lo tanto, tratar con agua a temperaturas más altas pero por debajo del punto de ebullición es más probable que tenga éxito.

Este gráfico muestra la cantidad de agua contenida en el aire en diferentes grados de saturación a varias temperaturas. El eje Y está en % de agua/aire que es (probablemente) convertible a kg de agua por kg de aire seco en las mismas condiciones.

Suponga que puede calentar agua y producir aire aproximadamente a la misma temperatura sobre la superficie del agua. Como ejemplo, a 35C y 100% rh 1 kg de aire seco "soportará" unos 55 gramos de agua, mientras que a 25C contendrá unos 30 gramos. Enfriando aire saturado de 35C a 25C se pueden obtener unos 25 gramos de agua. 1 kg de aire ocupa unos 0,83 metros cúbicos o 830 litros de aire.
A medida que utilice un diferencial mayor, obtendrá cantidades cada vez mayores de agua por litro de aire manejado. Hay muchas fuentes de ecuaciones para derivar estas curvas disponibles en Internet, por lo que no necesita confiar en gráficos ni preguntarse cómo se derivaron.

Para calentar agua de 25C a 35C se necesitan 42 J/cc o agua. Puede recuperar alrededor de 30/55 = 55% de eso enfriando el aire a 35C según la discusión anterior, probablemente más si su HR cae por debajo del 100% en el enfriador (como es probable).

Cada 1 cc calentado recupera, digamos, 0,6 cc.
Cada cc calentado consume 42 J
Tienes 108.000 J disponibles. Eso permite 108.000/42 x 0,6 =~ 1500cc/día con 3 SSH.
Llegar allí.
Al examinar las ganancias de agua obtenidas con Tcaliente y Tfría diferentes (y algo de juego), puede lograr un ciclo que sea más eficiente para su propósito.

El intercambiador de calor de "contraflujo" - UNA "herramienta" IMPORTANTE:

La estimación anterior asume la pérdida total de energía en el enfriamiento.
Si parte o la mayor parte de la energía pudiera reutilizarse cuando el aire húmedo se enfría, se podrían obtener ganancias significativas. Una 'herramienta' que hace esto magníficamente es el intercambiador de calor de contraflujo. Como sugiere el nombre, el flujo de fluidos calientes pero fríos y fríos pero calientes se encuentran en direcciones físicas opuestas. Este es un aspecto esencial y sorprendentemente efectivo del diseño.

Muchos conducen a intercambiadores de calor de contraflujo aquí y aquí

Este dispositivo inmensamente simple es una de las maravillas del mundo de la ingeniería y mucho menos apreciado de lo que debería ser.
En el siguiente diagrama se puede ver que el fluido caliente entra por la izquierda y sale por la derecha a una temperatura más fría, mientras que el fluido frío entra por la derecha y sale por la izquierda a una temperatura más alta.

De aquí

Este "contraflujo" significa que la temperatura diferencial a través de la "pared" del intercambiador es baja y relativamente constante. El frío es opuesto al frío y el caliente es opuesto al caliente.

Si el aire caliente pasa a través de un intercambiador de calor de contraflujo, la mayor parte de la energía de calefacción se puede recuperar en el aire entrante o calentando la fuente de agua. El sistema de aire puede ser de "bucle cerrado" con aire que toma vapor de la fuente y lo enfría y condensa en un lugar donde el agua líquida fluye hacia la salida.

Volumen de aire:

Para obtener el rendimiento anterior, se debe usar una cantidad relativamente inmensa de aire.
Desde arriba, puede esperar unos 25 gramos de agua por kg de aire seco. O unos 30 g por metro cúbico. Para obtener, digamos, 1500 g, necesita calentar y enfriar 1500/30 = 50 metros cúbicos = 50,000 litros de aire.

Para hacer esto en, digamos, 3 horas (hay más tiempo disponible) necesita un flujo de 50000/3/3600 = aproximadamente 5 litros/segundo. Este caudal tiene que recoger la humedad del agua y luego enfriarse y luego reciclarse. No es una tarea trivial.

Un método más fácil:

Si utiliza una entrada de energía térmica en lugar de fotovoltaica, es fácil obtener una entrada de energía mucho mayor.

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MUCHAS referencias

Wikipedias - Psicrometría

calculadora psicrométrica

Muchas referencias a gráficos psicrométricos y muchos gráficos y discusiones relacionadas.

Lo que necesitas se llama una resistencia:

Vienen en muchas formas y tamaños, de hecho todo en el mundo es una resistencia. Puede tomar cualquier objeto y pasar un voltaje a través de él, y se convertirá en una resistencia, es simplemente increíble.

Sin embargo, probablemente estés buscando uno que funcione en el agua. Tomaría una resistencia y la colocaría en un tubo de metal, y encontraría una manera de aislarla eléctricamente del tubo pero aún obtendría la transferencia de calor. Como estos _

Recuerda la famosa ecuación: