Cómo atrapar el calor del sol

Los invernaderos se construyen con paredes y techos de cristal (o, a veces, de plástico). Así se consigue, por un lado, que las plantas tengan la luz que necesitan y, por otro, que el interior del invernadero se mantenga caliente. Es decir, los invernaderos son capaces de atrapar el calor del sol en su interior. ¿Cómo lo hacen?

La radiación infrarroja que nos llega desde el sol tiene longitudes de onda que se encuentran en el rango 800-3000 nanómetros, es decir, es radiación infrarroja de longitud de onda corta. Esta radiación atraviesa sin problema el cristal del invernadero y es absorbida por la tierra de las plantas y el suelo. La tierra y el suelo se calientan y, a su vez, emiten parte de este calor en forma de infrarrojos. Sin embargo, estos infrarrojos reemitidos son de longitud de onda larga, y el cristal no es transparente para estas longitudes de onda. En consecuencia, el calor no es capaz de atravesar el cristal y, por tanto queda atrapado en el interior del invernadero.

Hay varias mejoras que se pueden introducir en un invernadero para mejorar su eficiencia. Una es colocar materiales reflectores en lugares estratégicos. Otra, utilizar fuentes artificiales de infrarrojos para complementar la acción del sol. Y, por supuesto, es importante orientar adecuadamente el invernadero con respecto al sol.

Objetivos

• Detectar fuentes de radiación infrarroja.

• Analizar cómo se transmite y refleja la radiación IR.

Descripción

El sensor de llama detecta radiación infrarroja en el rango 760-1100 nm (infrarrojos de corta longitud de onda). Se realizarán distintas demostraciones:

Fuentes de radiación infrarroja

• Tomamos una medida con el sensor enfocando directamente hacia el sol, y después, en el mismo sitio, dándole la espalda al sol. ¿Cómo cambia el valor medido en ambas situaciones?

• Acercamos el sensor a una bombilla. ¿Es también una fuente de radiación infrarroja?

• Se pueden probar distintas fuentes para comprobar si son o no fuentes de radiación infrarroja.

Reflexión de la radiación

• Dirigimos el sensor hacia una zona a la que no le llega el sol directamente, y medimos. A continuación medimos en el mismo sitio, pero ahora colocando un material reflectante (por ejemplo, un paraguas forrado interiormente con papel de aluminio) de manera que refleje la luz del sol e incida indirectamente en el sensor. Comparamos ambos valores.

¿Transparente u opaco?

• Comprobamos si una cartulina bloquea la radiación infrarroja.

• Hacemos lo mismo con un plástico o un cristal.

Material

Electrónico

• Sensor de llama
• Arduino

• 7-segment display
• Fuente de alimentación

• Placa de pruebas, cables...

No electrónico

• Paraguas con interior de aluminio

• Cartulina opaca

• Plástico / metacrilato

• Fuentes luminosas

Programa

Sensor de llama con 7-segment display

/*
  Lectura analógica del sensor de llama (radiación IR).
  Presentación de la medida en una pantalla de 7 segmentos con cuatro dígitos

  --------- Sensor de llama -------------
  Conexiones:
    A0 --> Pin analógico 0 (se puede cambiar a otro pin analógico)
    GND --> Ground
    + --> 5V
  El valor máximo medido por el sensor (1023) corresponde con el mínimo de radiación IR
  El valor mínimo medido por el sensor (0) corresponde con el máximo de radiación IR

  --------- 4 digit 7-segment display ---------
  Conexiones:
    CLK --> Pin digital 2 (se puede cambiar a otro pin digital)
    DIO --> Pin digital 3 (se puede cambiar a otro pin digital)
    GND --> Ground
    5V --> 5V
  Descargar la librería TM1637 (LED Driver): https://github.com/avishorp/TM1637
*/

// Incluimos la librería para controlar la pantalla
#include <TM1637Display.h>

// Pines de conexión de la pantalla
const int CLK = 2;
const int DIO = 3;

// Pin de conexión del sensor de llama
const int sensor = A0;

// Creamos una instancia de la clase TM1637Display y la llamamos "display"
// Indicamos los pines de conexión
TM1637Display display(CLK, DIO);


void setup() {
  // Indicamos el brillo de los segmentos (0 = mínimo; 7 = máximo)
  display.setBrightness(5);
}

void loop() {

  // Leemos el valor del sensor de llama y lo almacenamos en la variable "valorIR"
  int valorIR = analogRead(sensor);

  // Traducimos el valor medido a un porcentaje
  // usando la función map(value, fromLow, fromHigh, toLow, toHigh)
  int porcentajeIR = map(valorIR, 0, 1023, 100, 0);

  // Mostramos en la pantalla el porcentaje de radiación IR
 display.showNumberDec(porcentajeIR);

  delay(1000);

}

Referencias

Sensor de llama

Pantalla 7 segmentos