RECOMENDADA Versión 2: Calentador solar con tanque de alimentación y termotanque abierto (no sellado)

ir a paso a paso para su construcción
Video con la explicación de porqué funciona el calentador solar sin necesidad de una bomba que force la circulación del agua.
https://www.youtube.com/embed/fp3cm0brgVw
VERSION RECOMENDADA. Esta es la versión que yo estoy utilizando, originalmente tenía los calentadores como la versión 1, pero recientemente se perforó uno de los termotanques de metal, duró sólo 3 años, anteriormente me habían durado 7 años, por lo que decidí cambiar los dos sistemas de calentadores solares que tengo en casa a esta versión.
Conexiones versión 2.

Diagrama de conexiones del calentador solar versión 2
 Diagrama de conexiones del calentador solar versión 2
foto de la versión 2 comentada
 foto de la versión 2 comentada

En el diagrama se muestran las siguientes elementos.
Tanque de alimentación, usualmente corresponde al tinaco donde se almacena el agua que llega de calle y la mayoría de las casas ya lo tiene.
El tanque de alimentación recibe agua fría de la llave proveniente de la calle por la parte superior y tiene una salida de agua fría que distribuye el agua a la casa. Este tanque tiene un flotador que controla el nivel del agua del tinaco para que no se tire. En esta versión de calentador solar, el tanque de alimentación es deseable tenerlo, pero no indispensable. La ventaja de tenerlo es que las burbujas procedentes de la alimentación de agua fria se evaporan en el tanque de alimentación, cuando no se tiene, las burbujas suben por el termotanque revolviendo el agua y enfriándola al subir, lo que lo hace menos eficiente.
De la salida de agua fría del tanque de alimentación (y si no se tiene de la alimentación de agua) se obtiene el agua que se alimenta al termotanque, en el termotanque el agua se deposita en el fondo del mismo (por medio del tubo que baja).
Termotanque en este tanque se almacena el agua caliente que está circulando en el colector. Tiene cuatro puntos de salida, uno en el nivel del agua o poco arriba que tiene la llegada del agua fria, el flotador, y un tubo que lleva el agua al fondo del termotanque. uno superior (ligeramente abajo del nivel máximo de agua) que tiene la llegada de agua caliente del colector, otro superior que sale al agua caliente de la casa, y uno que alimenta al colector por la parte inferior del mismo y a la vez en esta conexión está la alimentación del agua fria.
El termotanque NO debe estar sellado, ya que su nivel se controla por medio del flotador o boya y sirve como jarro de aire, por donde escapan las burbujas del sistema.
Conexión entre la parte inferior del termotanque y la parte inferior del colector. La parte inferior del termotanque debe estar arriba de la parte inferior del colector.
Colector tiene 2 salidas, una en la parte superior que va al termotanque (la entrada que está ligeramente debajo del nivel de agua) y en la parte inferior a la salida inferior del termotanque
Llaves de paso, se colocan para poder vaciar el calentador solar, darle mantenimiento o hacer modificaciones si fuera necesario, se colocan 4 llaves de paso en las siguientes posiciones:

  • En la conexión de la recepción de agua fría del termotanque ya sea del tanque de alimentación o de la alimentación directa (para poder vaciar el sistema si fuera necesario)
  • En la conexión del agua fría del termotanque al colector (por ejemplo, para vaciar el colector solar y que el agua caliente del termotanque se pueda utilizar).
  • En la salida de agua caliente a la casa (cuando se necesita evitar que salga agua caliente del termotanque)
  • En la recepción de agua caliente del colector al termotanque, para poderla cerrar con la que alimenta el agua fría del termotanque al colector para poder quitar el colector para hacer algún cambio y que la casa no se quede sin agua.

Se coloca una llave de salida en el punto inferior del colector para poder sacar el agua del sistema para poderlo vaciar (hay que cerrar las llaves de paso dependiendo de las partes del calentador solar que se necesiten vaciar).
¿Porque circula el agua?
(Te sugiero ver el video que aparece al inicio de esta página ya que ahí se explica).
Primero se llena el sistema, el agua fria que llega del tanque de alimentación (o de la alimentación directa) es la que llena el sistema, el agua circula hacia el colector, el aire que estaba en el colector se desplaza al termotanque por donde sale ya que no está sellado.
Ya que está lleno el sistema el sol calienta los tubos de cobre que a su vez calientan el agua que tiene el colector, el agua se dilata por el aumento de temperatura, disminuye su densidad y sube por el colector y entra al termotanque, al ser agua caliente y más ligera empuja el agua más fria que está en el fondo del termotanque hacia el colector, y no recibe más agua fria si no hasta que se utiliza agua caliente en la casa (sale agua del termotanque por la salida de agua caliente) en ese momento el sistema necesita más agua y la recibe del tanque de alimentación de agua fria (o de la alimentación externa)
Colector y termotanque armados, en la foto se ve con mangueras tranparentes (para ver las burbujas) que conectan en lugar de conexión de cobre o termoplus que es la que quedará como definitiva.


Páginas que tienen paso a paso su construcción
Panel solar
opción a) Radiador de panel (RECOMENDADO)
caja
opción a) caja de fierro y lámina negra calibre 20 (RECOMENDADO)
Se recomienda porque dura más la desventaja es que el fierro es más caro que otros materiales pero a largo plazo conviene más.
Armado Colector
Forro interior de la caja
opción a) Forro de neopreno esponjado
Transmisor de calor
opción a) Transmisor de aluminio
Termotanque
Estructura de soporte del termotanque
opción a) Estructura de metal
opción b) Estructura de concreto
Ambas son recomendables ya que cumplen bien con el objetivo.
Tanque para el termotanque
opción a) termonanque no hermético.
Forro del termotanque
opción a) Forro de neopreno esponjado en intemperie
Esta es una opción para la intemperie o bajo techo. El neopreno dura aproximadamente 3 años.
opcion b) Forro de fibra de vidrio y manta bajo techo.
Esta es una opción para cuando se tiene un techo sobre el termotanque que impide que este se moje.
Tanque de Alimentación
tanque de alimentación.
Conexiones
opción a) tubería térmica (RECOMENDADA)
opción b) tubería de cobre forrado con neopreno
Conexión a la casa
conexión a la casa


Autor: Emilio Alvarez Peimbert Publicado originalmente el: 2012-03-09 10:06:18

Construccion del tanque de alimentación de mi calentador solar

Para versiones 1 y 2

MATERIALES: (fotografías)

1.- Tinaco de agua, se puede usar el tinaco de la casa (sólo hay que cuidar que esté a la altura necesaria según se indica en el diagrama de conexiones).

2.- tubería de fierro, cobre o PVC y conexiones necesarias para sacar agua fria del tanque de alimentación y alimentar el colector. Hay que hacer los cálculos ya que depende de la distribución que se tenga en la casa donde se instalará.

PASOS

El tanque de alimentación debe estar arriba de los demás elementos (ver sección de conexiones) y no debe exceder de 3 metros entre el nivel máximo de agua y la parte inferior del colector solar, para evitar que la presión del agua rompa las soldaduras del colector (no he probado el panel con forma de radiador a una mayor diferencia de alturas). Leoca hizo la sugerencia de utilizar soldadura de acero-plata ya que es mucho más resistente que la de estaño-plomo 50/50 y así pudiera aguantar una diferencia mayor de 3 metros. Nota: Esta soldadura requiere gas propano ya que el gas butano no alcanza a fundirla, es una soldadura bastante más cara que la de estaño-plomo y requiere de un fundente especial.

Si la casa tiene un tinaco donde se recibe el agua de la calle, y este tinaco tiene un flotador (boya) que controla el nivel del agua, este puede ser utilizado como tanque de alimentación, solamente hay que poner una salida al tubo que alimenta la casa de agua fría y asegurar que el piso del tinaco esté arriba del nivel superior del termotanque.

Para que funcione el calentador solar que propongo es indispensable el tanque de alimentación de agua ya que este controla el nivel del agua y por lo tanto las presiones que permiten circular el agua por el colector solar y el termotanque.

Ejemplo de tanque de alimentación

Foto del tanque de alimentación que hizo Camilo Rojas C. con un bote grande de plástico (de los que se utilizan para basura y tienen tapa).

Preguntas frecuentes acerca del tanque de alimentación

Autor: Emilio Alvarez Peimbert
Publicado originalmente el: 2012-03-08 22:22:35

Cálculo de materiales necesarios para hacer el calentador solar

Considera que para hacer un calentador solar se necesita ver el espacio que hay disponible para colocarlo, también si la superficie en la que se pondrá está nivelada o tiene ya alguna inclinación, porque son factores que pueden cambiar las medidas que se requieran para el colector, las estructuras del colector y tanque de alimentación así como la forma del termotanque.

Para que tengas claro que es lo que se necesita para hacer un calentador decidí tomar unas medidas que podrían usar algunas personas, a sabiendas que la forma y las medidas pueden cambiar y todas dan buenos resultados siempre que se apeguen a los principios de física.


Para facilitar la definición de los materiales puedes consultar las fotografías de materiales y para la definición de herramientas puedes consultar las fotografías de herramientas.


Primer paso: Determinar la versión que se hará.

Depende de tus necesidades, habilidades, y presupuesto que versión de calentador solar harás (sección de Fabricación)

Segundo paso: Determinar el tamaño del colector

Versiones 1 y 2
Para poder hacer el cálculo se necesitan dos valores, el número de tubos que se desean colocar en el panel y el largo que tendrá cada uno de los tubos de 1/2 pulgada que forman el radiador (no los cabezales). Considera el largo que puedes conseguir del tubo y el tamaño de las láminas para que tengas el menor desperdicio posible. El material más costoso es el tubo de cobre.
Largo del tubo de 1/2″ = Tamaño que se define del tubo. Dado el costo del cobre recomiendo que sea el largo del tubo que se compra dividido entre un entero, por ejemplo si el tubo tiene un largo de 6 mts se divida entre 3 para tener tubos de 2 mts o entre 4 para que te de tubos de 1.5 mts.
Número de tubos de 1/2″ = Total de tubos de 1/2″ que se van a utilizar.
Ancho de la caja = (Número de tubos + 1 ) x 2.54 cm + 15 cmQue corresponde al (número de tubos que se colocarán + 1 = pulgadas incluido el 0) multiplicados por 2.54 cm que corresponde a 1 pulgada + 7 cm (3.5 de cada lado del tubo) + 4 cm (2 centímetros de cada lado donde se empotran los conectores soldables + 4 cm (2 cm de cada lado para la cuerda de los conectores).
Largo de la caja = Tamaño del tubo de 1/2″ + 6 cm.Que corresponde al tamaño del tubo de 1/2″ + 5 cm de los tubos de 1″cabezales + 1 cm de holgura.
Largo de los cabezales = (Número de tubos + 1) x 2.54 cm + 7cmQue corresponde al espacio necesario para colocar los tubos (el centro del primer tubo se coloca a3.5 cm por lo que el tubo en realidad comienza 1/4 de pulgada antes, y el último tubo termina1/4 pulgada después) +7 cm (que corresponde a3.5 cm x 2 extremos de los cabezales.Los3.5 cm. son 2 cm.de entrada del conector + 1/4″=0.7 cm + 0.8 cm. para soldar
EJEMPLO Panel solar de 99 cm x 2.06 mts (medidas recomendadas):
Largo del tubo de 1/2″ = 2 mts (si tengo acceso a tubos de 6 mts y decido dividirlo entre 3)Número de tubos de 1/2″ = 32Ancho de la caja = (32 + 1) x 2.54 + 15 = 33 x 2.54 + 15 = 98.82 redondeado son 99 cm.Largo de la caja = 2 mts + 6 cm = 2.06 mtsLargo de los cabezales (32 + 1 ) x 2.54 + 7 = 33 x 2.54 + 7 = 83.82 + 7 = 90.82 redondeado son 91 cm
Versión 5
Para obtener el cálculo se necesitan los siguientes valores: el número de tubos que se desean colocar en el panel y el largo que tendrá cada uno de los tubos de 4 pulgadas de PVC, considera el tamaño de los tramos de tubos de PVC para que tengas el menor desperdicio posible.
Largo del tubo de 4″ = Tamaño que defines del tubo. Lo más recomendable es que sea el largo del tramo que puedes conseguir entre un número entero para disminuir los desperdicios.
Número de tubos de 4″ = El número de tubos que quieres usar.
Cantidad de agua que almacenará = (Pi x Radio ^2 x Largo del tubo en centímetros x Número de tubos)/1000, considerando que Pi es 3.1416 y el radio son 2 pulgadas (la mitad del diámetro de 4 pulgadas)= 5.08 cm sería:(81.0734 * Largo del tubo en centímetros * Número de tubos) / 1000Nos da la cantidad de litos que caben y por lo tanto el número de kilogramos que pesa.
Por ejemplo, si el largo del tubo es 200 cm (2 mts) y son 3 tubos la cantidad de agua que almacenará es 81.0734 x 200 x 3 / 1000 = 48.6 litros = 48.6 kg
Grueso de la madera = El grueso de la madera depende de la cantidad de agua que vas a almacenar en los tubos ya que debe asegurarse que la caja soporte el peso. Para ello antes de comprar la madera preguntale al de la maderería que grueso se necesita para que soporte el peso del agua que almacenará y el tamaño de la caja.
Largo de la caja = largo de los tubos de PVC + (2 x 4 cm ancho del codo) + 6 cm de espacio libre a los lados+ 10 cm( 5 cm de plumavit/unicel/frigolith de cada lado)
Largo de la caja’ (largo de la caja prima)= largo de la caja + 2 x grueso de la madera.
Ancho de la caja = (diámetro de los tubos de PVC + 1 cm separación entre ellos) x # tubos + 6 cm de espacio libre a los lados + 10 cm (5 cm de plimavit/unicel/frigolith a cada lado)
Alto de la caja = 10 cm (de plumavit/unicel/frigolith) + 5 cm+ diámetro de los tubos + grueso de la madera.
EJEMPLO Panel solar de 3 tubos de PVC de 200 cm (2 mts) (medidas recomendadas):
Largo del tubo de 4″ = 200 cm.Número de tubos de 4″ = 3Cantidad de agua que almacenará (81.0734 x 200 x 3) / 1000 = 48.6 litros que pesan 18.6 kgGrueso de la madera = 2 cmLargo de la caja = 200 + 8 + 6 + 10 cm = 224 cmLargo de la caja’ (prima) = 224 + 2 x 2 cm = 228 cmAncho de la caja = (10.16 + 1) x 3 + 6 cm + 10 cm = 33.48 + 12 = 49.5Alto de la caja = 10 + 5 + 10.16 + 2 = 27.2
NOTA: Agradezco a Marcelino L. su retroalimantación, ya que los calculos de las medidas recomendadas eran incorrectos.

Tercer paso: Determinar que elementos integrarán al calentador solar.

En cada una de las secciones (Panel, caja, armado de colector, termotanque, tanque de alimentación) se dan diferentes alternativas para construir cada uno de los elementos, por ejemplo en el termotanque se puede elegir la estructura donde se colocará y el forro.

Los materiales dependen de los elementos son los que se elijan, y se pueden consultar en cada uno de ellos.

Cuarto paso: Equipo de seguridad.

Lo primero es la seguridad, si decides hacer un calentador solar, no olvides que lo más importante es tu seguridad por lo que antes de iniciar el proyecto consigue el equipo de seguridad y utilizalo.

1.- Guantes de cuero (para evitar quemaduras y cortaduras)

2.- Lentes de protección (Para evitar que algo lastime tus ojos, en especial al perforar con el taladro o el sacabocados).

3.- Tapones para los oidos para disminuir el impacto del ruido.

NOTA: La caja de lámina debe ser construida por un herrero calificado ya que se necesita soldadora eléctrica para soldar y guillotina para cortar la lámina. Ambas herramientas requieren experiencia y capacitación para su uso.

Quinto paso: Construcción

Lo más importante durante la construcción es hacer un paso bien hecho cada vez, ya que si dejas un pendiente después tendrás que regresar a arreglarlo y eso usualmente requiere más tiempo.

En las construcción no olvides que lo más importante es tu seguridad, por ejemplo es preferible tardarse más tiempo y no necesitar atención por una quemadura por no utilizar guantes de cuero, no lo pierdas de vista tu seguridad en ningún momento.

Para que el calentador solar funcione correctamente cuida en especial lo siguiente:

Que al hacer un recorrido del agua después de alimentar al panel siempre tengan las burbujas oportunidad de salir a la superficie, un poco de burbujas en el colector puede hacer que este no funcione porque impiden que el agua circule.

Que cuando hagas una soldadura no tenga fugas, si tienes dudas ponle agua a circular y verifica que no salga ninguna gota de agua.

Autor: Emilio Alvarez Peimbert
Publicado originalmente el: 2012-03-08 15:20:57