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El sol calienta... y también enfría

Las corrientes de convección permiten fabricar calentadores de agua domésticos carentes de bomba, así como refrescar una vivienda en verano.

En una cacerola puesta al fuego, el agua de la columna central (rojo) se calienta más rápido que la periférica (azul). Debido a su menor densidad, el agua caldeada asciende, después se enfría al entrar en contacto con el aire y vuelve a hundirse. Como consecuencia, se generan bucles de convección. [BRUNO VACARO]

¿Cómo disfrutar de agua caliente en una vivienda prescindiendo de la electricidad? En general, caldear el agua con captadores solares no bastará, ya que siempre habremos de asegurar el movimiento del líquido para introducir agua fría en el interior de la instalación y dirigir el agua caliente hacia el depósito donde se guardará hasta que se use.

Existe, sin embargo, una solución: el termosifón, un recipiente en el que el líquido circula por sí solo debido a la diferencia de densidad entre el agua fría y la caliente; es decir, gracias a las corrientes de convección. Es más, si adaptamos este principio a la circulación del aire, podremos aprovechar el calor del sol para enfriar una casa en pleno verano.

La convección a modo de motor
¿Cómo funcionan esos dispositivos que no necesitan bombas? Comencemos por repasar el concepto de convección. Cuando ponemos al fuego una cacerola llena de agua, el líquido se pone en movimiento mucho antes de que rompa a hervir. Dicho flujo obedece a las diferencias de temperatura en el seno del líquido, las cuales crean, a su vez, diferencias de densidad.

La masa de un litro de agua es de un kilogramo a 4 grados Celsius y a presión atmosférica. Sin embargo, no ocurre así a otra temperatura. Cuanto mayor es esta, más se agitan las moléculas de agua, lo que rompe los enlaces intermoleculares que prestan cohesión al líquido. Como consecuencia, el agua se dilata y la masa de un litro disminuye. A 20 oC, esa disminución es mínima, poco menos de 2 gramos. Pero, a 50 oC, la diferencia llega a los 12 gramos, y a 100 oC asciende a
42. Así pues, la masa de un litro de agua se reduce hasta los 958 gramos, un cambio más que notable.

En el caso de la cacerola, el agua situada justo encima del fogón se calienta más rápido que la cercana a las paredes del recipiente. La columna central de agua es, por tanto, menos densa que sus alrededores, por lo que ejerce una presión menor sobre el fondo de la cacerola. Esa diferencia de presión provoca un movimiento en el seno del fluido: en el centro, el agua, más caliente y menos densa, sube hacia la superficie, donde se enfría por contacto con el aire ambiente. Y, una vez enfriada y más densa, vuelve de la periferia al fondo, donde se calienta de nuevo. Se trata de un proceso análogo al que tiene lugar en los océanos, la circulación termohalina, si bien este resulta mucho más complejo debido a que la salinidad también influye en la densidad del agua de mar.

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