TESLA LUGO: CALENTADOR SOLAR (I)

Bueno, ¡ya estamos de vuelta!, y como tengo bastante retraso en las entradas del blog respecto a los vídeos de mi canal en YouTube, he decidido simultamearlas e ir completando poco a poco.

En esta entrada comentaré (bastante de pasada) un pequeño apaño que he preparado para calentar el agua a la piscinilla hinchable de mi hijo, puesto que es bastante quejica respecto a la temperatura del agua del baño.
Pensando en como podría fabricar uno que funcionase de manera totalmente autónoma y que fuese relativamente fácil de poner y de quitar, se me ocurrió este montaje, que combina de forma muy simple la energía fotovoltaica y la termosolar.

Los modelos comerciales que se emplean en instalaciones de energía solar térmica difieren mucho de este, principalmente en la forma en que el agua se mueve:

En los comerciales el agua se desplaza por convección, recirculando entre un entramado de tubos (colector) y el depósito donde se acumula el agua (tanque-termo) en "estratos", siendo el superior el de mayor temperatura (donde se sitúa la salida del agua caliente) y el inferior el del agua más fría (donde se encuentra la entrada de agua fría a la instalación). Esto es bien sabido, al igual que sucede con el aire, cualquier gas o fluido, las moléculas vibran más al estar a mayor temperatura, se separan y por tanto sufre una dilatación, con lo que la densidad baja y por ende este tiende a ascender respecto a la parte del medio menos cálido.

En el mío el agua se mueve impulsada por una pequeña bomba y no hay acumulador. Al no disponer de tanque, el conjunto se vuelve bastante ligero, con lo que es sencillo orientarlo de manera óptima y transportarlo con relativa facilidad.

Esquema básico de una instalación solar para la obtención de agua caliente sanitaria.

Colector y tanque de un modelo comercial.

Para el bastidor he empleado solo aluminio, las medidas exteriores son de 100 X 90 cms, la trasera es de chapa de 1,5mm y el frente es un cristal simple encastrado en un marco sujeto al chasis por cuatro tornillos roscachapa, lo que permite un rápido desarme para acceder al interior, o para aligerar el peso del conjunto y así facilitar su transporte (el cristal es la parte más pesada).

El interior está pintado de negro mate (evitar posibles brillos), esto es muy importante, pues el negro es el color más eficiente para absorber el máximo del espectro de radiación solar útil. Una cosa que es tanto o más importante que el color de interior y de los tubos del colector es el aislamiento del compartimento donde van a estar alojados estos, yo no he aplicado aislamiento alguno, ni al interior ni a los tubos exteriores, porque el montaje está pensado solo para el verano. En una instalación convencional hay que cuidar mucho este aspecto, pues en ello nos va gran parte del rendimiento. Para ello habría que aislar los tubos interiores del contacto directo con la chapa posterior, porque en ambientes fríos entorpecería muchísimo su funcionamiento; en los comerciales se suele aplicar el vacío (el mejor aislante térmico que hay) para los tubos del colector, pero si esto no fuese posible, con el poliuretano, poliestireno, lana de vidrio, etc...iríamos bastante bien en este aspecto.

Por supuesto, el cristal con cámara (tipo Climalit), y los tubos exteriores dotados de coquillas aislantes...bueno, todo esto para hacer uno en condiciones y que pudiese funcionar en ambientes fríos...

Bastidor de aluminio.

Pintado del interior con negro mate.

Para hacer el colector no me he complicado nada, y he puesto lo mismo que muchos de los que he visto por ahí, que no es otra cosa que tubo de riego por goteo de 16mm, en total un rollo entero de 25m de color negro (también lo hay marrón, pero es más caro normalmente, y si lo encuentras negro te evitas el pintarlo). La disposición es en espiral, no en hileras rectas y verticales como sería lo normal para permitir la convección, por tanto no hay empalmes.

Para que no se deshaga la espiral va aparejada con pequeñas bridas plásticas cada poco, abrazando de dos en dos, finalmente el moño resultande va fijado con dos bridas, rodeando los codos de entrada y salida de agua con la chapa posterior, y para mayor seguridad va también pegado en varios puntos con un poco de cola para tuberías.

Espiral de tubo plástico de 16mm (25m).

Para alimentar la parte eléctrica adquirí un panel fotovoltaico de 25Wp (bajo condiciones de irradiancia de 1000W/m²), este es el componente más caro del montaje (sin tener en cuenta el bastidor de aluminio y el cristal, como es obvio), y suelen adquirirse sobre los 30-40€, pero son componentes que están normalmente a la baja en los precios y existe una gran competencia entre las casas suministradoras.

25W, en condiciones de buen sol, son más que suficientes en este caso, porque la bomba gasta unos 12W y el control muy poco (no llega a 1W con el relé enclavado).

En general, para la alimentación de cualquier montaje, siempre hay que ir holgados, pues no nos interesan las capacidades demasiado ajustadas que nos puedan inducir sobrecargas, esto, al final trae malfunciones y averías.

Para adaptar la tensión del panel solar al control de temperatura y a la bomba de agua cuento con un compacto y económico circuito integrado en formato TO-220, concretamente un L78S12CV, que estabiliza la tensión a 12V y puede proporcionar hasta 2A.

Panel fotovoltaico con sus características.

La bomba encargada de impulsar el agua es del tipo sin escobillas (brushless), muy fiables...Se pueden comprar por unos 10-12€, de una potencia similar a la mia (12W). Esta pieza va colocada a la salida del circuito, justo tras la válvula antirretorno.

Hay que cebar manualmente el sistema, pues no es una bomba autocebante (que las hay), para estos casos he dejado una función en el control que permite un régimen continuo, independientemente de la temperatura detectada...esto es útil para autocebar o hacer simplemente de bomba aspirante.

Bomba de agua de 12V/1A.

Válvula antirretorno a muelle.

Para el control de la temperatura he empleado un termostato digital, con máximo-mínimo programable y salida a relé, la sonda es sumergible del tipo NTC (10K), y va embutida en el tubo (con un ajuste de goma) justo al final de la espiral, en el lado de la salida del agua, para así detectar ,de manera rápida, cuando empieza a salir fría y detener la bomba. Habrá personas que se preguntarán el porqué de haber comprado el termostato y no he tratado de fabricarmelo, la respuesta es bien sencilla: cuando se trata de algo práctico hay que ser práctico, y en este caso lo mejor es comprarlo, porque por los 5€ (aproximadamente lo que me costó por eBay) no es uno capaz de comprar ni tan siquiera la placa para el circuito impreso...si lo montara desde cero saldría carísimo. Desde luego, de ser algo experimental, merecería la pena, pero si va a ser un aparato funcional creo que es mejor así, siempre y cuando tengas la opción y encuentres exactamente lo que buscas.

Termostato digital + sonda NTC.

Hoja de datos.

Esquema del conexionado de los mandos y conectores a la placa del termostato.

Este módulo va montado en una pequeña caja plástica junto a otros elementos, como el interruptor de alimentación y el de cebado o bypass, que nos permite un funcionamiento ininterrumpido. También incluye dos pequeños condensadores: uno electrolítico y otro no polarizado del tipo supresor, que si bien no son necesarios con el panel fotovoltaico, no están de más por si se emplea el módulo con otra fuende de CC menos pura.

Caja con los componentes del control.

Disposición final.

La carátula superior va impresa sobre una lámina de transparencias, con esto, aparte de una mejor presentación, consigo una buena estanqueidad, pues va pegada por todo su perímetro.

Carátula frontal impresa en acetato para transparencias.

El control consume poquísimo y se programa fácilmente, su lectura bajo luz solar es bastante buena (cosa que no se aprecia en el vídeo). En las pruebas de interior el brillo de la pantalla es alto...

Pruebas en vacío del módulo de control.

El panel fotovoltaico va fijado a la parte superior del receptáculo del tubo, y justo detrás va el módulo de control. El conjunto dispone de tres patas confeccionadas con tubo de aluminio: dos frontales fijas y una abatible trasera para poder orientar el panel con la inclinación deseada, los extremos de las tres son en punta, para obtener así una buena fijación al terreno.