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5/10/2008

Construir un colector solar de placa plana: Tutorial


Como continuación a mis anteriores entradas sobre el tema, voy a incrementar la aportación de energía solar al calentamiento del A.C.S.


El colector solar con tubo de PE tapado con plástico, a pesar de ser muy económico (sólo 60 euros entre el tubo y el plástico aislante) tiene varias pegas:


  • Es poco eficiente (no sube de 40º por encima de la temperatura ambiente), las pérdidas de temperatura son constantes, pero por otro lado sabemos que no superará 80ºC (hay que tener en cuenta no ponerle demasiada presión; a mayor temperatura el PE es más blando y podría reventar; no poner más de 2 BAR/Atmósferas).
  • El exceso de tubo conlleva una fuerte inercia de temperatura, es decir, que primero tiene que calentarse todo el agua de su interior, casi congelada de la noche, para que empiece a rendir.
  • Si no se coloca en una superficie inclinada, aparte de disminuir el rendimiento, enseguida se mancha, perdiendo eficiencia.
  • El plástico tiende a blanquear y restar eficiencia.
  • En unos 5-10 años el plástico se estropea, agrieta, y desaparece.
Por ello, y viendo acercarse el frío invierno, he decidio construir otro captador utilizando mejores materiales y mejor diseño, utilizando vidrio doble y menos tubería para aislarlo mejor y reducir la inercia.

Si os fijáis en este vídeo, en la construcción industrial de un panel se utiliza una caja de metal ligera, una base de aislante sobre la que se pone una lámina de cobre pintada de negro con pequeños conductos para el agua, para finalmente tapar con un cristal de 3,4 mm. de espesor.




En el siguiente documento podemos ver otra forma más sencilla de hacerlo, parecido al sistema que utilizo de tubería PE con plástico de invernadero, pero algo más eficiente pues está mejor aislado.






Fabricando mi propio modelo de captador solar de chapa
Hay dos variables básicas a tener en cuenta si queremos calentar una gran cantidad de agua: Aislamiento y superficie. Para calentar 300 lts. de agua en invierno necesitamos unos 8 mts cuadrados, y actualmente tenemos unos 5 mts y de bajo rendimiento, por lo que conviene ampliarlos.

Voy a aprovechar 4 cristales con rotura de puente térmico (cristales dobles) que tenía en desuso para contruir un par de captadores. Los voy a hacer de chapa porque deben aguantar las inclemencias del tiempo; no puedo permitir que los cristales salgan volando con los fuertes vientos; es muy peligroso. Quedará un captador tosco y pesado; unos 40 kgs, pero menos da una piedra. Espero hacerlos más ligeros, baratos y eficientes con la práctica ;-).

Material reciclado para 1 captador: 2 vidrios de 1400x450 (4/9/4); 2 baldas de 1320x470; 4 mts de ángulo de 60x20x1,5 mm.; 10 mts. tubo PE de 20 agrícola 3 bares; trozo de chapa de 600x60x2mm; bridas de 10 cms; placa de aislante, pintura negra.


Estoy aprovechando estos cristales simplemente porque los tengo; la eficiencia ganada por ponerlos dobles no justifica su alto precio (aunque se lleguen a amortizar); unos 60 € por uno de 400x1200 mm. Recomiendo mejor metacrilato (muy duradero y sin peligro) o un cristal simple.

Para el soporte de los cristales y tubería utilizaré chapa de 1 mm. de esp. aprovechando unas viejas baldas de las utilizadas en supermercados. Al ser chapa tan fina es complicado soldarlas; cuanto más fino sea el electrodo mejor.
Hay que procurar no dar demasiado calor ni pararse mucho en el mismo sitio para que el material no se descuelgue.


Tienen unas medidas adecuadas para los dos cristales pequeños; falta algo a lo largo pero se le puede poner una chapa para cerrar. Se limpian y se pintan de negro para que capten la mayor parte de energía del sol.

Una vez soldadas y pintadas, se les sueldan los ángulos de chapa, de unos 60x20mm y 1,5 mm. de espesor.


Estos ángulos, una vez lijados con la amoladora por el interior y exterior para retirar el óxido; los he pintado por su interior de negro, ya que ese lado quedará oculto y de difícil acceso, antes de colocarlos. Como la tubería tiene 2 cm. de grosor y los cristales 17 mm., debemos dejar 40 mm. de separación entre la base y el ángulo como mínimo, o de o contrario será muy complicado encajar los cristales.

Voy a utilizar la propia tubería como apoyo del cristal, así que he practicado unos agujeros a los laterales para amarrarla con bridas de electricista, e ir haciendo un serpentín hasta el centro, que será donde practiquemos un agujero para que salga el tubo.




Según voy colocando la tubería, voy practicando pequeños agujeros para pasar las bridas que mantendrán la tubería en su sitio.



Como se aprecia en la siguiente imagen, uno de los laterales ha de quedar libre para introducir los vidrios. Se podría poner alguna vuelta más de tubería, pero no es conveniente porque tardaría más en empezar a dar rendimiento (por la inercia del agua contenida).


Ahora introducimos el cristal inferior, presionando con cuidad para que encaje entre la tubería y los ángulos de los laterales.


Para sujetar los cristales por su parte central he soldado un trozo de angular cortado a 4 cms. De esta forma puedo darle la vuelta e introducir el otro cristal.


Si os pasa como a mí, que al soldar la chapa de cierre lateral, se os quema la tubería (no os pasará si tenéis cuidado y andáis sin prisas), no os quedará más remedio que poner una unión y rebajarla por los laterales para que pueda encajar entre el cristal y la chapa, si no queréis cambiar toda la tubería.



Uno de los cristales se rompió por un lado, al caerse por el viendo del lugar donde estaba almacenado. Sin embargo gracias a la cola, los trozos permanecían en su sitio, así que le puse un poco de silicona en las grietas para tratar de evitar que la humedad se introduzcay se condense.


Para cerrar la parte superior he utilizado dos trozos de ángulo que he encontrado en el pequeño montón de chatarra que tenemos detrás de casa ;-).


Finalmente he cerrado el hueco con aislante (porexpan o styrodur, muy duradero) y silicona. He colocado, aunque no se ve en la imagen, un trozo de chapa unida a la central a modo de sujección del cristal que quedará debajo.


Para la sujección en el tejado le he puesto un par de soportes con el captador colocado a unos 45-55º de inclinación (norte de España). La inclinación dependerá de la latitud de la zona; cuanto más nos acerquemos al ecuador la inclinación será menor.
Es muy importante orientarlo hacia el sur, con una brújula puedes comprobar su posición exacta.


También le he soldado unos trozos de chapa en la parte inferior para facilitar el soldado a la tejabana de acero. Había pensado en amarrarlo con tornillos, pero soldarlo es rápido y sencillo, y una vez pintadas las soldaduras aguantarán muchos años.


El captador posicionado en el tejado:


Sólo falta unir empalmar las tuberías al extremo de retorno del agua (éste captador es más eficiente, por lo que conviene que el agua que salga de éste vaya directamente a calentar el depósito).


Es muy complicado soldar en chapa tan fina, debemos ir punteando, con el electrodo más fino posible (sin es de 1,5 mejor), o abriremos un boquete que nos costará tapar. En la imagen siguiente vemos la chapuza que ha quedado tras intentar tapar el agujero con un electrodo inadecuado.


Hay que cambiar el purgador de aire de sitio para colocarlo en el punto más alto posible y evitar las bolsas de aire que dificultarán el buen funcionamiento del captador y la bomba circuladora. Al estar el serpentín inclinado, con el primer llenado quedarán bolsas de aire en el tubo que reducirán su eficiencia, sin embargo he podido comprobar como al mes de uso el agua al circular va arrastrando ese aire, eliminándolo por el purgador .


En la siguiente imagen se aprecia el detalle de cómo he cerrado el lateral por donde salía el tubo con aislante y silicona.
En ese punto también he colocado la sonda que antes estaba en el serpentín de PE, ya que alcanzará más temperatura que ese captador. Al quedar la sonda fuera del tubo en el interior del captador, las temperaturas que alcanzará se verán falseadas hacia arriba unos 5-10ºC cuando pega el sol (es mayor la temperatura de captador que la del agua contenida en el tubo), pero he comprobado que no afecta gran cosa.


Ya sólo nos queda terminar de pintar y aislar bien la parte trasera con porexpan como el que he puesto en la imagen. Pero eso es muy sencillo, y hoy el tiempo no da para más, así que ¡Hasta pronto!


Actualización 3-07-09:
No utilizar PE en captadores bien aislados; no soportará la temperatura de estancamiento y en cuanto la tubería sube de 90ºC, no aguantará ni 1 bar de presión. Este caluroso verano paré por error el motor y el agua del primario se calentó tanto que se reventó la tubería:


Se puede utilizar tubo de PE ya que aguante mejor las temperaturas, sin embargo es mejor no utilizar tubos de plástico en captadores bien aislados a menos que sea seguro que el agua no se estancará cuando pegue el sol (sobredimensionado el depósito de agua a calentar y un SAI para evitar que se pare cuando se vaya la luz).
El que no se ha reventado es el del tejado tapado con plástico de invernadero, al tener peor aislamiento, y no subir de 65ºC.

Enlaces:
Colector solar en la wikipedia
Colector solar industrial acoplado a depósito de ACS eléctrico
Energía solar térmica en este blog
Manual fabricación panel solar con materiales baratos.

12 comentarios:

  1. Muy buenas David,

    Me llamo Mikel y soy un chico de Pamplona. Hará unas tres semanas descubrí tu blog y me quedé impresionado. Parece mentira la facilidad con la que abordas los diferentes proyectos. Informarse de cómo se hacen las cosas y lanzarse a hacerlas no lo hace casi nadie.

    Yo también soy de un perfil emprendedor e innovador pero por desgracia y aunque haya estudiado una Ingeniería, no me atrevo ni a soldar dos cables. Esta última temporada me estoy interesando por las energías renovables y las nuevas costumbres socio-económicas que nos llegarán muy pronto.

    Es por eso que hará unos 4 meses me fijé en las bicicletas eléctricas. Tras indagar un poco descubrí que este último año han tenido una evolución tecnológica. Principalmente gracias a las baterías de litio. Bastantes empresas se han lanzado a fabricarlas (por ejemplo Monty en España) y tímidamente están abriendo tiendas especializadas. Creo que son el complemento perfecto para andar por la ciudad. Puedes ir a la oficina sin sudar la corbata, las mujeres de edad pueden ir de compras,... bueno creo lo verás igual que yo.

    El único pero que veo para que se hagan populares es su precio. Los hay desde 400€ (batería de plomo) hasta los 1.200€ (los de litio). Una opción pueden ser los Kits para convertir tu bici de siempre en una eléctrica. No hay mucho donde elegir y los precios rondan los 600€.

    Se me ha ocurrido que tal vez se pueda hacer un kit casero utilizando elementos destinados a otros usos. El motor no tiene mucho misterio aunque tal vez sea la parte original que se tenga que comprar. El regulador y el acelerador es electrónica. Lo mas costoso son las baterías. Había pensado que tal vez se puede conseguir algo barato y eficiente utilizando las baterías de litio de los portátiles.Sería una caña "motorizar" la bici por unos 100-200€

    No se si te parece interesante, si me excedido en proponértelo o ya tienes tus líos. En esto te podría ayudar o lo podríamos hacer entre los dos.

    Bueno un saludo y felicidades por el blog

    ondo izan

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  2. Kaixo Mikel,

    No, está muy bien que lo propongas, y gracias por la consulta y los halagos ;-).

    Estaría muy bien la bici con baterías de litio, pues se podrían recargar con las cuestas, y para la ciudad y la gente en "baja forma" sería una manera económica de llegar. Sin embargo tienen una dura competencia: los ciclomotores.
    Por 1200 euros tienes una moto de pequeña cilindrada que gasta como un mechero, sí, no exagero, como un mechero; 1 o 2 litros cada 100 kms; a veces hay que usar los pedales para "ayudar" en las cuestas pronunciadas pero pasaría lo mismo que con la bici "tuneada".
    Puedes pensar que no es una opinión muy "ecológica", pero después de todo en la fabricación de las baterías también se consume energía, y la relación de potencia de la bici por kg. de batería sería muy pequeña en comparación con el motor de explosión.
    Si cambiáramos todos los coches de Madrid (p.e.) de 1 tonelada que llevan una sóla persona por motos de este tipo (que pueden alcanzar los 80 kms. por hora), el ahorro sería impresionante.

    Yo para ir al trabajo uso la bici, desde pequeño ha sido un elemento de transporte (a pesar de las cuestas que hay por aquí) que hemos usado en el barrio, creo que son mucho más potentes unas buenas piernas que cualquier batería.

    Ya ves, creo que las bicis con baterías son más una curiosidad que algo útil (pesan demasiado y son caras), de todas formas gracias por tu idea, es una buena aportación.

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  3. Muy buenas David,

    Gracias por tu rápida respuesta. Das un punto de vista que no había tenido en cuenta (el consumo en la generación de la batería). Estuve mirando algunos motores de explosión que se acoplan a las bicis, pero aunque gastan poco y tienen un gran empuje son muy muy contaminantes. Creo que las bicicletas electricas tienen futuro porque:

    * Al no tener un motor de explosión no hay que ir a la gasolinera. Como se alimenta de la red eléctrica se pueden cargar en casa, en la oficina, en los puntos de carga (están abriendo algunos en BCN),...

    * Su mantenimiento es mucho mas sencillo.

    * Pueden ir por la acera y los carriles bici.

    * Permiten consumir energía renovable (solar, eólica,...)

    * Si son plegables permiten combinarlos con otros medios de transporte. Llevarlo en el maletero del coche, en el autobús, en el tren,...

    * No contaminan

    * Quitándoles la bateria no son mas que bicis.

    * Ahora mismo tienen una imagen buenísima para que la gente se anime a dejar el coche por otro medio de transporte que gasta poco y es mas ecológico.

    Bueno y alguna mas que no me viene ahora. Tienes toda la razón en que si todos utilizáramos los ciclomotores haríamos un gran favor a nuestro entorno. Las bicis eléctricas sin embargo creo que tienen la ventaja de que la gente cree que son mas verdes (aunque como apuntas tal vez no lo sean) y se animen a dar el salto. Como ves estoy bastante convencido en su pontecial, pero todavía no tengo una y no creo que lo compre con el precio que tienen. Eso mismo impide que se popularizen. En cambio si encuentro un kit económico que de un apoyo a la bici que utilizo todos los días no lo dudaría ni un segundo.

    Bueno gracias y te seguire leyendo.

    Agur

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  4. Hola,

    El video es buenísimo. Muy ilustrativo, y la automatización de la fábrica no tiene desperdicio.

    La chapa de Cobre que utilizan me recuerda a los radiadores de los frigoríficos, ¿no crees? Seria interesante probar con uno a ver qué resultados ofrece.

    Enhorabuena por el blog. Hace poco que lo he descubierto y estoy enganchado a tus instalaciones térmicas caseras y a la parte de Linux también.

    Un saludo

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  5. Gracias, Abraque; aunque el vídeo no es mío. La chapa de cobre del frigo tiene un paso muy estrecho, pero podría valer si pones varios en paralelo, digamos 5 paneles con esas radiadores traseros de los frigoríficos conectados al mismo tubo; te saldrá muy económico y reciclarás material.

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  6. MariTrini27/2/09 23:50

    yo visto usar radiadores de aluminio pintados de negro

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  7. ¿Que el video no es tuyo?

    Pues esa voz en alemán de fondo me sonaba a la tuya, jejeje...

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  8. UNEDICHI DICE :

    YO ESTOY REHABILITANDO UN TECHO Y PENSABA EN LA POSIBILIDAD DE COLOCAR UN TEJADO SOLAR , HABLO DE UNA SUPERFICIE DE 12 METROS DE PANEL , ALGUN CONSEJO QUE PUEDAS DARME DE COMO OPERAR ??

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  9. Julio, no sé qué quieres poner en realidad, porque hay varias posibilidades.
    Lo más sencillo y barato es dejar un ventanal o abertura grande a modo de invernadero, para que el calor del sol entre por el techo, viene bien en climas fríos, se puede poner policarbonato celular (ver entradas de energía solar térmica en este blog) como techo resistente y transparente.
    Sigue el blog, porque iré poniendo entradas sobre el aprovechamiento de un techo para hacer un captador solar con ese material y un tubo.
    Pero si no tienes tiempo, hay captadores solares que reemplazan directamente a las tejas, pero pon los justos para calentar la cantidad de agua que pongas o en verano vas a tener que poner un sistema de refrigeración para bajar la temperatura de los captadores.

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  10. muy buena tu explicacion estaba buscando una pagina como esta lo q megustaria mejor comentario con respecto al deposito del agua al como su funcionamiento y coneccion a la casa por favor

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  11. Anónimo5/3/14 20:07

    Muchas gracias por tu post, estoy muy tentado a hacerlo, en parte por el ambiente, aunque un poco más empujado por la economía, je je. Un par de dudas: ¿qué tipo de manguera aparece en tu invento (sin abreviar por favor porque la voy a buscar aquí en México); ¿qué material es el aislante que usas? ¿podría ser hule espuma? ¿qué es la chapa a la que te refieres? Muchas gracias.

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    Respuestas
    1. Hola anónimo, lee el resto de entradas sobre Energía solar Térmica, creo que está todo bien explicado. Saludos

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