Cómo determinar el tamaño del termotanque de un calentador solar

—- tomado del manual de micalentador solar ————–
Para el cálculo de litros que requiere tener termo-tanque se considera lo siguiente:
* Se requieren 60 lts por cada persona que se duche entre las 3:00 pm y 10:00 am, con una temperatura entre 30 y 32°C (considerando que la ducha con la regadera abierta dure 5 min y el máximo de litros por minuto de una regadera que cumple con la NOM (Norma Oficial Mexicana) es de 10 litros, lo ideal es buscar una que consuma menos), se requieren 50 lts por persona + 10 litros por persona para otras actividades como lavarse la cara o rasurarse. Si se requiriera una temperatura mayor en el agua habría que aumentar el número de colectores, la temperatura máxima que se puede alcanzar es de 68°C en días no nublados.
* Si se lava con agua caliente la ropa por la noche, hay que considerarla como 1 persona o más, por cada carga de lavadora en cada ciclo de lavado con agua caliente y enjuagado con agua fría).
* Las personas que se bañan entre las 11:00 am y 2:00 pm, así como las lavadoras que utilizan agua caliente en ese horario no requieren capacidad adicional en el termotanque porque se vuelve a calentar el agua, por l oque si se utiliza el agua caliente en ese horario es más económico construir el calentador porque se requiere menor capacidad.
* Aproximadamente 1 mt2 de colector sube la temperatura de 40 tls de agua de 20° (temperatura inicial) a 40°C centígrados por hora, podemos comparar un colector de 1 x 2 mts con una hornilla de estufa de gas.
Nota: En los días nublados se requiere utilizar el calentador de gas de respaldo, entre más nublado esté el día, el agua menos se calentará y si está parcialmente nublado sí se calienta un poco el agua, por lo que aún en esos días hay algo de ahorro porque el calentador de gas aumenta sólo los grados faltantes.

Uso de mi calentador solar en el día a día

Esta entrada es para compartir mi experiencia en el día a día de mi calentador solar.

El calentador solar que tengo instalador en la casa corresponde a

  • la versión 2, con 4.5 metros cuadrados de páneles (dos de 2 x 1 mt cada uno) y otros dos más pequeños de 50cm x 50 cm c/u conectados a un termotanque de 250 lts (llenado a 220 lts), y
  • conectado por medio de un bypass para usar sólo agua del calentador solar en días soleados y prender el boiler de gas cuando no se calienta lo suficiente el agua.
  • El termotanque está en una casita de lámina galvanizada (para que el aire no lo enfríe y llena de bajoalfombra rodeada de papel alumnio)
  • en la Ciudad de México.

Las conexiones del calentador solar están optimizadas por lo que tenemos muy buenos resultados, pero le hemos invertido tiempo a mejorarlo. Las mejoras que hemos hecho son:

  • Aislamos las conexiones entre el panel y el termotanque (forradas con bajoalfombra, cubierta con cinta gris que a su vez está cubierta por lámina delgada de aluminio amarrada con alambre).
  • Al termotanque le hicimos una casita para protegerlo del viento que lo estaba enfriando mucho, y dentro de la casita hay bajoalfombra para aumentar el aislamiento.
  • Cambiamos las conexiones instalarlo como bypass para que sólo se prenda manualmente el calentador de gas (y su piloto) cuando es necesario.
  • Instalamos una regadera adicional en uno de los baños para que usara agua del calentador solar directamente (lo que nos aumentó 10°C en esa regadera), esto es porque se pierde esa temperatura en el recorrido de las tuberías de la casa.
  • Tenemos política interna de ahorro de agua.

En el día a día un calentador puede ser transparente al usuario (es decir, quien lo instaló sabe que está instalado, pero quien lo usa podría no saberlo).  En nuestro caso sabemos que tenemos calentador solar porque tenemos una regadera que llega directa del calentador solar y porque hay que prender el boiler manualmente cuando hay 48 horas sin sol.

En la noche el agua se mantiene caliente.

Los días en que hemos tenido que prender el boiler de gas es cuando:

  •  durante 48 horas está muy nublado y no llegan los rayos solares.
  • y cuando se va el agua, como el calentador solar requiere tener el termotanque lleno para poder funcionar si no hay agua baja su nivel y por lo tanto hay que prender el boiler.

En el inverno el agua llega más fría y y hay menos horas de sol, por lo que en nuestro caso se calienta menos que en verano (entre 45 y 50°C) usualmente, y en verano (en días soleados) llega hasta 62°C entregados en la regadera que está conectada directamente al calentador solar (Nota: es una temperatura que puede ser peligrosa, por lo que por seguridad siempre se abre primero la llave del agua fría y después poco a poco la caliente).

Lo curioso es que se pensaría que el problema de tener agua fría es en invierno, cuando nosotros prendemos más días el calentador de gas es en verano porque hay más lluvia, y por lo tanto está mucho más nublado que en inverno.

Antes de instalar la regadera de forma directa (pero con el bypass) prendiamos el boiler unos 20 a 25 días por año, después de instalar la regadera directa del calentador solar son de 8 a 12 días por año.

Cuándo se usa un jarro de aire, un flotador o una trampa de vapor en un calentador solar.

¿Qué opciones hay para dejar salir el aire del calentador solar?

Una creencia que noto es que la primer alternativa para colocar en un calentador solar es la trampa o válvula de vapor cuando en mi opinión es la última, y la razón es el mantenimiento.  A Emilio le preocupaba mucho que cualquier calentador requiriera un mantenimiento mínimo ya que si alguna de las piezas falla fácilmente se culpa al calentador y en ocasiones se desecha uno en buen estado por que una pieza dejó de funcionar. En particular vió una granja de calentadores solares (aprox 50) que usaban trampa de vapor y al fallar las trampas de vapor no hubo quien las cambiara y se dejaron de usar los calentadores. Sé que no parece suficiente razón, pero vi las fotos.

Importante: Dentro del calentador (en especial en el colector) para que circule el agua por convección (y que no se requiera una bomba para forzarla) es muy importante que se permita la salida de las burbujas, además de que si se calienta mucho el agua es importante permitir los cambios de volumen en el agua para que no aumente la presión interna.

Esquema básico del  calentador solar

Vamos a comenzar con un esquema básico del calentador solar, hay un tanque de alimentación, un termotanque y un panel.  (No tiene forma de sacar el aire).
vasos8

Si lo observamos funciona como un gran vaso comunicante. Una vez que entra el agua ahí se queda, como en el colector se calienta y el agua caliente es más ligera que la ligera entonces sube, y así es como circula en el termotanque, por ello es importante que el agua fría llegue al fondo del termotanque (para que no enfríe el agua de la superficie del mismo).

Veamos que alternativas hay.

Jarro de aire

Supongamos que el termotanque está sellado (es decir, no tiene tapa y no tiene fugas) entonces tiene que soportar la presión que da la columna de agua del tinaco de alimentación.
Ahí se agrega un jarro de aire, y debe quedar 20 cm arriba del nivel máximo de agua (es decir, el del tinaco de alimentación) y doblada la punta a 45° para que no se meta la lluvia y el polvo fácilmente.

version 1 del calentador solar comentada
De esta idea es que sale la versión 1 del calentador solar.

Sin embargo el tener un termotanque sellado tiene algunas dificultades en su construcción, la primera es tener un recipiente que se pueda tener sellado (Emilio usó tinacos de 200 lts de fierro, en ese momento no sabía que no es bueno usar fierro en un calentador solar debido a una bacteria llamada legionelosis que prospera en agua tibia/caliente en presencia de fierro y que ataca las vías respiratorias) pero sellarlos no era fácil, se requiere un herrero con mucha experiencia.
termotanque sellado

Además de que se oxidan.

termotanque oxidado

Entonces su amigo el Ing. Gómez Coyt utilizó tanques de plástico pero no soportan bien la tensión así que le agregó unos cinchos para que no se deformara.
termotanques de plástico con cinchos para que no se deformen

Usando un flotador/boya para controlar el nivel máximo del agua

En ese tiempo Emilio comenzó la página y en una serie de preguntas y respuestas surgió la idea de limitar el vaso comunicante hasta el termotanque, así se podría tener un termotanque abierto, que permite la salida de las burbujas en ese punto sin que sea necesario poner un jarro de aire, y así es como nace la versión 2.

version 2 calentador solar
Y este sería el esquema, ahora el nivel máximo del agua es el termotanque, y como es un termotanque abierto (tiene una tapa que permite el paso del aire) entonces no se requiere un jarro de aire en el termotanque.
esquema de la versión 2 del calentador solar

 

¿Cuándo hay que usar una trampa de vapor?

Una trampa de vapor permite la salida de gases sin dejar salir el vapor o el agua que contiene.
Es necesario utilizarla cuando el nivel máximo de agua no puede ser definido.

Por ejemplo, cuando se utiliza un hidroneumático, éste aumenta la presión del agua, por lo que si se coloca un jarro de aire el agua se saldría.
También cuando por cuestiones de espacio no es posible colocar un jarro de aire.

¿Qué otras razones conoces?

¿Qué podemos hacer para evitar que tarde tanto tiempo en salir el agua caliente en la regadera?

Aprovechando la pregunta de Roberto: Tengo muy lejos el calentador solar de la regadera… ¿esta tuberia (tuboplus) puede servir para evitar que tarde tanto en comenzar a salir el agua caliente?

El agua tarda en salir caliente por varias razones,

  • La distancia que hay entre la salida del agua caliente del termotanque hasta el punto en que entra en la casa (es decir, la tubería expuesta).
  • La distancia que hay entre el punto que entra en la casa hasta la regadera (esa tubería está cubierta y no es accesible)
  • El diámetro de las tuberías.
  • Si pasa por un boiler de gas o eléctrico.
  • La temperatura ambiente externa y de las paredes de la casa.

Si observamos el recorrido que hace el agua caliente desde que sale del termotanque hasta que llega a la regadera tenemos un punto inicial (antes de abrir la llave) toda la tubería que llevará el agua, ya contiene agua y está fría, esa agua necesitamos sacarla antes de poder usar el agua caliente.

Entre más largo sea el trayecto y mayor sea el diámetro de la tubería se pueden tener ahí varios litros (En mi caso son como 15 litros). Se puede reducir el diámetro de la tubería, de esa manera habrá menos agua acumulada, tiene la DESVENTAJA de que se reduce la presión (la teoría es que la presión no cambia, pero en mi caso al cambiar la tubería expuesta de 3/4 por 1/2 sí se percibió, de cualquier manera preferimos tener un poco menos de presión si eso nos da agua caliente más rápido).

La otra opción es aislar la tubería expuesta, al momento de cambiar la tubería por 1/2 utilizamos tuboplus que es un tubo aislado de la marca Rotoplas, sin embargo a pesar de su aislamiento se siente caliente al tacto (aunque no tan caliente como uno de cobre) por lo que tuvimos que aislarlo aún más  (primero lo cubrimos con 4 capas de bajoalfombra, lo cubirmos con cinta gris y sobre ésta (ya que no aguanta la intemperie) pusimos lámina delgada de aluminio amarrada con alambre para protegerlo de la lluvia y del sol. En tramos largos si se siente el cambio de temperatura con el aislamiento adicional.  (Para el caso del calentador solar, cuando aislamos las tuberías de tuboplus con el bajoalfombra aumentamos de 45° C a 55° C)

Al entrar el agua a la casa (desconozco como está la tubería, pero se «pasea» mucho) el agua tenía que primero calentar las paredes del tubo para poder llegar caliente y en ese caso no pudimos hacer mucho, ya que así está la construcción.

Respecto al paso o no por el boiler, influye en el aspecto de que se requiere tener agua caliente en el boiler (en nuestro caso tener el piloto prendido era suficiente para tenerla en la temperatura mínima necesaria) pero pierde temperatura al recorrer la casa, optamos por poner un bypass para que el agua no pasara (a menos que lo necesitaramos) por el calentador de gas, eso también ayudó (sobre todo si en nuestro caso el consumo del piloto representaba el 30% del consumo total de gas, teníamos antes del calentador solar varias políticas para consumir poco gas)

También hemos visto que entre más frío esté el ambiente más tiempo tarda en salir agua caliente ya que se tiene que calentar la tubería más grados que cuando están los días más templados.

La última solución que implementamos fue agregar una regadera que se alimenta directamente del calentador solar (con una tubería aislada), con esa tenemos el agua caliente casi inmediatamente, sólo hay que tener CUIDADO con esa opción ya que el agua puede salir demasiado caliente y puede ser peligrosa, por lo que siempre hay que abrir el agua fría primero y después la caliente, para evitar quemaduras.

Estas son las ideas que implementamos ¿Cuáles suguieres tú?

Angeles.

Cómo aumentar la eficiencia de calentador solar con botellas de PET

En este video Ferneyvalencia1 comparte una mejor forma para hacer más eficiente el reuso del PET en un calentador solar. Además hace un recorrido por diferentes alternativas y muestra cuantos grados centígrados obtuvo con cada una.

La tubería de un calentador solar de este tipo se realiza de forma similar a la que utilizó Noé Tapia para hacer la versión 9

Si tuvieras alguna duda respecto a este video, puedes escribirle a su autor directamente en su canal de youtube.




Ferneyvalencia1, gracias por compartir tu video.

Cómo conectar el calentador solar utilizando un bypass.

Una alternativa para conectar el calentador de gas es utilizar un bypass (término que se utiliza para cortar el paso o cambiar el flujo), así podemos utilizar exclusivamente el calentador solar y sólo prender el calentador de paso de rápida recuperación cuando está muy nublado.

Después de instalar el calentador solar, encontramos que al utilizar el bypass ahorrabamos el 30% de consumo de gas (teníamos políticas de ahorro de gas antes del calentador solar, por lo que puede ser un porcentaje menor para quienes no las tienen) si manteniamos apagado el piloto, por lo que sí es significativo.

Este es el diagrama general de la conexión. Llega el agua caliente del calentador solar y la ingresamos al calentador de gas, el termostato debe estar en la temperatura mínima que necesitamos (no al máximo) para que sólo se prenda cuando hay que aumentar algunos grados.

En mi caso decidí agregar una llave para poder sacar agua directamente del calentador solar sin que fuera necesario que ingresara a la tubería de la casa. Si la instalas ten cuidado por que el agua puede salir muy caliente.

Diagrama general de configuración del calentador solar al de gas utilizando un bypass

Cuando deseamos que el agua del calentador solar no pase por el boiler cerramos la llave que permite el paso del agua caliente al boiler (por ende, tampoco sale agua del boiler) y abrimos la tubería horizontal para que el agua circule através de ella. La llave de la salida de agua caliente del boiler debe estar permanentemente abierta (por eso tiene una cinta para evitar que se cierre por error) ya que el volumen del agua se modifica ligeramente al calentarse/enfriarse y estos cambios podrían dañar el calentador de paso.

Diagrama de configuración del calentador solar al de gas utilizando un bypass

Esta es la configuración de las llaves cuando tenemos prendido el boiler.
Cuando deseamos que el agua del calentador solar pase por el boiler abrimos la llave que permite el paso del agua caliente al boiler (la de la salida de agua caliente está permanentemente abierta) y cerramos la tubería horizontal.
El boiler de paso de rápida recuperación tiene un pequeño depósito de agua que se mantiene caliente, cuando ingresa agua caliente del calentador de gas, si su temperatura es mayor o igual a la pedida por el termostato (debe estar en la temperatura mínima necesaria, si lo ponemos al máximo sólo desperdiciamos gas ya que le agregaremos agua fría para tenerla a la temperatura necesaria) entonces se prende, si no no. Se requiere tener el calentador con el piloto prendido para que cuando se prenda no tarde mucho en calentarse o bien con el termostato en prendido.

Diagrama de configuración del calentador solar al de gas utilizando un bypass

Si tuvieras algún comentario escríbeme al final de la página.

Autor: Angeles Alvarez
Publicado originalmente el: 2013-01-14 12:35:11

Respuestas de calentadores solares que no llegaron a su destino

20 junio 2012

Es muy interesante su investigación y me motiva con mi proyecto, tengo en mente proporcionar vapor con un calentador solar, pero tengo dudas con respecto al a resistencia o diferencia respecto al calor de usar cobre o tubo negro.
Respuesta: Gracias por sus comentarios hacia el trabajo de Emilio, suena muy interesante la generación de vapor por medio del sol, (si quiere compartir algo al respecto avíseme y le doy un espacio). Alguna vez revisé ese tema con Emilio y me decía que con lo que él había probado (que es lo que está en la página) lo máximo que logró obtener eran 68°C (incluso usando un exceso de calentadores) si lo dejas cavitar (si no circula el agua entonces llega a 86°C y sabes que está cavitando porque hecha pequeños chorros de agua caliente). Alguna vez me comentó que su amigo el Ing. Gómez Coyt (quien experimenta con estufas solares y que estoy tratando de convencer para que también lo publique), había logrado temperaturas mayores pasando aceite en lugar de agua por las tuberías, no recuerdo la temperatura pero creo no llegaba a 90°C. Lo único que he encontrado que genera vapor es el uso de tubos parabólicos donde se coloca un tubo en el foco de las parábolas, pero que requiere un motor computarizado para seguir al sol, se utiliza en termogeneradores de energía eléctrica, si haces una búsqueda de tubos parabólicos puedes encontrar más al respecto.
Espero que te sea útil la respuesta.

17 junio 2012

Estoy pensando hacer un colector,y quisiera saber si el radiador se puede hacer con la tuberia de cobre toda del mismo diametro muchas gracias un saludo
Respuesta:Para poder hacer las conexiones necesitas en los cabezales (donde se sostienen los tubos) un mayor diámetro para poderlos sostener, la única manera que veo para que tengan el mismo diámetro es utilizando T’s pero por la cantidad de las mismas su costo debe ser considerado, además de que requiere más tiempo para los cortes y la soldadura, quedan más espaciados los tubos entre sí (caben menos) aunque tiene la ventaja de soportar más presión (para los casos en que se requiere).

16 junio 2012

hola si en lugar de tubos de cobre uso pvc, y t´s es las uniones disminuye la eficiencia,? y otra pregunta, en dias nublados y/olluviosos no calienta nada o si?
Respuesta:Puedes ver la version 9 ahí Noé Ortíz nos envió su versión hecha en CPVC (No se recomienda en uso de PVC para agua caliente ya que puede generar dioxinas que son sustancias potencialmente cancerígenas). En las pruebas que hizo Emilio baja la eficiencia un 30% aproximadamente, en días nublados calienta un poco (son grados que no tiene que calentar el calentador de gas) en los que no calienta son aquellos en que no pasan los rayos solares (es decir aquellos en que hay que prender la luz incluso de día porque se ve como si ya estuviera anocheciendo) en especial cuando son varios días seguidos.

Para el caso de Veracruz había que ver la forma de anclarlos o quitarles las patas para que estén acostados y no se puedan volar en un huracán.
5 junio 2012

Pregunta: Funciona si el panel de radiador tiene los tubos de cobre en forma horizontal y a que distancia van uno del otro.
Respuesta: No, no creo que funcione y la razón está en la física del calentador solar, el agua al calentarse se vuelve más ligera, por lo que tiende a subir, si los tubos están horizontales, van a subir hacia la parte superior del tubo, pero no del panel. La distancia entre tubos es variable, Emilio lo probó con separaciones de 1 y 2 pulgadas, el de 1 pulgada calentaba más agua que el que tenía separaciones (y por ende más tubos) que el de 2 pulgadas de separación, pero también cuesta mucho más (sobre todo con el precio del cobre) él opinaba que uno de 15 tubos en 1 mt de ancho (colocando los tubos verticalmente y los cabezales horizontalmente) daba un buen balance entre eficiencia y precio.

Pregunta: hola, quisiera saber si puedes hervir agua con uno de estos sistemas…o si sabes de algun sistema que pueda.
Respuesta: Con el sistema de cobre planteado en esta página la temperatura máxima que alcanza es de 68°C (necesitas 100°C a nivel del mar y menor temperatura en ciudades que están bastante más arriba del nivel del mar) se puede lograr con una inversión mayor por medio de tubos con forma de parábola con motores guiados por computadora que sigan al sol y que orienten los rayos a un tubo central, existen termoeléctricas que usan este sistema y llegan a 500°C, pero también son muy costosos. Para que sea más económico creo que conviene más aumentar los grados que se pueda con un calentador solar convencional y el resto con una caldera.

3 junio 2012

Comentario: las demostraciones deberían de ser en forma de despiese para entender mejor
Gracias por tu comentario, no me queda claro como hacerlas en forma de despiese, también se aceptan voluntarios para mejorarlas.

pregunta: buen dia mi nombre es ____ y mi consulta es por que parte del termotanque sale el agua caliente para la casa, y tambien si es que el termotanque tiene doble fondo
Respuesta: Puedes sacar el agua de la mitad hacia arriba del termotanque, respecto al doble fondo me imagino que viste la versión 9, en ese caso tiene doble fondo porque el interno es el termotnaque y el externo sirve para proteger el aislante. No es necesario si lo aislas de una manera diferente.

Pregunta: un gusto saludarles mi nombre es ___ desearia saber como hago para orientar el panel si yo vivo en plena linea ecuatorial.
Respuesta: Inclínalo hacia el sur o el norte (si tienes forma de saber de que lado estás, si estás en el norte oriéntalo al sur y si estás en el sur entonces hacia el norte) y la inclinación sería de 15° ya que es la mínima inclinación con la que puede circular el agua. Saludos!!

22 mayo 2012

Pregunta: En panel de tubos estanque de cpvc porque un tubo es más grande que otro
Respuesta: Porque cuando Camilo Rojas estaba haciendo su calentador, dejó uno de los tres tubos que tenía dentro de la caja con el vidrio puesto, cuando regresó 10 min después el tubo se había fundido, por eso cosiguió otro, aunque no tiene el mismo diámetro. El aprendizaje es que no se debe dejar un colector de CPVC sin agua con el vidrio puesto ya que si no se fundirán los tubos.

8 mayo 2012

Pregunta: Hola me llamo ____ soy de Ecuador y me dedico a la refrigeracion, deseo iniciar un proyecto en base a la energia proporcionada por el sol y asi apoyar a la descontaminacion ambiental, se que sus pruebas me van a ser de mucha utilidad para empezar con el proyecto, me gustaria que si se me presenta algun problema, con sus consejos lo pueda solucionar. Gracias
Respuesta: Con gusto te ayudo con lo que sé. Saludos.

29 ABRIL 2012

Pregunta: Te escribo desde Costa Rica. Muchas gracias por partiparnos de tu proyecto. Lo voy a tratar de hacer para solucionar el problema del agua caliente en la ducha de nuestra casa. Solo tengo la duda de como recircula el agua en el termo tanque y cual es la entrada y o salida de agua en el mismo.

Respuesta: Gracias por escribir, la versión 9 (de CPVC) nos la mandó un cibernáuta para compartirla, su funcionamiento está basado en la version2 en dicha página al inicio aparece un video donde se explica como se calienta el agua y como circula, también puedes encontrar ahí el diagrama de construcción, aunque en la versión 9 está hecho con CPVC en lugar de Cobre.

23 ABRIL 2012

Comentario (en la página principal): ESTA EXPLICACION NO SIRVE BUBUBUBUBUBUBUBUBUBUBUBUBUBUBUBUBUBUUUUUUUUUUUUUUUU

Respuesta: Te agradezco tu comentario, si me compartes en qué no te sirve podré mejorarla para que te sea de utilidad.
Angeles.

19 ABRIL 2012

Pregunta: Hola … me gustaría hacerle algunas consultas:
1- Qué rendimiento tiene para utilizarlo en el suministro de agua caliente en la cocina y en el baño?

2- Podría ser viable y por medio de una bomba y radiadores calefaccionar una casa?

3- Qué pasa si lo construyo con más paneles?

Respuestas:
1. Lo que encontró Emilio es que un panel de cobre de 2 mts cuadrados da el equivalente a una hornilla de la estufa, y mientras hay sol el agua se vuelve a calentar, por lo que el tamaño del termotanque debes considerarlo para el número de personas que se bañarán entre las horas en que hay poco sol(en mi caso de las 5:00 pm a las 9:00 am) estimamos un consumo de 60 lts de agua caliente por cada persona, lavadora, u otros usos de agua caliente, cuando está el sol, éste se encargará de volverla a calentar, en la cocina se puede usar, el agua llega a 68°C, es agua muy caliente ya que agua a 50°C puede ocasionar quemaduras graves en la piel.
2. No tenemos experimentos al respecto, de lo que llegué a comentar con Emilio al respecto es que se necesitarían varios calentadores y quizá lo más efectivo sería hacer circular el agua por el piso (para que sí deje el calor del agua). Existen algunas ideas de calentadores solares de aire, que puedes encontrar en Inicio/ligas interesantes, creo que sería más económico.
3. A Emilio lo que le funcionó fue conectar dos calentadores a la derecha y otros dos a la izquierda conectados en serie, también los podrías conectar en paralelo pero la tubería de llegada debe ser más grande para que pueda recibir el agua de los 4 colectores.

Pregunta: YO HE REALIZADO EL TERMOTANQUE PERO TIENE FUGAS Y NO SE PORQUE. LO FORRE DE LANA DE VIDRIO PERO NO SE QUE SUCEDE O A Q SE DEBA.

Respuesta: Lo mejor es probar las fugas en el termotanque antes de forrarlo, en especial de lana de fibra de vidrio porque tiende a apelmasarse con el agua. Podrías quitar el forro del termotanque y ver en donde está la fuga. No se como hayas colocado las conexiones, pero suponiendo que es de plástico el termotanque puedes encontrar cómo unirlos en termotanque plástico cerca del final de la página en la opción número 2.

Autor de micalentador solar: Emilio Alvarez Peimbert

El Ing. Emilio Alvarez Peimbert fue Ingeniero Industrial con especialidad en electricidad y dedicó la mayor parte de su vida a compartir sus conocimientos, no solo de matemáticas y física ya que también la hacía acerca de la vida, y esta página es su legado a la humidad.

Durante 20 años realizó investigación en calentadores solares de agua y cuando se jubiló de profesor continuó con el deseo de enseñar y por ello inició la página.

El objetivo de micalentadorsolar.com

Mi principal objetivo es difundir por este medio alternativas para la elaboración de calentadores solares (calefones solares o boilers solares) que nos permitan disminuir el consumo de gas y electricidad y así fomentar el uso de otros tipos de energía como lo es la solar.

En mi experiencia como profesor encontré que se aprende más haciendo que estudiando, como ingeniero, en la industria encontré que las innovaciones se guardan celosamente para que la competencia no haga uso de ellas y como habitante del planeta que la contaminación global nos está aniquilando, y como mexicano que el desempleo puede disminuir con el autoempleo.

En esta página encontrarás varias formas de cómo hacer un calentador solar en la que otros colaboradores y yo te compartimos nuestras experiencias para que no tengas que comenter los mismos errores que ya cometimos nosotros antes. Si decides construirlo en esta página está el paso a paso de cómo hacerlo, y si tienes alguna pregunta no dudes en escribirme.

Tenemos un solo planeta, cuidémoslo.

Bienvenido,

Ing. Emilio Alvarez Peimbert (1939-2012)

¿Y ahora quien se hace cargo de la página?

Actualmente continúo siendo la webmaster de la página, y aunque no puedo reemplazar a su autor, aprendí de él durante 5 años (de hecho mucho más tiempo) acerca de calentadores solares de agua.

En la página está documentado todo lo que necesitas saber para hacer tu propio calentador solar de agua.

Bienvenido,

Ing. Angeles Alvarez

Casos especiales para la conexión a casa

Lo ideal es que la mayor cantidad de agua caliente se consuma entre las 11:00 am y las 4:00 pm, sin embargo no en todos los hogares es posible, por lo que si la MAYOR PARTE DEL CONSUMO ES POR LA NOCHE O TEMPRANO EN LA MAÑANA y tienes paciencia y quieres mejorar la eficiencia del calentador, entonces puedes poner la salida del agua caliente del termotanque en la mitad y en cada atardecer cerrar la entrada del agua fría (para que el agua del termotanque no se enfríe en la noche o en la mañana cuando entra agua fría para reponer el agua caliente que se utilizó). Aquí se utiliza únicamente la mitad del agua del termotanque ya que la mitad de abajo es la que más se enfría por la noche. En este caso se debe poner una válvula check de una vía en donde se indica en el diagrama para lugares en que hace mucho frío en la noche para evitar la convexión inversa. La desventaja es que durante el día no se utilizara el agua más caliente disponible sino la más fría que está en el termotanque.

Si no tienes la paciencia o necesidad de cerrar todas las noches la entrada de agua fría y todos los días de abrirla, entones mejor haz el termotanque con la salida del agua caliente de la mitad hacia arriba, para obtener siempre el agua más caliente entones ponlo en la parte superior.

Autor: Emilio Alvarez Peimbert
Publicado originalmente el: 2012-03-26 16:05:03

Otras observaciones para la conexión a la casa

Al iniciar la investigación la recomendación que me encontré con más frecuencia al visitar algunas universidades es que la parte superior del colector debe estar abajo de la parte inferior del termotanque y que este debe estar abajo del piso del tinaco.

Más o menos como se muestra en el diagrama siguiente (No coincide con lo que he encontrado en mi investigación):

En mis observaciones noté que el sol en la Ciudad de México en verano sale por el oriente ligeramente al norte (E,NE) y en invierno al oriente ligeramente cargado al sur (S,SE) por lo que sería recomendable que el colector se orientara al sur sureste en el solsticios de verano y al sur suroeste en el solsticio de invierno y directamente al sur en los equinoccios tanto de primavera como de otoño por lo que recomiendo que la orientación del colector sea al sur en el hemisferio norte y al norte en el hemisferio sur cuando no se mueve su posición durante todo el año, como es la mayoría de los casos. En el caso de calentadores de CPVC y otros materiales plásticos no recomiendo que se muevan ya que con el tiempo y los cambios de temperatura diarios tienenden a cristalizarse y se vuelven quebradizos.

Debido a que el agua caliente va a la superficie superior un termotanque más alto que ancho nos da una mayor convexión. Esto hace que el agua más caliente este arriba y la fría este en el fondo, tomando en cuenta que no hay cambios bruscos en la temperatura del agua llega el momento en que toda el agua del termo está caliente debido a la transmisión del calor (1er principio de termodinámica) en otras palabras conforme pasa el tiempo la diferencia de temperatura entre la parte superior del termotanque y la inferior es de muy pocos grados (aprox 4°C) cuando hay sol, pero cuando no lo hay que notado que la diferencia aumenta (aprox 7°C) por las noches con termotanque aislado. En la noche el agua va perdiendo calor de abajo hacia arriba y cuando no está aislado entre más pequeño sea el termotanque menos agua caliente queda, incluso con termotanques de 80 lts o menos todo el calor se pierde.

Autor: Emilio Alvarez Peimbert
Publicado originalmente el: 2012-03-26 15:39:38

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

Latitud Incinación mínima             (en grados) Inclinación Máxima      (en grados)
0 – 4

15

5 15 20
6 16 21
7 17 22
8 18 23
9 19 24
10 20 25
11 21 26
12 22 27
13 23 28
14 24 29
15 25 30
16 26 31
17 27 32
18 28 33
19 29 34
20 30 35
21 31 36
22 32 37
23 33 38
24 34 39
25 35 40
26 36 41
27 37 42
28 38 43
29 39 44
30 40 45
31 41 45
32 42 45
33 43 45
34 44 45
> = 35

45

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 deseado Seno Ángulo deseado Seno Ángulo deseado Seno
15 0.2588 25 0.4226 35 0.5736
16 0.2756 26 0.4384 36 0.5878
17 0.2924 27 0.4540 37 0.6018
18 0.3090 28 0.4695 38 0.6157
19 0.3256 29 0.4848 39 0.6293
20 0.3420 30 0.5000 40 0.6428
21 0.3584 31 0.5150 41 0.6561
22 0.3746 32 0.5299 42 0.6691
23 0.3907 33 0.5446 43 0.6820
24 0.4067 34 0.5592 44 0.6947
45 0.7071

Autor: Emilio Alvarez Peimbert

Publicado originalmente el: 2012-03-26 15:22:51

Actualizado: Angeles Alvarez  Fecha 22 junio 2014

¿por qué funcionan los calentadores solares de agua?

El agua circula por un principio llamado de convexión, que básicamente es que el agua caliente tiende a subir porque su densidad es menor que la del agua fría.

Por lo tanto dentro de un colector cuando llega el agua fría (proveniente del termotanque) conforme se va calentando va subiendo por los tubos del panel y en el punto en que el agua más fría del colector es más caliente que la que está en la parte inferior del termotanque la deja entrar porque es más fría y entonces el agua más caliente del colector se va a la parte alta del termotanque y así es como va circulando.

En cada “vuelta” el agua se caliente un poco más en el colector y por lo tanto el agua del termotanque aumenta su temperatura poco a poco hasta estabilizarse en 68° C aproximadamente. Este es el punto en que la diferencia de densidades es tan pequeña, que para subir un poco más la temperatura se require el doble de colectores.

Es indispensable cuidar que no queden burbujas de aire atrapadas porque entonces la convexión se detiene y que en todo el recorrido el agua siempre suba o baje verificándolo con un nivel (si se forma una U en la tubería las burbujas se quedarán atrapadas).

Autor: Emilio Alvarez Peimbert
Publicado originalmente el: 2012-03-26 15:14:52

Componentes del calentador solar

Los componentes de un calentador solar los puedes ver en la siguiente imagen (está ilustrada la versión 1):

Tinaco de alimentación: Es el tanque que alimenta el agua de la casa y del sistema (tambo verde)

Colector solar: Es la zona que se expone al sol, cuya función es recolectar los rayos solares para transferir su calor al agua, en la imagen se ven dos colectores al frente. Está formado de una caja y panel que en este caso es una tubería por la que se conduce el agua para calentarla (en otros calentadores se circula una sustancia anticongelante, en un futuro lo experimentaré y lo compartiré).

Termo-tanque: Es el tinaco en el que se almacena el agua caliente, sirve como un acumulador del calor ya que está aislado térmicamente. Es aquí donde se recibe el agua fría de exterior, alimenta al colector solar y recibe el agua que se está calentando de éste. Cuando la casa requiere agua caliente sale de este termotanque. Es importante que el termotanque permita la salida de las burbujas que entran al sistema, esto se logra con un jarro de aire (en fabricación la versión 1), no sellar la tapa (en fabricación la versión2) o una válvula trampa de aire y vapor (que yo no utilizo).

Cómo interactúan los componentes
Esto depende del tipo de termotanque que decidas poner, por ello puse esta información en los Diagramas para fabricarlo que aparecen en la seccion de fabricacion->versiones

Autor: Emilio Alvarez Peimbert
Publicado originalmente el: 2012-03-26 15:11:02

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

—————————————————————————————————-

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

Recomendaciones previas a la fabricación de un calentador solar

Introducción

Antes de comenzar recuerda que lo más importante al trabajar en un taller (y hacer un calentador solar) es la seguridad, por lo que hay que utilizar las protecciones necesarias en todo momento.

Por el costo que implica la fabricación de un calentador solar te recomiendo que antes de comprar el material o herramienta necesaria leas toda la sección de fabricación para que veas lo que va a implicar, si tuvieras alguna duda escríbeme por correo electrónico a la dirección que aparece en micalentadorsolar.com (la cuenta podría cambiarla para combatir el SPAM).

Aproximadamente un m2 del colector que propongo sube la temperatura de 40 lts de agua 20° a 40° C en 1/2 hora, podemos comparar este colector con una hornilla de estufa de gas.

Cuando fabriques tu calentador solar es SUMAMENTE IMPORTANTE, y no puedo enfatizarlo lo suficiente, que cuides que todas las conexiones permitan la salida de las burbujas de aire, un burbuja atrapada es capaz de detener la circulación del agua que se da por convexión y hacer que el calentador no funcione. Para ello hay que verificar con un nivel cada conexión para asegurar que todas estén inclinadas para que el agua y el aire suba. Si llegaras a hacer una conexión con una manguera debes cuidar que no forme una U, ya que la bajada que hay en la primer parte de la U estanca las burbujas y detiene la circulación.

Además cuida que todos los tubos tengan la misma medida cuidada al milímetro, ya que si alguna queda de una medida diferente te será considerablemente más dificil tener una buena soldadura y evitar las fugas.

Autor: Emilio Alvarez Peimbert
Publicado originalmente el: 2012-03-26 15:02:55

Fabricacion de la caja de efecto de fierro invernadero de un calentador solar.

La fabricación del marco de la caja debe realizarla un herrero experimentado.

Empiezo con la caja metálica por ser la de mayor duración y que se puede pintar cada 2 años, los materiales son de fácil acceso y se encuentran en cualquier ferretería.

Antes de habilitar los materiales debemos tomar varias decisiones como tamaño y medidas comerciales de los insumos para tener el mínimo de desperdicio, para reducir costos y como el cobre es lo mas caro es el primero en tomar en cuenta y la otra es la altura del tinaco de alimentación por la inclinación que debe tener.

El primer punto es determinar de que largo podemos comprar el tubo de cobre de 1/2 pulgada, que es el insumo más costoso. Suponiendo que podemos conseguirlo de 6 mts, para no tener desperdicio habría que cortarlo de 1, 1.5, 2, o 3m. Para este ejemplo vamos a elegir un largo de 2 mts.

Dado lo anterior el largo de la caja será:

2 mts del largo de los tubos de cobre.

+ 0.054 mts (5.4 cm) del tubo de los dos cabezales de 1 pulgada)

+ 0.054 mts (5.4 cm) del marco (el ángulo es de 1 pulgada y si no respetamos este espacio el panel no entraría).

= 2.108 mts (2 mts 10 cm 8 mm) Como el tubo de ½ pulgada entra en los cabezales de 1 pulgada se puede hacer de entre 2.105 y 2.108 cm (la diferencia son 3 mm)

Para calcular el ancho de la caja:

El insumo que lo determina es el ancho de la lámina negra que podamos conseguir, las que he visto con de 91.5 cm (3 pies) y 1.22 cm (4 pies) + 1 cm. Es decir, el marco de ángulo tendrá 92.5 o 1.23 cm y la lámina 91.5cm o 1.22 cm respecticamente.

Por lo tanto la caja sera de 2.105 x 0.925m misma podrá ser cambiada en base a la reflexión anterior o de 2.105 x 1.23 m.

La altura (grueso) de la caja debe permitir la entrada del panel más el aislante térmico más algo de espacio para que el panel no quede pegado al vidrio y sera de 10.5cm.

Corte de la lámina negra:

Si deseo hacer un solo colector compro una lámina de 1.22 X 2.44 y pido que la corten 1 de 0.915 x 2.095, 2 de 0.95 x 2.095 y 2 de 0.95 x 0.915m pero si deseo una producción mayor compro láminas de 0.915 (3 pies) x 2.44 (8 pies) y pido que la corten a 2.095 y el resto en tiras de 0.095 para los cabezales y otra corte con los mismos cortes y la de 2.105 en tiras de 0.095 para los costados.

Ángulos:

Ángulo de 1” X 1/8 de fierro para hacer los marcos y la puerta 4 piezas de 6 m.

Cortados de la siguiente manera 2 de 2.25, 4 de 2.105, 5 de 0.925, 1 de 0.918, 4 de 0.055 mts

Otros materiales:

T de fierro (Es similar al ángulo, pero tiene forma de T) de 1” X 1/8 tramos de 1 de 0.925, 1 de 0.918

Solera de 1” X 1/8 6 tramos de 0.055

dos vidrios de 0.91 X 1.04 de 5mm

Herramienta

Planta de soldar a 125 A.

Arco con segueta para fierro

Tornillo de banco

Pinzas de presión

4 Prensas de 4”

Careta transparente o gogles para protección

Esmeril de mano

Escuadra de 24”

Escuadra de 6” (90; 45 grados)

Careta de soldador

Guantes de cuero

Foto 17 Este el el colector que vamos a fabricar, estoy agarrando uno abierto y atrás se ve uno cerrado.

Foto 18 de tornillo de banco y alguna herramienta.

Foto 19 herramienta

Foto 20 planta de soldar.

Procedimiento

Cortamos tramos de ángulo: 2 de 2.25m. ; 4 de 2.105m. 6 de 0.92m (para los 3 marcos)

Formamos primer el marco de 92.5X 210.5cm con los tramos de 2.25, se utiliza de este largo porque se dejan dos extremos de ángulo sobresaliendo para que la base no toque el piso cuando este colocado (se ven en la foto 24)

foto 25: se forma un segundo marco (con tramos de ángulo 2 de 2.105 m y 2 de 0.92) y se une al primer marco soldando en las esqunas ángulos de 5.5cm de largo y dos soleras de 5.5cm a 2/3 de distancia en cada costado largo y 1 a la mitad de cada costado corto.

Foto 26: Se forma un tercer marco para la puerta del mismo tamaño que el marco anterior, la cara interna del ángulo debe mirar arriba, para que sean planas las partes donde se une con el otro marco. En la foto 17 se ve que es lisa la superficie del segundo marco y también lo es el de la puerta que está encontacto con el segundo marco. La parte superior de la puerta forma el marco donde se pone el vidrio (por eso no es plana) y lleva un tramo de T al centro para poder hacerlo de dos vidrios.

Foto 27: Se suleda la lámina, en esta foto se muestra soldada por fuera de los marcos, pero lo mejor es soldarla por dentro como en la foto 29. Soldar por dentro la lámina facilita la colocación de la bisagras.

Las bisagras requieren un párrafo aparte, son 2. Divides el largo en 4 y colocas la pimera a ¼ de la orilla y la otra a ¼ de la otra orilla. El truco es colocarlas de modo que se pueda safar la puerta pero al estar colocada no se caiga. Esto se logra colocando las dos visagras en el mismo sentido y soldando la de abajo al marco y la de arriba a la puerta en los dos casos.

Foto 28: Se pintan las cajas con pintura de aceite, si hubiera alguna parte oxidada se debe lijar antes y retirarlo por completo, deben estar libres de polvo y grasa.

Foto 21 material cortado, lámina y ángulo

Foto 24 base principal con la lámina

Foto 25 colocación del segundo marco con los ángulos de 5.5cm y 6 solera de 1” del mismo tamaño

Foto 26 tercer marco puerta donde van los vidrios

Foto 27 Soldado de la lámina de los costados por fuera y bisagra de la puerta

Foto 28 pintado de las cajas

Foto 29 caja con los costados por dentro y bisagras antes de armar

Foto 30 bisagras en su lugar con la puerta abierta.

Con esto podemos decir que la caja esta terminada y podemos empezar a fabricar el panel

Autor: Emilio Alvarez Peimbert
Publicado originalmente el: 2012-03-26 14:59:02

Instrucciones completas para la construcción del panel de calentadores solares de agua

El panel solar, es la tubería que está dentro de la caja que sirve para absorber el calor solar y transferirlo al agua y mientras mejor conductor térmico sea, la eficiencia será mayor, se pueden hacer de otros materiales como cpvc y de diferentes formas como espiral concéntrica o zig-zag . El que propongo es de tipo radiador de tubos de cobre a 1/2” con 1 pulgada entre centros (puede ser de 1” = 2.5 cm a 6 cm entre centros) y cabezales de 1”.

Cuando los tubos tienen 2.5cm de separación entre centros son más eficientes, cuando tiene 6 cm son menos eficientes, pero los que tiene 2.5cm son mucho más caros que los de 6 cm, por lo que el aumento que se obtiene en la eficiencia es menor que costo que representa, por lo que por costo beneficio se puede utilizar 6 cm entre centros).

Antes de comprar los materiales debemos decidir de que tamaño va ser nuestro panel y como lo vamos a distribuir. Dado que ya tenemos el tamaño de la caja lo que queda por definir es cuantos tubos va a tener el panel (radiador)

Para decidir el tamaño del colector hay primero que analizar las necesidades, tomando en cuenta que un m2 de colector sube la temperatura de 40Lts de agua con temperatura inicial de 20º a 40º centígrados en una hora, podemos comparar este colector con una hornilla de estufa de gas. Esto es que si la temperatura del termo-tanque esta a 20º a las 10:42 am en México D. F. a las 11:42 se pueden bañar perfectamente sin necesidad de usar el calentador de gas o electricidad y esto se prolonga hasta la 16:42hrs. También si se tiene un colector de 2m2 se puede usar la ducha en forma continua a una temperatura de 30º que es una temperatura bastante aceptable sin que se sienta caliente. Si se desea tener una temperatura mayor conviene aumentar el número de colectores.

Por ejemplo, una familia de 4 personas que tiene un consumo de agua responsable, con un colector de 4 m2 (o 2 de 2mts2) y un termo-tanque aislado de 250 lts podrían bañarse por la mañana o por la noche, y usar el agua caliente que necesiten entre las 11 y 4 pm ya que de las 4 a las 5 se alcanza a calentar el agua del termotnaque. Si otra familia de 4 personas (también responsable en su consumo de agua) se bañan 2 personas en la mañna y otras 2 entre las 11 y las 4 entonces sólo necesitan un termotanque de 120 lts y un solo colector de 2 mts2. Cuando se utiliza una lavadora de ropa con agua caliente por la noche equivale a una regadera, y la lavadora de trastes debe usarse entre las 11 y las 4 pm.

Como vimos en la fabricación de la caja el panel y la caja den estar hechos el uno para el otro si la caja es de 2.105m de largo, los tramos de tubo de 1/2” deben ser de 2.00m (ver el detalle en la construcción de la caja)

Si tenemos una caja con un ancho de 0.925 mts (92.5 cm) hay que determinar ¿que espacio tenemos para colocar tubos en los cabezales. El calculo es el siguiente:

Ancho de la caja : 92.5 cm

– Ancho de marco de la caja: 2.54 x 2 = 5.08 cm

– Espacio para el tapón o conector = 3.5 cm

Lo que da 92.5 – 5.08 – 3.5 = 83.92 y usaremos 84 cm

Esos 84cm los dividimos entre el número de tubos menos uno para hacer el escantillón (es el número de tubos menos uno es porque partimos de 0 cm y no de uno).

Como ejemplo vamos a hacer un colector con 11 tubos de cobre de 6m. cada uno (se obtendrán 33 tramos de 2 mts), con una separación de 1” entre centros y 2m. de largo de los tubos de ½”.

Materiales

11 tubos de cobre de ½” de 6m cada uno. Nos dan 33 tramos de 2 mts de largo.

2 tramos de tubo de 1” de 1.00m. No serán cortados ya que se necesita que sean más anchos que la caja para que sobresalgan para las conexiones.

3m. de soldadura estaño/plomo 95/5 (es mas barato comprar el carrete de 5m)

Una pasta para soldar

2m. de lija para plomero

2 tapones soldables de cobre de 1”

1 Cartucho de gas butano.

Estopa o trapos para limpiar

lámina de aluminio o lámina negra del tamaño del panel (1.98 x 0.88 mts) o bien retazos de lámina que cubran esa área.

1 lt de pintura negra mate de aceite.

Nota: Para producción comercial es mejor utilizar autógena y soldar con bronce que utilizar gas butano y estaño/plomo.

Herramientas

2 Tubos de cobre de 3/4” o tubo de fierro para electricidad de pared delgada 3/4” de 1 mt largo c/u (es herramienta ya que no se quedará en el panel).

Manguera de plástico de 1/2” que esté conectada a la alimentación de la calle. Nos permitirá llenar el panel para verificar fugas.

Taladro de timón con broquero de 3/4”

Escuadra de 24”

Cortador de tubo de 1”

Escantillón (tramo de ángulo de fierro de 1 ½” o 1” con perforaciones de 3/16” a 1” entre centros para que al ponerlo en la prensa con el tubo de 1” las perforaciones queden alineadas en la parte superior del tubo de 1”).

Broca 3/16”

Broca de 5/8”

Soplete para gas butano

prensa para mesa

2 prensas de 4”

Llave con reductor para probar que el panel no tenga fugas.

PROCEDIMIENTO

Cabezales

Cortar dos tubos de 1” a 1.00m. Estos son los 2 cabezales.

Hacer 33 perforaciones de 3/16” usando el escantillón. (ver sección del panel para la fabricación del escantillón.) ver foto 31.

Con la broca de 5/8” agrandar las 33 perforaciones Ver foto 32

Repetir la operación con el otro cabezal

Con la broca de 5/8” manualmente quitar la rebaba agarrando la broca con unas pinzas de presión. No se debe usar el taladro ya que abocarda demasiado (hace más grande al agujero)

Ligamos perfectamente las puntas de cada cabezal y alrededor de cada uno de los agujeros ya que ahí se aplicará soldadura. Ver Foto 33

En este caso tendremos que las primer perforación se encuentran a 3.5cm. y a una distancia mayor en el otro.

Panel

Cortamos los 33 tramos de tubo de ½” a 2m. exactamente. Recordemos que tenemos poca tolerancia +0.5mm-0.5mm (medio milimetro).

Truco: Ponemos el metro en un extremo del tubo, y la cuchilla del cortador exactamente a 2 mts, sin quitar el metro. Apretamos un poco el cortador para que no mueva su posición, volvemos a verificar la medida y ya que estamos seguros cortamos.

Lijamos perfectamente las puntas externas de los tubos ya que ahí se va a soldar ver foto 33

Aseguramos que los cabezales queden en una superficie plana y perfectamente paralelos entre sí, para ello podemos marcar una línea con la escuadra y colocar un cabezal y marcar con la escuadra una línea paralela a 2 mts de distancia o podemos usar la tapa (puerta) de la caja para en ella fijar los cabezales.

Colocamos los tubos de 3/4” dentro de los cabezales ver foto 34

Metemos los tubos de ½” a los agujeros de los extremos de los cabezales para formar un marco. Como los tubos de ½” tienen el mismo largo con eso logramos que los cabezales formen un angulo de 90° con respecto a los tubos de 1/2” y que los cabezales estén en una superficie plana. Ver fotos 35 y 36

Así acostado soldamos los tubos que forman el marco (como esta perfectamente limpio colocamos la pasta para soldar calentamos y corremos la soldadura)

En este paso la soldadura no ha sellado pero nos da la suficiente rigidez para que no se deforme el marco.

Quitamos el tubo 3/4 de uno de los cabezales a fin de dejar espacio para que entren los tubos intermedios sin forzar los cabezales. Ver fotos 37 y 38

Paramos el radiador, el cabezal que está abajo es el que tiene el tubo de ¾” en su interior. Foto 39

Soldamos primero los tubos de en medio para evitar que es calor deforme nuestro marco. Si se utiliza autógena ver nota al final. Foto 40

En los extremos cuyo primer agujero está a 3.5cm de la orilla soldamos los tapones y en el otro extremo soldamos la reducción campana con la llave preparadas anteriormente (ver herramientas en la sección anterior).

Llenamos nuestro panel y marcamos las fugas para corregirlas

Corregimos y las fugas y repetimos el paso 9 hasta que estemos seguros de que no existe ningún escape de agua.

Desoldamos las reducciones campana y sólo nos falta colocarle el difusor de calor.

Colocación del difusor de calor amarrado al panel.

Cortar la lámina de aluminio, o lámina negra (también se pueden utilizar los retazos que quedaron de la lámina negra) al tamaño del panel

Ver nota en el punto 3.

Con el taladro de mano y la broca de 1/8″ hacer perforaciones en la lámina al rededor de los tubos de cobre de media pulgada (sólo se necesitan amarrar los tubos que están en las orillas y de los internos uno sí y uno no) para poner 4 amarres de alambre de cobre en cada uno de los tubos, se colocan 2 amarres en los extremos del tubo y dos en medio distribuidos equitativamente a lo largo del tubo.

La lámina ayudará a distribuir el calor en el colector y a transmitir el calor a los tubos de cobre al estar en contacto con ellos.

Existe la posibilidad de soldar lámina de cobre al panel (de tubo de cobre), pero al investigar el precio de dicha lámina, esta era tan costosa como el tubo para el panel, por lo que desheche esa alternativa. Ver foto foto 41 y 42.

Pintar el panel y la lámina (difusor de calor) con pintura negra mate de aceite. Se le da una primer capa, esperar el tiempo que indique el fabricante de la pintura y colocar la siguiente capa.

No apliques la segunda capa si la primer capa no está bien seca ya que la segunda no cubrirá bien y se tardará más en secar. Ver foto 43. También se puede pintar la lámina y los tubos por separado antes de amarrar.

Nota para soldar con autógena

Dado que el calor que genera la autógena puede deformar el tubo de cobre, hay que soldar primero los tubos de los extremos, después el del centro, después los de los cuartos (los que están entre el extremo y el centro), después en 8vos alternando el lado con la finalidad de que el soplete esté el menor tiempo posible en una zona del tubo, y así hasta terminar los tubos.

Foto 31. Perforación a 3/16” con escantillón (para 15 tubos a 6cm entre centros)

Foto 32 perforación a 5/8” Esto se repite en el otro cabezal para que queden iguales

foto 33 Se lija perfectamente las puntas de los

tubos y los cabezales

Foto 34 Cómo se coloca el tubo de 3/4 para que todos los tubos de 1/2” queden a la misma profundidad y se más sencillo soldarlos.

Foto 35 Fijamos los cabezales al marco con prensas

Foto 36 Marco de cabezales con tubos de ½ descansando en una superficie plana.

Foto 39 Panel vertical para soldar los tubos centrales.

Foto 40 Aquí se ve el panel ya soldado.

Foto 41 Lámina amarrada al panel vista anversa.

Foto 42 Lámina amarrada al panel, vista frontal.

Foto 43: tubos y lámina pintados de negro. También se puede pintar los tubos y la lámina por separado antes de amarrar.

Autor: Emilio Alvarez Peimbert
Publicado originalmente el: 2012-03-26 14:51:01

Como fabricar la herramienta “escantillón”

Para fabricar el escantillón tomamos un tramo de ángulo de 1” de 90cm de largo, lo enderezamos perfectamente con un martillo y marcamos 3.5cm de la orilla y contando este punto marcamos los centros de los tubos a colocar se dado que ya marcamos el primer tubo, quedan 32 por marcar y por simplicidad marcaremos cada pulgada lo que nos da 2.54 cm (1 pulgada) x 32 tubos = 81.28 cm. Si fueran 15 tramos 84/14=6cm entre centros, si fueran 18; 84/17=4.94cm entre centros.

Realizar las marcas en el ángulo (para el escantillón) tiene su truco y aquí va.

Colocas el tubo del cabezal (1”) en una superficie recta.

Sobre el tubo colocas el ángulo de modo que toque el ángulo en dos puntos.

En una de las orillas recorre el ángulo para que las dos orillas (del ángulo y del tubo) coincidan y haz una marca en donde se ve la línea roja. Haz lo mismo en el otro extremo.

Con las dos marcas traza una línea recta entre ellas, esa es la línea sobre la que se harán las perforaciones. Esto es muy importante.

Toma uno de los extremos y de la orilla mide 3.5 cm y haz la primera marca, ahí coloca la cinta métrica (o el flexómetro) y mide 1 Pulgada ( o 6 cm, o la separación que desees entre centros) es muy importante que no separes la cinta métrica mientras haces las marcas, por ello debes calcular con anticipación en que lugar harás las marcas cuando no sean tan sencillas como 1 pulgada o 6 cm. Por ejemplo, si fuera de 4.94 cm, la primera la pones a 4.94 a partir de la de 3.5, la siguiente a 9.88 cm a partir de la de 3.5 cm, la siguiente 14.82 a partir de la de 3.5 cm y así sucesivamente. Si pusieras la de 4.94 cm y después mueves la cinta y vuelves a marcar 4.94 vas a ir sumando errores y te va a quedar chueco.

Para hacer las marcas puedes utilizar una segueta con punta afilada y marcarlas en V donde el punto de la V indica el centro donde irá el agujero. Se prefiere usar un instrumento afilado para marcar el metal que un gis, ya que la marca que deja es fina mientras la del gis es muy gruesa, además de que no se puede borrar fácilmente.

Una vez que se conoce la posición de los centros (siempre es mejor medir dos veces y cortar una) con un punzón y un martillo marcar los centros para que le sirvan de guía a la broca y no se desvíe.

El escantillón es el ángulo con perforaciones que se utiliza para perforar en la posición correcta los cabezales.

Autor: Emilio Alvarez Peimbert
Publicado originalmente el: 2012-03-26 14:38:01

Como fabricar la herramienta de la llave con reductor para verificar fugas en el panel

Para poder asegurar que no haya fugas en el panel hay que elaborar la herramienta siguiente:

material:

4 pedazos entre 5 y 10 cm de tubo 1/2” de cobre

2 reducción campana de 1” a ½”

2 llaves soldables de paso de 1/2” (pueden ser de globo, de palanca o de cortina)

procedimiento:

A la reducción campana soldamos el pedazo de tubo a modo de niple, al él soldamos la llave y a la llave le soldamos otro tramo de tubo de cobre de media, para que ahí podamos insertar la mangera para llenar el panel. Esto es para mangueras de ½ si vas a alimentar con manguera de 3/8” entonces hay que hacer otra reducción a 3/8 con otro pedacito de tubo y un reductor.

La segunda llave es para soldarla en el otro extremo del panel y poderlo llenar.

Autor: Emilio Alvarez Peimbert
Publicado originalmente el: 2012-03-26 14:32:25

Armado del colector

Una vez terminados la caja y el panel procedemos al armado.

Primero vemos si la salida estará a la izquierda o a la derecha dependiendo del espacio que tenemos y a que lado estará la caja respecto al termotanque.

Material requerido

Aislante térmico para la base de la caja ( puede ser cartón corrugado, fibra de vidrio, neopreno esponjado o cualquier otro)

2 Vidrios de 104 cm x 91.5 cm. Es preferible usar uno sin plomo ya que refleja menos la luz.

Cartucho de silicón

Herramienta

Taladro de mano o berbiquí con dado 7/16” (Es más cómodo el berbiquí por tener menor velocidad y por el tamaño del sacabocados)

Broca de 1/4”

Sacobocado de 1 1/2”

Portacartucho de silicón.

Procedimiento:

Primero hacemos la perforación con la broca de 1/4” de manera que el sacabocado sea tangente al marco de ángulo en el extremo lateral y el inferior. En la perforación no se debe tocar el ángulo. En caso de que el broquero del taladro no alcance a agarrar al sacabocado o por comodidad se puede usar un berbiquí con dado de 7/16” ya que el sabocado para fierro tiene salida hexagonal Fotos 41 y 42.

Colocamos el aislante térmico en la base de caja En este caso use cajas de cartón. Foto 43

Colocamos el panel dentro de caja. Como se ve el panel entra justo por eso los cálculos antes de hacer la caja deben tomarse en cuenta. Fotos 44

Se cierra la puerta para poder colocar el vidrio Foto 45

Limpiar por ambos lados los vidrios.

Colocar los vidrios

Sellarlos con silicón a la puerta. Foto 46

Foto 41. Perforación con taladro de mano

Foto 42. Perforación con Berbiquí.

Foto 43. Se coloca el aislante en la caja

Foto 44: Se coloca el panel en la caja (en la foto se está metiendo) observa en la parte superior de la foto como hay un tubo de cobre que se metió primero y que sobresale (ahí es donde se harán las conexiones).

Foto 45: Cerramos la puerta y estamos listos para poner los vidrios

Colectores terminados de diferentes tamaños, funcionando en casa.


Enviado por anónimo (11 sept 2012)
Su experiencia al usar vidrio en climas extremos

Construi un panel solar para agua caliente y no lo llegue a usar, debido a que lamentablemente nadie informo que por los golpes de aire frió podrían romper el vidrio.rnY eso es lo que me paso…compre un vidrio de los de 8 mm para que fuese mas seguro , y de seguro no me dio nada .Un día de duración!!!sin llegar a conectarle el tanque pq aun no lo había construido. Cuidado con la opción de ponerle vidrio. Recomiendo policarbonato u acrílico transparente. El vidrio no es una buena opción si el clima no es constante….y en primavera el clima es super cambiante en todos los países y nos expondríamos a gastos innecesarios si se pueden preber. A las pruebas me remito. Saludos cordiales y espero esta info les sirva a todos los emprendedores que sin dudas quieren experimentar con estas alternativas naturales.

Autor: Emilio Alvarez Peimbert
Publicado originalmente el: 2012-03-26 14:24:28

Termotanque sellado (debe soportar la presión)

Es un recipiente normalmente de 200lts. De lámina negra que se usa para aceite o materiales flamables, o de plástico de la misma capacidad.

El de lámina negra tiene la ventaja de que se le pueden soldar salidas de tubo de cobre usando bronce, pero como normalmente es un contenedor de un producto flamable debe ser un experto quien lo haga porque al usar un equipo de oxiacetileno el tambo puede explotar y herir a los que estén cerca.

El de plástico tiene el problema de que sólo tiene dos salidas en una de las tapas y por esas se tienen que hacer todas las conexiones.

En los termotanques es importante respetar la altura de donde sale al colector y donde sale el agua caliente que es también donde llega del colector ambas salidas deben estar lo mas alejadas posible para haya una mayor diferencia de temperaturas y la circulación de agua por termofusión sea más rápida.

El jarro de aire debe estar en el punto mas elevado posible para tener la menor cantidad de aire atrapado.

En esta foto vemos un termo tanque que es un envase de lámina negra que tiene un tubo de 1” en la parte baja que va al colector y entre el termo y el colector esta conectada la alimentación al sistema

Hasta arriba sale el jarro de aire aprovechando una de las salidas que tiene el tambo, la otra esta cerrada y en medio sale con tubo de 1/2” el agua caliente a la casa.

En las dos fotos anteriores vemos el mismo termo que es un tambo de aceite de 200lts. Con una salida de 1” arriba donde se conecta el agua caliente de colector y esta el jarro de aire y en la parte baja también de 1” la salida al colector y entrada de agua al sistema. Del otro lado a la mitad sale agua caliente a la casa.

En esta foto dos termos en casa del Ing. Gómez Coyt antes de ser conectados por cambios que estaba haciendo pero vemos que tiene unas cintas blancas que son soleras y unas tapas al frente para evitar que se deforme con el calor y la presión.

Como solo tiene dos salidas en la inferior conecta los colectores y la alimentación y en la de arriba la llega del colector, la salida de agua caliente y el jarro de aire.

Autor: Emilio Alvarez Peimbert
Publicado originalmente el: 2012-03-26 14:17:38

Termotanque no sellado (con flotador o boya)

El termotanque con flotador puede ser un tambo similar pero con tapa por donde entra y sale el aire y existen mas tamaños por lo que es más versátil.

En las fotos vemos dos termos uno azul de 200lts. Y otro negro de 250lts (la foto está al final de este escrito). En el azul en la parte inferior tiene dos salidas porque van a colectores diferentes y en la de arriba entrada de colector y salida de agua caliente y mas arriba la alimentación al flotador. Del lado que no se ve esta la entrada del otro colector. En el termo negro están la entrada y salida del colector y a un costado la entrada al flotador y la salida de agua caliente

Como hemos visto el agua fría va al fondo y la caliente arriba por lo que la alimentación del flotador debe llegar al fondo

Para esto probé varias válvulas y la de broce es la única permite la salida por la parte central y se le puede soldar un conector de cobre donde se enrosca otro de pvc o de termoplus que con un tramo de tubo hace que el agua llegue al fondo

Se suelda el conector a la válvula y con otro conector de pvc se hace llegar el agua al fondo con pequeño tramo de tubo

Multiconector de marca desconocida que sólo encuentro en ferreterias grandes

En algunas ferreterías grandes al comprar el tinaco existe la opción de solicitar las conexiones.

En este tambo se colocaron 3 multiconectores con la cuerda por fuera, primero perforamos con la copa que permitía la entrada del multiconector haciendo un poco de cuerda y untando sellador para cuerdas en los puntos donde hace contacto con el tambo, empaque y cuerdas y al ser material plástico el apretón es suave para no dañar la cuerda. Aun nos falta el forro térmico porque no encuentro un buen forro que adamas sea intemperie.

Autor: Emilio Alvarez Peimbert
Publicado originalmente el: 2012-03-24 00:01:09

Cambios que hice para mejorar la instalación de los calentadores en mi casa

Te comparto lo que hice, no para que lo hagas sino para que lo puedas ver por si algo te es útil.

Como vemos lo ideal es que el termo este arriba del colector, pero hay ocasiones en que no es posible porque el tinaco de alimentación no tiene la suficiente altura y el termo siempre debe estar lleno, por eso el tinaco de alimentación siempre debe estar arriba del termo pudiendo sacrificar un poco la altura del termo respecto al panel de manera que la salida de agua caliente caliente siempre este arriba de la entrada superior del termo y la conección debe ser lo mas recto dando salida al aire y lo mismo sucede con las partes bajas tanto del termotanque como el colector.

Ésta es la colocación ideal el termo entre los colectores y el tinaco de alimentación.

Aquí podemos ver que los colectores son más chicos porque el tinaco de alimentacion está a sólo 1.10 m del nivel de la azotea

Después de quitar la loza que sostenía al tinaco de alimentación vemos el termo-tanque

el tubo de abajo para alimentar los colectores, el de en medio salida de agua caliente y arriba hay dos, uno para recibir el agua caliente de los colectores y otro hacia arriba para permitir la salida del aire.

Para poder elevar el tinaco de alimentación a 1.70m se hizo una estructura métalica con PTR de 1″ cal 14 y reforzada con crucetas de varilla de 3/8″

Después de colocar el sistema vemos que el termo para que quedara abajo del tinaco de alimentación se encuentra ligeramente abajo de los colectores y abajo de tinaco de alimetación y las conecciones siempre en ascenso.

La salida del termotanque se conecta al calentador de gas.


La tuberia de la izquierda viene del termo azul y tiene una desviación directa a la mezcladora de la cocina y otra salida para el calentador de paso y la de enmedio es la salida del calentador al baño.


Misma instalación con el calentador de paso colocado

Muchos se preguntan para cuantos personas alcanza el calentador. Las firmas comerciales dan como refernencia la capacidad del termo y asi dicen que un termotanque de 150lts. Para 5 personas otras dan 40lts. Yo digo que aqui hay 250lts distribuyanlos entre los que puedan y que mientras menos agua gasten mas personas los usan o bañense a la hora que el sol esta en plenitud que en lo que se visten y el siguiente entra pueden ser 10 o mas duchazos.

En cuanto logre aislar termicamente al termotanque (una solución que me guste más que las que tengo) pienso que si se cierra la entrada de agua fria y sale por la parte inferior las personas que se bañan en la tarde noche o temprano lo hagan y en la mañana siguiente despues de usarla se abra la llave para que se llene el sistema y asi no gastar gas en los dias soleados y unicamente al dia siguiente de un dia frio y sin sol prender el calentador de gas.

Autor: Emilio Alvarez Peimbert
Publicado originalmente el: 2012-03-23 23:00:55

Mi primer experiencia en la fabricación de calentadores solares

Todo empezó con una discusión entre el profesor e ingeniero Juan Miguel Gómez Coyt y yo, ambos profesores de física a nivel media superior, sobre el aprovechamiento de la energía solar para calentar agua. Los dos creíamos saber algo sobre la materia y sobre la fabricación de productos ya que también habíamos estado en la industria practicando nuestra carrera como ingenieros industriales. Empezamos por comprar una lámina galvanizada calibre 26 y hacer una caja de 1 X 1 metro y otra más chica de 98 x 98 cm para colocar fibra de vidrio como relleno entre ambas y le pusimos un vidrio arriba para que hubiera efecto invernadero. Compramos 35 mts. de manguera de ½” (poliagua) por ser la más barata, la fijamos en forma de espiral con tiras de madera usando la parte externa para el ingreso del agua fría y sacar el agua caliente por el centro.

Al ponerla a funcionar nos dimos cuenta de que requería algo de presión para lograr el llenado, y después cuando el agua se calentó la manguera se deformó y se convirtió en una fuente, pues tenía aberturas por varios lados. El experimento fue desechado, así verás que aunque mi primer experiencia no funcionó seguí investigando hasta que llegué a un calentador que, aunque no es perfecto, funciona bien.

Existen muchos miedos y mitos alrededor del calentador solar por lo que se solamente experimentando se obtienen buenos logros. La experiencia me dice que prácticamente todos los experimentos dan buenos resultados, por lo que el reto principal es reducir costos, aprovechar al máximo los materiales y poder hacerlos en un pequeño taller casero con un mínimo de herramienta.

Autor: Emilio Alvarez Peimbert
Publicado originalmente el: 2012-03-23 22:50:29