UDEC 1 FUNCIONAMIENTO DEL CALENTADOR SOLAR...………………………… 4 MATERIALES Y PRECIOS………………………………………………………………………… 5 I) FABRICACION DE LOS COLECTORES………………………………….…… 6 II) PREPARACION DEL TAMBO ………………………………………………………… 10 III) POSICION DE LOS COLECTORES…………………………………………….. 14 RESULTADOS DEL PRIMER PROTOTIPO EN UDEC………………….. 15 TRES OPCIONES PARA TENER EL CALENTADOR SOLAR…………. 16 El CALENTADOR SOLAR es una ecotecnia que complementa la vivienda sustenta‐ ble. El modelo que aquí se presenta está inspirado en el Calentado Solar de Bajo Costo diseñado por la Sociedade do Sol (Asociación Brasileña de Desarrollo) www.sociedadedosol.org.br Unión de Esfuerzos para el Campo, AC. ha adaptado este calentador al contexto mexicano. Esta adaptación fue realizada por Lino LELIEVRE. Unión de Esfuerzos para el Campo, AC. Rio San Juan 4 Barrio La Magdalena 76750 Tequisquiapan, Qro., México www.udec.org.mx 414 27 322 08 www.udec.org.mx 2 Introducción El primer prototipo de Calentador Solar de Bajo Costo (CSBC) fue presentado por primera vez al público en 1992 por la Sociedade do Sol, a la Cumbre de la Tierra en Río en Brasil. El primer objetivo de este invento es permitir a todas las familias, sobre to‐ do a las de menor ingreso, acceder a este tipo de energía renovable y lim‐ pia y generar en el hogar un ahorro significativo en el consumo de gas. A diferencia de los calentadores solares que se encuentran en el mercado, es‐ te calentador es autoconstruible gra‐ cias a la utilización de materiales de bajo costo y a que su diseño reduce considerablemente su costo. Augustin T. Woelz, fundador de la Sociedade do Sol, con un colector solar. En UDEC hemos tomado este diseño para adaptarlo a la región. Después de dos meses de prueba con diferentes materiales, pegamentos, etc. hemos encontrado un buen sistema de autoconstrucción. Sin embargo, es indispensable leer estas recomendaciones antes de empezar la construcción de su calentador. Recomendaciones ‐ Es importante saber que este calentador no se puede garantizar debido a su carácter experimental. Sin embargo todos los equipos que se han hecho en Brasil han tenido una duración de vida de aproximadamente 10 años. ‐ Cada año es necesario purgar el equipo para conservar una buena calidad del agua y no dañar el equipo con las impurezas del agua. Para purgarlo hay que quitar el tapón de los colectores (N° 5 de la página 6). ‐ Los colectores tienen que estar abajo del tinaco (o tambo) y la diferencia de altura no debe traspasar los 2 metros (para no traspasar la presión máxima recomendada). ‐ Es importante utilizar todos los materiales recomendados en la lista, sobre todo el pegamento. Sin embargo, cualquier sugerencia para mejorar la construcción y opera‐ ción del calentador será bienvenida. 3 Funcionamiento del calentador solar El funcionamiento del calentador solar se inicia cuando la energía solar incide sobre la superficie negra de los colectores. La energía absorbida se transforma en calor y calien‐ ta el agua que está en los canalitos de las placas (colectores). Esto disminuye la densi‐ dad del agua, que se mueve en dirección del tanque dando inicio a un proceso natural de circulación del agua, llamado de termo‐sifón o termodinámica. Por tanto, el tanque de agua debe estar más alto que los colectores. Este proceso es continuo mientras haya una buena irradiación solar o hasta que toda el agua del circuito logre alcanzar la misma temperatura. Los dos principales componentes del calentador solar son los colectores y el tinaco. ‐ Los colectores sirven par calentar el agua. Son placas de policarbonato celular pegadas a tubos de PVC. ‐ El tinaco o tambo sirve para almacenar el agua caliente. Puede ser cualquier re‐ cipiente pero es preferible utilizar un tambo de plástico y aislarlo térmicamente para que mantenga el agua caliente por la noche. 4 Materiales necesarios Materiales para los colectores Producto Cantidad Precio unitario Precio ¿Donde se compra? 2 1 2 2 1 4 2 1 1 1 $200 $ 35 $ 3 $ 2 $ 3 $ 4 $ 3 $ 3 $ 45 $ 50 $400 $ 35 $ 6 $ 4 $ 3 $ 16 $ 6 $ 3 $ 45 $ 50 UDEC Materiales Tequis 1 $ 20 $ 20 Comex Placas de policarbonato celular 122/61cm Tubo de PVC hidráulico 1'' Tramo de 4 metros Cople PVC Hidráulico 1'' Tapón PVC Hidráulico 1'' Adaptador 1'' macho PVC hidráulico Codos 90° PVC hidráulico Adaptador 1" Hembra PVC hidráulico Teflón Pegamento P/PVC 118Ml azul wet blue Pintura Comex 0,5l NEGRO MATE Thinner 1 Litro Total colectores $588 Materiales para el tambo Producto Cantidad Bridas 1 1/2" Multiconector para tinaco Válvula tanque alto 1/2" Flotador de plástico Varilla Para Flotador Adaptador macho 1’’1/2" Hid Red Bushing 1 1/2"*1" PVC Hid Adaptador manguera/Rosca macho 3/4” Red Bushing Galv 1,5"--> 3/4" Tuerca union PVC hid 1" Manguera 1 Metro 3/4 “ Cinta adhesiva Tambo nuevo de 120 litros Aislante Fibra de vidrio 1,40 m Total 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Precio unitario $ 20 $ 60 $ 60 $ 6 $ 1 $ 8 $ 6 $ 10 $ 25 $ 20 $ 5 $ 10 $320 $100 Precio $ 40 $ 60 $ 60 $ 6 $ 1 $ 8 $ 6 $ 10 $ 25 $ 20 $ 5 $ 10 $320 $100 $671 ¿Donde se compra? Ferretaría Flores Materiales Tequis UDEC Precio total de los materiales : $ 1,260 Precios del junio 2010 Este precio incluye los materiales necesarios para la construcción del calentador. No incluye las conexiones entre los colectores y el tambo porque la longitud de los tubos se calcula al momento de instalar el equipo en el techo de la casa. 5 Herramientas necesarias Mini cortadora / Taladro con broca de barril / Lima de metal y lija / Trapos / Alcohol para limpiar / Brocha para pintar / Mango de escoba / Papel periódico para prote‐ ger la mesa de trabajo / Metro / Regla / I) Fabricación de los colectores paso a paso 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) Detalles del tapón con rosca Placa de policarbonato Tubo de PVC hidráulicos 1” Cople PVC hidráulicos 1” Adaptador macho PVC hidráulico 1” Tapón con rosca (para purgar el equi‐ po) Codos 90° de PVC hidráulico 1” Tapón Pintura de aceite negro mate 12) Pedazo de tubo de PVC Tubo PVC 13) Tapón Adaptador macho 1” 6 Preparación de las placas 1 Con una lima lijar los ángulos de las placas para que queden bien ajustadas a las ranu‐ ras, y lijar las orillas para que agarre mejor el pegamento. Cortar tubos 2 Cortar 4 tubos de PVC de 71 cm (Ancho de las placas + 5 cm en cada orilla para las co‐ nexiones). Fijar un tubo de PVC con unos clavos en una plancha de madera para que no se mueva. Marcar con una pluma el área donde será realizada la ranura de 1 cm/59 cm. Con una mini cortadora con disco, hacer la ranura en el tubo (esta etapa es la más delicada de la fabricación así que hay hacerla con mucha precaución). Terminar la ranura con una lima o lija para que se ajuste a las placas. Ranurar de la misma manera los 3 tubos restantes. 3 Limpieza de las placas y los tubos Una vez las placas ajustadas y los tubos cortados, limpiar con un trapo húmedo con alcohol todas las superficies que serán pegadas, y tener cuidado de no poner más las manos sobre ellas. 7 4 Pegamento de los tubos con las placas Colocar una orilla de la placa en la ranura del tubo. Meter un palo de es‐ coba en el tubo para que las placas queden niveladas. Cuando el tubo esté bien ajustado en la placa, pe‐ gar los dos elementos con Quitar el palo y hacer de el pegamento PVC de alta la misma manera con los tres tubos restantes. presión. Etapa muy importante : Para la unión de las pla‐ cas entre ellas, la distan‐ cia entre los tubos debe ser la misma en las dos placas. 5 Unión de las placas En una primera etapa pegar los coples en la extremidad interior de los tubos de una placa. Luego poner el pegamento sobre la extre‐ midad interior de los tubos de la otra placa y ensamblar las dos placas entre ellas. Una vez pegadas, esperar al día siguiente para que se seque el pegamento. 8 6 Prueba de estanquidad (Un día después) La prueba de estanquidad consiste a verificar que no haya fugas en los colectores (paneles). Tapar una de las extremidades con el tapón con rosca egado con el pegamento de pvc (esquema: N° 1) Tapar la otra extremidad de la misma placa de acuerdo con el esquema (N° 2) con un tapón con teflón. Precau‐ ción: No pegar este tapón porque no es su lugar defini‐ tivo Llenar de agua los paneles con una manguera o unas cubetas, de acuerdo con el esquema y la foto. Dejar el equipo por 15 minutos lleno de agua. Secar todas las uniones y revisar la unión de las placas para verificar que no haya fugas. En caso de fuga, marcarla con un lapicero y po‐ ner después más pegamento luego. Vaciar el equipo con mucho cuidado porque el equipo es muy frágil cuando está lleno de agua. Destapar el tapón con teflón y dejar que se vacíe en una cubeta de 20 litros para recuperar el agua. 7 Pintar los colectores Antes de pintar, proteger con una cinta adhesiva, 3 cm de los extremos de los tubos donde van a pegar las conexiones. Limpiar las placas con un trapo humedecido de alcohol (solo la cara que se va a pintar, es decir, la que va a estar expuesta al sol). Para determinar que cara se va a pintar, el tapón con rosca debe de quedar a bajo a la derecha de los colectores Pintar las placas y los tubos con una pintura de aceite NEGRO MATE, diluida con el thinner. Una vez pintadas las placas se pueden deformar si se exponen al sol sin agua. Para evitar esto, conservar las placas a la sombra antes de armarlas o voltearlas antes de armarlas. Sin embargo, este fenómeno no representa ningún peligro para el funcionamiento del calentador. 9 II) Preparación del tambo, paso a paso 1) Entrada de agua fría en el tambo. Se hace un agujero de media pulgada con una broca de barril adaptada a un tala‐ dro. En esta parte se colocará la llave con flotador para controlar la entrada de agua en el tambo. Un tubo de PVC sirve para conducir el agua fría hacia el fondo del tambo y no enfriar el agua caliente. 2) Salida de agua fría hacia los colecto‐ res o paneles solares. Este punto se ubica en la vertical del agujero 1 en el punto más bajo del tambo. Se hace un agujero de 1,5” y se coloca una llave de tinaco para cortar el paso de agua en caso de mantenimiento del equipo. 10 3) Entrada de agua caliente de los colectores en el tambo. Se hace un agujero de 1,5”a la mitad del nivel máximo de agua. Se coloca un adaptador macho 1.5” con una reducción bushing de 1.5” a 1”. 4) Salida de agua caliente hacia la red de agua caliente. Se hace un agujero de 1.5” y se coloca una brida igual que en el N° 3 con una reducción bushing galvanizada de 1.5” a 3/4”. 5) Desagüe de agua en caso de disfuncionamiento del flotador. Por seguridad, se hace un agujero de media pulgada que sirve únicamente en caso de que flotador deje de funcionar. 6) Tapa del tambo. 1 Realización de los agujeros Los agujeros se hacen con una broca de barril adaptada a un taladro. De esta forma se hacen a la medida exac‐ ta que queremos. Luego se adaptan las bridas y las co‐ nexiones necesarias de acuerdo con este esquema. 2 Los agujeros 3 y 4 En esos agujeros de 1.5” colocar las bridas y adaptador macho 1.5” con una reducción bushing de 1.5” a 1” para el agujero n° 3, y una reducción bushing de 3/4 de pulgada para el agujero n°4. Antes de colocar estas conexiones es indispensable colocar teflón para evitar fugas. 11 3 A dentro del tambo 1) Llegada de agua fría al tambo. Se coloca un tubo de PVC en la llave con flotador para que baje el agua fría hasta el fondo del tambo sin mezclarse con la caliente. Esto permite reducir las turbulencias de la caída de agua fría en el agua caliente. 2) La salida de agua hacia los colectores. El agua más fría del tambo sale por este agujero para calentarse en los paneles solares. 3) El regreso de agua caliente al tambo. Por este agujero regresa el agua que se ha calentado en los colectores. El agua caliente que es más ligera que la fría, sube au‐ tomáticamente en el tambo (termodinámica). 4) “El pescador”. Este otro flotador llamado pescador permite “pescar” el agua más caliente, que siempre se encuentra en la parte más alta del tambo, para que salga en la red de agua caliente de la casa. Esta pieza es muy importante porque sirve para aprovechar la totalidad del agua caliente del tambo. 12 4 Fabricación del pescador 1) Brida con la reducción Bushing. Sale el agua caliente del tambo para ser distribuida en la red de agua caliente de la casa. 2) Adaptador Manguera Macho, 3/4” Se coloca este adaptador de 3/4” en la reduc‐ ción Bushing para colocar la manguera a dentro del tambo. 3) EL pescador (Manguera con un flotador). Se coloca la manguera de 3/4” en el ni‐ play. Calentar la manguera con un encendedor para que entre mas fácilmente en el niplay. El flotador puede ser una botella de plástico de 500 ml atada a la manguera con un alambre. 5 Aislamiento del tambo con fibra de vidrio Es muy importante aislar el tambo porque su función será almacenar y conservar el agua caliente por la noche o para cuando no hay sol. Se coloca la fibra de vidrio alrede‐ dor del tambo dejando los agujeros libres para las conexiones. La fibra de vidrio se ata con una cinta adhesiva y unas cuerdas. Este aislante no se debe mojar, así que hay que protegerlo de la lluvia. Se puede colocar una bolsa de plástico negra de 200 litros o plástico de invernaderos sobre el tambo una vez que toda las conexiones están conectadas, o construir un techito arri‐ ba del tambo para proteger este aislante de la intemperie. 13 III) Posición de los colectores El calentador solar debe estar colocado en el techo de la casa para que por presión, baje el agua caliente a la tubería de la casa. Además, el tambo (1) tiene que estar más alto que los colectores (2) para que funcione el proceso de termodinámica. 1) El tambo de agua caliente puede ser colocado en una base de metal, de concreto o de tabiques, o simplemente colocado en un lugar del techo más alto que los colec‐ tores. Importante. Si el agua de la casa proviene del tinaco tipo Rotoplas, el tambo debe estar más bajo que el tinaco porque el calentador se alimenta del mismo. 2) Los colectores deben tener una inclinación de aproximadamente 25° y estar ex‐ puestos al sur para que los rayos del sol tengan un ángulo de aproximadamente 90° con las placas. Es el ángulo óptimo para la producción de calor. El lugar debe de tener a lo menos 6 horas de sol por día. 3) La base que sostiene los colectores puede ser de tabiques de acuerdo con este es‐ quema. Hay que poner tabiques en medio de las placas para que no se cuelguen y rompan con el peso del agua. Estas recomendaciones son las ideales para que el calentador solar pueda funcionar lo mejor posible. 14 Resultados del primer prototipo en UDEC Desde el 12 de abril se está probando un modelo experimental de este calentador so‐ lar. Se hizo este prototipo para probar diferentes materiales, para observar el funcio‐ namiento del equipo y para medir la evolución de la temperatura del agua en diferen‐ tes condiciones. En los siguientes gráficos se aprecia la evolución de la temperatura del agua en función de la temperatura ambiente y del tiempo de insolación de los co‐ lectores térmicos (paneles). Día de verano soleado Fecha Hora 8:30 10:00 11:00 20 12:00 13:00 abril 14:00 14:30 2010 15:30 16:30 17:30 Temperatura Temperatura ambiente del agua 12 38 16 38 19 37 22 40 24 45 25 49 26 50 27 52 27 52 27 52 Horas de sol 8 Día de verano nublado 8:30 10:00 11:00 22 12:00 13:00 abril 14:00 14:30 2010 15:30 16:30 17:30 15 18,5 20 21 23 25 26 27 26,5 27 34 34 33 35 40 42 45 45 45 45 Día nublado Todos los días que se hizo la prueba el agua amaneció a una temperatura promedio de 35° Record de temperatura del agua 56°C con 32° de temperatura ambiente 15 Tres opciones para tener el calentador solar 1 Autoconstrucción completa del equipo Con este manual, cada quien puede fabricar su calentador. Es la manera más económi‐ ca e interesante de tenerlo, pues contiene todas las etapas de la fabricación del equipo listo para ser instalado. Esta primera opción tiene un costo aproximado de $ 1,260 * 2 Autoconstrucción del equipo con los tubos prefabricados y pre‐ cortados Esta fórmula permite a los que no tienen la herramienta (mini cortadora) para hacer la ranura en los tubos o a los que prefieren construirlo comprando los tubos pre‐cortados. Esta opción es más económicas que la tercera y no es complicada para hacerse. Los cuatro tubos pre‐cortados tienen un costo suplementario de $ 250* 3 Comprar el equipo manufacturado Se puede también comprar el equipo terminado listo para instalarse en la casa. Este equipo tiene la ventaja de ser al menos 3 veces más barato que los calentadores sola‐ res que se encuentran en el mercado. El costo total de la mano de obra sería de $ 800 *por equipo listo para ser instalado. (materiales + mano de obra = $ 2,060*) *Precios del mes de Junio (materiales comprados en las ferreterías Flores y Materiales Tequis.) Cada una de estas opciones cuentan con el equipo listo para instalarlo en la casa. El costo de instalación en cada casa variará de acuerdo con las condi‐ ciones particulares del hogar. Contacto para las opciones 2 y 3 Cel. 414 104 50 64 Tel. 414 104 67 90 José Alfredo Álvarez Mancilla Calle Cuauhtémoc s/n San Nicolás, Tequisquiapan 16
