Contenidos temáticos
- ¿Qué es un calentador solar?
- Historia de los calentadores solares
- Tipos de calentadores y circulación
- Construcción de un calentador solar casero
- Calentador solar con tanque de alimentación y termotanque
- Calentador solar casero de agua – Jake Teater
- Beneficios de un calentador solar
Desarrollo del tema
1. ¿Qué es un calentador solar?
Un calentador solar es un aparato que utiliza el calor del sol para calentar alguna sustancia, como puede ser agua, aceite, salmuera, glicol o incluso aire. Su uso más común es para calentar agua para uso en albercas o servicios sanitarios (duchas, lavado de ropa o trastes etc.) tanto en ambientes domésticos como hoteles. Son sencillos y resistentes, pueden tener una vida útil de hasta 20 años sin mayor mantenimiento.
En muchos climas un calentador solar puede disminuir el consumo energético utilizado para calentar agua. Tal disminución puede llegar a ser de hasta 50%-75% o inclusive 100% si se sustituye completamente, eliminando el consumo de gas o electricidad. Aunque en muchos países, por lo general en vías de desarrollo con climas muy propicios para el uso de estos sistemas, no los utilizan debido al costo inicial que se debe de cubrir para calentar la primera gota de agua.
Se recomienda limpiar el colector cada 4 o 6 meses para aumentar su eficiencia y vida útil. La eficiencia para captar la energía solar es muy elevada en los calentadores solares. Dependiendo de la tecnología y materiales implementados, puede llegar a tener eficiencias de 70% u 80%. No debemos confundirnos con el panel fotovoltaico, el cual no se utiliza para calentar substancias, sino para generar electricidad a partir de la luz.
2. Historia de los calentadores solares
En el verano de 1909, en una pequeña tienda al aire libre de un suburbio de Los Ángeles, un ingeniero llamado William J. Bailey comenzó a vender, un colector solar para la producción de agua caliente domiciliaria, el cual se puede considerar como uno de los primeros calentadores solares de la historia, tal y como los conocemos ahora.
Una de las novedades de este calentador era que no sólo suministraba agua caliente durante el día, sino que también lo hacía por la noche. Antes de instalarse en el oeste en busca de una cura para su tuberculosis, Bailey había trabajado con la Carnegie Steel en Pennsylvania. Pronto descubrió que su médico, el doctor Remington, experimentaba con calentadores solares de agua en su clínica.
Para ello, separaba el calentador solar en dos partes o unidades: un colector de calor solar, y un depósito de acumulación de agua. El colector consistía en un serpentín colocado en el interior de un cajón con tapa de vidrio, suspendido sobre el muro sur de su casa.
El reducido volumen de agua contenido dentro del serpentín se calentaba rápidamente, para pasar a un depósito convencional situado en la cocina. Para mejorar la retención del calor aisló el depósito mediante polvo de piedra caliza, que lo separaba de una caja de madera que lo contenía.
El serpentín del colector era de cobre y descansaba sobre una lámina metálica negra. La caja del colector estaba aislada con fieltro para garantizar suficiente agua caliente en épocas de mal tiempo o períodos
3. Tipos de calentadores y circulación
De acuerdo con su funcionamiento los calentadores solares se clasifican en varios tipos:
Activos
Los calentadores solares activos son aquellos que utilizan una bomba o algún tipo de energía externa para mover el agua dentro de su ciclo.
Pasivos
Los generadores solares pasivos no requieren de energía externa para funcionar. Utilizan el principio de convección para mover el agua dentro del sistema.
Circulación directa
El agua que se calentó en el colector se utiliza directamente por el usuario.
Circulación Indirecta
Una substancia de trabajo se calienta y se envía a un intercambiador de calor. Éste utiliza el mismo principio que un radiador. De esta manera se separa el fluido del sistema con el fluido a utilizar. Esta opción es conveniente cuando el sistema de calentamiento se ubica en zonas propensas a congelación, donde el agua podría quebrar las tuberías al congelarse.
4. Construcción de un calentador solar casero
El procedimiento para construir el calefón solar es el que se describe a continuación:
1. Recolectar al menos 30 botellas descartables de gaseosas de un litro y medio, todas iguales (importante) y quitarles la etiqueta.
2. Comprar en una ferretería o negocio del ramo, 12 metros de manguera para riego color negro (es importante que sea de ese color) y de ¾ de pulgada de diámetro, 8 uniones “T” y dos codos, un rollo de teflón y dos llaves esféricas de ¾ de pulgada.
3. Disponer de un taladro eléctrico y una mecha de copa de ¾ de pulgada. Si no se dispone de esa herramienta, se puede, con paciencia, utilizar un cuchillito tipo sierra de cocina para agujerear las botellas.
4. Se hace un orificio en la base de cada botella, igual al diámetro del orificio que tiene la botella en el sector donde va la tapa. Una vez hechos los orificios en las 30 botellas, se deben cortar cinco tramos de dos metros cada uno de manguera negra de polietileno.
A continuación, se une botella con la otra, insertando el cuello de una en el orificio perforado en la base de otra, para formar una columna de seis botellas, y luego se introduce un trozo de manguera de 2 metros dentro de la misma.
Repitiendo ese paso cinco veces, se han usado las 30 botellas y se dispone de una “parrilla”, que se termina de armar poniendo codos en los extremos y uniones “T” en el medio. Se arma así el colector del calefón.
5. Se coloca esta parrilla al sol, en un techo de chapa y orientada hacia el Norte, preferentemente, después se introduce agua por la parte inferior. Al cabo de 15 minutos de exposición a los rayos solares, sale por la parte superior agua a unos 45 ó 50 grados, lista para usar. Esto sucede por un principio físico llamado “termosifón”.
6. Se puede agregar un tacho aislado para guardar el agua caliente, para lo cual se utilizan tachos de 200 litros reciclados, que no hayan sido usado para transportar químicos peligrosos. Es ideal el tipo que se usa para la comercialización de aceitunas al por mayor, con el que se puede construir un termo-tanque casero, para que el agua calentada por el sol, durante el día, se pueda utilizar también de noche.
5. Calentador solar con tanque de alimentación y termotanque
Se describen los elementos principales que componen un calentador solar con tanque de alimentación y termotanque:
Elementos
- Tanque de alimentación, usualmente corresponde al tinaco donde se almacena el agua que llega de calle y la mayoría de las casas ya lo tiene. El tanque de alimentación recibe agua fría de la llave proveniente de la calle por la parte superior y tiene una salida de agua fría que distribuye el agua a la casa. Este tanque tiene un flotador que controla el nivel del agua del tinaco para que no se tire. En esta versión de calentador solar, el tanque de alimentación es deseable tenerlo, pero no indispensable.
La ventaja de tenerlo es que las burbujas procedentes de la alimentación de agua fría se evaporan en el tanque de alimentación, cuando no se tiene, las burbujas suben por el termotanque revolviendo el agua y enfriándola al subir, lo que lo hace menos eficiente.
De la salida de agua fría del tanque de alimentación (y si no se tiene de la alimentación de agua) se obtiene el agua que se alimenta al termotanque, en el termotanque el agua se deposita en el fondo del mismo (por medio del tubo que baja).
- Termotanque en este tanque se almacena el agua caliente que está circulando en el colector. Tiene cuatro puntos de salida, uno en el nivel del agua o poco arriba que tiene la llegada del agua fría, el flotador, y un tubo que lleva el agua al fondo del termotanque. Uno superior (ligeramente abajo del nivel máximo de agua) que tiene la llegada de agua caliente del colector, otro superior que sale al agua caliente de la casa, y uno que alimenta al colector por la parte inferior del mismo y a la vez en esta conexión está la alimentación del agua fría. El termotanque NO debe estar sellado, ya que su nivel se controla por medio del flotador o boya y sirve como jarro de aire, por donde escapan las burbujas del sistema. Conexión entre la parte inferior del termotanque y la parte inferior del colector. La parte inferior del termotanque debe estar arriba de la parte inferior del colector.
- Colector tiene 2 salidas, una en la parte superior que va al termotanque (la entrada que está ligeramente debajo del nivel de agua) y en la parte inferior a la salida inferior del termotanque.
Llaves de paso
Llaves de paso, se colocan para poder vaciar el calentador solar, darle mantenimiento o hacer modificaciones si fuera necesario, se colocan 4 llaves de paso en las siguientes posiciones:
- En la conexión de la recepción de agua fría del termotanque ya sea del tanque de alimentación o de la alimentación directa (para poder vaciar el sistema si fuera necesario)
- En la conexión del agua fría del termotanque al colector (por ejemplo, para vaciar el colector solar y que el agua caliente del termotanque se pueda utilizar).
- En la salida de agua caliente a la casa (cuando se necesita evitar que salga agua caliente del termotanque)
- En la recepción de agua caliente del colector al termotanque, para poderla cerrar con la que alimenta el agua fría del termotanque al colector para poder quitar el colector para hacer algún cambio y que la casa no se quede sin agua.
- Se coloca una llave de salida en el punto inferior del colector para poder sacar el agua del sistema para poderlo vaciar (hay que cerrar las llaves de paso dependiendo de las partes del calentador solar que se necesiten vaciar).
El agua circula
Primero se llena el sistema, el agua fría que llega del tanque de alimentación (o de la alimentación directa) es la que llena el sistema, el agua circula hacia el colector, el aire que estaba en el colector se desplaza al termotanque por donde sale ya que no está sellado.
Ya que está lleno el sistema el sol calienta los tubos de cobre que a su vez calientan el agua que tiene el colector, el agua se dilata por el aumento de temperatura, disminuye su densidad y sube por el colector y entra al termotanque, al ser agua caliente y más ligera empuja el agua más fría que está en el fondo del termotanque hacia el colector, y no recibe más agua fría si no hasta que se utiliza agua caliente en la casa (sale agua del termotanque por la salida de agua caliente) en ese momento el sistema necesita más agua y la recibe del tanque de alimentación de agua fría (o de la alimentación externa).
6. Calentador solar casero de agua – Jake Teater
Ha construido un calentador solar que cuesta 300 dólares. Y que consigue calentar el agua hasta los 55 o 60 ºC. El calentador solar de agua, consta de partes principales, el tanque de agua caliente (310 litros) y el colector solar.
El colector está hecho con llaves de PVC y con tubos fluorescentes, y encajado en una caja de cristal. Tiene alrededor de 2,5 m2 y los tubos expuestos al sol, tienen un volumen de 18,5 litros, lo que equivale al 6% del volumen del tanque.
Los detalles del colector (Recordad no utilizar los tubos fluorescentes). Se cierran con espuma.
Para conectar el colector con el tanque utilizamos 5 agujeros.
- Seguridad de desborde. Es un tubo para expulsar el agua, si en flotador de llenado del tanque falla.
- Válvula de admisión. Un tubo y un flotador que permite que el tanque se llene a medida que lo vamos usando.
- Tubo de agua caliente. Es el que envía agua caliente a nuestra ducha o nuestra casa. Está en la parte superior del tanque, por encima de los tubos que alimentan el calentador solar.
- Retorno del calentador solar. Este tubo conecta la parte superior del calentador solar con la parte superior del tanque. A medida que el agua se calienta, se hace menos densa y fluye. y a medida que se mueve, el agua fría va ocupando su lugar. De esta forma el agua va circulando y calentándose (Termosifón)
- Suministro al calentador solar. Se conecta en la parte inferior del colector y del tanque, de forma que suministra el agua fría necesaria.
7. Beneficios de un calentador solar
Los siguientes son algunos de los principales beneficios de un calentador solar:
- Los calentadores de agua ECO-SOLAR, utilizan energía solar que es; ECOLÓGICA, 0.0% contaminante, y lo más importante la energía solar es gratis.
- Por el uso de la ENERGIA SOLAR, no se pagan; regalías, contribuciones ni impuestos (No existen medidores para el consumo de energía solar).
- Los calentadores solares ECO-SOLAR, ofrece a sus clientes un producto con; tecnología moderna, innovadora y exclusiva.
- Los calentadores solares ECO-SOLAR, son fabricados teniendo un alto sentido de responsabilidad social, pensando en el futuro de México y sus habitantes.
- Cooperar con el MEDIO AMBIENTE, y ayudar a EVITAR EL CALENTAMIENTO GLOBAL (un grano de arena es una gran ayuda para el mundo).
- Usted tendría más dinero (con el ahorro de su recibo de gas).
- Obtendrían un producto 100% rentable, con una recuperación rápida de su inversión, entre 12 a 24 meses. (Los calentadores tienen una vida útil de más de 30 años).
- Y obtener un ahorro de hasta del 80% en el consumo de gas, representando con ello un gran beneficio para su economía.
Estudia en línea 