Calentador solar

Calentador Solar

Por Susana Cruz Martínez

Introducción

En México el 91% de la energía producida es debido al uso de combustibles fósiles como el petróleo y gas natural (Greenpeace, 2005), energía que la utilizamos en los electrodomésticos, para cocinar, lavar, calentar agua de uso para el hogar, en fin para casi todas las actividades desarrolladas en nuestra vida diaria. Existe una dependencia hacia el uso de los combustibles fósiles, y esto ha provocado el deterioro de la calidad del aire, contaminación de ríos, mares y suelos, además, son responsables del cambio climático global.

Por razones ambientales, económicos, sociales y políticos, es necesario buscar otras fuentes alternativas de energía que sean más económicas, abundante, limpias y que preserven el equilibrio ecológico (Nandwani, 2005).

En nuestro planeta existen otras fuentes de energía aparte de los combustibles fósiles, las fuentes renovables de energía como son la energía solar, eólica, geotérmica, biomasa, minihidroeléctrica y oceánica (Greenpeace, 2005). Estas fuentes de energía tienen la cualidad de ser abundantes y perdurables a través del tiempo. Sin embargo han sido con frecuencia desaprovechadas por la humanidad. México tiene la capacidad y un enorme potencial para aprovechar estas fuentes de energía.

El uso de la energía proveniente del sol tiene la ventaja sobre los otros, ya que se pueden construir dispositivos solares de cualquier tamaño, desde pequeños hasta grandes, se pueden modular y ampliar. Esto daría la posibilidad de llevar energía a las casas remotas, áreas protegidas, donde no pueden instalarse proyectos convencionales y por ende podría electrificar el 100% del país (Nandwani, 2005).

Para ello se requiere el desarrollo de ecotecnias como las estufas solares, secadoras solares, calentadores solares, etc. Apoyar el desarrollo y difusión de estos tipos de ecotecnias, reducirá los impactos ambientales ocasionados por la producción, distribución y uso final de las formas de energía convencional.

¿Qué es un calentador solar?

El calentador solar es una ecotecnia que tiene un sistema de calefacción de agua, utiliza para ello sólo la energía proveniente del sol, sin consumir gas o electricidad (Biodisol, 2009).

Consta de tres partes: el colector solar plano, que absorbe la energía solar; el termotanque, que almacena el agua caliente; y las cañerías por donde circula el agua. También se le llama colector solar, captador solar o calefón solar y su finalidad es calentar agua a partir de la radiación solar (Biodisol, 2009; Wilkipedia, 2010).

¿Cuántos tipos de calentadores existen?

Existen calentadores solares de baja temperatura y de alta temperatura (Biodisol, 2009). Los primeros se utilizan fundamentalmente en sistemas domésticos de calefacción y agua caliente sanitaria. Los segundos, por su parte son utilizados generalmente para producir energía eléctrica. Funciona por concentración de los rayos solares mediante espejos reflectantes.

De acuerdo a su funcionamiento los calentadores solares se clasifican en dos tipos (Wilkipedia, 2010):

Activos. Los calentadores solares activos son aquellos que utilizan una bomba o algún tipo de energía externa para mover el agua dentro de su ciclo.

Pasivos. Los generadores solares pasivos no requieren de energía externa para funcionar. Utilizan el principio de convección para mover el agua dentro del sistema.

El calentador solar cumple su objetivo de calentar agua de diferentes maneras con diversos métodos (Nandwani, 2005), pueden ser:

Colector termosifónico: su funcionamiento es por convección natural, es decir que no se requiere bomba circuladora (sistema de bombeo) ni sistema de regulación.

Colector de placa plana: su uso se limita a la disponibilidad de agua caliente sanitaria y calefacción solar. Incluso se emplea este tipo de colector solar para la climatización de piscinas.

Colector de vacío: cuando quiera que el colector de placa plana reporte dificultades para lograr las temperaturas del agua, se recomienda el empleo de este tipo de colector solar para disponer de agua caliente sanitaria y calefacción solar.

Colector de polipropileno: este colector solar se utiliza para calentar el agua de las piscinas permitiendo prolongar el uso de las mismas a lo largo del año.

Colector cilindro parabólico: su uso a nivel industrial se extiende a las centrales térmicas. Se consiguen altas temperaturas del fluido caloportador que es utilizado para hacer girar las turbinas eléctricas.

¿Cómo se construye un calentador solar?

Para la construcción del calentador solar (Thesietch, 2009) primero se debe juntar todos los materiales necesarios. La mayoría de los materiales son de desecho y son los siguientes:

La parte trasera de un refrigerador donde se encuentra el refrigerante y deshumificadores (figura 1). Es un sistema perfecto de dispersión de calor que con ligera modificación se puede utilizar para recoger grandes cantidades de calor. Asegurarse que el freón o refrigerante se ha eliminado, y cortar la parrilla fuera de la base, cerca del soporte de refrigeración de gran tamaño.

Madera del tamaño de la base del refrigerador, esta se puede obtener de la base de un sofá que ya no sirva (figura 2).

Una carpeta de goma o hule, de los usados para coche (figura 3).

Un panel de vidrio del tamaño de la base del refrigerador (figura 4).

Se coloca  la parrilla del refrigerador junto con la carpeta de hule, una sobre otra (figura 5) en un lugar suficientemente grande para mantener todo junto.

Las maderas se atornillan para formar el marco, del tamaño de la parrilla del refrigerador. Se hace una estructura similar en la espalda y marco frontal (figura 6).

En el respaldo se le coloca papel aluminio, cubriendo toda la carpeta (figura 7). Esto es para absorber el calor que no fue absorbido por el primer paso del calentador y rebote de nuevo en el calentador y se absorba por este.

Se observa cómo se utiliza cinta adhesiva en el interior para sellar todas las grietas, se puede usar masilla (figura 8). Se corta algunas ranuras para la entrada y los puertos de retorno al colector.

Con una manguera de la bomba de aire para peceras se unen a los puertos  de entrada y se sella con cinta adhesiva (figura 9).

A continuación se adjunta al calentador el marco de respaldo y se monta integrando todas las piezas (figura 10).

Por último se coloca el cristal en cima (figura 11). Esto sirve para capturar toda la radiación infrarroja del sol dentro de nuestro panel y absorberlo. La luz puede pasar a través del cristal, pero el calor no. La cubierta de vidrio mantendrá todo el calor dentro del panel de absorción.

Se conectan las mangueras al contenedor de agua fría y al de agua caliente, el contenedor de agua fría (fuente) se colocara en una parte más alta que alta que el contenedor de agua caliente.

Se puede mejorar el calentador modificando el puerto de regreso volviendo pasar el agua por el tubo para que se caliente mas y colocar espejos para concentrar los rayos del sol.

Factores importantes para la construcción de calentadores solares

Para determinar, el tamaño del calentador solar y el tipo, se requiere conocer ciertos factores, tales como:

Primero.- Número de personas y hábitos de uso del agua en el hogar. Estos datos son básicos, ya que de ellos depende, en gran medida, el tamaño del equipo solar requerido.

Segundo.- Otros usos del agua caliente, como son el lavado de ropa y de trastes. Si se quiere suministrar agua caliente para estos servicios, es importante considerar sus consumos.

¿Cómo funciona el calentador solar?

El calentador solar recibe la energía solar a través del colector solar plano, que se instala en el techo de la propiedad. Luego, el agua que pasa por el colector se calienta y sube al tanque, donde se mantiene caliente para ser utilizada en el baño o la cocina de la casa. El calentador solar calienta el agua hasta en los días muy nublados.

Tiene la capacidad de calentar el agua necesaria para que una familia haga uso de ella sin sufrir escasez, y lo mejor es que no hay cargos por el uso de energía eléctrica o gas. Este calefactor tiene una vida útil de hasta 15 ó 20 años, es decir, varios años más que un calentador eléctrico.

El funcionamiento de un calentador solar es muy sencillo: Una vez instalado en el techo de la casa y se orientado de tal manera que quede expuesto a la radiación del sol todo el día. Para lograr la mayor captación de la radiación solar, el calentador solar plano se coloca con cierta inclinación, la cual depende de la localización de la ciudad donde sea instalado.

El calentador solar está formado por captadores conectadas a tubos por donde circula el agua, lo cual permite capturar el calor proveniente de los rayos y transferirlo al agua que circula en su interior. El agua circula por todo el sistema por el efecto denominado “termosifónico”, que provoca la diferencia de temperaturas. Como sabemos, el agua caliente es más ligera que la fría y, por lo tanto, tiende a subir. Esto es lo que sucede entre el calentador y el termotanque, con lo cual se establece una circulación natural, sin necesidad de ningún equipo de bombeo. El calentador de solar consiste en un colector absorbe la energía solar y un tanque que almacena el agua caliente.

Experiencias de éxito

El calentamiento de agua con energía solar es una tecnología muy probada y usada en el mundo. Países de Europa y Norteamérica, cuya ubicación con respecto al sol es menos favorable que la de México, utilizan calentadores solares de agua con mucha mayor intensidad. Por ejemplo, en Alemania, sólo durante 1998 se instalaron 470 mil m2, mientras que en México hasta el año 2000, se tenían instalados apenas un total de 373 mil m2 de calentadores solares de agua. Esta ecotecnias puede ser una alternativa viable económicamente, ecológicamente pues no contamina y socialmente aceptable para reducir el consumo de combustibles fosiles.

¿Cuáles son las ventajas y beneficios de los calentadores solares?

Los beneficios del uso de los calentadores solares de agua los podemos clasificar en dos: económicos y ambientales.

Económicos.- Con la instalación de un sistema adecuado a nuestras necesidades, podemos satisfacer la mayor parte de los requerimientos de agua caliente de nuestra casa, sin tener que pagar combustible, pues utilizar así el sol no nos cuesta. Aunque el costo inicial de un calentador solar de agua es mayor que el de un “boiler”, con los ahorros que se obtienen por dejar de consumir gas, podemos recuperar nuestra inversión en un plazo razonable.

Ambientales.- El uso de los calentadores solares permite mejorar en forma importante nuestro entorno ambiental. Los problemas de la contaminación en las zonas urbanas no sólo son provocados por los combustibles utilizados en el transporte y en la industria, sino también por el uso de gas LP en millones de hogares, lo cual contribuye en conjunto al deterioro de la calidad del aire y la emisión de gases de efecto invernadero.

Las ventajas de construir este tipo de ecotecnia son múltiples:

  • Se usa la energía del sol que es limpia, infinita y gratis.
  • Los materiales usados son baratos y casi todos se pueden obtener del reciclado urbano.
  • Es una tecnología a favor del medio ambiente.
  • No produce ruido ni contaminación.

Para el mejor uso y operación del calentador solar de agua, tome en cuenta estas recomendaciones:

  • Durante el baño, trate de usar la menor cantidad de agua posible, para lograr el máximo aprovechamiento de la que está almacenada en el termotanque.
  • De preferencia, báñese usted y su familia en la tarde o noche, que es cuando se tiene la mayor temperatura del agua en el termotanque.
  • Limpie periódicamente la cubierta del colector solar, para eliminar la suciedad que disminuye la eficiencia del equipo.

Conclusiones

Los calentadores solares son ecotecnias muy fáciles de hacer y utilizan materiales fáciles de conseguir, su uso permite tener una ahorro económico, se mejora el ambiente al reducir el consumo de biocombustibles fósiles hasta en un 80% y mejora la calidad de vida. Esta es una alternativa que puede llegar a varias localidades de regiones templadas y tropicales de nuestro país en donde puede tener muy buena aceptación.

Bibliografía

Biodisol. 2009. ¿Qué es un colector solar o captador solar? Tipos de colectores solares. Energía solar térmica. Consulta electrónica: http://www.biodisol.com/energia-solar/que-es-un-colector-solar-o-captador-solar-tipos-de-colectores-solares-energia-solar-termica/. (Consultado el 18 de noviembre de 2009).

Greenpeace México. 2005. Calentadores solares: energía renovable en tu hogar. Campaña de Energía y Cambio Climático. Ed. Green Peace. México D.F. 19 p.

Nandwani S. 2005. Energía solar conceptos básicos y su utilización. Departamento de física. Universidad Nacional Heredia. Costa Rica. 26 p.

Ravera R. 2009. Calefón solar con botellas de gaseosas. Autosuficiencia revista digital. Consulta electrónica: http://www.autosuficiencia.com.ar/shop/detallenot.asp?notid=355. (Consultado el 17 de noviembre de 2009).

Thesietch. 2009. Calentador solar casero. Consulta electrónica: http://www.thesietch.org/projects/solarthermalpanel2/index.ht. (Consultado el 27 de diciembre de 2009).

Wilkipedia. 2010. Calentador solar. Consulta electrónica:  http://es.wikipedia.org/wiki/Calentador_solarm. (Consultado el 2 de enero de 2010).

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