Diseño del calentador solar que hizo Camilo Rojas

Estos experimentos son parte del trabajo que realizó Camilo Rojas C. de Chile para diseñar su calentador solar (puedes encontrarlo en la versión 5).


Por Camilo Rojas C. de Chile

Octavo experimento.

En vista que el principal problema a resolver es la eliminación de aire a los tubos de mi calentador, diseñé una serie de maneras para que el aire y otras sustancias como el cloro que se evaporan y se manifiestan en forma de pequeñas burbujas (como cuando uno deja un vaso con agua por mucho tiempo y las paredes interiores del vaso se llenan de pequeñas burbujas), salga al exterior alargando la vida útil del calentador.

Los tubos de PVC resultaron resistentes a las pruebas y transmiten suficiente calor al agua para calentarla a 65°C o más. Entonces el siguiente paso fue construir un calentador a escala natural 1:1, con tuberías de mucho mayor diámetro que pudieran almacenar una gran cantidad de agua destinada a lavadora y baño.

El diseño básico consta de un sistema de tuberías que permite que el agua almacenada en ellos se caliente por el sol y a la vez elimine de manera natural el aire que pudiera existir dentro. Los tubos se disponen de manera similar al prototipo, zigzagueando dentro de una caja de madera revestida con aislante blanco (pluma-vit).

La caja hecha de madera debe soportar el peso de al menos 50 lt de agua contenida en el interior de los tubos. Del espesor del aislamiento dependerá gran parte de la perdida de calor en días fríos y durante la noche. He usado un espesor de 10cm para el fondo y 5 cm para las paredes.

Sobre el aislante blanco he colocado papel aluminio reflectante (del que se consigue en los supermercados para envolver comida) y recubre todo el interior de la caja.

La caja consta de tres tubos-estanques de material de PVC que juntos almacenan 50 lt de agua aproximadamente. Cada tubo tiene un diámetro de 11 cm (4 pulgadas) y utilicé pegamento para pvc encontrado en el mercado chileno fácilmente.

Debido al diseño en zig-zag el agua se ve obligada a entrar al calentador por un extremo de la caja y salir por el otro.

Nota: Un tubo horizontal al que se le ingresa agua por un extremo y se le extrae por el otro no se llenará por completo pues sobre la abertura de ingreso quedará una gran burbuja de aire a lo largo del tubo que no podrá salir pues las aberturas de llenado y salida se encuentran por debajo de ese límite.

Para eliminar el problema de llenado parcial de los tubos por el agua he hecho agujeros en la parte mas alta de los mismos para que el aire escape.

Debido a que de todas formas existe el riesgo a quedar una burbuja en algún punto de la longitud del tubo, incliné estos en un grado menor, levantando uno de sus extremos y realizando una pequeña perforación con el taladro. Esta perforación pasaría a ser la parte mas alta de cada tubo individualmente.

Todos los tubos tienen la misma inclinación y la respectiva perforación para la salida del aire.

Las salidas de aire de cada tubo se unen en un ducto común que lo direcciona al exterior de la caja.

Las conexiones entre cada tubo que permite el paso de agua de uno a otro se encuentran los extremos de cada tubo en la parte mas baja de las tapas. (esto permite un vaciado completo de agua en caso de recambio de alguno)

El hecho de tener una salida de aire a la atmósfera me impide colocar una presión de agua excesiva dentro de los tubos, pues de esa manera el agua saldría por donde debe salir el aire. Para evitar este inconveniente la presion de agua estará dada por el nivel máximo que permite que no se rebase el agua por la salida del ducto del aire.

La manera como resolví esto es colocando un Pequeño estanque externo que mantendrá y regulará el nivel de agua dentro del estanque. El principio usado será el muy conocido de los “vasos comunicantes” que indica que el nivel del agua será el mismo para todos los puntos de un recipiente no importando la forma de este, mientras la superficie del agua este en contacto con la atmosfera. Así, dos vasos de distinta capacidad y forma tendrán siempre el mismo nivel de agua mientras estén conectados con una manguera o tubería.

El pequeño estanque exterior también me proporciona un buen lugar para colocar una válvula que me permita el llenado de este de manera automática. Es la válvula con flotador usada en los estanques de baño casero. Esto permite que la presión dentro del calentador esté determinado por la altura del nivel de agua y no por el de la presión de la red domiciliaria.

El proyecto se encuentra en funcionamiento, y aunque está en etapa de marcha blanca, hasta ahora no ha dado inconvenientes. Se ha hecho una conexión al baño y lavadora de manera que el uso de agua caliente sea el mismo que se usaría en un calefactor eléctrico o a gas tradicional.

Por lo menos estoy muy feliz por haber encontrado a Emilio y Angeles (de micalentadorsolar.com) que me han ayudado mucho con su entusiasmo y opiniones es este proyecto. Por otro lado mi madre se encuentra feliz por que ahora puede lavar la ropa con agua caliente.

Otra ventaja de este sistema es que pueden construirse calentadores gemelos y colocarse en serie sin perjudicar el rendimiento del otro.

Como anécdota puedo mencionar que uno de los tubos en las fotos es de menor diámetro pues cuando comencé a colocar los vidrios, impresionantemente el calor dentro de la caja subió tan rápido que no había alcanzado a llenarlos con agua cuando uno de ellos se fundió. Bastaron solo 10 minutos para que uno de los tubos quedara deformado.

Como recomendación es bueno utilizar lentes oscuros e instalar los vidrios sin sol o cubriendo inmediatamente el calentador.

¡¡¡ Esta cosa realmente funciona !!!!

Por Camilo Rojas C. camistoteles @ yahoo . com

Autor: Camilo Rojas
Publicado originalmente el: 2012-03-09 10:50:58

Caja de Madera con forro de plástico

Para versión 5

Esta caja es parte del trabajo que realizó Camilo Rojas C. de Chile para diseñar su calentador solar (versión 5).


Por Camilo Rojas C. de Chile

MATERIALES: (fotografías)

Para los materiales se necesitan las medidas que se calculan en el apartado de materiales.

  • 2 tablas del grueso necesario de largo de la caja’ (prima) x alto
  • 2 tablas del grueso necesario de ancho por alto de la caja.
  • 1 tabla del grueso necesario de largo x ancho de la caja.
  • Clavos o tornillos de madera para armar la caja
  • 1 cuadro de unicel/plumavit/frigolith del largo por el ancho de la caja y 10 cm de grueso.
  • 2 cuadros de unicel/plumavit/frigolith del ancho de x la altura de la caja de 5 cm de grueso.
  • 2 cuadros de unicel/plumavit/frigolith de la altura de la caja x (largo de la caja – 10 cm (5 cm que se ponen de cada lado con el unicel/plumavit/frigolith anterior))
  • Tornillos de madera para poner las patas de solera.
  • Plástico reflejante o lámina de zinc para cubrir el exterior la caja
  • papel alumninio para cubrir el interior de la caja cubierta con plumavit/unicel/frigolith.
  • 2 tramos de solera para hacer las patas

HERRAMIENTA: (fotografías)

  • Arco con segueta para madera (si es que no se consiguió la madera ya cortada).
  • Martillo
  • Desarmador para los tornillos (de cruz o plano)
1.- Para hacer la caja de madera se unen las cuatro tablas con clavos.
2.- Hacer los agujeros para la tubería de entrada de agua fría y la salida de agua fría
3.- La caja se forra de plástico reflejante que se encuentra en algunos empaques de equipo electrónico. Está pegado con corchetes o grapas de tal manera que se sobreponen los segmentos para impedir el ingreso de agua lluvia. Así la caja queda resguardada del sol (porque es un plástico con cubierta reflejante) y de la lluvia aumentando su duración.Si la caja únicamente se pintara con pintura de aceite duraría aproximadamente 2 años antes de necesitar cambiarla.
4.- En el fondo de la caja poner plumavit/unicel/frigolith (u otro aislante) de 10 cm de grueso y en las paredes poner plumavit/unicel/frigolith de 5 cm de grueso.
5.- Cubrir el plumavit/unicel/frigolith con papel aluminio del lado más brillante.
6.- Para la inclinar la caja utilicé dos tramos de solera a la que le hice 3 agujeros y las uní con tornillos de madera a la caja.

Preguntas frecuentes acerca de la caja
Autor: Camilo Rojas
Publicado originalmente el: 2012-03-09 09:45:41

PET en efecto invernadero

Estos experimentos son parte del trabajo que realizó Camilo Rojas C. de Chile para diseñar su calentador solar (versión 5).


Por Camilo Rojas C. de Chile
Luego comencé los estudios de materiales conductores de calor y sus características aislantes y reflectantes.
Mirando los productos ofrecidos en el mercado Chileno me di cuenta que el PVC es un plástico muy usado para tuberías y me ayudaría mucho en abaratar costos ($).
El polipropileno expandido (plumavit llamado en Chile) es un material blanco aislante muy económico y usado en el embalaje de lavadoras y televisores traídos de Japón.
El Papel aluminio muy usado para proteger los alimentos de su descomposición prematura también es muy fácil de conseguir en Chile en cualquier supermercado.
Estos son los elementos bases que cuenta mi calentador para su funcionamiento.
Tercer experimento
Construí una caja de madera. (50cm x 10cm x 15cm) Cerrada en todos sus lados. La cara superior es de vidrio transparente. La caja se encuentra forrada interiormente con material aislante blanco(plumavit) y sobre este un papel reflectante de aluminio. En el interior de la caja coloque cuatro botellas de plástico PET de refresco cola. Una sin pintar, las otras de color negro. Todas con agua y sin tapa. Tres botellas llenas y una de color negro llenada sólo agua hasta la mitad.
Resultados: Luego de 1 a 2 horas de exposición al sol los resultados fueron sorprendentes. Se resumen en el esquema siguiente.

Conclusión de tercer experimento:
-El agua alcanza temperaturas que me sorprenden, muy elevadas, por mi no esperadas.
-El color negro es un absorbente de energía de uso obligado en mi calentador en la tubería.
-El plástico sometido al calor extremo del sol se quema o deforma si no está en contacto directo con el agua.
-El efecto invernadero se muestra destructivo con los materiales plásticos cuando no se dispone un diseño apropiado.
-La temperatura al interior de la caja es muy superior al exterior.
Siguiendo con mi idea y ya comprobado el poder del sol en estos materiales. Me dispuse a hacer mi calentador con los ya mencionados tubos de PVC. Hay que ver su comportamiento en estas condiciones.
Autor: Camilo Rojas Publicado originalmente el: 2012-03-08 18:06:17

Prototipo del calentador solar de Camilo Rojas de Chile

Estos experimentos son parte del trabajo que realizó Camilo Rojas C. de Chile para diseñar su calentador solar (versión 5)


Por Camilo Rojas C. de Chile

Cuarto experimento

Con algunas modificaciones del interior de la caja de madera. Cerrada en todos sus lados. Una de sus caras es de vidrio transparente. La caja se encuentra forrada interiormente con material aislante (plumavit) y sobre este un papel reflectante de aluminio. Dos agujeros por donde ingresa y sale el tubo de PVC.

El tubo hace un serpentín al interior de la caja y zigzaguea ocupando la mayor área posible. El tubo es pintado negro. La caja es un prototipo, una maqueta a escala menor, de mi calentador. Se encuentra aislada del exterior pero no es completamente sellada y las presiones de aire en el interior y exterior de la caja son las mismas pues hay múltiples fugas por todas las rendijas y uniones.

Luego de llenar la tubería con agua la dejé en exposición al sol.

Resultado: Al cabo de solo 20 minutos el agua llegó a temperaturas sorprendentes. Sobre 65 grados Celsius o más. El agua sale a borbotones del tubo despidiendo vapor de agua como si hirviera. La piel soporta hasta 45ºC , luego de eso siente dolor.

El PVC sometido a grandes temperaturas del sol sufre una modificación de su rigidez trasformándose en un elemento blando que no es recomendable manipular.

Es importante recordar que si este prototipo se quedara sin agua se fundiría el PVC por el calor por la temperatura al interior de la caja con efecto invernadero.

Todo es alentador y pronostica un buen calor del agua. Ahora debo tratar de controlar el agua caliente para su uso.

Autor: Camilo Rojas
Publicado originalmente el: 2012-03-08 18:02:13

panel de tubos-estanque de cpvc

Por Camilo Rojas de Chile.

PANEL DEL TUBOS-ESTANQUE

Para versión 5

IMPORTANTE

USA CPVC, NO USES PVC ya que al canetarse puede producir sustancias tóxicas (específicamente dioxinas que son sustancias potencialmente cancerígenas). Lo mejor es utilizar un tubo de 4 pulgadas de CPVC o de algún metal.

Este panel es parte del trabajo que realizó Camilo Rojas C. de Chile para diseñar su calentador solar (versión 5).


Por Camilo Rojas C. de Chile

MATERIALES: (fotografías)

Para los materiales se necesitan las medidas que se calculan en el apartado de materiales.

1.- El tubo de PVC de 4 pulgadas necesario para tener la cantidad de tubos de la medida determinada en la liga anterior.
2.- 6 tapas de PVC para tubo de 4 pulgadas.
3.- Pegamento hidráulico para PVC
4.- 1 lija de grano grueso para madera.
5.- 1 metro tubo de PVC de 1/2 pulgada (para hacer los conectores para el jarro de aire y la entrada y salida de agua fría).
6.- 1 metro de tubo de PVC de 5/8 de pulgada (para hacer los conectores para el jarro de aire y la entrada y salida de agua fría).
7.- 4 conectores con rosca con diámetro interno de 1/2 pulgada (si no se encuentran entonces hay que hacer los agujeros más pequeños).
8.- 9 abrazaderas
9.- 1 metro de manguera de 1/2 pulgada de diámetro de la mejor calidad disponible (de preferencia entramada)

HERRAMIENTA: (fotografías)1.- Arco con segueta de metal.
2.- Taladro eléctrico manual
3.- Broca de 1/2 pulgada, en su defecto una broca lo más gruesa disponible.
4.- Desarmador plano
5.- Nivel

Información enviada por Camilo Rojas de Chile (camistoteles@yahoo.com)

Fotografía Explicación
1. Cortar los tubos de PVC de 4 pulgadas (10.16 cm) del largo necesario. Los corté con una sierra (arco-segueta) de metal.
2. Con pegamento para PVC pegar las dos tapas de cada tubo.
3. Marcar con un lápiz circulos de 1/2 pulgada de diámetro en las tapas en los lugares indicados (verificar antes de hacer las perforaciones el diámetro interno del tubo de 1/2 pulgada y los conectores con rosca que se tengan para evitar hacer hoyos más grandes de lo necesario).
4. Con un taladro manual hacer los agujeros de 1/2 pulgada en los círculos hechos en el paso anterior.Se puede utilizar una broca para fierrode 1/2 pulgada o bien si no tiene una con una broca más delgada ir agrandando el agujero con movimientos circulares como lo hizo Camilo Rojas C.
5.- Lijar los conectores con lija de grano grueso para madera.
6.- Pegar los conectores en los agujeros hechos anteriormente con pegamento para PVC.
7.- Elaborar las 3 conexiones para el jarro de aire. (También se pueden utilizar conectores y armarlos de forma diferente.
8.- Colocar abrazadera y manguera para evitar fugas entre la conexión de los estanques.
9.- Presentar los tubos en el suelo para visualizar su instalacion (En la foto se ve uno de los tubos más pequeño pero los 3 deben ser del mismo tamaño).

10.- Pintar con pintura negra opaca (mate) los tubos que harán de estanque
11.- Colocar teflón en las salidas de agua para evitar fugas.
12.- enroscar los codos de modo que queden como en el diagrama y unirlos con los tubos de manguera y las abrazaderas.
13.- Coloca un tubo de PVC para el jarro de aire.
14.- En una hora en que no haya sol coloca los tubos en la caja para presentarlos.


15.- Coloca los conectores y asegurate de que queden bien cerrados para que no haya fugas.
15.– Verifica los niveles.

Diagrama Calentador solar de bajo costo sin termotanque.

Diagrama del calentador solar de tubos-estanque de Camilo Rojas
 Diagrama del calentador solar de tubos-estanque de Camilo Rojas

Este es el diagrama que haría después de la experiencia que adquirí, la ventaja que tiene es que es más fácil de construir aunque requiere una caja un poco más grande para que los tubos estén inclinados en forma de zigzag. El diseño que utilicé y está en las fotos está al final de esta página.

Foto comentada del calentador solar de tubos-estanque de Camilo Rojas
 Foto comentada del calentador solar de tubos-estanque de Camilo Rojas

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. En este caso Camilo Rojas C. utilizó un bote de plástico con tapa y un flotador o boya.
Su función es controlar la presión del agua. Debido al calor, los tubos-estanque del panel solar se debilitan y si se recibiera la presión directamente de la calleésta los rompería.
El tanque de alimentación recibe agua fría de la llave proveniente de la calle por la parte superior y tiene una salida por la parte inferior que alimenta al panel-estanque solar.
En esta versión de calentador solar, el tanque de alimentación es indispensable.
Es importanque que la parte superior del panel de tubos estanque esté debajo del nivel mínimo del tanque de alimentación, y que el jarro de aire esté 20 cm arriba del nivel maximo de agua del tanque de alimentación.
El tanque de alimentación tiene una salida hacia el panel de tubos-estanque
Llaves de paso, se colocan para poder vaciar el calentador solar, darle mantenimiento o hacer modificaciones si fuera necesario, se colocan 3 llaves de paso en las siguientes posiciones:

  • En la conexión de la recepción de agua fría del tanque de alimentación para poder vaciar el sistema si fuera necesario. IMPORTANTE, si se vacía el calentador debe estar tapado y frío ya que si el panel se queda sin agua el calor de la caja de efecto invernadero fundiría el CPVC.
  • En la conexión del tanque de alimentación al panel de tubos-estanque, para vaciar el colector solar sin necesidad de vaciar el tanque de alimentación.
  • En la salida de agua caliente a la casa (cuando se necesita evitar que salga agua caliente del colector)

¿Porque circula el agua?

Primero se llena el sistema, el agua fria que llega del tanque de alimentación es la que llena el sistema, el agua circula hacia el colector, el aire que estaba en el colector se desplaza hacia arriba y sale por el jarro de aire. Debido a que es un vaso comunicante el agua en el colector de tubos-estanque sube hasta el nivel del agua del tanque de alimentación.
Ya que está lleno el sistema el sol calienta los tubos de CPVC que a su vez calientan el agua que tiene el colector, el agua caliente sube poco a poco al tubo superior . Cuando se abre la llave del agua caliente se saca agua del tubo superior y se mete agua fria del tanque de alimentación al tubo inferior.
Nota: Un dato interesante es que Camilo Rojas C. realizó la mayor parte del calentador en la cocina de su casa.