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.

MANUAL FABRICACION PANEL SOLAR MODELO Nº1 - Upload a Document to Scribd

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.