I.- CALENTADORES DE
AGUA SOLARES
Antes de exponer el calentador que construí
para mi casa, mencionaré algunos de los calentadores de agua solares más
económicos:
1.- Calentador de
Agua Solar de Recipiente abierto
Este calentador es el más económico y consiste
de un recipiente amplio, al que se le vierte la cantidad de agua necesaria y se
coloca en un lugar en el que incidan los rayos solares y se deja el tiempo
necesario para que se tibie o caliente. El tiempo de calentamiento dependerá
del ángulo con que incidan los rayos solares sobre el espejo de agua, así como
de la temperatura ambiente. Desde luego que en
temporada de invierno o fría los rayos solares inciden inclinados, es
decir la declinación del sol es mayor, por lo que el calentamiento es más lento
o menor. Si se desea aumentar la
temperatura del agua y/o disminuir el tiempo, se puede colocar un vidrio o
placa de plástico transparente sobre el recipiente para que se produzca el
efecto invernadero, es decir, se evita que el agua se evapore y en esa forma se
aumenta y conserva el calor. También se puede hacer que se conserve el agua
caliente por mayor tiempo si se forra el recipiente con algún material aislante
térmico, que inclusive puede ser cartón protegido para que no se moje, aunque
no sea muy eficiente.
2.- Calentador de
Agua con Colector Solar de Manguera Negra. (Fig. 1)
Este Calentador es de los más económicos y
fácil de construir, y sus elementos
principales, como la mayoría de los calentadores solares, son: el colector
solar y un tanque o bidón de plástico de
la capacidad que se quiera (Termo-tanque). Su construcción es muy sencilla como
se muestra a continuación:
a) Materiales para su construcción:
Los materiales necesarios son:
- 20 mts. de manguera negra para agua de ¾”,
- 13 Tee de inserción de PVC de ¾”
- 4 Codos 90° de inserción de PVC de ¾”
- 2 Adaptadores para tanque de ¾” de PVC (o
de otro material)
- 3 Adaptadores de inserción de PVC de ¾”,
- 1 Llave de paso de PVC de ¾” (puede usarse
de otro material),
- 1 Lámina de fierro o de aluminio (placa de
absorción) de 0,915 x 2.00 mts.
- Silicón Sellador para alta temperatura), ó
Cemento para CPVC,
- 1/2 litro de pintura esmalte o acrílica
negro mate,.
- 1 litro de thiner,
- 1 Rollo de Teflón (para los adaptadores),
- 1 Tanque de plástico de aprox. 100 litros,
- 3 polines de 4”x 4” x 8 pies,
- 2 Tablas de 1”x 8” x 8 pies
-
Alambre flexible, clavos y pijas.
En la
Foto 1 se muestran los conectores de PVC.
b) Armado del colector solar:
En primer lugar, necesitamos definir el tamaño
del colector. Las medidas comunes son de 1.00 x 2.00 metros. Considerando que
existen en el mercado lámina lisa galvanizada y de aluminio de 0.915 x 2.44 m,
(3 X 8 pies), se propone que las medidas interiores del colector sean de 0.915
x 2,00 m (el largo puede ser menor). Si resulta más económico utilizar lámina
lisa negra, la pueden aprovechar.
En el Croquis de la Fig. 1 el colector
aparece con un ancho de 1.00 m y 8
mangueras, por lo que debe corregirse a 0.915 x 2.00 metros y 7 mangueras.
¿Qué es la placa de absorción?: Se denomina placa de absorción a la lámina
sobre la que se coloca el radiador o
serpentín para aumentar la transmisión de calor a las mangueras o tubos dentro
de los que circula el agua, ya que dicha placa, por tener mayor superficie
expuesta al sol y conductividad térmica media o alta, absorbe la radiación de
los rayos solares que hace que se caliente y al estar en contacto con las
mangueras o tubos les transmite su calor
(lo ideal es que la lámina envuelva a las mangueras o tubos) Además, la placa de absorción es más
eficiente si es de lámina de cobre, con un coeficiente de conductividad térmica
de los más altos, pero su costo es prohibitivo para esta aplicación; podemos decir que la lámina de aluminio es la
que sigue en eficiencia, con un coeficiente de conductividad térmica menor pero
alto, y, por último, la lámina de fierro, con mucho menor coeficiente de
conductividad térmica que la de aluminio, es todavía menos eficiente, pero
tiene la ventaja de que su costo es menor, con el mismo calibre.
Procedimiento de armado: (Fig. 1 y Foto 1)
De acuerdo con mis cálculos, el radiador se
compone de 7 tramos de manguera negra de ¾”.
Para medir los tramos de manguera, se coloca
un conector de PVC en cada extremo de la lámina seleccionada de 0.915 x 2.00
m., dejando un espacio libre, digamos de 2 cms. y se mide la distancia entre
los conectores (hasta los puntos de inserción de la manguera), se corta un
tramo, digamos de 1.93 m., se confirma la medida colocándolo entre los dos
conectores, Una vez que se está seguro, se cortan los 6 tramos restantes.
En seguida se unen dos Tee de PVC de ¾” y se
mide la distancia entre los puntos extremos de inserción de la manguera,
digamos que resulta de 8 cms. se corta un tramo (cople) de esta medida y se
confirma (conviene probarlo insertándolo en un conector de una Tee); una vez
seguro de que es correcta, se cortan los restantes 14 tramos necesarios.
Se procede a unir, con los coples de manguera
ya cortados, las 6 Tee y los dos codos para formar el colector inferior (distribuidor de agua fría), buscando que el
conector perpendicular de todas las Tee queden alineados, incluyendo los codos
de los extremos; para ello se utiliza el Pegamento para PVC, aunque creo que es
mejor utilizar el Silicón Sellador Alta Temperatura, pues no he tenido buenos
resultados con el Pegamento para PVC; es recomendable que se tenga cuidado con
el tiempo de secado, con cualquiera de ambos productos, antes de manipular la
pieza pegada. (Si se desea dejar un conector para vaciar las mangueras del
colector, se puede sustituir el codo del distribuidor de agua fría por una Tee
de Inserción y agregarle un tapón o una llave).
Posteriormente, y de igual manera, se unen
las otras 6 Tee y los dos codos extremos para formar el colector de agua
caliente, cuidando que un codo quede dirigido en sentido contrario para
conectar la manguera superior que va al tanque.
Una vez fraguado o secado el pegamento
utilizado, de acuerdo con las indicaciones del envase, se procede a unir, con
los 7 tramos de manguera, ambos colectores.
Primero se insertan las mangueras al
distribuidor de agua fría, utilizando el mismo procedimiento utilizado en la
unión de las Tee. Ya secado el pegamento, el otro extremo de las mangueras se
inserta en el colector de agua caliente, no olvidando que el codo que tiene
dirección contraria quede diagonalmente
opuesto al codo libre del distribuidor de agua fría, para que pueda conectarse
fácilmente al tanque, con un tramo de manguera. Ver Fig.1.
Es posible que se tenga dificultad en
insertar las mangueras en los conectores; si es el caso, se recomienda
introducir las puntas en agua caliente para que la manguera se ablande,
secándola de inmediato para aplicar el pegamento. Se sugiere utilizar guantes
gruesos.
En el caso de que existan fugas de agua, se
utilizarían Abrazaderas Sinfín o alambre.
De esta forma queda terminado el radiador,
por lo que en seguida se procede a colocarlo sobre la placa de absorción
elegida, la cual se pinta previamente con pintura esmalte o acrílica negra
mate, para que absorba, con mayor eficiencia, la energía calorífica de los
rayos solares (para pintar se recomienda limpiar con thiner y lijar ligeramente
la lámina galvanizada para que se fije la pintura).
Es necesario que las mangueras del radiador
queden unidas a la placa de absorción, por lo que cada manguera se fija con
alambre maleable a la lámina, perforando ésta, con broca delgada y taladro, con
un punzón o con un clavo para concreto, procurando apoyar la lámina sobre
madera para evitar que se deforme.
Considerando que la lámina (placa de
absorción) no es lo suficientemente rígida, es conveniente apoyarla sobre un
marco que se puede construir con tiras de madera de 1”x 2”, sobre las que la
lámina se atornilla con pijas o tornillos para tablaroca, por ejemplo, y colocándole
2 o más travesaños.
Es conveniente mencionar que en las
madererías donde se adquiere la madera, se la cortan a la medida que se
necesite, incluso se la cepillan sin costo.
Con esto queda terminado el Colector Solar,
solo falta colocarlo en el lugar soleado elegido, y conectarlo al tanque, para
lo cual es necesario considerar lo siguiente:
- Debe situarse en un lugar en el que durante
la mayor parte del día y todo el año incidan los rayos solares,
- Posicionarlo con orientación hacia el SUR.
- Que quede inclinado con un ángulo de
aproximadamente 30°,
Los estudiosos establecen que este ángulo
debe ser el correspondiente a la Latitud del lugar, y otros mencionan que el
ángulo debe ser la Latitud del lugar más 10° ó 15°. En el calentador solar que
yo construí e instalé en mi casa, utilicé la Latitud (aproximadamente 26°) y
funciona muy bien. La Latitud del lugar se puede obtener en Internet.
En la Fig. 1 se muestra una manera de
instalar el colector solar, con algunas medidas acordes con el ángulo de 30°.
Si se usan los polines como se muestra en el croquis, es necesario que éstos
queden fijos al piso, y se coloquen “contraventeos” (tiras de madera en
diagonal entre cada par de polines) para que no se muevan, los cuales no se
muestran en el croquis. Se puede utilizar fierro si les resulta más económico.
Foto
1- Conectores de PVC., tramos de manguera y pegamentos
c) Tanque (Termo-tanque)
El tanque es el otro elemento básico del
calentador de agua solar, y pude ser cualquier tanque abierto que permita
instalarle los Adaptadores para Tanque; lo más recomendable es que sea de
plástico con capacidad que puede variar, dependiendo de la disponibilidad del
mismo, es decir, del que se tenga a la mano o se pueda conseguir en el mercado,
ya sea de más o menos 100 litros o de otra capacidad distinta, 200 litros, por
ejemplo. En el caso que estamos describiendo, se utiliza un tanque de un poco
más de 100 litros de plástico, abierto pero con tapa, la cual le sirve para
proteger el agua de basura y polvo.
Al tanque en cuestión se le colocan dos
Adaptadores para Tanque con su Conector de
Inserción respectivo (Foto 2); uno a 15 cms de la parte superior y otro
en la parte inferior del mismo, lo más bajo posible. Para hacer las
perforaciones se utiliza una broca circular y taladro (del tipo que usan los
carpinteros para instalar las chapas o llavines). Conviene que los adaptadores
queden en línea, es decir, uno frente al otro, desde luego, en posición
vertical diferente. Al adaptador de inserción inferior se le agrega una Tee de
PVC con un cople de la misma manguera negra; al conector derecho de la Tee se
le adiciona un Adaptador de Inserción, también con un cople de manguera, y a
este se le conecta una llave de paso, o de nariz para control de salida de
agua.
El Adaptador para Tanque superior, pude
instalarse más abajo, es decir, a unos 25 ó 30 cms. de la parte superior del
tanque, pero si se baja, es necesario subir el tanque aumentando la altura de
la estructura de soporte. Abajo, en el punto d) Funcionamiento del Sistema,
trataré de explicar la razón de este cambio.
El tanque debe instalarse a una altura tal
que el Adaptador para Tanque superior quede, por lo menos, al mismo nivel que
el codo libre del colector o, si se puede, más arriba de dicho codo, como se
muestra en la Fig. 1, o que la base del tanque quede al nivel de la parte
superior del colector solar. Por lo tanto, la estructura de soporte del tanque
se construirá con la altura necesaria para que se cumpla esta condición. Como
en el colector solar, se recomienda que la estructura de soporte se fije al
piso y se coloquen contrventeos entre cada par de polines; igualmente, el
tanque debe fijarse a su base para evitar que se vuelque.
Instalado el tanque, se procede a conectar,
con tramos de manguera negra, el codo libre inferior del colector con el
conector izquierdo de la Tee instalada en la parte inferior del tanque; así
como el codo libre superior del colector solar con el Adaptador de Inserción
superior del tanque. Las conexiones se harán bajo el mismo procedimiento
utilizado en las conexiones del colector solar.
En la Foto 3 se observa el tanque que se
utilizó en el calentador de agua solar construido por un familiar, el cual
funcionó bien, a pesar de que el colector de manguera negra (Foto. 4) se
instaló sobre un techo de lámina galvanizada acanalada orientado hacia el
poniente
d) Funcionamiento del Calentador de Agua
Solar:
Después de que quede instalado totalmente el
Sistema, y que haya fraguado o secado el pegamento, se procede a verter agua al
tanque hasta el ras, es decir, el espejo de agua debe estar arriba del
Adaptador superior para que pueda funcionar. Cuando está lleno y los rayos
solares inciden sobre el colector solar, el agua que está contenida en las
mangueras del mismo empieza a
calentarse, y como el agua caliente es menos densa que el agua fría se inicia el ascenso del agua caliente y, como
no existe nada que la detenga, se introduce en el tanque, y de inmediato es
sustituida por el agua fría que sale de la conexión inferior del tanque y se
introduce en las mangueras.
Mientras el sol esté incidiendo sobre el colector
solar, el proceso de ascenso del agua caliente y el descenso del agua fría o
menos caliente se hace continuo (recirculación) y en esa forma se va calentando
toda el agua del tanque. A este proceso se le denomina de “convección” o
“termo- sifón.
Cuando el agua tibia o caliente se extrae del
tanque, el proceso de calentamiento deja de funcionar, debido a que el nivel
del espejo de agua queda abajo del Adaptador superior del tanque y ya no es
posible que continúe el proceso de convección; por lo que es necesario llenarlo
nuevamente de agua. Por esta razón, es
que si se baja la posición del Adaptador para Tanque a 25 ó 30 cms. podemos
extraer un poco de agua tibia o caliente sin que deje de funcionar el mencionado
proceso, siempre y cuando el nivel del agua esté arriba del Adaptador.
Es importante mencionar que el calentador no
funcionará cuando esté nublado; sin embargo,
se tendrá ahorro de energía (y dinero) durante 6 meses o más,
dependiendo de la región donde se instale. Aunque no me he puesto a
registrarlo, yo calculo que mi calentador de agua solar funciona unos 10 meses
al año, desde luego que el colector solar es de cobre.
Este concepto de calentador es para el caso
de que no se cuente con sistema de agua municipal o de bombeo de noria o pozo
propio y el llenado del tanque se hace manualmente cada vez que se extrae agua
tibia o caliente.
Foto 2. Conectores de pvc
Foto 3. Tanque de aprox. 100 litros
Foto. 4. Colector solar de manguera negra y conectores de PVC (experimental)
- Calentador en el techo (azotea) de la casa:
En el caso de que se disponga de algún
sistema que permita subir el agua sobre el techo de la casa, y se cuente con el
espacio necesario con la orientación hacia el SUR, es posible instalarlo sobre
el techo, para lo cual se requiere que desde abajo se pueda observar y
controlar el llenado del tanque al derramarse el agua, o por medio de un tubito
o manguerita insertado en la parte más
alta del tanque, para saber el momento en que se llena, abriendo y cerrando una
llave conectada a la manguera que
alimente al tanque. También se puede sustituir la Tee de la base del tanque por
una Cruz de Inserción, para agregarle una manguera transparente que la punta
superior quede sobre el nivel del espejo máximo del agua, para observar el
nivel de llenado del tanque.
Ahora, todavía se puede mejorar el Sistema en
el techo de la casa, si se cuenta con Servicio Municipal de Agua y al tanque se
le instala un flotador, y se ajusta la
posición del Adaptador para Tanque superior y la altura del propio tanque, con
lo cual el llenado se hace automático; desde luego que se puede extraer agua
hasta que esté tibia o caliente, con la desventaja de que al estar extrayendo
el agua se mezcla con la fría que entra al mismo tiempo.
También se puede conectar la salida del agua
tibia o caliente a una regadera de la casa para bañarse.
Todo se puede hacer por sí mismo si se
quiere, por lo que es conveniente, desde que se decide construir un calentador
de agua solar, planearlo previamente, aunque su construcción le lleve tiempo,
pues no es forzoso que se haga en una semana o en un mes, puede llevarse un
año, lo importante es que nos decidamos a disminuir los gastos de gas, etc.
Debe evitarse que el colector solar quede
vacío durante mucho tiempo para que el sol no tueste las mangueras.
e) Costo del calentador.
El costo aproximado por concepto de
materiales de un calentador de agua con colector solar rectangular de manguera
negra, se detalla a continuación:
(Pesos Mexicanos) $
- 20 mts.de manguera negra para agua de ¾”, 100.00
- 13 Tee de inserción de PVC de ¾”, 124.00
- 4 Codos 90° de inserción de PVC de ¾”, 33.00
- 2 Adaptadores para Tanque de PVC de ¾”, 36.00
- 3 Adaptadores de Inserción de PVC de ¾” 28.00
- 1 Llave de paso de PVC de ¾” 43.00
- 1 Lámina de Galvanizada de 0.915 x 1.22 m.
Calibre 24, 213.00
(Se
puede utilizar lámina de aluminio con un costo un poco más alto)
-
Silicón Sellador para alta temperatura, ó Cemento para CPVC, 45.00
- 1/2 litro de pintura esmalte negro mate. 75.00
- 1 Litro de Thiner , 21.00
- 1 Tanque de plástico de aprox. 100 litros 150.00
- 1
Rollo de cinta de Teflón para los adaptadores de inserción. 8.00
- 3 polines de 4”x 4” x 8 pies, 215.00
- 2 Tablas de 1”x 10” x 8 pies 236.00
- Alambre flexible, clavos y pijas
50.00
------------------
Total 1,377.00
Si convertimos a dólares, el costo aprox.
asciende a 106.00 dólares USA.
Desde luego que se pude disminuir el costo si
se busca la manera de construir la estructura de soporte con otro material; por
ejemplo, con madera rolliza (de ramas de árboles podados).
En mi siguiente publicación continuaré con la
auto-construcción de calentadores de agua solares de manguera negra.
Si las personas que lean esta publicación no
les interesa continuar haciéndolo, les pido por favor que la envíen a sus
contactos, pues es posible que algunos se interesen, o lo hagan del
conocimiento de sus papás o familiares.
