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En esta sección conservamos artículos, trabajos y proyectos de energía hidráulica

Construyendo una terma solar de bajo costo

Cuando me decidí a hacerla no imaginé que iba a funcionar mejor de lo que pude desear, sobretodo porque era la primera vez que construía una terma solar.

No solo porque se trataba de un experimento sino también porque la idea era realizar un proyecto económico, es que estuve revisando el material existente en el mercado local.

Un sistema como el que describiré su construcción consta de 2 partes: el colector y el tanque. Los cálculos de energía los añadiremos al final porque aunque son un buen complemento, podría ser aburrido leerlos en las primeras líneas.

Para el colector seleccioné manguera para riego por goteo de polietileno con un diámetro de 16 mm. Esta manguera cuesta muy poco, es de color negra -adecuada para absorver el calor del sol- y además se expende con los conectores necesarios.

Armar una rejilla fue muy fácil, pues la manguera se puede cortar con cualquier tijera porque sus paredes son muy delgadas y hacer las uniones con los conectores no es nada complicado pues solo hay que introducir el extremo que nos interesa de cada conector en la manguera, haciendo presión con las manos.

En esta imagen les muestro los arreglos de conectores y segmentos de manguera de 8 cm. Hice 2 de estos arreglos, uno para cada extremo de la rejilla. Nótese que cada arreglo usa 7 conectores en “T” y un extremo termina en un conector en “L” o codo.

Corté 8 tramos de manguera de 3 mts y los uní a los arreglos anteriores. Fueron de 3 mts porque tenía una plancha ondulada de esa longitud y se me ocurrió que sería práctico usarla como base para la rejilla. Rejilla y plancha armaron el conjunto que haría la función de colectar el calor del sol; se puso inclinado en un angulo de 20 grados elevado del sur (porque mi casa está en el hemisferio sur).

Para hacer el tanque usé 2 cilindros  de pvc, uno de 50 litros y otro un poco mayor, lo necesario para que al introducir uno en otro quedase un espacio de 5 cm para ser llenado con un material aislante. En mi caso usé poliestireno en bolitas porque lo tenía a la mano, también puede usarse otros materiales como espuma de poliuretano, papel o retazos de tela.

Respecto a las conexiones, se usó tubería para agua de pvc de 1/2″, fueron tres y se hiceron de tal manera que las uniones quedasen estancas en el tanque interior y tuvieran la suficiente longitud para sobresalir al menos 2″ del tanque exterior.

Es así que la salida para el agua fría (hacia el colector) se puso en la parte mas baja posible, la entrada para el agua caliente (desde el colector) se puso en la parte más alta posible considerando que debería estar siempre 1 pulgada por debajo del nivel más alto del agua y la salida para la ducha se puso a dos tercios de altura. Antes de agregar el asilamiento probamos que no hayan fugas en las conexiones.

Para conectar colector y tanque simplemente se une la salida de agua fría del tanque (en el camino va un conector en T para el ingreso de agua fría de reposición*)  con el extremo bajo del colector , mientras que el extremo alto del colector se une a la entrada de agua caliente al tanque.

El efecto termosifón funciona muy bien y en verano la temperatura del agua llega a 45° celsius. El tanque conserva el calor bastante bien, inclusive a medianoche aun es necesario mezclar con agua fría para darse una confortable ducha. Creo que en invierno la temperatura debe llegar a 25° C, ya les contaré en tres meses.

*El agua de reposición viene del tanque principal de agua fría de la casa, cuyo nivel alto se mantiene al mismo nivel alto del tanque de la terma; esto no es otra cosa que una simple conexión de vasos comunicantes.

Ahora si, los cálculos.

La manguera de polietileno que hace de colector tiene en total 24 metros y como es de 16 mm de diámetro, su superficie exterior total es: 0.016 x 3.1416 x 24 = 1.2 mt2

Asumiendo que solo la mitad de su superficie está expuesta al sol, entonces el área de absorción es de 1.2 / 2 = 0.6 mt2

El sol baña con 1 Kw de energía a cada metro cuadrado, entonces a nuestro colector le caen 0.6 Kw cuando el sol brilla sobre él.

En este punto deberíamos calcular la energía de todo el día partiendo de los watts y las horas, pero antes hagamos algo más interesante: partamos de los resultados obtenidos en la práctica.

El agua ingresa en las mañanas a la terma a 20 °C y sale al final del día a 45 °C, por lo tanto ha ganado 25 °C (el Delta T, dicen los físicos académicos). Como se trata de unos 40 lts, entonces la energía ganada es 25° C x 40,000 cc = 1,000,000 calorías ó 1,000 Kcal.

860.4 Kcal es equivalente en energía a 1 Kwh, por lo que 1,000 Kcal serán: 1000 / 860.4 = 1.16 Kwh

Unos párrafos arriba habíamos obtenido que nuestro colector recibe 0.6 Kw a pleno sol, entonces nos queda concluir que los 1.16 Kwh acabados de calcular se deberían conseguir con aproximadamente 2 horas de sol. ¿Por qué únicamente 2 horas? ¿Acaso no son más horas diarias de sol a las que ha estado expuesto el colector? La respuesta es simple: En efecto, ha estado expuesto más de 2 horas, pero se trata de una construcción de baja eficiencia.

Con lo anterior acabo de confirmar que mi sistema pierde mucha energía, pero aun así nos brinda toda el agua caliente que necesitamos en casa (en verano y primavera) y la ineficencia pasa desapercibida porque la fuente de energía es el sol.

Proximo proyecto: Mejorando la terma solar para ganar eficiencia (para invierno y otoño… y para otras casas que necesiten más agua caliente).

Construyendo una bomba de ariete

Aquí tenemos un práctico manual en pdf para la fabricación de una pequeña bomba de ariete de muy bajo costo, construida por nuestro colaborador Javier Vargas, incluye fotos.

Agua caliente

Uno de los consumos importantes de energía en casa se genera al calentar agua, específicamente el agua para bañarse. Una persona necesita al menos 25 lts para darse una confortable ducha de 7 minutos. Dejando de lado qué tan frío esté el ambiente del baño y nuestras preferencias personales digamos que el agua cayendo a 32 grados es aceptada por la mayoría.

Pongámonos en un lugar en el que en verano el agua de la red está en 24 grados, entonces para llegar a 32 necesitamos subir 8. 8 grados por 25 litros es 200,000 calorías ó 200 Kcal.
Si en invierno el agua ingresa a 12 grados, para llegar a 32 necesitamos subir 20. 20 grados por 25 litros es 500 Kcal.
Hablar de Kcal es hablar de energía, pero como en casa quizás nos suenen más conocidos Kilowatts-hora (Kwh) pasemos a estas unidades, para lo cual solo hay que dividir: 200/860.4 = 0.232 Kwh en verano y 500/860.4 = 0.581 Kwh en invierno. ¿Estas cifras en decimales no parecen mucho verdad?
Imaginémos que tuviéramos un calentador de agua ideal que pudiese darnos siempre una temperatura de 32 grados y fuera 100 % eficiente lo que haría que los valores que hemos estado apuntando fueran reales en la práctica. Con esta premisa retomemos esos decimales que no parecen mucho y veremos que al mes nos dan 0.232 x 30 = 6.96 Kwh en verano y 0.581 x 30 = 17.43 Kwh en invierno.

Hasta lo anterior todo es teoría, ahora les contaré los resultados de las pruebas en casa, hechas en primavera, es decir con el agua de la red en su temperatura media anual.
Tenemos una ducha eléctrica de las sencillas, de las que calientan mediante una resistencia en espiral de 2 segmentos y por ello se puede seleccionar entre “tibia” y “caliente”.
Con el agua de la red a 20 C y un caudal de 3.6 lts/min, medimos:
-En “tibia” (salida a 32.5 C): corriente en la línea de alimentación en 14 amp, lo que hace 14 A x 220 V = 3 Kw.
-En “caliente” (salida a 39.5 C): corriente en 24.8 amp, lo que hace 24.8 A x 220 V = 5.5 Kw.
Con lo anterior calculamos que una ducha “tibia” de 7 minutos consume 3 Kw x 7/60 = 0.35 Kwh, lo que en 30 usos al mes hacen 10.5 Kwh. Si todos los baños fueran en “caliente” entonces sería 5.5 Kw x 7/60 = 0.64 Kwh, que al mes hacen 19.2 Kwh. En Perú estos consumos se facturan en 1.3 y 2.4 US$ respectivamente, claro, por persona.

Ahora viene el tema solar.
Miremos otra vez la energía diaria que necesitamos transferir al agua en primavera para un baño confortablemente tibio: 0.35 Kwh. Cuando hay pleno sol recibimos 1 Kwh en cada metro cuadrado de superficie, solo tenemos que atrapar algo de esa energía y es muy fácil hacerlo.
Próxima publicación: Fabricando un calentador solar para agua, de muy bajo costo, con fotos.