5-. CALENTADOR DE
AGUA CON COLECTOR SOLAR DE COBRE
Como lo mencioné al
inicio de la exposición, mi intención era ahorrar energía hasta donde me fuera
posible; en este caso, lo que pretendía era ahorrar gas, y quiero decirles que
no tengo instalado boiler de gas; en su lugar instalé regaderas eléctricas para
usarlas en los días nublados. También les comento que en la instalación
hidráulica general de la casa utilicé Tubo Plus, considerando que el material
utilizado en su fabricación es aislante térmico.
Sobre la base de la
información que obtuve de libros y de la internet (no la suficiente) sobre
calentadores solares, antes de construir mi casa elaboré un croquis de lo que
sería mi calentador solar, compuesto del Colector Solar y el Termo tanque
(almacenamiento de agua caliente), y de su localización sobre el techo, tomando
en cuenta la localización del Tinaco de almacenamiento y las bajadas de las
tuberías de distribución del agua fría y caliente.
Una vez que tenía
espacio cubierto para trabajar dentro de mi casa, lo primero en que pensé fue
de qué material sería el Termotanque y después de consultar con mis hermanos me
incliné por utilizar un Tambo de plástico cerrado de 200 litros, por lo
económico ($160.00 pesos mexicanos, ahora cuesta $200.00), y porque tiene dos
tapones con rosca interior de ¾”, lo cual facilitaba la instalación de las
conexiones. Por lo que respecta al Colector Solar, decidí que lo más práctico
era construirlo de un cajón o marco de madera y tubos de cobre, por ser éste
uno de los mejores conductores térmicos.
a) Construcción del
Colector Solar.(Fig.4).
Los principales
materiales que utilicé para construir el Colector Solar son:
Para los costados del
Marco o Cajón: tablones de madera de 2”x 4”, en lugar de canal de aluminio, por
la facilidad para armarlo y ser de más baja conductividad térmica que el aluminio.
Para el “Radiador” o “Serpentín”:
Tubo de Cobre de 3/8” en rollo de 18 metros, Tubo de Cobre de 1”; Lámina de
Aluminio como Placa de Absorción, Colcha de Fibra Mineral, como aislante, Placa
de Poliestireno como aislante y para elevar el Radiador; Lámina de Fierro (utilizados
en tableros de puertas), para la base; Vidrio de 6 mm, porque no pude conseguir
de 4 mm; Angulo de Aluminio de 1”x 1”, para
fijar el vidrio; Esquineros de fierro galvanizado; Silicón; Tornillos
Galvanizados de 3”x ¼” para armar el Marco de Madera; Tornillos de Tablaroca de
varias medidas; Solera de Hule de 3/4”x 1/8” como empaque entre el marco y el
vidrio, y otros piezas que se expondrán al explicar en detalle la construcción
del elemento en cuestión.
Fig. 4. Croquis de calentador de agua con colector solar de cobre
Procedimiento de
construcción:
- Marco o Cajón:
Con dos tablones
cepillados de pino de 2” (+ - 1½”) x 4” x 2.13 m y dos tablones cepillados de
pino de 2” (+ - 1 ½”) x 4” x 0.925 m. (esta medida está en función del ancho de
la lámina de Aluminio, como Placa de Absorción), y 8 tornillos-pija de 3”x ¼”,
armé el Marco de 1.00 x 2.13 metros (medidas exteriores). Lo pinté con Pintura
acrílica blanca, aplicándole previamente Aceite de Linaza y después sellador para madera, (puede usarse barniz
marino en vez de pintura). Los cantos superiores del Marco los lijé previamente
para eliminarles las irregularidades.
- Radiador:
Una vez armado el
Marco, tomé la medida longitudinal que debía tener el “Radiador”, para lo cual,
con base en los tubos de cobre de 1”x1.05 m. (cabezales: distribuidor de agua
fría y colector de agua caliente), marqué sobre los extremos longitudinales del
marco, los puntos donde deberían insertarse los citados tubos (7.5 cm. punto
central de cada extremo). Medí la distancia entre los puntos, considerando el
diámetro de 1” del tubo, determiné la longitud de los tubos de cobre de 3/8”, (1.95m)
y el número de tubos lo determiné en función del ancho interior del Marco
(placa de absorción), y de dos rollos de tubo de cobre de 3/8”, resultando 17
tubos;
Soldé, con estaño, un
tapón hembra o capucha de cobre en uno
de los extremos de ambos tubos de cobre
de 1”. En este tubo, marqué los 17 puntos donde se insertarían los tubos de
3/8”, tomando en cuenta que el Tubo Distribuidor
de agua fría quedaría insertado como ½”
dentro del costado derecho del marco (viéndolo de frente, de sur a norte) y el
otro extremo cruza el costado izquierdo. El tubo de 1”, colector del agua
caliente, quedaría insertado también como ½” (por el extremo cerrado) en el
costado izquierdo, es decir en línea diagonal con respecto al Distribuidor de
agua fría.
Se hicieron las 17
perforaciones en ambos tubos de 1” con Taladro Fijo, con broca del diámetro
justo que permitiera que los tubos de 3/8” entraran ajustados, para facilitar
su soldado. Enderecé y corté los 17 tubos, y teniendo preparado el equipo y los
materiales para soldadura de cobre (soplete de plomero, alambre de estaño,
pasta para soldar estaño y lija de plomero), procedí, con ayuda de mi hijo, a
lijar los extremos de todos los tubos, así como de los tubos de 1” en sus
perforaciones, y se introdujeron en las perforaciones respectivas (unos cuantos
milímetros), fijándolos provisionalmente con dos pares de tiras de madera amarradas a los
tubos para que quedaran paralelos y rígidos, y así procedimos a soldarlos,
apoyados en una mesa de trabajo y colocando
el conjunto casi vertical para efectuar
la soldadura de manera uniforme.
Con un Manómetro (Foto
5) que adapté con conexiones de fierro galvanizado y al que un hermano le soldó
una válvula de cámara de llanta de bicicleta, y con una bomba manual para
inflar llantas, probé el conjunto, dese luego soldando provisionalmente un tapón
hembra de cobre en el extremo libre del tubo de 1”, y por el otro tubo de 1”
conecté el Manómetro. Una vez aplicada la presión hasta 40 o 50 libras, nos
dimos cuenta que existían fugas en algunas pocas soldaduras; rehacía las
soldaduras falladas y lo probaba, hasta que después de varias pruebas, logré
que quedara sin fugas.
Foto 5. Manómetro
Una vez armado el
Radiador, lo coloqué sobre el Marco para marcar y hacer las perforaciones en los
dos costados laterales con una broca circular de sierra del diámetro que permitiera
introducir los tubos de 1”: en una perforación de ½” de profundidad en el
costado derecho y perforación total para el costado izquierdo para el
distribuidor de agua fría y, al contrario para el colector de agua caliente,es decir, las
perforaciones respectivas en línea diagonal del marco. Para poder introducir el
Radiador en las perforaciones respectivas corté con segueta un pedazo de ambos
costados del marco, del ancho de la perforación, guardando los trozos de madera
para colocarlos en su posición respectiva ya instalado el Radiador, sellándolos
con silicón.
Como placa de absorción
utilicé una lámina de aluminio de 0.915x2.44 m Calibre 22, cortada a lo largo a
la medida interior del Marco, menos un centímetro para expansión. Después de
probarlo, coloqué el Radiador sobre la Lámina de Aluminio y amarré a la misma
todos los tubos con alambre delgado
maleable, perforando la lámina con una lezna de tal manera que los tubos
quedaran unidos a lo largo de la lámina para que lo caliente se transmita a los
tubos. Lo ideal sería utilizar una lámina de cobre como placa de absorción,
debido a que es uno de los mejores conductores térmicos, pero su costo resulta
prohibitivo. Una vez terminado, le apliqué Pintura Negra Mate en aerosol a todo
el anverso del Radiador, tubos y lámina.
Al reverso del Marco atornillé
una lámina de fierro rígida pintada de rojo (Tablero que se utiliza para
puertas) como fondo del cajón (Marco).
En seguida le atornillé los apoyos (patas) de ángulos de lámina galvanizada que tenía a la mano, previo
cálculo de sus medidas de acuerdo al ángulo de inclinación del Colector Solar
(ángulo total equivalente a la Latitud del lugar de aprox. 26° N). Dichos apoyos
los fijé al techo de la casa con taquetes y tornillos en la posición definitiva,
orientado hacia el SUR. Como fondo puede utilizarse cualquier otro material
resistente a la intemperie,
En seguida coloqué
una placa de poliestireno (hielo seco) de 1” de la medida interior del Marco y sobre ella una colcha de Fibra Mineral de 1”,
como materiales aislantes; sobre ésta instalé el Radiador. Previamente soldé con
Estaño las conexiones de cobre en el distribuidor de agua fría y para desagüe, así como en el colector para la salida
de agua caliente.
Coloqué sobre el
Marco una solera de hule como empaque de ¾”x 1/8” y sobre éste el vidrio de 6
mm, dividido en dos partes, por ser grande y muy pesado, sellando la unión con
silicón. Para fijar el vidrio, coloqué en los cuatro costados, un ángulo de
aluminio de 1”x 1” y esquineros, y finalmente apliqué silicón a lo largo de los
ángulos con el vidrio. Ahora considero que no era necesario colocar el ángulo
de aluminio y solo era necesario colocar varios esquineros (o escuadras de
fierro galvanizado) apoyados sobre el vidrio con un pedazo de solera de hule y
atornillados a la madera del Marco.
Es importante
mencionar que cometí errores al construir el Colector Solar, uno de ellos es
que el Radiador lo instalé por el reverso del marco, pues las perforaciones las
hice tomando como base dicho lado para no debilitar la madera con las
perforaciones. . Por este hecho, en dos ocasiones tuve que desmontar todo el
Colector Solar, debido a la fallas de soldadura de los tubos de 3/8”, las
cuales fallaron por alta temperatura. En la tercera falla armé otro Marco y al
mismo tiempo un hermano especialista en soldadura y torno, me hizo el favor de
rehacer la soldadura de todos los tubos con varilla de Plata. Desde entonces no
ha tenido ninguna falla.
b) Habilitación e
Instalación del Termo-tanque.
Considerando que el
Termo-tanque no estaría sometido a altas presiones hidráulicas, puesto que
estaría a una altura de 1.50 m abajo del Tinaco de almacenamiento de agua fría,
tomé la decisión de utilizar un tambo de plástico cerrado de 200 litros, como
ya lo mencioné.
Estos tambos tienen
dos tapones con rosca y éstos una rosca de ¾” al centro, en la cual enrosqué niples
de fierro galvanizado de ¾” de diámetro, aplicándole cinta de teflón y sellador
de juntas (Foto 6). El termo-tanque lo coloqué en posición horizontal. Al niple superior le atornillé una Tee y le adicioné
dos niples más para conectar los tubos (flexibles para boiler), uno para la
entrada de agua caliente procedente del Colector Solar y el otro para la salida
de agua caliente para servicio de la casa.
En el tapón inferior
del Termo-tanque le enrosqué otro niple del mismo diámetro y material para
conectarlo a la tubería de agua fría procedente del tinaco y que alimenta al
Colector Solar (sistema de retorno de agua fría del termo-tanque, para hacer
efectivo el proceso de “convección” o “Termo-sifón”).
Conecté la tubería de
alimentación de agua fría al distribuidor de agua fría del Colector Solar con
tubo plus y varias conexiones de cobre y de tubo plus; así como la salida del
colector de agua caliente del Colector Solar al conector de entrada al termo-tanque
con mangueras para boiler. Utilicé mangueras para boiler porque no hay espacios
libres suficientes para conectar tubos rígidos.
Antes de posicionar
el termo-tanque en el lugar definitivo,
lo forré con material aislante térmico (Thermasheet de 1”) y para proteger este
material lo forré con lámina de aluminio calibre 34 (papel de aluminio grueso).
Foto 6 Tambo de 200
lts. con conectores de fierro galvanizado
c)
Funcionamiento del Calentador Solar.
Este calentador solar
estuvo funcionando muy bien durante algún tiempo, pero tuvo problemas de fugas
en las conexiones del Termo-tanque, las cuales traté de corregirlas hasta con
resina epóxica; funcionaba durante un tiempo y volvían las fugas por la alta
temperatura. Además, pensando en que podía mejorarlo, pues no me convencía que la
entrada y la salida de agua caliente fuera por el mismo tubo, decidí utilizar
otro Tambo, al cual le agregué una conexión intermedia, soldando un niple a una
plaquita de fierro inoxidable y ésta remachada al Termo-tanque, sellándola con
silicón blanco, para la entrada de agua caliente procedente del Colector Solar,
quedando la conexión superior únicamente para la salida de agua caliente para
alimentar la red de la casa, Foto 6. Estuvo funcionando perfectamente bien
durante un largo tiempo. La conexión de entrada de agua caliente procedente del
colector solar se puede hacer por el fondo del tambo, si el espacio lo permite.
En todos los casos,
para asegurar que no ocurrirían fugas de agua en las conexiones del Termo-tanque,
las probé con el Manómetro de la Foto 5, a presión de aire hasta 40 ó 50
libras/ pulg2.
Tiempo después tuve
necesidad de vaciar el contenido del Calentador Solar, no recuerdo la razón, y
por error no abrí previamente una de las llaves del agua caliente de la casa y
se produjo un vacío en el Termo-tanque que provocó que se colapsara y,
consecuentemente, se agrietó del costado, y esto se debió a que había eliminado
una válvula check (retención) que le había instalado al anterior Termo-tanque,
y porque no le había instalado el “Jarro” al nuevo. Este se puede instalar en
el costado del termo-tanque remachando
una placa con un niple, de diámetro pequeño, de fiero galvanizado soldado a la
misma.
Después de estos
errores, me decidí utilizar un Termo-tanque de Acero Inoxidable (Foto 7), que
se construyó en un taller de un sobrino, especializado en acero inoxidable y en el Taller de mi hermano especializado en
soldadura y torno. A este Termo-tanque se le instalaron las 3 conexiones
(niples) de acero inoxidable, más o menos en la posición que tenía el segundo
Termo-tanque, una superior, una intermedia y una inferior, además de agregarle
una cuarta conexión sobre el costado en el extremo opuesto, para utilizarlo
como “Jarro” o respiradero (le instalé una manguera de plástico de longitud tal
que llega hasta la parte superior de Tinaco) y así evitar la acumulación de aire. El resto del sistema
continuó como estaba originalmente. Desde luego que tuve que hacer un gasto que
no tenía previsto. Hasta la fecha el
Sistema está funcionando perfectamente bien.
En una ocasión con
día soleado medí la Temperatura de salida del agua caliente en la Regadera y alcanzó los 60 grados centígrados, lo que
significa que dentro del termo-tanque la temperatura debe ser superior; esta
medición la efectué con el Termo-tanque de Plástico.
En las Fotos 8 y 9 se
muestra mi Calentador de Agua con Colector Solar de Cobre.
Foto 7 Termo-tanque de Acero Inoxidable, con forro
en el costado,
también le coloqué
las tapas del mismo material aislante
Foto 8. Mi calentador de agua funcionando
Hasta hace poco
tiempo, bastante después de instalado el Termo-tanque de acero inoxidable,
haciendo otro trabajo, me puse a reflexionar sobre el problema de fugas en las
conexiones de los tanques de plástico y los tubos de fierro galvanizado.
Resulta que me di cuenta que mi error fue precisamente el haber utilizado
fierro con plástico, lo correcto hubiera sido utilizar Adaptadores y conectores de CPVC, además de que utilicé
Silicón Sellador para usos generales, pues no se me había ocurrido investigar
si existía Silicón Sellador para Alta Temperatura, y lo peor del caso es que después
me di cuenta que tenía en mi casa este tipo de Silicón. Les comento esto para
que la persona que piense construir un Calentador Solar no cometa los mismos
errores.
Se me olvidaba
comentarles que antes de instalar en el techo el calentador, habilité todos los
componentes del colector solar y los subí para armarlo arriba. Lo mismo hice
con el termo-tanque, el cual lo subí ya forrado, incluido el forro de papel
grueso de aluminio.
Les menciono que
cuando existe más de un día nublado, no funciona el
Calentador, (excepto que esté medio nublado). En este caso, para el baño
utilizo la Regadera Eléctrica, pues no he instalado Boiler de Gas, por
considerarlo no indispensable (son pocos días del año que no funciona).
Seguramente que
muchas personas me criticarán por tanta explicación, pero lo hago para aquellos
interesados que no tienen conocimientos sobre el tema y que deseen auto-construir
un calentador de agua solar. Les aseguro que quien lo haga se entretendrá
sanamente y con provecho para su bolsillo; no es cosa del otro mundo, lo
importante es intentarlo.
Tengan la seguridad
de que si hubiera tenido los conocimientos y la experiencia que he adquirido
sobre el tema y que se las trasmito sin pensar en ninguna recompensa, solo la
satisfacción de servir, mi calentador estaría funcionando con el termo-tanque
de plástico, aunque la vida de operación de éste sea menor que el de acero
inoxidable.
d) Costo aproximado
de un Calentador de Agua con Colector Solar de Cobre y Termo-tanque de Plástico
sellado de 200 litros.
El costo aproximado
por concepto de materiales es el siguiente
(Pesos
Mexicanos) $
|
|
1.-
2 Tablones de pino: 1 de 2”x 4”x 14 pies y 1 de 2”x 4”x 7 pies
|
150.00
|
2.- Aceite de
Linaza, Sellador, Pintura blanca y Brocha
|
200.00
|
3.- Pintura Negro
Mate acrílica o en Aerosol
|
30.00
|
4.- 2 Rollos de
Cobre Flexible de 3/8”x 18,29m
|
1,530.00
|
5.- 2.40 m de Tubo
de Cobre de 1” Tipo para agua
|
395.00
|
6.- 1 Codo de 90°de
1” de Cobre y 2 Tapones hembra de 1”
|
76.00
|
7.- 1 Tee de Cobre
de 1”
|
75.00
|
8.- 2 Conectores
c/rosca interior de 1” de Cobre
|
100.00
|
9.- 1 Lámina de
Aluminio de 91x 244 cms. Cal 22 (placa de absorción)
|
345.00
|
10.- 3 piezas de
Fibra Mineral de 1”x 0.61 x 1.22 m (Aislante Térmico)
|
155.00
|
11.- 2 pzas. de
Lámina de Fierro (Tablero de 0.91x 2,44 m), Cal. 20
|
775.00
|
12.- 4 Tornillos
Autoroscante de 3”x 1/4” y Tornillos para Tablaroca
|
|
varias medidas y Esquineros o
escuadras
|
70.00
|
14.- 7 m. de Solera
de hule de ¾” x 1/8”
|
105.00
|
15.- 2.13 m2 de
Cristal de 6 mm
|
682.00
|
16.- 1 Tambo de
plástico de 200 litros (cerrado)
|
200.00
|
17.- 2 Adaptadores
macho de CPVC de ¾”
|
8.00
|
18.- 3 metros de
Thermasheet de 1”x 1.00 m (para forrar Termo-tanque)
|
975.00
|
19.- 2.04 Kgs. de
Lámina de Aluminio (rollo de 0.61m.de ancho)
|
|
calibre 34 (papel grueso)
|
224.00
|
20.- Tubo de
Silicón Sellador (TOP) de Alta Temperatura (-40°C a +230°C
|
40.00
|
21.- Cinta
Adhesiva Aluminio de 2” Intemperie
para unir el forro
|
|
aislante y el Aluminio
|
66.00
|
|
----------------------
|
TOTAL
|
6,201.00
|
En dólares, el costo
es de aproximadamente 477.00 Dls.U.S.A.
A
este costo habría que aumentarle el costo de la soldadura de los tubos de cobre
con varilla de plata (las varillas de plata no son caras, lo caro es la mano de
obra) si es que quien lo construya no cuenta con el equipo para soldar (el
soplete de Plomero no es el adecuado); Además, no incluyo los materiales de
alimentación y distribución general de agua del Calentador Solar. (El costo de
los materiales que incluyo es actualizado,
superior al del año en que construí
mi Calentador)
Aparentemente es alto
el costo del Sistema, pero no se me hizo tan alto porque los materiales los fui
adquiriendo poco a poco, en un lapso de tiempo largo, y yo mismo hice la
instalación en general, excepto la soldadura de los tubos de cobre con varilla
de plata.
Desde luego que se
pueden hacer algunas economías, por ejemplo, en el forro aislante térmico y la
base del cajón, los cuales pueden ser sustituidos por otros materiales
económicos.
La ventaja del
Colector Solar con tubos de cobre y Placa de absorción de aluminio, es que es
más eficiente que con otros materiales de más baja conductividad térmica,
Sobre la base
anterior, recomiendo a los interesados en construir su propio Calentador Solar,
que analicen previamente y con detenimiento, qué les conviene. Para eso les
estoy exponiendo los materiales que se pueden utilizar sin mayor problema, y
mis experiencias en su construcción, pues ahora existen muchos calentadores solares
comerciales, entre los cuales se encuentran los de tubo de vidrio al alto
vacío, que para mí son caros.
Posteriormente les expondré
brevemente la auto-construcción de calentadores de agua solares utilizando otros
materiales.
Esta es mi 5a. publicación, la cual se refiere a la construcción del calentador de agua solar que construí para mi casa. Me gustaría que lo divulguen entre sus contactos.Esta es mi 5a. publicación que se refiere al calentador de agua solar que construí para mi casa; me gustaría que lo divulguen entre sus contactos, tal vez alguien se interese en construir su propio calentador, ya sea de cobre o de otros materiales. También me gustaría recibir comentarios al respecto.www.faceebook.com/AhorrandoEnergia. Esta es mi 5a publicación en la que describo el procedimiento de construcción de mi calentador de agua solar
http://www.facebook.com/joseangel.lealgarza
