¿Cómo hacer un calentador de agua solar en casa? (simple)

En este articulo solo buscamos alternativas para seguir haciéndole el quite al uso de combustibles fósiles como fuentes de energía y enfocarnos en esa fuente casi infinita de la cual disponemos alrededor de 12h al día, si, el SOL. Esta vez venimos con la idea de construir un calentador de agua solar, el cual en esta versión es sencillo de fabricar y de instalar.

Cabe resaltar que esto es una compilación de ideas encontradas en la red, las cuales tratamos de aterrizar a Colombia y que nos permitan poder empezar a cambiar el pensamiento sobre las fuentes de energía y mas aún dejar un futuro mas limpio para las futuras generaciones.

Esta idea es de un mecánico brasilero retirado Jose Alano, el cual vio un gran potencial en las botellas PET que todos usamos casi que a diario y que asimismo desechamos, como tambien los empaques tetra-pack. Con su conocimiento en captadores solares él y su esposa diseñaron una versión alternativa de éste.

A continuación empezaremos con una descripción del sistema utilizado, en este caso hacemos referencia a un sistema del tipo de Termo-sifón que será el sistema ideal para nuestro proyecto, diagrama 1.

Diagrama 1

En este sistema tendremos la capacidad de instalar el colector solar siempre debajo del nivel inferior del tanque en un rango de 0.3m a 3m, esta altura es necesaria para garantizar el flujo de agua debido a la diferencia de densidades entre el agua caliente y el agua fría.

Materiales:

• 240 Botellas de plástico 2L 
• 200 Cajas de cartón tetra pak
• Tubo de PVC de 5" de desagüe de 70 cm
• Tubo de PVC de 1/2" (11.7m)
• 8 Codos de PVC 90 grados de 1/2"
• 20 PVC T-conectores de 1/2"
• 4 Tapones de PVC de 1/2"
• Pegamento para PVC
• Pintura de color negro mate

1. Paso a Paso construcción Colector Solar

Corte y selección de botellas PET

Cabe resaltar que de este componente depende gran parte el proyecto, para ello vamos a diseñar una platilla para el corte de las botellas PET, debemos tener en cuenta que si las botellas son de Coca-Cola (con cintura) el corte debe ser de 31cm y para las demás botellas (lisas) es de 29cm, para esta plantilla usamos los tubos de 5" y realizamos los cortes tal como se muestra a continuación:

Hay una relación sencilla que debemos tener en cuenta al momento de elaborar el colector solar y es la siguiente: la cantidad de botellas es equivalente a la cantidad de litros que se van a calentar. Es decir si el tanque de almacenamiento tiene una capacidad de 200l deben cortarse 200 botellas.

Cajas de TETRA PAK de 1 litro (rectangular)

Los empaque tetra pak tienen una composición de 5% aluminio, 20% polietileno y 75% de celulosa, con esta configuración hay muy pocas empresas especializadas en el tratamiento de este tipo productos, por lo que la mayoría de las veces no es aprovechado en su totalidad. La utilización de estos en nuestro proyecto brinda la posibilidad de incrementar la temperatura mucho mas que si hubiéramos usado papel común.

Nota: cabe resaltar los empaques deben estar limpios sin residuos de alimento, ya que con el tiempo y la exposición constante al sol puede deteriorar el proyecto mas rápido.

Sin importar la botella seleccionada el corte del empaque de tetra pak  es el mismo con el fin de unificar el proceso. El corte seria así: 22cm de largo con un corte de 7cm en la parte inferior. Se deben realizar los dobleces aprovechando los pliegues en la caja, 2 dobleces en diagonal en la zona superior con el fin de que se amolden al interior de la botella dándolo soporte a la caja, manteniéndola recta e inclinada en el tubo de PVC. A continuación se diagrama para una mejor comprensión:

1- Con la caja en esta posición, desprenda (a) las 4 esquinas

2- A continuación presione la caja para aplanarla y realice el corte de 22.5cm y realice los dobleces (b)

3- La caja con los laterales doblados

4- Doblar las puntas (d) para ajustarlo al diseño de la botella y también los extremos inferiores (e) el corte de 7cm para que encaje la siguiente botella. Obs.: todas las puntas se doblan hacia abajo

Imagen de como debe quedar la caja.

Una vez tenemos la cantidad de cajas necesarias, procedemos a pintarlas, cabe resaltar que la pintura necesaria para ello debe ser esmalte sintético negro mate de rápido secado para interior y exterior. Se recomienda este tipo de pintura ya que la de spray es mas costosa y rinde menos. Tampoco se recomienda hacerlo con pintura con brillo ya que parte de los rayos de sol incidentes pueden ser reflejados y reducir la efectividad del proyecto.

Corte, pintura y Montaje de los tubos del colector

Dependiendo del tipo de botella disponible vamos a realizar el corte de los tubos de PVC de 1/2". Si las botellas disponibles son las de Coca-Cola se adaptan 5 botellas en un tubo de 1.05m (105cm), pero si las botellas son de otro tipo (lisas) la longitud seria de 1m (100cm) también para una distribución de 5 botellas.

Los tubos de 8cm hacen referencia a los que serán utilizados en los próximos pasos como separador en la distribución.

Antes de aplicar la pintura en los tubos (la misma que en las cajas), debemos aislar los 2 extremos de cada uno con cinta alrededor de 2cm en cada extremo. La razón es par mantener el espacio en el que se insertaran las conexiones tipo "T".

El colector Solar estará compuesto por un canal superior y uno inferior, los cuales estarán compuestos cada uno por 5 conexiones en "T" y 5 espaciadores de 8cm, éstos deberán estar dispuestos según el siguiente diagrama:

El segundo paso es introducir los 5 tubos de las columnas en lo que se denominará el canal superior, también debe ser fijados con el pegamento (fig. 2)

Una vez el pegante se ha secado continuamos con el ensamble de las botellas y las cajas de Tetra Pak (fig. 3 y fig. 4).

Una vez terminemos de insertar todas las botellas y las cajas de cartón, procedemos a realizar el selle del colector, esta vez NO usaremos pegante de tubería, ya que éste será el modulo que nos permitirá realizar el mantenimiento del colector, por esa razón usamos la cinta en el paso anterior. Para su sujeción usaremos un martillo de caucho y daremos golpes sobre un trozo de madera en cada una de las "T" con lo que garantizaremos que quede bien sellado. (fig. 5 y fig. 6).

La primera botella de cada una de las columnas debe ser sellada en la boquilla con tiras de caucho o con cinta de doble faz, la finalidad es evitar que entre viento a la columna o que salga el calor generado dentro (fig. 9).

Como referencia de un deposito para una familia promedio de 4 personas se utilizaran alrededor de 240 botellas de 2l o 200 si el canal inferior sella perfectamente con las columnas de 5 botellas, es decir, las 5 botellas llegan hasta el final de la longitud de cada uno de los tubos. También serán requeridas la misma cantidad de cajas de cartón (200 de 1l), esta cantidad forman 4 colectores solares y deben ser ensamblados como se muestra en la fig. 10.

Nótese que la parte inferior hay botellas a la mitad, por lo que para este ejemplo se usaron 240 botellas.

2. Tanque de Agua o Depósito:

Para este proyecto en especifico utilizaremos un tanque de 250l el cual será utilizado como deposito de agua caliente. En la fig. 11 se detalla como se ve afectado el porcentaje de caída del agua relacionada con la altura del tanque, de este porcentaje dependerá el lugar en el que se debe hacer los agujeros donde serán instalados: la entada del grifo de flotación, el retorno de agua caliente a los colectores solares, salida de agua caliente para el consumo, el agua fría para ser calentada por los colectores y el aliviadero (la purga).

Porcentajes de acuerdo a la altura de caída:

1- 80% de altura de caída

2- 55% de altura de caída

3- 10% de altura de caída

5- 60% de altura de caída

6- 85% de altura de caída

1- Entrada de agua desde la red

2- Retorno al colector solar

3- Salida de agua al colector

4- Sin salida de agua fría para consumo

5- Salida agua caliente para consumo

6- Aliviadero (purga)

7- Unión (sin anillo) al captador/mezclador giratorio.

8- Limitador de consumo de agua, en caso de que no haber deposito de repuesto

9- Flotadores de entrada y de salida

10- Pescador giratorio (determina la cantidad de agua a ser calentada)

Según Jose Alano recomienda tener un tanque diferente para el suministro de agua fría, esto con el fin de garantizar la seguridad y longevidad de los colectores. En caso de que el agua calentada supere la capacidad del tanque tenemos que uno de los flotadores cortara el flujo de entrada para evitar desastres.

En la fig. 14 se puede visualizar toda la instalación hidráulica y la función de cada elemento con reducción de turbulencia.

1- Entrada flotador

2- Retorno al Colector solar

3- Salida con pescador hacia el colector

4- Conducto reductor de turbulencia

5- Conjunto de captura de para el consumo

6- Aliviadero (purga)

7- Captación de agua caliente

8- Limitador de consumo con opción de captura de agua fría y actuar como mezclador

La relación de componentes utilizados en el proceso de recolección, producción y mezcla son detallados en la fig. 15. Es importante tener en cuenta que no hay dimensiones ya que éstas dependen directamente de la envergadura, puede variar entre 1" y 1 1/2".

1- Brida con rosca interior

2- Adaptador de conexión

3- Unión anillo de caucho

4- Conexión Codo

5- Conexión "T"

6- Brida retorno colector

7- Flotador

8- Limitador de consumo

La fig. 16 hace referencia a la unión (ítem 3 de la fig. 15), es la parte móvil de la recolección. Por lo tanto, al reemplazar el anillo de caucho (1) debe dar 1/4 de vuelta, lo suficiente para que la parte (2) gire libremente. Recuerde que debe sellar las piezas perforadas (3) con teflón o con una cuerda de nylon con el fin de evitar la pudrición y mantener el ajuste preestablecido.

En la fig. 17 encontramos el tubo limitador del consumo del tanque (8), si se carece de agua para la reposición. Pero además de actuar como un mezclador se debe cerrar con un tapón (9) permitiendo únicamente capturar agua caliente para el consumo.

Nota: hacer un pequeño orificio en el tapón (9) para liberar el aire y evitar al captador filtrar agua.

3. Aislamiento térmico del tanque

Hablando de ello tenemos infinitas posibilidades teniendo en cuenta donde nos encontremos ubicados, para el ámbito urbano tenemos la posibilidad de usar embalajes, EPS (icopor), bolsas plásticas, papel, etc. En el ámbito rural también existen muchas posibilidades para solucionar el problema de aislamiento, tales como aserrín, cascara de trigo, hierba seca, cascarilla de arroz, etc. También esta la posibilidad de crear un asilamiento usando mas cajas de tetra pak rellenándolas con cualquiera de estos materiales y sujetándolas con correas hechas de botellas PET (recomendación mas ecológica) o cualquier elemento que tengan a mano o que consideren mas óptimo.

Al tener un tanque a la intemperie es recomendable proteger el aislamiento con un lona, plástico o algún material que consideren puede dar la protección necesaria, cuya finalidad es reducir el deterioro y garantizar un funcionamiento mas eficiente del sistema de aislamiento. Uno de los sistemas mas eficaces (aunque un poco mas costoso) de aislamiento es construir un compartimiento de madera, ladrillos o incluso dentro de otro tanque mas grande, garantizando que la distancia de compartimiento a las paredes del tanque sean de mínimo 6cm.

4. Refuerzo e instalación de los recolectores

Antes de llevarlos al lugar donde va a quedar fijos debemos alistarlos, para ello usamos 2 tubos de desagüe de 3/4" deben estar unidos a cada uno de los canales con alambre (preferiblemente N°16) cada 50cm y lo mas cerca posible a las "T" fig. 20 a fig. 24.

Estas son las funciones de las tuberías de PVC de 3/4" de color blanco:

1- La sujeción de a los canales superior e inferior del colector, lo refuerza y asegura la alineación de los mismos.

2- Como distanciador, permite la fijación del colector solar inclinado contra el techo sin aplastar las botellas.

3- También es el tubo de soporte del tubo de 1/2" que transporta el agua fría del tanque a calentar.

Tubo de 1/2" que esta dentro del tubo de PVC blanco de 3/4" el cual transporta el agua que se va a calentar y se conecta con el canal inferior

Desagüe para el lavado periódico del Colector

Las 2 formas de instalar los tapones:

1- Tapón de agua fría

2- Tapón de agua caliente

3- Desagüe de limpieza

4- Retorno de agua caliente

5- Entrada de agua fria

Uniones que conectan el colector solar con el tanque de agua en la posición frontal, ya que se instala en el techo en los soportes. RETORNO (agua caliente al tanque). ENTRADA (agua fría a calentar).

5. Posición del colector solar

Es recomendable realizar la ubicación del colector orientada hacia el SUR (en el caso de Colombia) pues la línea ecuatorial se encuentra allí, esto con el fin de aprovechar la mayor cantidad de exposición solar fig. 25.

Para determinar el grado de inclinación hacia el sur debemos tomar el valor de la latitud y sumarle 10°, es decir en Bogotá el valor de la latitud es de alrededor de 5° por lo que el ángulo de inclinación va estar determinado por esta suma, el valor de inclinación será de 15°. Para determinar tu latitud en el mundo puedes buscarlo en internet, hay muchos sitios web que te darán esa información. Cabe resaltar que el valor de inclinación debe realizarse con un ángulo mínimo de 10° para garantizar el buen comportamiento del sistema.

Es importante que el colector solar también tenga una inclinación del 2%, es decir, debe elevarse 2cm por cada metro de longitud. Fig 29.

Tenga en cuenta que se requiere al menos un desnivel de 2cm en e canal inferior, es necesario que las columnas no es dobladas o torcidas, especialmente en canal superior.

MUCHO CUIDADO CON LAS TUBERIAS

Con las tuberías (A y B) que se conectan con el tanque. Al instalar el colector en el techo y el colector bajo de ella, atar los tubos a lo largo del marco (C) o soportes si esta en la terraza (D), cada uno cada 60cm con el fin de que el peso del agua no dañe o doble los tubos.

La mayoría de los diseños para los hogares con hasta 400 botellas se han montado en el techo con tejado y solo han sido sujetos con amarres fig. 31 y fig. 32.

A continuación relaciono algunos ejemplos de posibles instalaciones, teniendo en cuenta los pasos anteriormente mencionados.

Toda esta información es con el fin de poder generar un cambio importante en el impacto ambiental, la idea es dejar una huella positiva en el medio ambiente y a nuestras futuras generaciones, cualquier inquietud o comentario por favor déjanoslo saber en los comentarios, si quieres que hagamos otro tipo de instructivos, tienes ideas o quieres aprender de mas temas sustentables. Muchas gracias por leernos.

Fuentes

1. http://www.mienergiagratis.com/proyectos/26.pdf