proyecto calentador solar

Presentación del proyecto

El propósito de éste proyecto es comprender como funciona los recursos de los calentadores solares de agua, que son tan eficientes y que ya se explotan comercialmente, explicaré brevemente porque funciona, y como hacerlo en casa, como aprovechar un recurso tan bueno y tan gratuito como es el sol, y como fabricarlo nosotros mismos poco a poco en casa y cómodamente, aprendiendo bricolaje, y sin tener que desembolsar un precio tan alto aunque el rendimiento sea un poquito menor que el nos ofrezca el prototipo industrial, aunque incluso es posible conseguir un rendimiento igual o superior a algunos de ellos, porque he visto en algunas webs que algunos fabricantes usan materiales de poca calidad.
Primero tenemos que entender que hace, y como hace un colector solar, para calentar grandes capacidades de agua a tan alta temperatura y en breve tiempo, porque en eso consiste, en calentar mucha agua muy rápidamente.
Todos los calentadores de agua solares tanto comerciales como caseros, buscan la misma función, acumular mucha calor dentro de una caja (colector), y cuando dicha caja esté muy caliente hacer fluir por dentro de ésta caja el agua de nuestro depósito, al mismo tiempo que el agua va pasando por la caja y se va calentado (y vuelve al depósito ya calentado), la caja irremediablemente se va enfriando, y cuando la caja ya esté fría o poco caliente, dentendremos ese flujo de agua esperando a que se caliente mucho para volver a repetir la operación anterior, así hasta que la caja deje de calentarse (porque ya se fue el sol), con esto queremos conseguir calentar el agua de nuestro depósito a la máxima temperatura posible.
Todos los calentadores solares, tanto comerciales como caseros, constan de 3 partes para conseguir lo anterior descrito:
1- El colector: El elemento más importante, el que calienta el fluido caloportador o el propio agua.
2- El ‘motor’: Que puede ser una bomba de agua que mueve el flujo en los momentos oportunos y de una forma estratégica (a ésto le llaman sistema de circulación forzada), o podemos prescindir de este ‘motor’ si montamos el colector y depósito en la forma adecuada para que la física se encargue de mover automáticamente este flujo (conocido como efecto termosifón)
3- El depósito: Elemento no menos importante, ha de estar apropiadamente montado y preparado, y correctamente aislado. Un depósito mal aislado arruinará todo nuestro montaje y hará que se caliente muy poco nuestra agua y se enfrie rápidamente.
La eficiencia de nuestro calentador de agua solar, dependerá de los materiales empleados en el colector y de su aislamiento, y del aislamiento del depósito de agua, hay muy pocos secretos industriales que aprovechan poco más el rendimiento, pero prácticamente podemos hacerlo 100% en casa y con rendimientos perfectamente comparables
El colector suele ser un recorrido normalmente de tubos metálicos, también es posible usar plásticos resistentes al calor como el cpvc o el polietileno, pero con plásticos el sistema es mucho menos eficiente, ciertas webs afirman que con éstos plásticos es más barato, pero resulta un argumento dudoso, ya que debemos hacer un serpentín mucho más largo y complejo, usar muchos más tubos y más uniones para compensar esa perdida de rendimiento, nos va a salir más rentable usar cobre y latón, y menos trabajoso, para un montaje simple y sencillo, en lugar de un montaje con muchos tubos de polietileno con sus respectivos elementos de uniones
El material para los tubos mencionados que mejor rendimiento nos va a dar, será el cobre o el aluminio, incluso el acero inoxidable podría ser util aunque con menos rendimiento y con posibles problemas de oxidación a largo plazo.
El motor, si elegimos una bomba de agua el montaje será un poco más complicado, pero si lo hacemos bien valdrá mucho la pena ya que se aprovecha mucho mejor la radiación solar directa e indirecta.. Pero todo dependerá de quien gobierne ésta bomba de agua, la bomba de agua puede ser activada y desactivada de las siguientes maneras:
-> Por un temporizador: esto no suele ser buena idea porque un temporizador nunca sabe cuando hay sol o llueve, y tampoco es lo mismo las 14h en Agosto que en Enero, ocurrirían ciclos de circulación innecesaria incluso contraproducentes, y estaríamos perdiendo calor, castigando y sobrecalentando la bomba de agua.
-> Alimentado por una placa fotovoltaica: Se activaría la bomba cuando hay cierta actividad solar, El problema es que la placa fotovoltaica pondría la bomba en marcha en el mismo momento que recibe sol, y el colector necesita su tiempo para calentarse. También ocurriría que cuando se tapa o se marcha el sol la placa fotovoltaica pararía la bomba inmediatamente, y el colector posiblemente tendrá mucha calor que regalar.
Quiere decir esto, que nunca es directamente proporcional la presencia del sol con la temperatura acumulada en el colector, pero sería una gestión más o menos lógica, no es la mejor idea pero es preferible a la gestión ciega que ofrece un temporizador
-> Gobernado por un termostato diferencial: Será lo ideal, es un dispositivo electrónico que va enchufado a la red eléctrica, nos da las conexiones para 2 sensores de temperaturas y para la conexión eléctrica de la bomba.
La función de éste termostato diferencial, es activar la bomba cuando se detecta que en el sensor del colector hay mayor temperatura que en el sensor del depósito, y desconectará la bomba cuando ésto deje de ocurrir.
He de aclarar que estamos hablando de una bomba de agua pequeña y sencillita, preferible las típicas bombas de agua sumergibles de pecera, pequeña, porque necesitamos una circulación de agua lenta, no excesivamente lenta, pero lenta para que el agua se pasee tranquilamente por el colector y se caliente durante ‘su paseo’, si la bomba hace circular el agua de forma muy ligera no le dará tiempo a calentarse en el colector, y además estaremos gastando muchos watios para algo que no estará funcionando bien.

El consumo eléctrico de todo el sistema (conjunto de termostato diferencial y bomba de agua) suele ser muy muy bajo, entre 5w a 20w según sea la bomba, y si está gestionado por el termostato diferencial el consumo será en ciclos cortos discontinuos, a lo largo del día habremos gastado muy poca electricidad a cambio de haber calentado 100 o 200 litros de agua.
Sin motor, conocido como termosifón, se consigue colocando el deposito encima del colector y respetando unas medidas y distancias concretas, ocurre que la física hace que el agua caliente (que pesa menos) fluya hacia arriba y el agua fría (pesa más) se sumerja hacia abajo, éste mecanismo automático de la naturaleza y el montaje en forma de termosifón hacen que el agua más caliente siempre vaya hacia el depósito, y a cambio parte del agua menos caliente del depósito viaje hacia el colector, esta información la encontrarás muy detallada en muchas webs incluido en la wikipedia.
Yo he elegido hacerlo con bomba de agua (circulación forzada) y voy a basar todo el proyecto en esa modalidad (pero puedes seguir las mismas instrucciones omitiendo la parte que tu descartes)
Por 2 simples razones:
- 1, te da mucha libertad para ubicar donde mejor nos venga el colector y el depósito, aunque siempre conviene que estén lo más cercano el uno al otro para evitar perdidas de calor en los recorridos del agua, y en nuestro caso lo vamos a poner cercanos para poder usar una bomba de agua barata y de poca potencia.
- 2, porque el rendimiento es bastante mayor.
Voy a exponer un caso breve claro y práctico para entender porque es más eficiente la circulación forzada que el sistema de termosifón:
Termosifón:

Circulación por termosifón El sistema de termosifón se hace hace automáticamente y sin ningún tipo de posibilidad de control, empieza a funcionar a partir de cierta diferencia de temperatura y de una forma muy lenta, es un motor gratuito pero lento, imaginemos que nuestra agua se está calentando en nuestro colector en un clima de otoño, y justo cuando el agua caliente va a subir al depósito por éste efecto de termosifón viene una nube grande e inoportuna, y éste agua casi lista se enfría, o simplemente no hace el suficiente sol como para facilitar este proceso de termosifón, no calentariamos nada de agua.
No quiere decir ésto que sea poco eficiente, hago éste tipo de comentarios porque lo estoy comparando con la circulación forzada, pero el termosifón tambien es eficiente porque funciona y no deja de ser gratuito.
Circulación forzada:
Circulación forzada Si yo tengo un sistema de circulación forzada, yo decido y configuro en mi termostato a partir de que diferencia de temperatura se intercambiarán las aguas colector y depósito, entonces en un clima de otoño yo puedo preveer temperaturas más bien bajas, y puedo configurar el termostato diferencial para que recoja el agua del colector aunque sólo tenga 1 grados más que el depósito, sería como el que recoje pelos del suelo de una peluquería para hacerse una peluca, puede que no caliente mi agua a una temperatura deseable en 1 sólo día, pero si conservo y aislo bien ese agua templada puede que el segundo día ya se acerque a la temperatura que deseo, Y el tercero más caliente de lo que esperaba, igualmente un agua poco calentada pero templada, también supone un gran ahorro de energía, porque si caliento esta agua templada con una resistencia eléctrica o la hago pasar por un calentador de gas, necesitaré menos tiempo y menos energía que con un agua fría. Ésto es lo lógico y lo usual, tener una segunda fuente de energía como refuerzo para días fríos, para convertir el agua templada en un agua muy caliente y agradable aportando poca energía
Inconvenientes de la circulación forzada:  El coste, el termostato con sus 2 sensores nos va a costar entre 40€ y 60€, y una bomba sumergible de pecera de 10 a 20€, o idealmente una bomba de agua no sumergible de unos 12Litros/minuto nos puede costar entre 30€ a 40€.
Depende totalmente del suministro eléctrico de la casa (al no ser que hagas funcionar el termostato y bomba con una placa fotovoltaica y batería).
Ventajas de la circulación forzada:  Éste coste inferior a 100€ está justificado por su temprana amortización, por el descanso que ofrece a la bomba de agua en los momentos que es innecesario su bombeo para la circulación, y es una forma de exprimir al máximo las altas temperaturas así como la posibilidad de aprovechar las más bajas temperaturas.
El control que el termostato ofrece en todo momento y las posibilidades de gestionar y configurar una posible resistencia eléctrica, la información que nos ofrece (temperatura del depósito y del colector)
Los modelos comerciales están casi todos dedicados al sistema termosifón, cabe pensar que el motivo de esta preferencia por parte de casi todos los fabricantes, se debe a la sencillez y por minimizar los mantenimientos y averías.
Pero en nuestro caso que lo montamos nosotros mismos y a precio de coste de material si merece la pena, en el peor de los casos puede que se nos averíe alguna vez la bomba de agua, que reemplazaremos por cualquier otra bomba de 2ª mano o por unos 20 o 30€ si es nueva.
Estoy seguro que incluso aunque tuvieras que cambiar la bomba cada año, sería un gasto amortizado, por las veces que esta bomba hace posible calentar el agua cuando otros sistemas solares de termosifón no pueden.
Hay muchas más variantes sobre los calentadores solares, con intercambiadores de temperatura, con glicoles caloportadores, con dispositivos varios, ambas sofisticaciones pierden rendimiento, y el tema de los glicoles se benefician sólo los climas muy fríos, pero si no vives en climas extremadamente frios puede seguir cualquier modelo simplificado, como el mío por ejemplo.
Si estás interesado en conocer mi montaje, pulsa las pestañas del menú, y te explicaré paso a paso cada parte del sistema.