Calentador Solar Casero - Fabricar Calentador Solar Casero De Circulación Forzada

Os presento mi proyecto, diseñado especialmente para mi propio consumo con un equilibrio perfecto entre calidad y precio.
Hay muchos detalles en los que no me puedo extender aquí y dichos detalles puede encontrarse en http://www.misolarcasero.com

Este calentador solar usa tubos de cobre para conseguir el máximo rendimiento, por otra parte usa una pantalla de policarbonato cuyo rendimiento es mejor y más barato que el vidrio, quizás no tan duradero, pero indudablemente rápido de amortizar.

Usa el sistema de circulación forzada, por un poco más de dinero se consigue un rendimiento increiblemente mayor.

¿Como es de eficiente este sistema?
En Sevilla-España está calentando 260 Litros de agua todo el año.
En verano a casi 70ºC
En invierno excepto los días que no hay nada de radiación solar, suele estar entre 40 y 50ºC.

La temperatura máxima está limitada de forma natural por un respiradero en el depósito.

Como este montaje es un modelo más avanzado y puede ser la variante o modificación de otras construcciones, damos por echo que todos sabemos soldar y hacer otras cosas sobre bricolaje.
En cualquier caso este instructable no pretende mostrar los conceptos básicos de soldar o acoplar tubos.

En este paso soldamos los tubos de cobre en forma de parrilla, cuyas medidas coincidirán con nuestra caja.
La medida de tubo que yo uso es del número 15 en las barras verticales, las barras horizontales puede valer cualquier tamaño, quizás es conveniente que sea ligeramente más grueso, pues es la unión de todas las barras verticales y necesita más espacio.
No es un concepto obligatorio, sólo eso, un concepto teórico, además si el grosor horizontal es más grueso también será mejor como elemento absorvedor.

No merece la pena buscar otro método o material más barato para fabricar la parrilla, pues es como el corazón del montaje, será el absorvedor el elemento principal y responsable del rendimiento que podremos obtener según las aplicaciones posteriores.
El cobre es el metal doméstico mayor conductor de la temperatura, el siguiente un poco inferior es el aluminio, y después serán los siguientes metales decreciendo bastante dicha conductividad.
No cabe opción a considerar la suplantación de este cobre o aluminio con materiales plásticos, pues nunca resultará adecuado, pues el plástico y sus derivados tienen propiedades naturales que ofrecen de forma innata resistencias a la temperatura, o dicho de otra manera, son materiales que en todas sus formas son aislantes o semi-aislantes.

Construimos la caja con madera barata de pino.
La caja de madera es fácil de construir como si fuese un pequeño armario, es conveniente reforzar los angulos con esquineras de interior metálicas.
La caja de madera posteriormente barnizada con barniz especial exterior para barcos, puede mantener perfectamente la caja por más de 10 años.
También se puede a posterior reforzar con alguna pintura o protección plástica, según a gustos de cada uno.
Yo personalmente he barnizado y cubierto con trozos de plástico exterior.

La caja de madera no será tan resistentes como las cajas comerciales de aluminio, pero será mucho más asequible y en ningún momento será menos eficiente, si no todo lo contrario, pues la madera es mejor aislante que los metales.

El aislamiento de la caja es el 2º elemento más imporante para obtener un óptimo rendimiento.
Si este aislamiento tiene escapes no obtendremos altas temperaturas, con lo cual será muy ineficiente.

Podemos usar islantes convencionales como el poliestireno expandido, cartón, espuma de poliuretano.
Los aislantes complejos modernos son más eficientes usando densidades finas, pero podemos conseguir un aislamiento similar haciendo varias capas de aislamiento.
Otro punto a tener en cuenta, nuestro aislamiento casero puede llegar a ser inflamables en circunstancias extremas, que es mejor preveer y evitar forrando con papel de alumnio.

El primer paso es tener la parte posterior de la caja bien cerrada con una chapa de madera, y dar un baño con cola, latex o similar, para tratar de tapar y sellar todas las uniones.
A continuación aplicaremos las capas de aislamiento.

En mi caso yo he usado poliestireno expandido, cartón con papel de alluminio, y espuma de poliuretano, en este mismo orden.
A posterior voy a instalar el absorbevor, que llevará una capa de cartón y cubierta de aluminio, eso será el absorvedor siendo su parte trasera otro aislante más.

He hecho un exceso uso de la espuma de poliuretano, no es necesario usar tanto.

Por último en este paso es poner varios listones horizontales para apoyar el colector de cobre.
Yo he usado escuadras pequeñas para atornillar los listones a la caja

Observese que los listones también están forrados con papel adhesivo de plata, para no exponer directamente la madera a las altas temperaturas de la caja.

También a tener en cuenta, también he aislado los laterales.

¿Que es el absorvedor?
Pues es otro elemento muy importante, pues el colector consume el calor y la transporta hacia el flujo de agua, pero necesita de alguien que le entregue ese calor.
El absorvedor hace de pantalla para extenderse en toda su extensión y atrapar la máxima radiación posible.

Cuando pintemos el absorvedor de negro y lo unamos al colector, será el encargador en generar la calor y transportarla al agua contenida dentro del colector.

Los colectores comerciales suelen usar chapa galvanizada o aluminio.
En mi versión casera uso varias capas de papel de aluminio y una última capa final de papel de aluminio adhesivo.
A lo contrario que se pueda pensar por la apariencia, su rendimiento es extraordinario.

Ahora nos toca unir el colector al abosrvedor.
La industria avanzada está usando soldaduras con tungsteno, o una avanzada técnica de soldadura por ultrasonidos, ellos dicen que es tecnología punta, pero algunos de estos aplican tenicas avanzadas y lo abaratan por otras partes, se han llegado a encontrar incluso modelos comerciales de colectores cuyo interior eran tubos de plástico similar al cpvc.

Yo he usado la técnica de unión a bocajarro con adhesivo de aluminio abrazado, jejejeje...
Lo que se hace es poner el adhesivo a tramos longitudinalmente, en cada tramo lo que intentaremos será ponerlo en forma de ohmio, o sea, pegando al papel al tubo de cobre todo lo que podamos hasta encontrar justo el punto de unión con el absorvedor.
No nos vale con que el adeshivo pegue el tubo al papel, si no que este adhesivo quede adentrado como si fuese a darle la vuelta al tubo pero en realidad no lo hace.
Podemos hacerlo de forma manual, u otro truco que podemos usar es dejar el tubo elevado a 1mm aproximadamente, y hacer ésto mismamente, con mayor facilidad al estar el tubo separado, y cuando este todo el tubo preparado dejarlo caer encima con el adhesivo envuelto al tubo y agarrado al absorvedor.

Cuando los tubos están asentados los podemos amarrar con esas piezas típicas que se usan para agarrar tubos a las paredes, pues nosotros lo atornillaremos a los listones que hemos instalado previamente.

Este es mi absorvedor eficiente y económico.
Os puedo asegurar que funciona muy muy bien.

Y hecho todo esto, procedemos al pintado.
Para pintarlo se debe elegir una pintura calórica y no inflamable, muy importante porque será el que estará expuesto directo al sol y no queremos accidentes.
Preferible es el color negro ceniza o negro mate, preferible también si es aplicación a pistola o en spray.

Necesitamos hacer un pequeño respiradero para la caja, porque el interior de la caja tendrá dilataciones y contracciones notables por la variación térmica del aire interior.

Ese respiradero será un pequeño orificio, será en la parte inferior necesariamente, porque es la zona más fría de la caja.
Si el agujero quedara en la parte superior tendríamos pérdidas de temperatura, pues el aire caliente tiende a ir hacia arriba.

Ese agujero será discreto, y centrado, y más o menos bien diseñado con la intención de drenar el aire y el agua que pueda resultar de posibles condensaciones.

Personalmente sigo aconsejando evitar el vidrio, pues es mejor aislante el plástico que el vidrio, el plástico es además más ligero y fácil de instalar o reemplazar.

Yo personalmente aconsejo usar el policarbonato, que además de muy buen aislante y ligero, es buen resistente a los golpes.
El policarbonato alveolar es ideal, al tener 2 capas y una capa interior de aire.

Notaréis que no estoy detallando nada acerca de la conexión de tubos, o la perforación de la caja y esos tubos.
Doy por hecho que son detalles que cada uno sabe diseñar por su parte, y por otro lado son cosas que se pueden personalizar a demanda, cosas no significantes como el tamaño de los agujeros y del interconexionado.

He comprado muy barato una pantalla grande de este policarbonato en un taller de construcción, a veces hay almacenes que tienen sobrantes y lo pueden vender a buen precio.

Entonces recorto las pantallas a medida, las encajo, las sello con silicona, he seleccionado una silicona especial interperie apto para altas temperaturas, y he recubierto ese sellado con más adhesivo de aluminio.

Si ya he dicho anteriormente que los elementos más imporantes para el rendimiento de este sistema son:
1- El material y construcción del colector
2- La caja y su aislamiento
3- El absorvedor.
Ahora cabe añadir:
4- El depósito.

El depósito es super importante, de poco sirve llenar el depósito con agua muy muy caliente si perdemos la temperatura del agua con pocas horas.
Lo normal es perder de 3 a 6ºC u 8ºC como mucho en una noche fría.

Mi concepto de depósito en mi sistema es totalmente diferente, yo odio tremendamente a los depósitos metálicos, creo que ha sido por muchos años el mejor invento saca cuartos, parece estar diseñado para ser corroido en pocos años.
Los depósitos metálicos están fabricados con chapas baratas, y como complemento se instala una barra de magnesio a la que se le bautizó como 'barra de sacrificio', esta barra ofrece una protección catódica temporal de corta duración, mientras esa barra se va consumiendo la chapa no se oxida, en teoría, pero cuando esa barra está consumida como una colilla, nadie sabe de esta técnica y los instaladores no ofrecen en su garantía esta revisión y recambio, osea, pensado para el deterioro y seguir con el consumismo.

Bien, mi depósito es totalmente plástico, sólo tiene una desventaja, no se puede someter a presión, pero mi instalación está diseñada para trabajar sin presiones, lo cual me ofrece muchas ventajas, y no veo por contra como se afirma en muchos lugares una baja eficiencia por trabajar con presiones bajas.

El sistema de baja presión lo consigo con una válvula de entrada y una boya flotante, lo que viene a ser una cisterna de wc de toda la vida.
Y el agua caliente se suministra por caida libre y gravedad.

Puedo asegurar que lejos de la apariencia o la idea que pueda sugerir un depósito de plástico, me ha resultado ser altamente eficiente.

Éste depósito lo he conseguido de 2ª mano por 10€, procedente del transporte de maiz.
La única preocupación que tenía era por la alta temperatura, pero ha soportado casi 70ºC sin ningún daño.
También puedo decir, que lleva varios años trabajando, y las revisiones anuales no muestra ningún tipo de deterioro, efectivamente tampoco hay corrosiones ni oxidaciones.
260Litros de agua limpia, realmente higiénica, y sin corrosiones.

Aislamiento.
1 -> Aplico varias capas de papel de aluminio.
Aplico los agujeros necesarios para los acoples, en mi caso son, de arriba a abajo:
   1- Respiradero.
   2- Entrada de agua fría con llave de paso y válvula antiretorno (la válvula es opcional)
   3- Salida de agua caliente.
   4- Opcional: Salida de agua caliente, es una 2ª salida para bajar el agua por 2 tubos independientes y tratar de hacer bajar más presión y más caudal.
   5- Entrada del sensor de temperatura.
   6- Salida de agua (zona fría) hacia el colector.

2-> Varias planchas de poliestireno espandido, extraido de las típicas cajas que las pescaderías desechan, las pego con pequeños pegotes de espuma de poliuretano, es lo más rápido.

3-> Relleno los huecos de las planchas con espuma de poliuretano.

4-> Forrado con varias vueltas de carton.

5-> Forrado con plástico especial de interperie, es muy muy barato.

La salida de agua se recoge con un tubo pescador, es un tubo de goma con una botella flotante, este tubo al estar flotando en la superficie nos estará succionando siempre la parte más caliente del agua, se puede ver el tubo y botella en la foto.

Hay 2 sensores de temperatura en esta instalación.

La obligatoria en todos los casos es el sensor del depósito.
El opcional es el sensor del colector, pero si va a ser una instalación de circulación forzada entonces si será obligatorio.

¿Porque 2 sensores?
El sensor del depósito (entre por donde entre) debe ir casi llegando al suelo del interior del depósito, porque debe hacer lecturas del agua más fría.
El sensor del colector en la zona más superior para tomar lectura del agua más caliente del colector.
Ambos sensores van conectados a un termostato diferencial, este dispositivo compara ambas temperaturas, y es quien decide a través de un relé cuando hacer circular el agua.
Esta es la parte más óptima y que lo diferencia de los típicos sistemas comerciales donde se ven los depósitos montados sobre las placas, conocidos como "sistema por termosifón", es una gestión electrónica.
¿Cuanto es de eficiente? Bueno, en mi página web se habla extensamente de ellos, pero es como comparar la combustión de un coche por carburador y un coche de inyección electrónica, la gestión electrónica en ambos casos se aplica para algo, obvio.

La forma en como yo acoplo los sensores de forma totalmente estanca es como se aprecia en las fotos, con un acople hembra y una junta basta que se puede adquirir en cualquier ferrenteria, el acople aprisiona la junta con el cable dentro, no hay ningún tipo de perdida, también se puede hacer como es mi caso, un pequeño cuello al acople, y rellenarlo de silicona, por el por si acaso...

El termostato diferencial se venden en comercios especializados en frigoristas, puede costar de 40 a 50€.
También hay montajes caseros por internet.

En el termostato va conectado los 2 sensores, y los cables hacia la bomba.
El termostato lo que hace es detectar ambas sondas de temperatura, y cuando el sensor de temperatura del colector es superior al del depósito, activa la bomba de agua, cuando esta condición ya no se cumple la bomba deja de ser alimentada.

Es complicado explicar todo el montaje electrónico, quien tiene nociones de electricidad sabe sobradamente como se hace esto.
En mi web si está detalladamente explicado (http://www.misolarcasero.com)

La bomba de agua debe de ser preferiblemente centrifuga, pequeña, apta para agua muy muy caliente, sin escobillas para una larga durabilidad.
Nosotros estamos suministrando esa bomba por el número de preguntas y peticiones al respecto.

Las imágenes aclaran la interconexión entre colector y depósito.

Detallo los puntos deletrados:

A-> Respiradero, para dar salida y entrada a las dilataciones y contracciones del aire, así como faciltar el espacio ocupado o liberado según el nivel de agua en cada momento.
Este respiradero natural, en la parte más superior para evitar la salida de agua, y siempre prolongado y dirección hacia el suelo para que no se escape con demasiada facilidad el aire caliente, también facilita la salida de exceso de temperatura.
La salida de vapor por exceso de temperatura en este tubo, saldrá en forma de evaporación y condensación, o sea, que será agua pura destilada para poder ser usado en otras aplicaciones.

B-> La entrada de agua fría de suministro, está entrada se abre y se cierra de forma automática por la boya flotante, que deberemos de situar a la altura que nos interese según el nivel de agua que queremos mantener.

C-> Es la conexión entre colector y depósito, aquí se produce la caída de agua calienta hacia el depósito.
Es interesante hacer esta inclinación en la zona del colector para que el agua quede estancada y necesite un poco de presión para ser derramada.

D-> El sensor para tomar lectura de la zona más fría del depósito.

E-> Salida del agua caliente del depósito hacia el exterior con el tubo pescador.

F-> Conexión entre placa - bomba de agua - colector.
La bomba de agua mueve el agua del depósito hacia el colector, a de tener la suficiente fuerza para empujar el agua por presión y conseguir que rebose por tubo C.

G-> Sensor de temperatura del colector.

Para que el suministro de agua sea eficiente a un presión suficiente para disfrutar de buen caudal, tenemos que instalar el conjunto en nuestra azotea.

Si nuestra azotea es plana podemos poner depósito de agua y colector en el mismo espacio.
Si no existe tal azotea y es tejado inclinado, entonces necesitaremos acomodar el depósito en algún otro lugar, siendo necesario una bomba de presión para el suministro si el depósito no queda a gran altura.

El montante o caballete para apoyar las placas, bueno, podemos gastarnos el dinero comprando uno metálico, o echarle imaginación y usar cualquier cosa que nos garantice un correcto apoyo y sujección de dicho peso.
Como el depósito es vertical y no necesita estar encima del colector precisamente porque la circulación no es forzada, pues es una gran ventaja y no necesitamos subir el depósito en este montante o caballete.

Yo  en mi caso lo he echo con tubos de pvc, me ha salido muy barato, se supone que debería haberse desmontado después de todos las ventiscas y tormentas que han pasado, jejejee, pero no, ahí sigue.