manual calentador solar de agua_juan molina
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Manual para la autoconstruccin de
Calentadores solares de agua (CSA)
para la higiene personal desarrollado
en el CECADE
Qosqo Yachay Wasi
Paruro-Yaurisque
CUSCO
Molina fuertes Juan Omar [email protected]
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SUMARIO
1. Presentacin.
2. Qu es un calentador solar de agua?
3. Tipos de calentadores solares de agua.
4. Componentes de un calentador solar de agua.
5. Como funciona un calentador solar de agua.
5.1. Circulacin por termosifn.
5.2. Circulacin forzada.
6. Construyendo los componentes de nuestros sistemas.
6.1. CSA de tubos de PVC.
6.1.1. Paso por paso en la construccin de la placa absorbedora.
6.1.2. Caja de la placa absorbedora.
6.1.3. Caja del termotanque.
6.1.4. Deposito de agua del termotanque.
6.2. CSA tipo bolsa.
6.2.1. Construccin de la bolsa.
6.2.2. Caja de la bolsa.
7. Instalacin del sistema.
7.1. CSA tubos de PVC.
7.2. CSA tipo bolsa.
8. Como se mantienen?
9. Sugerencias.
10. Consideraciones finales.
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1. presentacin.
El proyecto se desarrollo pensando en la bsqueda de alternativas
econmicas para la obtencin de agua caliente en zonas rurales, donde
el adquirir un sistema comercial ya sea a gas, electricidad o solar esta
por dems mencionarlas, debido a que en determinadas zonas ni
siquiera se cuenta con el suministro bsico de agua potable. Es por eso
que visto dicha necesidad tan primordial especialmente el de contar
con agua caliente para el aseo personal, se busca la autoconstruccin
de un sistema sencillo, econmico, con materiales de la zona y de fcil
acceso.
Se presentara la autoconstruccin de dos sistemas de CSA teniendo la
eleccin de elegir segn las herramientas y materiales que tengan a
disposicin. CSA con tubos de PVC y CSA de bolsa.
El proyecto dio sus frutos gracias al apoyo desinteresado de la
Institucin CECADE Qosqo Yachay Wasi ubicado en el distrito de
Yaurisque provincia Paruro-Cusco-PERU. Dicha institucin tiene como
prioridad fundamental hacer labor social complementndose con la
tecnologa de las energas renovables.
Labor social desarrollada con fines productivos, enseando y dando a
entender a las personas campesinas que el vivir fuera de la ciudad no
es impedimento como para no lograr un mejor desarrollo humano. Se
ensea a usar y perfeccionar los propios recursos que ellos mismos
generan en la parte de: alimentacin, vestimenta, agricultura, crianza
de animales menores y la parte ornamental de plantas y flores.
Por la parte de la energas renovables se les concientiza que no solo de
de la energa convencional se puede vivir dignamente, sino que hay
otras alternativas energticas mas sanas, mas naturales, mas limpias y
que las tenemos a disposicin y en abundancia, y lo mas fundamental
gratis, es cuestin solo de atrevernos y de algn modo aprovechar su
uso como en este caso la de calentar agua por medio solamente de la
energa del sol.
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2. Qu es un calentador solar de agua?
Es un sistema con la cual se calienta el agua con la ayuda solo del
sol, no necesariamente a cielo despejado sino tambin con
presencia de nubosidades. En la actualidad hay una serie de
diseos y modelos de calentadores solares de agua o tambin
conocido como terma solar, la diferencia esta en los materiales
para su construccin.
Los calentadores solares comerciales mas comunes son
construidos con tubos de cobre, aluminio y acero las cuales elevan
el costo del sistema. Es debido a ello que se busca alternativas de
autoconstruccin con materiales sencillos y de fcil acceso para
la obtencin de agua caliente para la higiene personal, el cual
juega un rol importante en la autoestima corporal.
3. TIPOS DE calentadores SOLARES DE AGUA (csa)
Comercialmente existen 4 tipos de CSA: planos, concentradores,
parablicos y de tubos de vaco, siendo este ltimo de actual
tecnologa. De los 4 tipos mencionados los que tienen mas
demanda a nivel mundial son los CSA de placa plana para la
produccin de agua caliente a baja temperatura (
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Fig.1. Calentador solar de agua de placa plana.
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Fig.2. Otras alternativas de CSA con diversos materiales.
4. Componentes de un CSA.
Un sistema de CSA se compone de las siguientes partes:
1. El colector constituido por la placa absorbente y la caja
trmica. La placa absorbente es la unidad receptora de la
radiacin solar que calienta el agua, y esta formada por una
plancha de calamina a la cual se adhieren una serie de tubos
de PVC paralelos dentro de los cuales circula el agua. La caja
trmica lleva en su interior la placa absorbente con un
colchn de aislamiento, este aislamiento puede ser: paja,
lana de oveja, pluma de aves, aserrn, esponja, tecnopor,
lana de vidrio, etc.
2. El termotanque almacena el agua caliente hasta su
utilizacin y esta aislado para conservar el calor.
3. Las conexiones, que se usan para la circulacin del agua
entre el colector y el tanque durante las horas de sol, y de
este a la tubera de uso.
El agua fra ingresa por la parte inferior al colector y se
calienta por el efecto de la radiacin solar a medida que
asciende por la placa absorbente. El agua caliente, que sale
del colector ingresa por la parte inferior del termotanque
conducida interiormente por un tubo que esta por encima de
la salida de agua caliente de consumo, mientras que el agua
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mas fra sale de la parte inferior hacia el colector, para
circular continuamente durante las horas de sol.
5. COMO FUNCIONA UN CALENTADOR SOLAR DE AGUA
4.1. Circulacin por termosifn.
Este principio es el que mejor se adapta a sistemas simples como
nuestro proyecto, siempre que se tenga la posibilidad de instalar
el termotanque por encima del colector. Esta diferencia de altura
entre dichos componentes garantiza la circulacin del agua por el
colector, por la diferencia de densidad entre el agua caliente y
fra, a medida que el agua se calienta por los tubos que
conforman el colector esta sube presionada por el agua fra, que
por ser mas pesada fluye hacia la parte baja del colector. Este
proceso se mantiene mientras haya radiacin solar. Este principio
es el mismo para los CSA comerciales diferencindose solamente
en los materiales para su fabricacin.
Fig.3. Esquema de un CSA operando por termosifn o
circulacin natural.
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4.2. Circulacin forzada.
En este caso el termotaque esta por debajo del colector
6. CONSTRUCCION DE LOS COMPONENTES DE NUESTRO SISTEMA
A continuacin presentaremos la construccin de 2 sistemas de CSA,
con tubos y tanque de PVC de 83 litros y otro tipo bolsa de 85 litros.
6.1. CALENTADOR SOLARDE AGUA CON TUBOS DE PVC.
6.1.1. Construccin de la placa absorbedora.
Materiales:
11 tubos de PVC de y 2m de longitud.
2 tubos de PVC de 2 y 1m de longitud (tubos cabezales).
2 tapones de 2.
2 tapones de 2 con reduccin a .
2 uniones de con rosca para dichos tapones con
reduccin.
1 calamina.
Alambres.
Cartulina, tijera y cinta adhesiva.
de pintura negra mate.
Pegamento epoxi.
Herramientas:
Taladro.
Lima circular.
Alicate.
Lijas.
Pasos para la construccin:
1) Hacer 11 agujeros a los tubos cabezales de
aproximadamente distanciados 8cm c/u para hacer
ingresar sobre estos los 11 tubos de PVC de . Por otro
lado colocar los tapones y uniones con pegamento.
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Fig.4.Tubos de PVC para armas la placa absorbedora.
2) Ingresar sobre los cabezales 1.5cm los 11 tubos por ambos
lados.
3) Con cartulina hacer 22 moldecitos circulares y pegarlos
con cinta adhesiva alrededor de los tubos ingresados sobre
el cabezal.
Fig.5. Molde para el vaciado del pegamento.
4) Verter el pegamento en cada moldecito.
Fig.6. Formas de colocar los moldes
sobre los cabezales.
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5) Colocar la calamina sobre los 11 tubos haciendo coincidir
estos en cada canaleta y asegurar con alambre cada 30cm
desde sus extremos.
6) Pintar de negro todo el conjunto armado.
Fig.7. Placa absorbedora del colector.
6.1.2. Construccin de la caja de la placa absorbedora.
Materiales:
Madera.
Clavos.
Cola para madera.
Plstico de invernadero.
Triplay.
Herramientas:
Martillo.
Serrucho.
Cinta mtrica.
Lija para madera.
Pasos para la construccin:
1) Para el largo de la caja se necesita cmcmcm 5.112228 y
cmcmcm 5.112116 para el ancho. 2) Antes de unir dichos cortes de madera y formar toda la
parte lateral de la caja, hacemos una especie de agarre
entre los mismo (ver figura 8), y se refuerza las esquinas
con listones de cmcmcm 449 .
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3) Por otro lado se cortan listones : 3 de cmcmcm 5.16228 que irn clavados 1 en la parte superior sobre (1) y 2 en la
parte superior e inferior sobre (8); 1 de
cmcmcm 5.112228 clavado en la parte inferior de (1); 4 de
cmcmcm 5.16101 clavados 2 sobre (2) parte inferior-
superior y 2 sobre (7) parte superior-inferior; 8 de
cmcmcm 25.5116 las cuales se colocaran sobre la base
equidistantes uno del otro y por ultimo 18 de
cmcmcm 5.15.59 clavados 6 sobre (1), 6 sobre (8) en
coincidencia con los listones de la base, 3 sobre (2) y 3
sobre (7).
4) La tapa se construye haciendo un marco de madera con
listones: 2 de cmcmcm 2.25.3228 para el largo y 2 de
cmcmcm 2.24109 para el ancho. Uniendo formamos el
marco que sobre el se coloca plstico de invernadero
asegurados con tornillos y volandas cada 12cm.
Por motivos de lluvias se forro la caja con plstico reciclado
de invernadero.
Ms de talles de la construccin de la caja se muestran en las
fotos siguientes.
Fig.8. Partes para la construccin de la caja.
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Fig.9. Armado de la estructura de
la caja.
Fig.10.Forrado exterior e
interior de la caja con plstico.
Fig.11. Estructura de la caja por
terminar.
Fig.12. Caja de la placa
absorbedora terminada.
Foto de la caja y tapa
del CS
6.1.3. Caja del Termotanque o depsito de
almacenamiento de agua caliente.
Materiales:
Madera.
Cola para madera.
Lija.
Plstico reciclado de invernadero.
Lana de vidrio.
Fornica o triplay.
Herramientas:
Martillo.
Clavos.
Sierra y cepilladora elctrica para madera.
Lima circular.
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Construccin:
La caja es de base cuadrada de 60cmx60cm y de altura
90cm. Esta armado con 4 listones (1) de 90 cm c/u en la
cual en sus extremos se ha hecho una especie de grada
como se muestra en la figura 13, 8 listones (2) y (3) de
54cm que fijaran la caja lateralmente en la base y en la
parte central, 4 listones (4) con forma de L de 52cm que
fijaran la parte lateral-superior de la caja, 4 cuas (5)
que aseguraran la base de la caja con la parte lateral, 8
listones de 60cmx5cmx3cm colocados en la base y
encima de (2) (ver figura 15) y por ultimo el triplay de
60cmx90cm que cerrara todo la parte lateral.
Se forra la caja para protegerlo de al humedad y las
lluvias para darle mayor tiempo de duracin.
Fig.13. Componentes para armar la caja del termotanque.
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Fig.14. Estructura de la caja.
Fig.15. Base de la caja.
Mas detalles de la construccin las mostramos en las
figuras siguientes.
Fig.16. Estructura de la caja del deposito de almacenamiento.
Fig.17.Forrado interior y
exterior con plstico.
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Fig.18. Caja terminada.
Fig.19. Caja del depsito de
almacenamiento final.
6.1.4. Deposito de agua del termotanque.
Materiales:
Bidn de PVC de 90 litros.
6 uniones de .
Boya de tanque alto.
1m de manguera de .
Alambre.
3 tubos de PVC y 3.5cm de largo roscado.
Lana de vidrio de cmcmcm 5.677175 .
Herramientas:
Lima circular.
Taladro.
Terraja para hacer roscados.
Construccin:
Una vez construido la caja pasamos a realizar los
orificios en el depsito de almacenamiento, las cuales
sern cuatro y de cada uno.
1) Entrada de agua de la red. Esta a 70cm del fondo del
depsito.
2) Salida de agua caliente de consumo. Esta a 42cm del
fondo del depsito.
3) Entrada de agua caliente proveniente del colector solar.
Esta a 3cm del fondo y unido a el esta conectado un tubo
que lleva el agua caliente a 48cm por encima del fondo
(normalmente esta distancia es los 2/3 del nivel del agua
alcanzada en el tanque).
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4) Salida de agua fra hacia el colector solar. Esta a 3cm
del fondo.
Representado grficamente tenemos:
Fig.20.Esquema del tanque y las posiciones de los agujeros.
Ms detalles las mostramos en las figuras siguientes:
Fig.21.herramientas para
los agujeros.
Fig.22.Agujeros asegurados con
niples construidos.
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Fig.23.Lana de vidrio de 6.5cm
de espesor como aislante.
Fig.25. Vista interior del tanque.
Fig.24. Tanque dentro de su caja con
el aislante respectivo.
Fig.26.Acabado final del
termotanque.
6.2. CSA tipo bolsa.
Este tipo de sistema de calentamiento de agua es el ms
simple y a la vez el ms econmico, la bolsa esta hecha de
plstico para invernadero y cuenta con una entrada para el
llenado y salida para el consumo. Todo el sistema se encuentra
dentro de una caja el cual ha sido forrado tanto interiormente
como exteriormente para protegerlo de la lluvia y la humedad.
Por la parte de la base de la caja se ha colocado esponja
pintada de color negro como material aislante para evitar las
perdidas de calor por conduccin, como cobertor de la caja
(tapa) se ha colocado plstico reciclado esto para generar el
efecto invernadero y atrapar el calor que se produce
interiormente en la caja, lo mencionado lneas arriba se
muestra en la figura 27 siguiente.
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Fig.27. CSA bolsa plstica.
6.2.1. Construccin de la bolsa de 85 litros..
Materiales:
Plstico de invernadero.
Peridico usado.
Uniones de .
Jebe vulcanizado de cmara de llanta usado.
Tubo roscado de PVC de 3.5cm de longitud.
Tijera o cuchilla.
Herramientas:
Plancha domestica.
Terraja para tubos de PVC.
Construccin:
1) Cortamos plstico de invernadero de cmcm 15072
doble ancho.
2) Hacemos dos agujeros para la entrada-salida de agua en
ambas caras del plstico que conformaran la bolsa: uno
al centro y el otro al centro del centro, y colocamos 2
niples hechos con uniones de y jebe de la cmara de
llanta tal como se muestran en las figuras siguientes.
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Fig.28. Materiales para hacer los niples.
3) Colocamos los nicles hechos en al paso 2 con un poco
de tefln tal como se muestra en la figura 29.
Fig.29. Niple colocado
4) Ahora sellamos los contornos que conformaran la
bolsa. Para esto hacemos doble doblez en cada
contorno de 3cm cada uno y con papel peridico
hacemos una especie de sndwiches entre el plstico y
el papel, pasamos la plancha de uso domestico y
mediante el calor producido por este sellamos el
plstico.
Fig.30. Sellado del plstico.
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Fig.31. Bolsa construida.
5) Construido la bolsa se pinta de negro la base para
asemejar a un cuerpo negro y absorber la radiacin
solar. Ver figura 32.
Fig.32.Bolsa con base negra.
6.2.2. Caja de la bolsa.
Materiales:
Madera.
Cola para madera.
Clavos.
Plstico de invernadero reciclado.
Herramientas:
Serrucho.
Martillo.
Construccin:
La caja es de madera con dimensiones de cmcmcm 2775146 y 1.5cm de espesor, se usaron listones
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en los bordes de la base para asegurar el peso de la bolsa
con agua y se cubri el fondo con triplay. Debido a la
temporada de lluvias presentadas en el lugar de trabajo
se forro la caja con plstico reciclado de invernadero
tanto interior como exterior, eso para evitar el deterioro
de la misma.
Detalles de la caja construida se presentan en las figuras
siguientes.
Fig.33.Caja construida.
Fig.34 .Caja con forro de
plstico.
Como aislante para evitar las prdidas de calor se prob
con paja, esponja y lana de vidrio para las evaluaciones
con el motivo de ver los cambios presentados en la
temperatura del agua y el tiempote duracin de agua
caliente de la misma a lo largo del da.
Fig.35.Caja, paja, esponja y bolsa.
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7. instalacin de los sistemas.
7.1. CSA tubos de PVC.
Primeramente debemos de fijar el colector hacia el norte
geogrfico y con una inclinacin segn la latitud del lugar. En
nuestro caso Cusco debemos de inclinarlo un ngulo de 13
+/-10.
La altura entre el colector y termotanque debe ser 20cm.
Para el soporte del colector y termotanque se usan
caballetes de fierro pudindose emplear tambin otros
materiales caso madera.
Materiales:
5 codos de .
Tubo de PVC de para agua fra de 2.25m de largo.
Tubo de PVC de para agua caliente de 0.68m de largo.
Tefln.
2 uniones universales de .
1 unin tipo T.
Ducha.
2 Llaves de paso.
Abrazaderas o alambres.
Herramientas:
Llave stilson.
Terraja para tubo de PVC tanto de agua fra como de
agua caliente.
Hecho la construccin tanto del colector como del
termotanque pasamos a la instalacin.
Para la conexin entre el colector y el termotanque, se
utilizo tubos de PVC especialmente para agua fra y agua
caliente, 5 codos: 1 a la salida de agua caliente del colector,
2 a la entrada-salida del termotanque, 1 para la ducha y otro
a la entrada de la red, 1 unin tipo T a la entrada de agua
fra del colector, 2 uniones universales y tefln. El agua que
llena el termotanque proviene directamente de la red
mediante una manguera, que esta asegurada con abrazaderas
a la entrada del termotanque y, esta controlada
internamente por una boya de tanque alto para mantener el
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nivel del agua. Las llaves de paso se colocan uno en la unin T
a la entrada de agua fra al colector para drenar el agua en
poca de helada y otra a la entrada de agua de la red al
termotanque para controlar el suministro.
El agua entrante al termotanque llena el tanque y a la vez
este le suministra al colector el cual lo calienta y lo devuelve,
formando un circuito cerrado activado naturalmente.
Detalles mencionados lneas arriba las mostramos en las
figuras siguientes.
Fig.29. Conexin agua fra- caliente del colector al termotanque.
Fig.30.Vista de perfil de las conexiones.
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7.2. CSA tipo bolsa.
La instalacin de este sistema es muy sencillo, solo se
requiere de unos cuantos centmetros de tubo de PVC o
manguera y una ducha, que se colocan a la salida de agua
caliente de consumo dependiendo de la altura de la
instalacin. Dicho sistema puede ser colocado sobre
soportes de madera o cualquier otro material dependiendo
de la comodidad del usuario.
8. Cmo se mantienen?
El mantenimiento de los sistemas es muy simple y
principalmente esta en el cobertor que en este caso vendra
hacer el plstico que sirve adems de tapa. Hay que
limpiarlo constantemente con un trapo y agua para tener una
buena transmitancia de la radiacin solar hacia el interior
del colector. Siempre hay que darle una revisin fsica en
las uniones o las partes pegadas, para que en caso de fugas
de agua reparar o cambiar lo afectado y no involucrar a
todo el sistema.
Para el de tipo bolsa cuando se haga la carga de agua se
debe de sacar constantemente el aire proveniente con el
agua de la red, para evitar que aya mas superficie vaca de
agua en la bolsa expuesta a la radiacin ya que este
deteriora y condiciona la durabilidad de la bolsa.
9. sugerencias
Estos sistemas requieren de mucha identificacin de parte
del usuario para el buen funcionamiento y duracin del
mismo. En el caso del CSA de PVC las descargas de agua
caliente se deben de hacer diariamente o a lo mucho al da
siguiente por la maana. Dado a que si no es as el agua
estancada recalentara el sistema y la duracin de los
materiales se vera reducida, pudiendo llegar el agua por
sobre los 60C (tener presente que los tubos de PVC
soportan hasta 55C, mas all de este valor sufren
ablandamientos).
Con el de tipo Bolsa no surge este problema. Si uno guarda
el agua caliente para el da siguiente este se mantiene en
20C, agua por sobre la temperatura de red que esta por
debajo de los 15C. Este excedente de energa nos ayuda a
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obtener agua caliente en menor tiempo pudindose realizar
en un solo da dos descargas.
10. consideraciones finales.
Ambos sistemas tanto el de tubos de PVC como el de bolsa
plstica, fueron probados y evaluados constantemente para
constatar que realmente los materiales usados para su
construccin, resultaban como alternativas a los materiales
ya conocidos con las cuales se fabrican CSA comerciales.
Con el sistema de tubos de PVC se alcanza temperaturas
entre 45C y 50C con un promedio de energa solar
incidente de 4.45kWh. Mientras que con el de tipo bolsa se
alcanza temperaturas de 45C.
La diferencia esta en que con el sistema de tubos el agua se
mantiene caliente hasta el da siguiente gracias al
termotanque, agua caliente a 32C. Mientras que con el
sistema de bolsa el agua caliente es de uso instantneo,
mantenindose algunas horas despus de haberse ocultado
el sol.