Inclinación que debe tener el colector

La inclinación recomendada en general es la latitud de la lugar más 10 grados o 15 grados. Por ejemplo la Ciudad de México está en la latitud 19 por lo que la inclinación de los colectores debe ser entre 30° y 35° considerando el ángulo mínimo para el ecuador de 15° para que la convección se realice y como máximo 45° para los extremos cercanos a los polos.
Para lograr la inclinación adecuada hay que calcular a que distancia se debe encontrar la parte superior del colector con respecto al piso, la fórmula para obtenerlo es Largo x seno A donde A es el ángulo de inclinación deseado.

Ejemplo paso a paso Zacatecas.

Obtener la latitud

Al buscar “coordenadas de zacatecas” uno de los resultados es de la wikipedia que nos indica que está en 23°17′34″N 102°42′02″O
Como la Latitud está al Norte o al Sur significa que el valor que buscamos es 23°17′34″N or es decir que está en 23° Latitud Norte

Obtener la inclinación del colector

Latitud 23° agregamos entre 10 y 15° por lo que la inclinación será entre 33° y 38°
o bien usaremos esta tabla.

Tabla: Inclinación del Colector de acuerdo a la Latitud del lugar
LatitudIncinación mínima (en grados)Inclinación Máxima (en grados)
0 – 415
51520
61621
71722
81823
91924
102025
112126
122227
132328
142429
152530
162631
172732
182833
192934
203035
213136
223237
233338
243439
253540
263641
273742
283843
293944
304045
314145
324245
334345
344445
> = 3545

Obtener la orientación del colector

Debido a que es Latitud Norte el colector solar debe estar orientado al Sur
Si es Latitud Sur, el colector se orienta hacia el Norte.

Obtener la inclinación del colector en centímetros

Ya tenemos los datos necesarios para determinar la altura del colector solar (la diferencia de altura entre un lado y otro del colector.

Altura del colector
 Altura del colector

Para Zacatecas el ángulo deseado de inclinación está entre 33° y 38°.
Por lo tanto Si el colector tiene 2 mts de largo entonces la (Ver la tabla del cálculo del seno que está adelante)
Altura mínima del colector = 2 mts * Seno(33°) = 2 mts * 0.5446 = 1.09 mts = 109 cm
Altura máxima del colector = 2 mts * Seno(38°) = 2 mts * 0.6157 = 1.23 mts = 123 cm
Tabla de Senos para calcular la altura del calentador solar.

Ángulo deseadoSenoÁngulo deseadoSenoÁngulo deseadoSeno
150.2588250.4226350.5736
160.2756260.4384360.5878
170.2924270.4540370.6018
180.3090280.4695380.6157
190.3256290.4848390.6293
200.3420300.5000400.6428
210.3584310.5150410.6561
220.3746320.5299420.6691
230.3907330.5446430.6820
240.4067340.5592440.6947
450.7071

Autor: Emilio Alvarez Peimbert
Publicado originalmente el: 2012-03-26 15:22:51
Actualizado: Angeles Alvarez Fecha 22 junio 2014

Cómo determinar el tamaño del colector

Dado que el sol entrega su energía en forma global por lo que la aprovechamos por metro cuadrado. Esto es a colector más grande o más colectores, recibimos más energía y nuestro problema es aprovecharla lo mejor posible.

Mientras el material del panel sea mejor conductor térmico mayor será su eficiencia, y los mejores conductores son los metales, al oro y la plata no los tomo en cuenta por el costo, al aluminio aunque se cuenta con tubos en el mercado es muy difícil de soldar y no hay conectores, lo mismo sucede con el acero inoxidable, la tubería galvanizada necesita cuerdas y conectores para todo y se oxida en el interior.

El CPVC no lo he probado porque considero un ahorro inútil al tener que usar conectores y porque se derrite con el efecto invernadero cuando están vacíos y disminuye la eficiencia teniendo que ser más grandes para obtener la misma cantidad de agua caliente que con el cobre. Sin embargo hay personas que lo utilizan con éxito. (Estoy comenzando a experimentar con CPVC forrado con PET, ahí valdría la pena por el ahorro de la caja de efecto invernadero, cuando tenga los resultados los publicaré en la página) EL PVC no lo he usado ni lo usaría porque al calentarse genera sustancias potencialmente cancerígenas (dioxinas), por ello es mucho más seguro utilizar CPVC que es un PVC diseñado para agua caliente.

El cobre se vende en tramos de 6.00 o 6.10m. Y para aprovechar todo el tubo debemos cortar tramos de 1.00, 1.50, 2.00 o 3.00m para que no se desperdicie el cobre (que es el material más caro del panel).

Para la caja requerimos lámina negra que se vende en ancho de 0.915 o 1.22m de ancho por 1.81, 2.14 o 2.44. en las ferreteras las medidas más encontradas son las de 0.915 y 1.22m ambas por 2.44 m. o 3.05 m.

La mejor combinación que he encontrado para aprovechar los materiales es cortar el tubo de cobre a 2 m y la lámina a 2.095 m por el ancho que la venden (91.5 cm)

Para los costados cortamos 2 tiras lámina negra de 9.5cm ancho x 2.095 de largo y 2 tiras lámina negra de 9.5cm ancho x 91.5 cm de largo.

Por lo anterior de una lámina negra de 1.22 x 2.44 mts obtengo una de 0.915X2.095, tres de 0.095X2.09

tres de 0.095X2.095 y esto me alcanza para para un colector y la mitad de los costados de otro.

Con los cortes anteriores el colector tendrá 2.105 mts de largo por 0.925 mts (92.5 cm) de ancho

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Para los curiosos: De dónde sale la medida de 2.105
Sale de los
2 mts que mide el tubo
+ 2 pulgadas (una por cada cabezal) = 2.54 cm x 2
+ 2 pulgadas del marco de la caja = 2.54 x 2
+ 3 mm de holgura para que no quede demasiado justo el espacio para meter el panel a la caja.
= (en mts) 2.0 + 0.0508 + 0.0508 + 0.003 = 2.1046 aprox. 2.105
El ancho de 92.5 cm sale de:
91.5 de la medida de la lámina
+ 0.5 cm por cada lado por el grueso del ángulo (1/8 de pulgada) y un pequeño espacio a cada lado.

Autor: Emilio Alvarez Peimbert
Publicado originalmente el: 2012-03-26 15:07:29

Preguntas frecuentes acerca del armado del colector

P: Se me rompió el vidrio en dos ¿Que puedo hacer?R: Tienes dos alternativas, la primera es cambiar el vidrio la otra es poner los dos pedazos en el colector (como si estuviera completo) y aplicar sobre el corte silicón para unir ambos extremos.
P: ¿No sería mejor soldar la lámina de fierro a los tubos de cobre para aumentar la transferencia de calor?R: Para poder soldar lámina de fierro al cobre se necesita autógena y bronce. La soldadura de autógena requiere un generador de acetileno y un tanque de oxigeno, que requiere conocimiento especializado para utilizarlo y al menos en México lo pueden adquirir los talleres de herrería, mofles, y similares, por lo que se aumenta el costo.
Lo más fácil es soldar lámina de cobre con el tubo de cobre con soldadura 50/50, pero el costo de la lámina de cobre (delgada, calibre 30) es tanto como todo el tubo que se necesita, por lo que es mejor utilizar la lámina de aluminio o la de fierro.
La lámina de aluminio se puede conseguir en “fierros viejos” a mejor precio, no se necesita que esté perfecta, en las fotos en que la uso puedes ver que tiene algunos agujeros porque es de reciclaje.

IDEAS QUE NO HAN SIDO PROBADAS

Idea de Federico Montes: Utilizar acrílico transparente en lugar de vidrio para los lugares en que graniza muy fuerte.
Sugerencia de Arq. Franco: Poner espejo en los costados de la caja (no en el fondo) para reflejar los rayos del sol que pegan en la mañana y en el atardecer.

Autor: Emilio Alvarez Peimbert
Publicado originalmente el: 2012-03-09 09:08:10

Investigación de colectores solares

Los resultados están en orden descendente de fecha de experimentación.

v) panel 3 en serie (experimentación terminada el 16 de abril de 2007)

Hipótesis: un panel que tiene 3 colectores pqueños conectados en serie, es más eficiente que un solo panel que tiene las mismas dimensiones que los 3 colectores pequeños?
Resultados: Ambos colectores tienen más o menos la misma eficiencia.
El colector que tiene 3 paneles en serie requiere más trabajo para ser armado (necesité unir 60 tubos de ambos lados, en lugar de sólo unir 20, además se perforan 6 cabezales en lugar de 2.), y además necesité usar más tubo de 1 pulgada (6 cabezales en lugar de 2).
Por lo tanto NO RECOMIENDO utilizar 3 paneles en serie, es más fácil y económico utilizar un solo panel con 2 cabezales.
LO NUEVO: En el colector de 3 en serie, utilicé un escantillón (ver sección de materiales) para que los agueros quedaran parejos y alineados, para facilitar la soldadura, que fueran más estéticos y que no se me deformaran los cabezales por hacer hoyos con menos de 1 pulgada entre centros.

 VS 

En la foto muestro parte del panel del calentador solar.


iv) Radiador vertical con tubos de cobre unidos con soldadura y la ayuda de un punzón (año 1997)

Después de la experiencia con un radiador con tubos de cobre, la propuesta que hice para no utilizar T’s fue la de usar un punzón (esta opción fue similara al panel con forma de radiador con tubo de cobre, se hacía una perforación 1/8″ más pequeña y se ampliaba con un punzón para el tubo.
Resultado: ES MUY EFICIENTE, NO SOPORTA TANTA PRESIÓN COMO EL QUE USA T’S, ES MÁS ECONÓMICO Y FÁCIL DE HACER QUE EL UTILIZA T’S. El resultado me gustó, el único inconveniente fue que los agujeros no quedaban parejos y cuando la separación fue menor de 1 pulgada entre centros el tubo del cabezal se deformó y tuvo que desecharse y volverse a hacer. En esta versión se utilizaban T’s para unir los tubos de los extremos al panel (por eso se ven separados).


iii) Radiador vertical con tubos de cobre unidos por T’s (año 1995)

Este colector lo realizó el Ing. Juan Miguel Gómez Coyt y me permitió compartirlo en esta página.
Probó la forma de radiador, para formarlo utilizó T’s para formar los cabezales y para unir los tubos verticales, tienen una separación de más o menos 10 cm entre tubos, estos páneles siguen actualmente en uso (aunque se cambiaron las cajas que eran de madera porque se comenzaron a pudrir, se cambiaron por fierro y lámina de aluminio para transmisión de calor en los tubos).
Resultado: FUNCIONAN BIEN, RESISTEN MAYOR PRESIÓN, PERO SON MÁS CAROS Y SON UN POCO MÁS DIFICILES DE CONSTRUIR QUE CON EL PUNZÓN.Son buenos colectores, pero por el costo de las T’s se buscó otra alternativa, y además la siguiente alternativa mejoró la eficiencia.

Agradezco al Ing. Juan Miguel Gómez Coyt por compartir su experiencia y fotografías en la fabricación de este colector que estuvo en su casa. Posteriormente se cambió la caja de madera por una de fierro cuando se dañó la caja.


iii) Zigzag horizontal con tubos de cobre, unidos con codos (año: 1992 aprox)

Este colector tiene un serpenín con forma de zigzag con tubos unidos con codos de cobre, buscando siempre que el aire tenga salida en la parte superior (no están horizontales los tubos, siempre están inclinados hacia arriba, para que el aire salga). Al buscar los materiales, me encontré U’s pero solamente de fierro.
Resultado: AGUA MUY CALIENTE, PERO NO MUCHA. Este colector continúa funcionado, produce agua muy caliente pero no mucha. De los colectores que he experimientado este es el que da el agua más caliente, aunque calienta tanta agua como otras opciones.
El esquema parcial es:


i) espiral de manguera (año: 1992 aprox)

Hicimos un colector usando manguera poliagua negra enrollada y dentro de una caja de lámina negra ( sin aislante térmico ) cubierta con lámina plástica transparente. La manguera se calentó y las presiones ocasionadas por el vapor la terminaron abriendo por lo que ese colector dejó de funcionar casi inmediatamente (si no recuerdo mal fue el mismo día).
Resultado: NO TE SUGIERO QUE LO INTENTES, COMO LO HICE!! Es el único experimiento que he catalogado como fracaso.
Aunque puede ser que si se utiliza una mejor manguera funcione algún tiempo, la rapidez con la que el calor (en una caja no aislada) daño la manguera hizo que no estuviera dispuesto a volver a probar esta opción. Por otro lado me parece que se forma demasiadas burbujas por lo que tendría una circulación muy lenta (si es que la llegara a haber) aunque fuera hecho con cobre y cubierto de vidrio.
La manguera tuvo varias fisuras por las que salía el agua y el calor hizo que se retorciera por la dilatación.
Los plásticos al tener cambios de temperatura notables se cristalizan (el colector se enfrenta a cambios entre la temperatura mínima del ambiente y unos 90° C), al cristalizarse se vuelven muy frágiles y con cualquier cambio de presión se pueden fracturar.
Existen colectores de PVC en el mercado, sin embargo yo no me he atrevido a experimentar con ellos, por la razón antes expuesta. Es posible, sin embargo, que den buen resultado porque ya que están protegidos por la caja y no se les mueve ni se golpean.
Es posible que utilizando una manguera diferente de mejor resultado.

Autor: Emilio Alvarez Peimbert Publicado originalmente el: 2012-03-08 22:10:25