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

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