Cómo hacer un calentador de agua solar casero paso a paso

¡Descubre cómo aprovechar el poder del sol para obtener agua caliente en tu hogar! En este artículo, te enseñaremos a construir un calentador de agua solar capaz de funcionar con varias configuraciones de sistemas termosolares de agua caliente.

En climas cálidos este puede funcionar con un tanque de almacenamiento termosifón dada a su simplicidad. Mientras que, en climas más fríos donde la congelación es un problema, se puede utilizar como colector de techo o de pared con un sistema de drenaje u otro tipo de sistema controlado por bomba.

Aprenderemos más configuraciones a medida que avancemos. Mientras tanto, sumérgete en el fascinante este proceso de construcción y aprende cómo puedes adaptar estas tecnologías para satisfacer las necesidades específicas de tu hogar.

Características de este calentador de agua solar casero

Este calentador solar está construido de madera con una capa de aislamiento para ayudar a retener el calor. El panel que lo cubre está hecho de policarbonato, un tipo de acrílico transparente que resiste el daño de los rayos UV que nublan y agrietan el acrílico normal. El agua fría entra a través de una tubería de ¾” (19 mm) en la parte inferior y se calienta gradualmente a medida que sube a través de un colector de tuberías de cobre de ½” (13 mm).

El calor se recoge y se transfiere a las tuberías mediante finos paneles de aluminio que recubren la caja y se les da forma sobre el cobre. A medida que el agua se calienta en las tuberías, sube a la parte superior y fluye hacia la parte superior del tanque de almacenamiento mientras el agua fría del fondo del tanque de almacenamiento fluye para reemplazarla. Este movimiento de agua continúa hasta que el agua en el tanque de almacenamiento está más caliente que el agua en el colector, momento en el cual la acción del termosifón se detiene o la bomba controlada termostáticamente se apaga.

El calentador de agua solar casero se puede montar en el suelo, el techo o el costado del edificio, en un ángulo basado en la latitud. Sin embargo, estos colectores pueden calentarse bastante durante los meses de verano y, a menudo, se colocan en un ángulo más pronunciado para que miren más directamente al sol bajo del invierno y desvíen parte del intenso calor del sol alto del verano.

Utilice aislamiento rígido de poliisocianurato (generalmente llamado “poliiso”) para el aislamiento de un colector solar, ya que tiene el valor R más alto y también es el tipo de aislamiento rígido más resistente al calor. El Polyiso tiene una variedad de nombres comerciales; simplemente busque el aislamiento con el valor R más alto.

Herramientas y materiales

Lista de cortes

Item	Cantidad	Dimensiones	Pieza	Material
A	1	1 ½” × 5 ½” × 48″ (38 mm x 14 cm x 122 cm)	Arriba	PT o SPF
B	2	1 ½” × 3 ½” × 95″ (38 mm x 89 mm x 241 cm)	Lados	FPS
C	1	1 ½” × 3 ½” × 45″ (38 mm x 89 mm x 114 cm)	Abajo	FPS
D	1	¼” × 45″ × 93 ½” (6 mm x 114 cm x 237,5 cm)	Envés	Madera contrachapada
E	2	¾” × ¾” × 93 ½” (19 mm x 19 mm x 237,5 cm)	Clavadoras	Pino
F	2	¾” × ¾” × 43 ½” (19 mm x 19 mm x 110,5 cm)	Clavadoras	Pino
G	1	½” × 45″ × 93 ½” (13 mm x 114 cm x 237,5 cm)	Panel colector	Madera contrachapada
H	1	¾” × 43 ½” × 92″ (19 mm x 110,5 cm x 234 cm)	Aislamiento	Polyiso
I	3	¾” × ¾” × 95″ (19 mm x 19 mm x 241 cm)	Clavadoras	Pino
J	1	¾” × 1 ½” × 45″ (19 mm x 38 mm x 114 cm)	Clavadora superior	Pino
K	2	¾” × ¾” × 48″ (19 mm x 19 mm x 122 cm)	Tapas	Cedro o PT
L	2	½” × 46 ½” (12 mm x 118,1 cm)	Soportes de acristalamiento	EMT de 1/2″
M	2	¼” × 2′ × 8′ (6 mm x 61 cm x 244 cm)	Acristalamiento	Policarbonato
N	24	28″ × 6 ¾” (71,1 cm x 17,2 cm)	Colectores de calor	Paneles de sofito de aluminio
O	8	4″ × 84″ (10,2 cm x 213,4 cm)	Colectores de calor	Culata de bobina de aluminio
P	8	½” × 85 ½” (13 mm x 217,2 cm)	tubo largo	Cobre tipo L
Q	14	De ½” a ¾” De 13 mm a 19 mm	Tee	Accesorio de cobre
R	2	De ½” a ¾” De 13 mm a 19 mm	Codo	Accesorio de cobre
S	14	¾” × cut to fit 19 mm x corte a medida	Conector	Cobre tipo L
T	8	¾” × cut to fit 19 mm x corte a medida	Tubería de entrada/salida	Cobre tipo L

Cómo hacer un calentador de agua solar casero paso a paso

Para simplificar la construcción, el tamaño de este calentador de agua solar casero se basa en una plancha de madera contrachapada, pero se puede construir con un tamaño u orientación diferente o agruparse con otros calentadores para formar una matriz más grande. Decidir el tamaño del recolector que necesita es principalmente prueba y error según el uso y el clima, pero los metros cuadrados de una hoja de madera contrachapada son un buen punto de partida para un hogar promedio. Si no es suficiente, siempre puedes añadir otro.

Paso 1: Construir el panel del calentador solar

• El marco que alberga este calentador de agua solar está construido con madera de 2 × 4 y 2 × 6 dimensiones. Corte las piezas del marco a la medida adecuada y luego únalas con tornillos para plataforma de 2 ½” (64 mm) introducidos en los orificios guía.
• Corte la madera contrachapada de ¼” (6 mm) al tamaño adecuado y luego colóquela dentro del marco como espaciador para las clavadoras de ¾” × ¾” (19 x 19 mm). Si no puede encontrar molduras de ¾” × ¾” para las clavadoras en su centro de construcción, corte tiras de ¾” de espesor de un trozo de material de 1× (una sierra de mesa es mejor para esto, pero también puede usar una sierra circular y una guía de corte con regla). Atornille las clavadoras al perímetro interior del marco con tornillos para plataforma de 1 ⅝” (41 mm). Verifique que la madera contrachapada quede nivelada hacia atrás mientras fija las clavadoras.
• Voltee el marco y coloque la madera contrachapada de ¼” (6 mm) nuevamente en el marco contra las clavadoras. Atornille la madera contrachapada en su lugar con tornillos para metales de ¾” (19 mm) introducidos a través del panel posterior en las clavadoras.
• Corte paneles de aislamiento de celda cerrada con revestimiento de aluminio de ¾” (19 mm) de espesor y colóquelos dentro del marco entre las clavadoras de ¾” (19 mm), al ras con la parte superior de las clavadoras. Corte un panel de madera contrachapada de ½” (13 mm) para que quepa dentro del marco sobre el aislamiento y las clavadoras y fije la madera contrachapada a las clavadoras, colocando un tornillo de 1 ¼” (32 mm) cada 10 a 12″ (25 a 30,5 cm) alrededor del perímetro. Calafatee el espacio entre la madera contrachapada de ½” (13 mm) y el marco con masilla transparente 100% silicona.

Paso 2: Construcción del colector de cobre interior

• Las “tripas” de este calentador de agua solar son una serie de tubos de cobre a través de los cuales corre el agua para absorber el calor mientras reside dentro de la caja. La matriz de tubos de cobre se ensambla utilizando T reductoras de ¾” a ½” (19 a 13 mm) conectadas por tramos cortos de tubos de ¾” (19 mm) en los extremos y tramos largos de tubos de ½” que llenan el espacio de un extremo a otro. Para hacer este “colector” de cobre es necesario poder soldar tuberías de plomería de cobre. Corte todas las piezas de cobre a medida, luego límpielas, fundente y móntelas en la rejilla. Haga las tuberías de entrada y la salida unos centímetros más largos de lo necesario; se acortarán después de probar la presión del calentador de agua solar completo.
• Soldar todas las piezas juntas. Proteja el piso de gotas de soldadura y fundente con un paño protector. Espere al menos 5 minutos para tocar el cobre después de soldarlo; estará muy caliente.
• Antes de colocar el colector en la caja colectora, pruébelo para detectar fugas. Suelde una tapa a la salida en la parte superior, luego suelde un reductor/acople macho de ¾” × ½” (19 mm x 13 mm) a la entrada en la parte inferior. Envuelva las roscas con cinta de teflón, luego conecte la transición de la manguera (disponible en los centros para el hogar). Conecte una manguera y abra el agua. Déjela encendida durante unos minutos; si hay una fuga en una de las juntas, escuchará el aire y luego el agua silbando. Si no hay fugas, drene el agua y corte. Quite la tapa y el acoplamiento reductor, luego acorte ambos tubos a 5″ (12,7 cm) medidos desde la última T.
• Marque la ubicación de la entrada de agua fría y la salida de agua caliente en los lados de la caja colocando la rejilla de cobre en la caja y extendiendo las ubicaciones de los puertos de entrada y salida hacia el exterior del marco. Taladre los agujeros con una broca de 1″ (25 mm) de diámetro.

Paso 3: Instalar el colector dentro del panel

• Marque las ubicaciones de los colectores en la madera contrachapada, luego corte piezas de tapajuntas de aluminio de 4″ (10,2 cm) de ancho y engrápelas para que queden centradas debajo de cada tramo de cobre. Esto ayudará a transferir el calor a las tuberías de cobre. Utilice grapas de acero inoxidable.
• Hay algunos proveedores de aletas de aluminio preformadas, pero usted puede fabricar las suyas propias fácilmente usando paneles de sofito de aluminio, una plantilla de madera contrachapada y un mazo. Construya una plantilla para hacer sus aletas de aluminio usando dos piezas de madera contrachapada o madera dura de ⅝” (16 mm) de espesor atornilladas a una base de madera contrachapada. Separe el espacio entre las dos piezas de madera contrachapada usando la varilla de acero de ⅝” (16 mm) y dos trozos de plafón de aluminio como guía. Compre paneles de plafón sólidos (no ventilados) con ranuras en V y luego corte los paneles con una navaja y una regla en tiras de 6 ¾” (17,2 cm) de ancho con la ranura en V en el centro. Luego, las ranuras en V se forman en canales redondos que encajan firmemente sobre la tubería de cobre. Forméelos golpeándolos con una varilla de acero de ⅝” (16 mm) de diámetro con un mazo (o un peso pesado similar).
• Sujete el colector en su lugar con correas para tubos de cobre, equidistantes de los bordes. Extienda una gota de masilla de silicona en ambos lados de la tubería de cobre para llenar el vacío a lo largo del borde inferior, luego empuje las secciones de aletas de aluminio sobre la tubería y engrápelas o atorníllelas lo más cerca posible de la tubería. (La silicona ayuda a transferir calor de la aleta al cobre). Coloque las aletas entre sí.

Paso 4: Sellar el panel y aplicar acabado

• Cree soportes de barras transversales para el acristalamiento de policarbonato instalando dos tramos de conducto EMT de ½” (13 mm) a través de la caja. Taladre orificios de ¾” (19 mm) a la mitad de los lados de 2 × 4, centrando la broca ⅜” (10 mm) hacia abajo y perforando desde el interior. Cuadre los agujeros con un cincel, luego coloque el conducto en los agujeros.
• Coloque el vidriado encima de la caja y marque los puntos para clavadoras de ¾” (19 mm) en los lados y en la superposición central. Sujete las tiras con clavos galvanizados 6d.
• Pinte todo el interior del colector con pintura negra de alta temperatura.
• Coloque las tiras de cierre arriba y abajo y coloque el acristalamiento ondulado. Calafatee la superposición entre los dos paneles con una fina capa de silicona transparente. Pretaladre los orificios para los tornillos en los lados, luego agrande los orificios en el vidriado con una broca de ¼” (6 mm) para que el vidriado pueda moverse con los cambios de temperatura. Sujete el vidriado con tornillos de neopreno en cada pie de los lados. En el centro, taladre previamente con una broca más pequeña y use tornillos para metales de ½” (13 mm) cada dos pies. Aplique un poco de silicona dentro y alrededor de estos orificios antes de apretar el tornillo para sellar alrededor del tornillo.
• Cubra los extremos del acristalamiento con tiras de madera de ¾” (19 mm). Taladre previamente y fije las tiras con tornillos para terraza de 2 ½” (64 mm). Calafatee la tira en la parte superior contra la tapa de 2 × 6 usando masilla acrílica que se puede pintar.

Paso 5: Instalar la plomería exterior y terminar

• Suelde los últimos accesorios de cobre y los adaptadores de PEX (polietileno reticulado). El PEX es más fácil de atravesar por la casa que el cobre rígido. También permite ajustar el ángulo del recolector si es necesario y se flexionará fácilmente si el recolector se mueve debido al movimiento del suelo o golpes accidentales. Conéctelo al adaptador PEX de latón con un anillo de latón y una herramienta de engarzado especial. Finalmente, sella los orificios de entrada y salida con masilla y pinta el exterior de la caja. Envuelva el aislamiento de la tubería alrededor de las líneas expuestas de cobre y PEX, tanto para retener el calor como para proteger el PEX de la degradación de los rayos UV. Complete las conexiones internas y luego llene el sistema.

Guía rápida para soldar cobre

Hay bastante corte y soldadura de cobre involucrados en este proyecto, y si nunca ha trabajado con este metal puede parecer intimidante, pero siempre que siga el procedimiento correcto y utilice las herramientas adecuadas, será un experto en nada de tiempo.

Lo más importante que debes recordar es probar tu trabajo una vez que hayas terminado, para que puedas solucionar cualquier problema antes de que cause un daño real.

Cómo soldar cobre paso a paso

• Limpie el extremo de cada tubo lijándolo con tela de esmeril. Los extremos deben estar libres de suciedad y grasa para garantizar que la soldadura forme un buen sello.
• Limpie el interior de cada accesorio frotando con un cepillo de alambre o una tela de lija.
• Aplique una capa delgada de pasta para soldar (fundente) al extremo de cada tubo, usando un cepillo fundente. La pasta para soldar debe cubrir aproximadamente 1″ (25 mm) del extremo del tubo.
• Ensamble cada junta insertando el tubo en el accesorio de modo que quede apretado contra la parte inferior de los casquillos del accesorio. Gire ligeramente cada accesorio para esparcir la pasta de soldar.
• Prepare el alambre de soldadura desenrollando de 8″ a 10″ (20 a 25 cm) de alambre del carrete. Doble las primeras 2″ (50 mm) del cable en un ángulo de 90°.
• Mueva la llama del soplete hacia adelante y hacia atrás y alrededor de la tubería y el accesorio para calentar el área de manera uniforme.
• Calienta el otro lado del accesorio de cobre para asegurar que el calor se distribuya uniformemente. Toque la soldadura con la tubería. La soldadura se derretirá cuando la tubería esté a la temperatura adecuada.
• Cuando la soldadura se derrita, retire el soplete y empuje rápidamente de ½” a ¾” (13 a 19 mm) de soldadura en cada unión. La acción capilar llena la unión con soldadura líquida. Una unión soldada correctamente debe mostrar una fina capa de soldadura alrededor de los labios del adecuado.
• Deje que la unión se enfríe brevemente y luego limpie el exceso de soldadura con un trapo seco.

Precaución: Las tuberías estarán calientes. Si las juntas tienen fugas después de abrir el agua, desmóntelas y vuelva a soldarlas.

Colectores solares de termosifón

Los calentadores de agua solar termosifón son una opción sencilla y eficiente que no requiere bombas ni controles para mover el agua caliente. Funcionan mediante un proceso de sifón donde el agua caliente, al volverse más ligera, asciende desde el colector solar hasta el tanque de almacenamiento, atrayendo agua fría desde el fondo del tanque hacia el colector. Este ciclo continúa mientras el agua del tanque esté más fría que la del colector.

Cuando se abre el grifo de agua caliente en la casa, el agua caliente del tanque fluye hacia el calentador de agua, reduciendo la necesidad de energía adicional para calentarla. Luego, el agua fría de la línea de suministro de la casa entra en el tanque y se dirige al colector.

Sin embargo, este sistema tiene limitaciones. Debe cerrarse y drenarse en invierno, a menos que se instale en áreas donde las temperaturas bajo cero sean poco comunes. Además, el tanque de almacenamiento debe estar elevado por encima del colector para que el proceso de termosifón funcione correctamente.

Para configurar un calentador de agua solar termosifón, es esencial aislar y construir un tanque de almacenamiento que pueda contener agua caliente a presión. Se puede adaptar un termotanque eléctrico existente con las entradas y salidas necesarias, pero debe ubicarse dentro de la casa para protegerlo de las inclemencias del tiempo.

La instalación implica cortar y soldar tuberías para conectar el tanque con el colector solar y el suministro de agua de la casa. Es crucial asegurarse de que el tanque esté por encima del nivel del colector para que el agua fluya por termosifón. Con la correcta instalación y configuración, un calentador de agua solar termosifón puede proporcionar una fuente eficiente de agua caliente sin la necesidad de energía adicional.

Configuración de un colector solar termosifón

El agua fría fluye desde el fondo del tanque de almacenamiento (1) hasta el colector solar, se calienta y se vuelve más liviana, luego fluye hacia la parte superior del tanque de almacenamiento (2). El agua continúa fluyendo hasta que el agua en el tanque de almacenamiento tiene la misma temperatura o más caliente que el agua en el colector solar. Cuando se necesita agua caliente, el agua del tanque de almacenamiento fluye hacia la entrada de agua fría del calentador de agua (3) y luego al dispositivo (4). Luego, el agua fría del suministro principal fluye hacia el tanque de almacenamiento para calentarse (5).

En invierno, se corta el agua que llega al colector solar (6) y se drena el sistema (7 y 8). Durante el invierno, el agua fría continúa fluyendo a través del tanque de almacenamiento, donde lentamente se calienta hasta alcanzar la temperatura ambiente, lo que reduce la cantidad de energía necesaria para calentarla.

El tanque de almacenamiento se puede cerrar del sistema (9) si es necesario y el agua puede fluir directamente al calentador de agua (10). Cuando se están llenando el colector solar y el tanque, la ventilación/cierre en la parte superior de la línea de agua caliente del colector se puede abrir para ventilar el aire.

Colectores solares de drenaje

El sistema de calentador de agua solar de drenaje es una opción segura y eficiente que aprovecha la energía solar para proporcionar agua caliente sin preocuparse por la congelación en climas fríos. Este sistema utiliza un colector solar similar al del sistema termosifón, pero con un tanque de almacenamiento ubicado en cualquier lugar dentro de la casa y controlado por una bomba. El agua del colector no está presurizada y pasa a través de un intercambiador de calor, generalmente un serpentín de tubería PEX dentro de un tanque grande.

Un sensor de temperatura en el colector solar activa la bomba cuando la temperatura en el colector es más alta que en el tanque de almacenamiento, asegurando una transferencia eficiente de calor. Cuando la bomba está apagada, el agua regresa al tanque de almacenamiento, lo que garantiza un funcionamiento automático y seguro.

Aunque la instalación de un sistema de drenaje es más compleja y costosa que un sistema termosifón, ofrece mayor seguridad y ahorro de energía, especialmente en climas fríos, ya que puede utilizarse todo el año.

Es posible construir un tanque de almacenamiento utilizando materiales estándar, lo que representa un ahorro significativo en comparación con los tanques comerciales. El tamaño del tanque debe ser lo suficientemente grande para albergar la tubería del intercambiador de calor y se recomienda utilizar aislamiento rígido para minimizar la pérdida de calor.

Configuración de un colector solar de drenaje

Cuando el sol calienta el colector solar, los controles termostáticos encienden la bomba y se bombea agua fría desde el tanque de almacenamiento hasta el colector.

El agua caliente fluye por la parte superior del colector y desciende al tanque de almacenamiento, donde el calor es absorbido por el agua que fluye a través del serpentín del intercambiador de calor. Luego, el agua fría del fondo del tanque de almacenamiento se bombea de regreso al colector.

El tanque de almacenamiento está sólo parcialmente lleno y no está presurizado, por lo que cuando la bomba se apaga, el agua del colector simplemente drena nuevamente al tanque de almacenamiento, lo que la protege de la congelación.

Otros tipos de colectores solares

Sistema presurizado de circuito cerrado: Este sistema utiliza propilenglicol mezclado con agua y se usa comúnmente en climas fríos. El calor se transfiere a un tanque de almacenamiento a través de un intercambiador de calor, y se utilizan una bomba y un controlador para mover el anticongelante a través del sistema. Para que el sistema sea absolutamente seguro (y cumpla con los requisitos del código), las tuberías del intercambiador de calor deben tener doble pared, de modo que, si se produce una fuga, no contamine el agua potable. El anticongelante también debe ser propilenglicol, un tipo de anticongelante menos tóxico. No utilice etilenglicol (el tipo que se utiliza en los automóviles).

Este tipo de sistema requiere un depósito de expansión y otros componentes especiales, y debe ser instalado únicamente por un experto o un aficionado al bricolaje altamente cualificado. Los planos y el trabajo terminado deben ser aprobados por un inspector de plomería.

Colector de tubo de vacío: Este tipo de colector hay que comprarlo a un proveedor, aunque los propietarios pueden instalarlo. Las tuberías de agua de este sistema, en lugar de pasar a través de una caja aislada, se instalan dentro de un tubo redondo de vidrio aislante. El vacío dentro del vidrio aislante permite el paso de la luz, pero ralentiza la pérdida de calor. Los colectores de tubos de vacío son más eficientes que los colectores de placa plana en condiciones parcialmente soleadas o nubladas.

Calentadores discontinuos: En lugar de tuberías, el propio tanque de almacenamiento está montado en el exterior, en una gran caja colectora de calor aislada. Se puede montar encima o debajo del calentador de agua, porque el agua presurizada de la casa fluye a través de él cuando se necesita agua caliente. Los calentadores por lotes se venden comercialmente y un propietario ingenioso también puede fabricarlos desde cero, pero al igual que el sistema termosifón, generalmente no son adecuados para climas fríos debido al riesgo de que las tuberías se congelen.

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