Colector solar con botellas de plástico: guía paso a paso para construir un dispositivo solar

El concepto de energía alternativa para muchos propietarios de casas particulares y dachas se asocia con paneles solares costosos, aerogeneradores o bombas de calor. Nadie sospecha que en solo unas pocas horas y por unos pocos céntimos se puede construir un colector solar de botellas de plástico para abastecerse de agua caliente durante toda la temporada cálida.

Le contaremos cómo hacer un sistema eficaz de preparación de agua sanitaria a partir de materiales de desecho. En el artículo que le proponemos encontrará una descripción detallada de las construcciones y métodos de fabricación de sistemas cuya acción ha sido probada en la práctica. Siguiendo nuestras recomendaciones, usted montará sin problemas un dispositivo útil para el hogar.

Especificidad del uso de colectores solares

La principal diferencia entre un colector solar y los distintos tipos de sistemas generadores de calor, llamados sistemas helio, es que su funcionamiento es cíclico. En otras palabras, sin sol no se genera energía térmica.

Es evidente que durante las horas de oscuridad el rendimiento del sistema autónomo de ACS con colector solar se reduce a cero. La producción de calor del colector solar está determinada por la duración del día, que depende de la latitud geográfica y la época del año.

Un colector solar casero permitirá resolver no solo el problema del suministro de agua caliente en una casa no conectada a las redes centralizadas, sino también los problemas de calefacción

Las características climáticas de la zona también influyen notablemente en el nivel de rendimiento del colector solar. Si la zona se caracteriza por nieblas frecuentes o el sol a menudo se oculta tras las nubes, el rendimiento del helio-colector se reduce significativamente.

Sin embargo, incluso en este caso, el colector solar para calefacción y/o calentamiento de agua sigue siendo eficaz gracias a su capacidad de captar incluso los rayos difusos.

Características constructivas y principio de funcionamiento

El elemento principal de la variante estándar del colector solar es un absorbedor en forma de placa de cobre con un tubo. La placa se calienta rápidamente bajo la acción de los rayos solares, transfiriendo el calor al tubo y al fluido que contiene. Gracias a la circulación libre o forzada, el calor obtenido se transporta posteriormente por todo el sistema.

Bajo la acción de los rayos solares, se produce el calentamiento de la placa de cobre, desde la cual se transfiere el calor al fluido térmico que se encuentra en el tubo.

Para mejorar la eficiencia del absorbedor, se le deben dotar de las propiedades físicas necesarias. En primer lugar, es necesario aumentar la capacidad de absorción del absorbedor y minimizar el reflejo de los rayos solares. La solución más sencilla será aplicar pintura negra sobre el absorbedor.

Para mejorar la eficiencia del absorbedor, es necesario cubrirlo con un vidrio transparente. El vidrio común refleja parte de los rayos solares.

Lo mejor es utilizar un vidrio especial con bajo contenido de hierro en su composición, o aplicar un recubrimiento antirreflejos. Para evitar la contaminación del vidrio, la carcasa del colector solar debe hacerse hermética.

A pesar de la gran cantidad de formas de mejorar el funcionamiento y aumentar el rendimiento del colector solar, debido a la imperfección del diseño, este indicador está lejos de ser ideal. Teniendo en cuenta el principio de funcionamiento del colector solar y los métodos para mejorar su eficiencia, intentemos crear un modelo primitivo y económico a partir de materiales disponibles.

Montaje del dispositivo a partir de materiales improvisados

Además de la economía y la simplicidad de montaje, la variante con botellas de plástico se diferencia de los dispositivos solares estándar en que los colectores solares planos funcionan mal durante las horas de la mañana y la tarde.

La forma convexa de las botellas permite una penetración casi vertical de los rayos incluso durante el atardecer y el amanecer, garantizando así la eficiencia del dispositivo tanto en las horas de la mañana como en las de la tarde.

Gracias a la forma convexa de las botellas de plástico, el dispositivo, incluso en posición horizontal, es capaz de captar los rayos del sol naciente y poniente.

Existen varias formas distintivas de construir un sistema de obtención de agua caliente que funcione perfectamente a partir de botellas de plástico:

• El colector solar actúa como un tanque de almacenamiento en el que el agua se calienta y luego se drena;
• El colector solar se conecta a un tanque de almacenamiento asegurando el calentamiento del agua y su circulación natural;
• Las botellas de plástico del colector actúan como depósito de agua;
• Las botellas de plástico actúan como recipientes herméticos para conservar el calor.

Además, los colectores solares pueden diferenciarse por sus características constructivas. En primer lugar, esto está relacionado tanto con la forma de fijación de las botellas como con las formas de su disposición.

Variante con acumulación de agua calentada

Para fabricar el colector solar se necesita un tubo de polipropileno de 50 mm de diámetro, al que se conectarán botellas de plástico, cuyo número se determina por el diámetro del tubo. Para la plantilla se tomaron 15 botellas de plástico, por lo que la capacidad de trabajo del colector solar fue de 30 litros.

Las uniones de las botellas con el tubo de propileno se sellan con sellador de silicona, evitando fugas de agua.

Para conectar las botellas en un sistema único, en el tubo de propileno destinado al suministro de agua caliente, es necesario perforar agujeros. La solución ideal fue utilizar una broca de pluma para madera de 26 mm de diámetro.

Con tales dimensiones se asegura la máxima densidad de la conexión, y la botella se enrosca con esfuerzo en el agujero por su propia rosca. Para garantizar la máxima estanqueidad de la conexión, las uniones se pueden sellar con sellador de silicona, pero es mejor usar pegamento termofusible.

Para lograr el efecto de vasos comunicantes, en la parte superior de cada una de las botellas es necesario hacer agujeros de aproximadamente 2 mm de diámetro.

Después de conectar las botellas, en un lado del tubo se instala un racor, que posteriormente se conectará a la tubería de agua para el suministro. En el otro lado se debe instalar un grifo, a través del cual se vaciará el agua calentada al depósito de almacenamiento.

Sin embargo, bajo el peso del agua que lo llena, este dispositivo para uso doméstico de energía solar podría perder su integridad. Por lo tanto, será conveniente construir una caja. Para su fabricación se necesita una tabla de 150 mm de ancho.

Para aumentar la eficiencia del colector solar, en el fondo de la caja se puede colocar espuma de poliestireno o poliestireno expandido de 50 mm de espesor y cubrir con papel de aluminio.

Después de instalar el colector solar en el lugar de su uso posterior, las botellas de plástico deben pintarse de negro para una absorción más eficaz de los rayos solares.

Al pintar de negro, aumenta la capacidad de absorción del plástico y mejora la eficiencia del calentamiento del agua.

Es mejor usar pintura mate y aplicarla por pulverización desde un aerosol. Solo queda cubrir la caja con vidrio, aumentando así su estanqueidad y conectarla al sistema de suministro de agua fría y al sistema de drenaje del agua caliente preparada para su uso en el tanque de almacenamiento.

Por experiencia práctica se sabe que el plástico tolera mal las altas temperaturas, que provocan su deformación. En días soleados brillantes, la temperatura del agua calentada puede superar los 65 grados, lo que provocará la deformación del plástico.

En relación con esto, es mejor renunciar a la impermeabilización adicional de la caja con vidrio por completo, o usarlo exclusivamente en clima nublado.

Método con circulación de agua calentada

El sistema del dispositivo del colector solar es similar a la primera opción, pero tiene varias diferencias constructivas.

Para la creación del colector se necesitarán las siguientes herramientas y materiales:

• Tubo de PVC de 20 mm de diámetro con codos y tes;
• Cortatubos de rodillo;
• Cortadores de bisel;
• Imprimación (limpiador);
• Botellas de plástico;
• Tetrabriks de leche o jugo;
• Cuchillo de oficina;
• Cartón;
• Pintura negra mate resistente al calor;
• Tanque de almacenamiento.

Para el montaje necesitaremos un tubo de PVC de 20 mm de diámetro. La parte horizontal del tubo debe cortarse en segmentos, a los que se unirán codos y tes mediante soldadura en frío. La parte inferior del colector solar se verá exactamente igual. Al final, obtendremos un sistema cerrado, pero vayamos por partes.

Particularidades del pegado de tubos de PVC

Para obtener un corte de calidad, es mejor usar un cortatubos provisto de rodillos. Después del corte, se debe biselar la parte interior del tubo utilizando fresas de biselado especiales.

Después de medir la profundidad de las tes y los codos, se debe marcar el extremo del tubo a conectar y tratar los extremos de los tubos y los accesorios con imprimación (limpiador).

Gracias al movimiento suave de la parte de corte, el cortatubos de rodillo evita deformaciones de la sección y la formación de rebabas en el borde durante el corte.

El siguiente paso será aplicar y distribuir el pegamento en la parte exterior del tubo y en la parte interior del accesorio. El pegamento debe aplicarse con un pincel, cuyo tamaño debe ser menor que el diámetro de los tubos. Luego, inserte el tubo en la te o el codo preparado y gírelo un cuarto de vuelta para distribuir uniformemente el pegamento.

Hay que tener en cuenta que el trabajo de pegado de un codo o una te debe realizarse en no más de 30 segundos. Después de la fijación, se deben eliminar los restos de pegamento.

Orden de fabricación del colector solar

Después de preparar el tubo superior y conectarle los tubos verticales, se puede comenzar a preparar las botellas de plástico. En el modelo presentado del colector solar hay 4 tubos verticales de 105 cm de largo, en esa longitud de tubo se pueden colocar 5 botellas de plástico. Es decir, para el montaje del colector se necesitarán 20 botellas de plástico idénticas.

De cada botella se debe quitar el fondo. Para ello, se debe fabricar una plantilla simple con un trozo de cartón enrollado de 30 cm de largo. Usando la plantilla y un cuchillo de oficina, retiramos el fondo de las botellas. Después de preparar las botellas, se puede proceder a la fabricación del absorbedor, que absorberá la energía solar.

El uso de una plantilla simple de cartón permite realizar el corte rápidamente y obtener botellas del mismo tamaño.

Como absorbedor se utilizan tetrapaks usados de jugo o leche. Deben cortarse, lavarse bien y secarse. Para mejorar su capacidad de absorción, se debe aplicar pintura negra mate. La forma más sencilla de hacerlo es usando pintura en aerosol mediante pulverización.

El ensartado secuencial de botellas de plástico permite colocar fácilmente los tetrapaks doblados en su interior.

Después de preparar las botellas y los tetrapaks, se puede proceder al montaje del dispositivo solar. Primero, se debe ensartar una botella de plástico en el tubo vertical con el cuello hacia adelante e insertar el tetrapak en su interior. De manera similar, se ensartan todas las botellas en los tubos verticales, que luego deben conectarse con las tes y codos del tubo inferior, similar al superior.

Para dar rigidez al colector solar fabricado, es necesario fabricarle un soporte.

Un tablero de madera común le da rigidez a la estructura y permite mover fácilmente el colector solar al lugar de uso.

Se puede, como en el primer caso, colocar el colector en una caja de madera, pero ya no es necesario aislarlo. Ya que cada una de las botellas de plástico constituye una especie de pequeño depósito aislado que, al calentarse desde el interior, transfiere el calor al agua que circula por los tubos.

Particularidades de la ubicación y conexión

Para la máxima absorción posible de los rayos solares, el colector debe orientarse hacia el sur. Un ángulo de inclinación pequeño de 10 a 15 grados es suficiente para que el colector funcione eficazmente en casi cualquier posición del sol.

La parte inferior del tubo debe conectarse a la parte inferior del tanque de almacenamiento, y la parte superior, aproximadamente a su parte central. El agua fría del depósito de polímero fluirá a través del tubo inferior hacia el colector, donde se calentará y subirá por el tubo superior hasta el tanque.

De esta manera, se producirá una circulación natural del agua en el sistema casero. Para asegurar una alta intensidad de circulación del agua, el tanque debe colocarse un poco por encima del colector solar a una distancia de al menos 0,3 m del mismo.

Con la conexión correcta del colector solar con el tanque de almacenamiento, se garantiza la circulación natural del agua.

Hay que tener en cuenta que al entrar agua fría al tanque desde el sistema de suministro de agua, se produce una mezcla activa, lo que reduce la eficiencia del colector. Para evitarlo, se puede equipar la entrada del tanque con un reductor turbulento, que consiste en un tubo taponado con múltiples orificios.

El agua entra suavemente a través del reductor, lo que permite que el agua fría permanezca en las capas inferiores, desde donde se extrae hacia el colector solar.

El uso del reductor turbulento ayuda a evitar la mezcla de agua fría y caliente en el tanque de almacenamiento.

Evidentemente, el colector solar solo calienta el agua durante el día cuando hay sol. Por lo tanto, es importante conservar el agua caliente para usarla durante el día y la noche. Para ello, es necesario aislar el depósito de almacenamiento.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Video 1. Así surgieron los primeros helio-sistemas hechos con botellas de plástico:

Video 2. Un dispositivo prácticamente gratuito para calentar agua en acción:

El colector solar hecho de envases de plástico para bebidas es una solución económica para obtener agua caliente. Sin embargo, en caso de mal tiempo prolongado, especialmente en primavera y otoño, es aconsejable instalar un calentador eléctrico en el tanque de almacenamiento. En ese caso, el colector solar se convertirá en parte de un sistema completo que, en condiciones favorables, permite ahorrar dinero.

Cuéntenos sobre su experiencia en la construcción de un helio-sistema casero con botellas de plástico. Es posible que en su arsenal tenga información y variantes de diseños que puedan ser útiles para los visitantes del sitio. Por favor, escriba comentarios en el bloque de formulario a continuación, haga preguntas, comparta fotos e información útil.