Cómo hacer un calentador solar con botellas de plástico

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El calentador de agua solar contribuye a solucionar, no solo uno de los problemas más evidentes, como lo es el alto costo energético de los calentadores de aguas eléctricos convencionales o lo poco asequible que suelen ser los solares. Sino que también, esta tecnología asequible contribuye a disminuir el impacto ambiental generado por los plásticos, ya que incentiva una recogida periódica de residuos y el reciclado botellas de plástico para la creación de un producto muy útil y estratégico para personas y familias de cualquier status económico.

¿Cómo funciona el calentador solar con botellas?

El calentador de agua solar de botellas de plástico se basa en la tecnología de termosifón que se utiliza en muchos calentadores de agua solares convencionales. El principio de funcionamiento del termosifón es el que mejor se adapta a sistemas sencillos como el de este proyecto, siempre y cuando se instale el calentador solar por debajo del nivel inferior del tanque de agua o depósito, tal y como se muestra en la figura de abajo. Esta diferencia de altura no podrá superar los tres metros o al menos treinta centímetros.

Esta diferencia de nivel es necesaria para garantizar la circulación del agua en el calentador, debido a la diferencia de densidad entre el agua fría y caliente. A medida que el agua se calienta, esta sube por los tubos del calentador/colector, siguiendo la tubería y regresando a la parte superior del tanque o depósito. El agua fría, al ser más pesada, fluye hacia el fondo del colector manteniendo el calentador siempre lleno de agua y cerrando el ciclo de calentamiento. El proceso es idéntico al de los calentadores convencionales del mercado con sistema de termosifón, diferenciándose únicamente en los materiales utilizados en su fabricación. El agua puede alcanzar temperaturas de 52ºC en verano y 38ºC en invierno. Este tiempo de exposición comienza a computarse desde las 10:00 de la mañana hasta las 4:00 de la tarde.

Se estima que con un panel de un metro cuadrado se es suficiente para calentar agua para que se duche una persona. Las botellas de plástico en los paneles deben cambiarse por otras nuevas cada 5 años, ya que el plástico se vuelve opaco, lo que reduce el aprovechamiento de la radiación solar.

Los componentes del calentador y sus funciones

Este calentador solar se diferencia de los demás en relación a los materiales utilizados para su construcción y en su eficiencia térmica. En este proyecto se utilizarán tubos y conexiones de PVC en los módulos de absorción térmica, que si bien, son menos eficientes que los tubos de cobre o aluminio utilizados en los colectores convencionales, son mucho más económicos. Las botellas PET y los envases larga vida (tipo cartón de leche) reemplazan la caja metálica, el panel de absorción térmica y el vidrio utilizados en los calentadores convencionales.

El calor absorbido por los envases larga vida reciclados, pintados de color negro mate, es retenido en el interior de las botellas y transferido al agua a través de los tubos de PVC, también pintados de negro. La caja metálica con vidrio o las botellas de plástico tienen la función de proteger el interior del calentador de interferencias externas, principalmente de vientos y fluctuaciones de temperatura, creando un ambiente propio acorde.

Aunque sencillo, el proyecto contiene detalles esenciales que deben respetarse durante su fabricación y funcionamiento. El dimensionamiento del calentador solar en relación al depósito o acumulador de agua es muy importante. También se debe limitar la temperatura a niveles que mantengan la rigidez del PVC (temperatura máxima de 55ºC), sin que se reblandezcan, y en consecuencia comprometer la estructura del calentador solar en la parte superior, provocando fugas. Tenga cuidado también con el tanque o depósito de agua, si son de materiales con límites de temperatura.

Dimensionamiento y materiales necesarios para el calentador solar con botellas

Para facilitar el cálculo de la cantidad de materiales necesario para el calentador solar con botellas, las siguientes cifras de materiales se corresponderán con las necesarias para abastecer a 1 persona. Si hay 4 personas en su casa, solo multiplica los valores siguientes por 4.

Materiales

• 60 botellas de plástico PET transparentes de 2 litros, de preferencia que sean de las marcas Coca-Cola o Pepsi Cola por sus formas cónicas (no se recomienda plásticos PET de otros colores)
• 50 envases larga vida de 1 litro (como los cartones de leche)
• 11 metros de Tubería de PVC de 20 mm de diámetro (½”)
• 20 conexiones “T” de PVC de 20 mm de diámetro (½”)

Nota: Recuerde que la hora de manipular diferentes tipos de residuos como las botellas de plástico o los envases larga vida, se debe tener cuidado de lavarlos bien para evitar malos olores o la proliferación de microorganismos.

Herramientas

Las siguientes herramientas y piezas necesarias no dependen del número de personas que utilizarán el calentador. Aquí solo necesitarás:

• Cinta aisladora
• Rodillo o brocha para pintar
• Guantes para proteger las manos al pintar y no ensuciarse
• Cúter
• Un litro de pintura color negro mate
• Un tubo de PVC de 100 mm de diámetro y 70 cm de longitud que servirá de molde para el corte de las botellas de plástico
• Martillo de goma
• Una lija al agua N° 100
• Pegamento para tuberías de PVC con cepillo incluido
• 4 codos de PVC de 90 grados y 20 mm de diámetro (½”)
• Tapón de PVC de 20 mm de diámetro (½”)
• Arco de Sierra
• Tablero de madera de, al menos, 12 cm de largo
• 50 clavos
• Transportador
• Tablilla pequeña de más o menos 15 cm de largo
• Cinta de papel de 19 mm de ancho

Para calentar el agua utilizada en el baño de una casa en el que vive una persona se necesitará un calentador solar de 1 metro de longitud. Esto quiere decir, que en una casa de 4 personas se necesitará un calentador solar con un panel de 4 metros. Como hemos visto anteriormente, para una persona se necesitan 60 botellas PET y 50 envases larga vida, si lo multiplicamos por 4 tendremos la cantidad necesaria para cuatro personas, es decir, 240 botellas de plástico y 200 envases de larga vida.

Preparación de los materiales

Antes de comenzar con la construcción del calentador solar, los materiales reciclables que se utilizarán van a necesitar de un tratamiento previo antes de ensamblarse en el proyecto final.

Preparación de las botellas de plástico pet

Existen dos tipos de botellas de plástico pet que se recomienda utilizar en la construcción del calentador solar, con especial preferencia a las botellas transparentes y lisas (rectas), la de las marcas Coca Cola o Pepsi Cola. Para facilitar el corte de las botellas, lo mejor es primero construir un molde muy sencillo utilizando dos tubos de PVC de 100 mm de diámetro de los siguientes tamaños:

• Botellas de marca Coca Cola: Molde de 31 cm de longitud
• Botellas de marca Pepsi Cola: Molde de 29 cm de longitud

Nota: Como el color verde absorbe el calor, las botellas con este color se degradarán más rápido, comprometiendo la eficiencia del calentador solar, por lo que no es recomendable usar estas botellas.

Una vez que se tenga los tubos con las dimensiones correctas, proceder ahora a realizar un corte longitudinal (vertical) en el tubo, que permitirá la introducción de la botella en el mismo, sirviendo de regla para cortar las botellas como se muestra en la imagen de arriba. Consejo: Para este corte, use un cúter.

Después de consumir las gaseosas, lavar las botellas y dejar que se seque toda el agua. Llevarlas a la heladera por 2 minutos sin la tapa y cuando se retiran taparlas rápidamente. El aire frío del interior de la botella volverá a la temperatura ambiente, expandiéndose en el interior de la misma, imposibilitando así su aplastamiento desde su almacenamiento en un lugar frío, hasta su aplicación en el calentador solar con botellas.

Si dispone de pocas botellas y, de entre ellas, tiene algunas abolladas, existe un método muy sencillo para devolverlas a su forma original.

Añadir 100 ml de agua fría en una botella, taparla y calentarla en el microondas durante 45 segundos. Al sacarla del microondas, girarla horizontalmente durante unos 10 segundos, mojando todas las paredes internas con el agua que ha calentado. Dejar reposar y luego desenroscar lentamente la tapa con cuidado para liberar el vapor. Deseche el agua y deje que la botella se enfríe sin la tapa.

Nota: No se recomienda usar agua caliente directamente porque la botella al no tener presión de vapor como soporte, al recibir el agua caliente se deforma aún más. Además, cuando trabaje con el agua a alta temperatura en el microondas, utilice algún tipo de protección como lentes, guantes, delantal y hágalo en un lugar alejado de otras personas, especialmente niños, para evitar cualquier tipo de accidente.

Preparación de los envases larga vida

Los envases de larga vida tienen en su composición un 5% de aluminio, un 20% de polietileno y un 75% de papel cartón. La utilización de envases en este proyecto ofrece excelentes resultados, ya que la combinación de estos tres materiales evita que se deformen a la temperatura a la que serán sometidos dentro de las botellas de plástico, a diferencia del cartón común. Vale la pena recordar que, cuando estén vacías, estos envases deben abrirse por la parte superior, lavarse y dejar que se seque toda el agua, de lo contrario, pueden formarse microorganismos y fuertes olores.

Antes de almacenarse estos envases, primero deben aplanarse. Para ello, basta con retirar las orejas laterales en sus cuatro esquinas y presionarlas en el cuerpo de cada paquete, con el fin de eliminar el aire contenido en el interior de los mismos, dejándolos listos para cortar y doblar, y reduciendo así el volumen y ocupando menos espacio durante el almacenaje.

Para simplificar los cortes en los envases larga vida, se adoptará un tamaño único para los diferentes tipos de botellas, es decir, 22,5 cm de altura. El corte para reducir la altura del envase debe hacerse por la parte superior por donde sale la leche o líquido de su interior, de manera que el envase quede completamente recto y sin cortes en sus paredes.

En el mismo lado del paquete se hará un nuevo corte de 7 cm en la parte inferior del envase. Después del corte parecerá como si el paquete obtuviera dos patas. Este corte se utilizará para ajustar el cuello de cada botella de plástico PET.

Los otros pliegues que deben hacerse en el empaque se basan en la imagen siguiente siguiendo las instrucciones a continuación:

Asegúrese de que, durante el plegado, la superficie lisa esté hacia arriba y que la costura adhesiva del envase esté hacia abajo.

Doblar los lados del empaque larga vida, como si fuera a armar la caja original. Aprovechando los pliegues que ya existen en ella, y de las solapas que acaba de doblar, tome los extremos y vuelva a doblarlos en diagonal, como si fuera a armar un avioncito de papel. Estos pliegues darán forma a la curvatura interior superior de la botella de PET, soportando también la caja, manteniéndola recta e inclinada cuando se le coloque el tubo de PVC.

Regresar a la zona donde se realizó el corte de 7 cm, ahí deberá hacer dos pliegues para que la base tome la forma de un triángulo, y así, doblar los extremos sueltos en diagonal. Al final del proceso, el paquete habrá asumido una forma de flecha. Apuntando hacia arriba, y con un “agujero” en la base en forma de triángulo.

La plantilla de la imagen de arriba muestra las dimensiones necesarias. Calque el diseño y construya su molde con un material rígido como una placa de PVC o un material similar.

Una vez realizados todos los plegados necesarios, ya se podrá comenzar con el proceso de pintado de los envases larga vida.

Deberán pintarse con pintura de esmalte sintético color negro mate, de secado rápido para interiores y exteriores. Este tipo de pintura es muy utilizada para pintar hierros, maderas, entre otros materiales.

Evitar la pintura en spray ya que es un producto más caro y el resultado final es el mismo que si se usa la pintura convencional.

Usar un rodillo o una brocha para aplicar la pintura. Para un mejor aprovechamiento de la misma, se pueden extender todos los paquetes planos sobre una mesa, que en este caso se debe proteger con una lona o tela para evitar que sufra algún daño durante el proceso de pintado. Con este proceso será posible pintar varios envases a la vez.

Nota: No use pintura negra brillante, ya que comprometerá el desempeño del calentador con botellas, ya que los rayos del sol serán parcialmente reflejados. El lado que se debe pintar es el que contiene la superficie lisa, el lado de la costura del empaque debe quedar hacia abajo.

Preparación de los tubos PVC

Los tubos que formarán parte de las hileras de botellas del calentador solar deberán cortarse según los tipos de botellas de plástico que se tengan. Este es el mejor ajuste:

• Botellas de marca Pepsi Cola: 100 cm de longitud
• Botellas de marca Coca Cola: 105 cm de longitud

Para garantizar la uniformidad en el tamaño de los tubos, utilizar un molde para realizar bien estos cortes. Esta parte es muy importante ya que la variación del tamaño de los tubos puede provocar fugas de agua o un mal ajuste de las conexiones entre las hileras.

El molde no es más que una tabla de madera y unos clavos. En la parte superior de la madera, clavar 3 clavos en forma de triángulo. La distancia entre ellos es el diámetro del tubo de PVC, así a cada lado del tubo habrá un clavo, mientras que el clavo de arriba servirá como soporte para que el tubo no se deslice por la plantilla, permitiendo siempre un corte parejo y homogéneo de los tubos de PVC.

Realizar una marca, partiendo del clavo que se encuentra en la posición más alta, de la medida a cortar y colocar dos clavos más alineados en el costado del tubo. Estos dos clavos nuevos marcarán la distancia a la que se deberá cortar cada tubo y servirán de regla para el arco de sierra.

Recuerde que si está trabajando con diferentes tamaños de botella debe cortar todos los tubos al tamaño de la marca Coca Cola, de lo contrario no habrá forma de encajar los tubos ya que las hileras tendrán diferentes tamaños. Después de cortar, lije los extremos de cada tubo para eliminar las rebabas.

Antes de pintar los tubos con la misma pintura utilizada para los envases larga vida, deberá aislar con cinta de papel los dos extremos, donde posteriormente se colocarán las conexiones en ‘T’. Para este ajuste, después será necesario retirar este aislamiento.

Para calentar el agua suficiente para una persona se necesitarán diez tubos del mismo tamaño, por lo que, si son cuatro personas en una casa, serán cuarenta tubos los que habrá que cortar y pintar. Después de que cada tubo haya sido debidamente cortado y pintado, se debe proceder al corte de los tubos que estarán en la parte superior e inferior conectando una hilera con otra en el calentador solar con botellas.

Si se van a utilizar botellas tanto de Coca Cola como de Pepsi Cola, los tubos deben medir 105 mm. No debería haber diferencia de tamaño ya que no habrá forma de encajarlos en el módulo final.

Luego hay otros tubos de 20 mm (½”) que favorecerán la conexión de una hilera con otra. Estos serán los “tubos distanciadores”, y deberán cortarse a 8,5 cm de longitud y no es necesario pintarlos (esta medida es estándar para todos los calentadores, independientemente de los tipos de botellas utilizadas). Pero, si desea mejorar el flujo de agua y construir las columnas superior e inferior del calentador solar, puede aplicar conexiones en ‘T’ con una reducción de 25 mm (¾”) a 20 mm (½”), y los espaciadores entre hileras con tubos de 25mm (¾”) cortados a 8 cm.

El montaje es muy sencillo, si se sigue el orden de colocación de los componentes, y teniendo cuidado a la hora de utilizar el pegamento para tubos de PVC, únicamente habrá que pegar los tubos y conexiones de la parte superior del calentador por donde circula el agua caliente. En la parte inferior solo se deberá encajarlos con la ayuda de un martillo de goma, lo que facilitará el mantenimiento, en caso de ser necesario, simplemente desacoplando la barra inferior.

 

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