Manual de autoconstrucción del calentador solar de bajo coste

1. Principios técnicos

1.1. Termo-sifón

2. Variantes

3. Listado de materiales

3.1. Tanque

3.2. Colector

3.3. Conexiones

3.4. Aislamiento

4. Instrucciones de montaje

4.1. Tanque

4.2. Colectores

4.3. Uniones

5. Orientación

6. Problemas

1.- Principios Técnicos:

1.1.- Termo-sifón:

El sistema CSBC tiene el mismo principio de funcionamiento que el sistema tradicional

de calentamiento solar de agua, la diferencia está en el tipo de material utilizado y en la

posibilidad de autoconstrucción.

El funcionamiento del CSBC se inicia cuando la energía solar, luz visible e infrarroja,

incide sobre la superficie negra de los colectores. La energía absorbida se transforma en calor y

calienta el agua que está en el interior de los colectores, disminuyendo así, la densidad del

agua caliente, la cual comienza a moverse en dirección del tanque dando inicio a un proceso

natural de circulación del agua, llamado de termo-sifón. Por lo tanto el tanque de agua debe

estar más alto que los colectores. Este proceso es continuo mientras haya una buena

irradiación solar o hasta cuando toda el agua del circuito logre alcanzar la misma temperatura.

El agua calentada queda almacenada en un tanque térmicamente aislado, y de esta

manera se evita la pérdida de calor hacia el ambiente. En el CSBC el sistema de apoyo térmico

es formado por un calentador convencional de gas butano, aunque son posibles otras

alternativas como el calentador eléctrico o la ducha eléctrica conectada en serie a un dimmer

(controlador electrónico de potencia para una regadera eléctrica), el cual permite un ajuste

fino en la elevación de la temperatura del agua para bañarse. La tubería que interconecta los

colectores, el tanque y la ducha eléctrica puede ser montada con los tubos tradicionales de

PVC utilizados normalmente en las instalaciones hidráulicas residenciales.

2.- Variantes:

Podemos encontrar dos variantes de CSBC dependiendo de si el tanque térmico es

integral (sólo almacena agua caliente, por lo que tendríamos un tanque alternativo de agua

fría) o bien es un tanque térmico mixto (almacena agua fría y caliente conjuntamente).

Nosotros vamos a fabricar el CSBC con un tanque térmico mixto, debido a esta elección

deberemos tomar algunas precauciones para evitar romper la estratificación del agua (agua

caliente menos densa arriba y agua fría más densa abajo).

3.- Listado de materiales:

3.1.- Tanque:

Pieza Origen Uso

Bidón 200L PE azul. Jabón industrial de coches – aceitunas. Almacenar el agua

Uniones Fontanería Unir bidón-colector

Boya Fontanería Entrada agua

Tubo PVC 90 mm Fontanería Evitar turbulencia

Pescador Tubo desagüe lavadora y corcho Captar agua parte superior

3.2.- Colector:

Pieza Origen Uso

Policarbonato alveolar Fontanería intercambiador de calor

Tubo PVC 32mm Fontanería conducción colector

Codos Fontanería conducción colector

Tapones Fontanería conducción colector

Loctite comercio sellar uniones

Pintura negro mate comercio captación energía solar

3.3.- Conexiones:

Pieza Origen Uso

Tubo 32mm PVC Fontanería Conectar colector-tanque

Codos Fontanería Dirigir tubos

Unión bidón tuberías Fontanería Conectar tanque-conexiones

Fotografías de las piezas de unión.

3.4.- Aislamiento:

Placas de poliespan o similar.

Asilamiento tuberías fontanero.

4.- Instrucciones de montaje:

• Esquema general:

4.1.- Tanque:

Tenemos el tanque que usaremos como tanque térmico mixto, 200L de capacidad. En

dicho tanque haremos cinco perforaciones.

Dos perforaciones superiores en lados opuestos del bidón, (1) será la entrada de agua

fría de la red y la otra (2) será un rebosadero. Estas dos perforaciones deben hacerse lo más

altas posibles para aprovechar al máximo el volumen del tanque. Se aconseja que el centro de

las perforaciones superiores esté a unos 8 cm del borde superior.

Otras dos perforaciones a la mitad de la altura útil del tanque, una (3) perpendicular a

la línea imaginaria que une las dos superiores, y que será la entrada de agua caliente de los

colectores. La otra perforación (4) en el mismo lado que el rebosadero, y será la salida de agua

caliente para su uso.

La última perforación (5) en la parte inferior del tanque, con su centro a unos 8 cm del

fondo y colocada en el lado opuesto a la perforación (3).

Una vez abiertas las perforaciones procederemos a colocar las piezas de unión

detalladas arriba. Además de estas piezas que nos servirán para unir el bidón con los

colectores a través de las conducciones, como nuestro tanque almacena agua caliente y fría, es

un tanque térmico mixto, debemos colocar algunos sistemas para evitar que se rompa la

estratificación del agua, evitar el retorno de agua al colector durante la noche y captar el agua

más caliente para el uso.

Pescador: Este dispositivo consiste en una conducción como las usadas en los

desagües de las lavadoras que se conecta a la perforación (4) y que en su extremo superior

lleva acoplado un corcho a modo de flotador, con esto garantizamos que siempre captaremos

el agua en la parte superior donde, por densidad, se encuentra el agua más caliente.

Boya acoplada a tubo de PVC: Este mecanismo se acopla a la perforación (1) y consiste

en una boya convencional que vierte el agua cuando está abierta dentro de un tubo de PVC de

90 mm de diámetro y una longitud igual a la altura útil del tanque menos un centímetro. Con

esto garantizamos la estratificación del agua, ya que la entrada de agua fría cuando gastamos

agua caliente se hace desde arriba y es la conducción de PVC la que evita que se mezclen agua

fría y caliente además de la turbulencia que provocaría la entrada del agua.

Válvula anti retorno: Se puede construir una válvula sencilla que se acoplará a la

perforación (3) por donde entra el agua caliente de los colectores. Se realiza cortando una

lámina de PVC de diámetro algo mayor que la abertura y se pega en un lateral de ésta. Con

esto evitaremos el retorno del agua caliente a los colectores en noches muy frías.

4.2.- Colector:

La estructura del colector se compone de una placa de policarbonato o polietileno

alveolar que hace de intercambiador de calor, cerrado en sus extremos con tubos de PVC.

Tendremos por tanto el intercambiador con cuatro aberturas, de las cuales sellaremos

con tapones la inferior izquierda y la superior derecha, en las otras dos colocaremos dos codos,

siendo la inferior al entrada de agua fría desde el tanque y la superior será la salida de agua

caliente hacia el tanque.

Fijar uno de los tubos de PVC a la tabla plana. Utilizando la placa alveolar marcar el

área donde será hecho el surco del ancho de la placa alveolar menos 1cm para dar espacio a

los acabamientos y evitar dejar más grande el surco de lo necesario x 1,1cm. Centrar ese surco

de manera que las puntas de los tubos queden con 4,5cm de largo cada una.

Hacer una perforación interna sobre el área demarcada, para la introducción de la

sierra de extremidad libre. Esta perforación puede ser hecha con taladro, con broca de 3mm.

Introducir la punta de la hoja de la sierra e iniciar el corte. Haga movimientos lentos

siguiendo el trazado, para no abrir un surco mayor o menor que lo necesario.

Una vez realizados los dos cortes y retirada la tira, dar acabado con la lija en las

superficies cortadas y redondear, con lima redonda las extremidades del surco, hasta alcanzar

el ancho original de la placa alveolar. En seguida limpiar con alcohol.

Lijar las extremidades de la placa y encajar 0,5cm de placa en el surco de cada tubo.

Limpiar con un trapo humedecido con alcohol, todas las superficies que serán pegadas, y tener

cuidado de no poner más las manos sobre ellas.

Sellar la placa y los tubos con ayuda de pegamento (Loctite).

Una vez tenemos el colector montado debemos hacer una prueba de fugas, tapamos

tres de las cuatro aberturas y conectamos a la que queda una conducción

de unos tres metros de longitud, llenamos de agua y observamos durante

unos 15-30 minutos.

Una vez que nos hemos asegurado de que no existen perdidas pasamos a pintar el

colector con pintura negro mate, con esto protegemos la placa y las conducciones de los rayos

UV además de maximizar la absorción de calor.

Debemos lijar la superficie a pintar por las dos caras de la placa, luego lo pintamos y

exponemos el colector al sol y apreciaremos como aparece un pandeo debido al calor, le

damos la vuelta para invertirlo y si fuese mayor repetimos el proceso hasta que la placa no se

pandee más.

A continuación lo vamos a asilar en su parte posterior. Usando placas de aislamiento

como las usadas en la construcción.

Prueba de presión:

Para asegurarnos del buen sellado del colector debe ser probado a una presión de 2 bar.

Para medir esa presión, lo mejor es llenar el colector de agua, completando la presión con el

aire de una bomba de bicicleta, midiéndola con un manómetro.

4.3.- Conexiones:

Una vez tenemos el tanque y el colector terminados, solo nos queda unir la entrada (3)

del tanque con la salida superior del colector y la salida (4) del tanque con la entrada inferior

del colector. Para ello usaremos las conducciones de PVC de la longitud necesaria para el lugar

donde coloquemos el sistema.

Una vez comprobado el funcionamiento del sistema procederemos a asilar el tanque con

material aislante de construcción. Pudiendose utilizar alternativas como papel, cartón,

césped…

5.- Orientación:

Debemos tener en cuenta dos factores a la hora de colocar nuestro sistema, la

orientación respecto al sol y la distancia mínima que debe haber entre el colector y el tanque

para que el agua fluya por efecto termo sifón.

Para la obtención de una buena circulación natural del agua en el sistema de colectores-

tanque térmico (evitándose el uso de una costosa moto-bomba), el tanque debe estar encima

del nivel de las placas, cuanto mayor sea este desnivel y atendiendo a la restricción de abajo,

mayor será la velocidad de circulación, mejorando la eficiencia térmica del sistema.

La exigencia es que la diferencia de altura de las alturas caracterizadas por el punto de retorno

(entrada de agua caliente al tanque) es la línea horizontal que divide el colector a la mitad, sea

igual o superior a 50 cm (figura 3a). Si usted escogió un tanque de agua mixta (agua caliente y

fría), la diferencia entre estas dos alturas, caracterizadas por el punto de retorno (entrada de

agua caliente al tanque), es la línea horizontal que divide al colector a la mitad, deberá ser

igual o superior a 60 cm (figura 3b).

Restricción: La diferencia de altura de las alturas no debe pasar los 3 metros en el caso de los

colectores termoplásticos- CSBC.

Figura 03b: Desnivel Coletor-Tanque

de agua Mixto.

La inclinación del colector deberá ser próxima a la latitud del lugar, se puede superar ésta

inclinación hasta en 10 grados, mejorando la eficiencia del equipamiento en el periodo de

invierno.

Por ejemplo, si la latitud es de 23 grados, siendo así, que el ángulo de inclinación con la

horizontal puede variar de 23 a 33 grados.

No siempre el montador de un colector solar tiene a la mano un transportador para

regular/medir la inclinación de un colector.

Para facilitar esto, incluimos aquí una tabla que permite definir los grados deseados con

facilidad.

Grados

Elev% Grados Elev% Graus Elev%

1 1,75 16 28,67 31 60,09

2 3,49 17 30,57 32 62,49

3 5,24 18 32,49 33 64,94

4 6,99 19 34,43 34 67,45

5 8,75 20 36,40 35 70,02

6 10,51 21 38,39 36 72,65

7 12,28 22 40,40 37 75,36

8 14,05 23 42,45 38 78,13

9 15,84 24 44,52 39 80,98

10 17,63 25 46,63 40 83,91

11 19,44 26 48,77 41 86,93

12 21,26 27 50,95 42 90,04

13 23,09 28 53,17 43 93,25

14 24,93 29 55,43 44 96,57

15 26,79 30 57,74 45 100,00

Ejemplo: Deseamos inclinar un colector en 25 grados, pero no disponemos de un

aparato preciso. En la tabla verificamos que 25 grados equivalen a 46.6% de inclinación.

Ahora es solo trazar horizontalmente una línea de un metro de largo (100 cm). Al final de esta

línea, a 90 grados medimos 46.63 cm

Unir la punta superior de la vertical al inicio de la línea de 100 cm.

El ángulo en este inicio será de 25 grados. La forma más fácil de llevar esta inclinación al

tejado, será la de dibujar el ángulo sobre una hoja de papel o sobre una cartulina. Entonces es

solo recortar, llevar y aplicar.

6.- Problemas:

Si realizamos correctamente la fabricación y respetamos las limitaciones impuestas

para el correcto funcionamiento del termo sifón, es decir, no tenemos perdidas y la distancia

entre tanque y colector es la adecuada, nuestro mayor enemigo será la presencia de burbujas

de aire en el sistema. El aire puede impedir la circulación del agua, por tanto debemos tener la

siguiente precaución.

Inclinaremos nuestro colector de manera que la salida hacia el tanque quede más alta

que la otra parte, con esto aseguramos que cuando llenemos el colector no queden burbujas

en el sistema.

Por lo dicho debemos tener especial cuidado a la hora de llenar por primera vez el

sistema de no dejar burbujas dentro del colector. Llenaremos el sistema por la salida del

tanque hacia el colector (5).

Podemos detectar la presencia de burbujas de aire tocando el colector con la mano y

detectando diferencias de temperatura en el mismo.

Víctor Gutiérrez Iglesias

647480394

Victorgutierrez80@hotmail.com

Información obtenida de Sociedade do Sol:

www.sociedadedosol.org.br