Adaptar un calentador de agua eléctrico para su uso como acumulador de calor añadiéndole un serpentín

Serpentín casero en cobre para calentar el agua del depósito

Instalar un sistema de aprovechamiento de la energía solar o biomasa para producir agua caliente en invierno es rentable al cabo de pocos años (sobre todo en zonas donde la energía solar térmica no es suficiente), sin embargo puede ser muy costoso para muchos, sobre todo en países en desarrollo.
Con este tutorial propongo aprovechar un viejo calentador de agua de 200 lts. marca Cointra y añadirle un serpentín para calentar el agua de su interior. Todo un reto teniendo en cuenta que hay que conservar la estanqueidad y meterlo dentro sin agrandar la boca del depósito ;-)-.

Antes de decidirme por esto, tenía varias opciones para calentar el agua para ACS de forma sencilla y económica, cada una con sus pros y contras:

• Comprarme un intercambiador de placas de gran rendimiento para llevar el calor al depósito. Esta solución tiene muchas pegas; le afecta la cal, es caro (entre 60 y 300 euros), necesitas un segundo motor para circular el agua del depósito (con la consiguiente espumilla que se genera) y si quieres dar prioridad al ACS tienes que poner una válvula motorizada de tres vías para desviar el calor sobrante una vez alcanzada una determinada temperatura del agua.

Un intercambiador de placas de cobre estándar.

• En vez de comprarlo, fabricar un intercambiador yo mismo a base de muchas chapas de acero inox soldadas con una pequeña separación entre sí, con la dificultad de poros y bajo rendimiento si no se sueldan bastantes. Lo veía muy laborioso, así que me decidí a hacer uno más sencillo, con un tubo pasando dentro de otro tubo; el agua que rodea el tubo central se calentaría lo suficiente para templar el agua (o eso suponía). Y así lo hice como podéis ver en la siguiente imagen, el tubo rodeado de espuma amarilla como aislante:

Fotos unidas con Autostich (R)

Esta solución fué un fracaso; el tubo inox apenas transfería el calor, obteniendo como mucho un 15% de rendimiento en la transferencia al depósito. Además la cosa se complicaba con un segundo motor circulador para llevar el agua caliente al depósito. Y encima el agua salía con burbujitas de aire, como oxigenada, producidas por el segundo motor batiendo el agua...

• Finalmente y tras mucho devanarme la cabeza tratando de buscar LA solución económica, reutilizable y eficiente al problema de calentar el agua de un depósito a presión sin serpentín, al final se me encendió la lucecita, ¿por qué no ponerle un serpentín al depósito? Esa idea la descarté al principio por el miedo a perder la estanqueidad del depósito (de acero con protección vitrificada para evitar oxidación), ya que era probable que tendría que perforar la tapa, soldarla, pintarla de nuevo, etc, y aunque podía hacerlo de esta manera, en tubos finos de acero inox. soldados, encontré otra forma mejor; utilizar el soporte de latón del sufridor y resistencia para pasar los tubos:

La parte que requiere mantenimiento en un termo eléctrico: El sufridor de magnesio con la resistencia

De esta forma obtendría un serpentín reutilizable (si vamos cambiando el sufridor, el depósito durará muchos años, pero en caso de estropearse, se puede soldar en otro depósito de segunda mano) de gran rendimiento al ser de cobre y con el caudal suficiente en tubo de 12 mm., evitando los costes y problemas antes mencionados.

Nivel de dificultad: 7, para manitas.
Coste de materiales: 30 € cobre (8 mts. tubo rígido de cobre diám. 12) y accesorios, 100 € depósito de 200 lts. de segunda mano.
Tiempo de realización: 5 horas aprox. (3 si eres diestro con el cobre).
Calidad del resultado: 9, recuperación de calor casi tan buena como los depósitos para Energía Solar Térmica comerciales de 200 lts. por 600 €.

Sin embargo esta solución no se puede aplicar siempre; hace falta cierta destreza con el taladro, saber soldar cobre, tener paciencia y habilidad para hacer un serpentín que entre por la boca del depósito; a más grande suele ser más grande la boca, por lo que es mejor no ir a un depósito de menos de 150 lts (poco frecuente).

Eficiencia del serpentín
El serpentín que he pensado será de tubos rectos que harán un circuito arriba-abajo (no requiere curvar el tubo); para que sea eficiente lo mejor es que tenga mucha superficie de contacto y que haga que el agua caliente vaya primero a la zona de mayor calor (cuanta más diferencia de temperatura entre el agua circulante y el serpentín, la cantidad de calor aportado será mayor), y luego deje el calor residual en la zona más fría (el calor se distribuye por estratificación; el agua más caliente se queda arriba, cerca de la boca de salida del agua caliente).
También se pueden comprar serpentines ya preparados en espiral para energía solar térmica, de algo mejor rendimiento que el recto que he preparado para este tutorial:



O bien hacértelo tu mismo rellenándolo de arena para que no se cierre al curvarlo y calentándolo para facilitar el curvado alrededor de un tubo gordo.


Y la otra opción es hacerlo en acero inox., soldando el serpentín de tubo a la tapa, pero la dificultad es mucho mayor al tener que soldar codos muy juntos y tener que usar tubo fino; tendría también un rendimiento bastante menor que el de cobre. Aunque se puede hacer, la dificultad sube a 9 ;-).


Manos a la obra

Vaciamos el depósito y soltamos la boca de mantenimiento del depósito:





Aprovechamos para echar un vistazo al interior del depósito; en este caso está en buenas condiciones a excepción de las juntas de los lados en las que se observa que la pintura saltó en algunas zonas, seguramente por un exceso de presión y no usar válvula de seguridad en la instalación del dueño anterior. De todas formas el sufridor de magnesio está protegiendo muy bien del óxido y todavía se encuentra en buenas condiciones tras dos años de uso.



La junta soldada de los fondos laterales; parece que el magnesio se acumula encima de la chapa, protegiéndola:



Aprovechamos a limpiar de lodos y cal con una manguera de agua y un trapo:



Ahora nos ponemos con el soporte. Tras devanarme la cabeza un rato ví que entre el hueco donde va la junta alojada y el tornillo del centro hay unos 12 mm., con lo que podría utilizar tubo de esa medida.
Lo primero es retirar la junta de goma y cortar la resistencia, ya que pasaremos los tubos por su sitio:


Primero con una broca pequeña, y luego con la broca mayor que nos permita el soporte (en este caso podía utilizar de diám. 12), perforamos y agrandamos los agujeros por donde pasaba la resistencia. Lo más importante es no dañar el asiento de la junta. En el centro lleva un tornillo, procuraremos dejar el espacio suficiente.
Con el taladro a bajas revoluciones y apretando poco; el agujero es fácil de practicar en un material blando como el latón.


Sujeto la pieza con el tornillo en la base del sufridor para hacer los agujeros; hacerlos lo más rectos posible. Comprobar que el tubo pasa y repasar el agujero si es necesario:


Y éste es el resultado. Se ve la vaina de la sonda de temperatura y el sufridor detrás.


Empezando a soldar los tubos de cobre en el soporte de latón. Los tubos que utilicé los tenía oxidados de tenerlos almacenados a la intemperie; con un estropajo de acero se limpian los extremos y se da el decapante para asegurar que la soldadura de estaño-plata pega bien.
(Siento la calidad de las fotos; el cambio de hora ;-)



Se aplica calor con el soplete hasta que cambia un poco el color del tubo y se aplica el estaño sin pasarse, que no llegue a gotear:





Antes de seguir, le voy a poner la tapa (sin junta, muy importante, para que no se queme). Modifico para ello los agujeros de la tapa por donde pasaban los cables de la resistencia para permitir el paso de los tubos de 12 mm con una lima:


Y comprobamos que pasan correctamente. He tenido que modificar la tuerca y redondearla para luego convertirla en un tornillo aplicándole un corte con el disco de 1 mm., ya que pegaba con los tubos (esta tuerca amarra el soporte y asegura que no hay escapes entre junta y tapa del depósito):


Ahora preparo otros dos tubos con el quiebro lo más junto posible para hacer el recorrido arriba-abajo del tubo; lástima que no hay codos de 180 º. Esta operación hay que realizarla con cada par de tubos que queramos añadir; soldando un lado primero encima de la mesa plana nos facilita mucho el trabajo para hacer el serpentín.


Calentamos con el soplete (cuidado de no quemar nada que esté cerca);


Aplicamos el estaño con generosidad (sin gotear) y limpiamos con un trapo la soldadura una vez fría:


Colocamos los dos tubos recién soldados en uno de los lados, de forma que la curva queda pegada a los tubos, es importante que quede compacto o no nos entrará por la boca del depósito.
Yo he utilizado 8 tubos, pero se puede reducir el número si vemos muchas dificultades para no superar el diámetro máximo que tiene que tener el serpentín.


Así es como va quedando la parte de arriba, donde tenemos menos obstáculos para colocarlos.


Y poco a poco, llego al final, en este caso he podido meter 8 tubos de 84 cms. de largo, cada par colocado de forma que rodeaba la base, y con la ayuda de herramientas (como vemos un destornillador puede valer para muchas cosas, jeje) voy separando los tubos para terminar de soldarlos en su sitio pues hay que tener cuidado de no aplicar calor a las soldaduras ya realizadas. El cobre es bastante flexible, así que no hay problema.



Y en esta foto podemos ver el detalle de cómo ha quedado la base del soporte, respetando el diámetro que nos marca el resalte de la tapa (que es donde la junta queda aprisionada).
También podemos poner algunos un poco más cortos para que la curva pase por el interior de otra curva, compactándolo más.


El problema que veo ahora es que he dejado los tubos muy cortos en la parte de abajo, y debemos poner la junta antes de soldar porque si no, no podremos meterla una vez soldadas las piezas, pero corre el peligro cierto de recalentarse y quemarse.
De hacerlo mal y estropear la junta de goma, tendríamos que desoldar (calentar y tirar de las piezas con un alicate para soltarlas) y conseguir otra junta de 3 mm. de espesor o fabricarla de una junta más grande.
La solución que le veo es colocar la junta en su sitio pero aislada de los tubos y la tapa. Para ello he usado papel higiénico ;-) (también sirve fibra de lana de roca u otro material aislante).



Ponemos todo en su sitio, con los adaptadores para llevar el tubo a 1/2 pulgada, que es el tubo que se suele usar en fontanería.


Aplicamos calor desde un lado, evitando calentar la chapa (y con ella la junta):


Aplicamos el estaño, dejamos enfriar y comprobamos cómo ha quedado la junta; tras retirar el papel compruebo que perfectamente se ajusta a su sitio:



Para obtener mejor rendimiento con estos 7 metros de tubo, he doblado un poco los tubos hacia afuera en la parte superior, para que abarquen más agua.


Si los juntamos vemos que caben perfectamente por la boca del depósito.



Conectándolo a la red (8 bares) compruebo que no pierde por ninguna soldadura; importante porque si no se podría mezclar agua del primario con el segundario y habría que volver a revisar.



Ahora toca introducirlo en su sitio; pesa unos tres kilos, por lo que es difícil maniobrar para poner los tornillos de nuevo. Yo he ido amarrando primero los de un lado y luego los del otro. A la hora de apretar, recomendable apretar todos poco a poco para que quede bien colocada la tapa.




Llenamos de agua el depósito abriendo el grifo de agua caliente hasta que salga agua por él. Entonces lo cerramos y si no pierde por la tapa... ¡Eureka!



Y ya está el serpentín en su sitio. Lo he probado y tiene un gran rendimiento; ya sólo falta añadir todos los accesorios necesarios para calentar tanto la calefacción como el agua con el serpentín del fuego bajo, dando prioridad al ACS (esto lo complica, lo que será un nuevo reto de los que me encantan...).
Utilizando el termostato KELD para energía solar y tres sondas, compararemos la temperatura del serpentín en el fuego con el agua de retorno, y con una tercera sonda activaremos una electroválvula de 3 vías para desviar el agua caliente del primario a la calefacción una vez que el depósito haya alcanzado la temperatura deseada. Pero eso en próximas entradas...

Enlaces:
Aprovechar las piezas de un termo eléctrico

Responsabilidad del autor:
Este tutorial, al igual que todos los demás, se ponen a disposición pública para aquél que le puedan venir bien; no me hago responsable de lo que pase por el mal o buen uso de estas instrucciones; cada uno debe utilizar su sentido común y conocimientos para salvaguardar sus bienes materiales y físicos.