Construcción del primer colector
Para el armado del absorbedor (radiador) se utilizó cobre y una de sus aleaciones: bronce fosforado (81% cobre, 18,5% estaño y 0,5% fósforo), porque posee una gran capacidad de transmisión del calor, además de ser muy fáciles de trabajar.
1) Se procedió al corte y aplanamiento de 6 tubos finos de cobre de un diámetro interior de 5 mm. Quedaron así los tubos finos de cobre de un largo de 50 cm con una abertura de 2,5 mm (lo recomendable es entre 2mm y 4mm). Esta abertura no debe ser ni demasiado estrecha para provocar una resistencia al paso del agua ni demasiado ancha para permitir el aumento del caudal del agua, la cual no podría ser calentada adecuadamente.
2) Luego a los tubos finos de cobre se les soldó a lo largo una placa de bronce fosforado (una de cada lado) para aumentar la superficie de absorción del calor.
Cabe mencionar que la soldadura, en este caso de estaño, debe estar bien hecha para permitir un mejor flujo de calor de las placas hacia el tubo fino de cobre.
3) Los extremos de los tubos finos de cobre se unieron a los dos tubos de cobre colectores. Para lograr esto, primero se debe agujerear, con una mecha, el tubo colector, tantas veces como pequeños tubos existan. Luego se introducen los extremos de los pequeños tubos y se suelda todo alrededor. El tubo inferior es el enlace entre la cañería de agua fría y los pequeños tubos de cobre, mientras que el colector superior es el enlace entre los pequeños tubos de cobre y la cañería de agua caliente.
4) El absorbedor (radiador) quedó de la siguiente manera:
Luego se lo pintó de un tono mate para evitar la reflexión y de negro ya que todos los cuerpos oscuros absorben más calor.
5) Este absorbedor se montó en una caja de madera de 84 cm de ancho, por 84 cm de largo, por 7 cm de altura, la cual en la parte inferior y laterales se encontraba revestida de aislante, en este caso telgopor de 2 cm de espesor.
La caja debe tener los dos orificios necesarios para realizar las conexiones adecuadas a los tubos de polipropileno, como se indica en el esquema:
6) En el siguiente esquema se muestra cómo se debe conectar el conjunto de caños de polipropileno con el colector y el acumulador. Se utilizaron caños de polipropileno porque su uso es muy común en todo tipo de instalaciones de agua. Además están revestidos con un aislante térmico para evitar las pérdidas de calor del agua durante su recorrido.
7) El acumulador del colector experimental tiene una capacidad de 5 litros y está parcialmente aislado con telgopor de 2cm de espesor. La mayoría de las pérdidas de calor se producen aquí, 1ºC cada 8 minutos aproximadamente.
8) Después se coloca una lámina de vidrio sobre la caja de madera para aprovechar el efecto invernadero. Este efecto se produce de la siguiente forma:
El vidrio, como todo cuerpo transparente, tiene la propiedad de dejar pasar las radiaciones de la luz solar y parte de ellas (las radiaciones infrarrojas) quedan atrapadas entre el vidrio y el absorbedor
De esta manera los rayos solares pasan casi en su totalidad a través del vidrio e inciden sobre el absorbedor. Éste aumenta su temperatura y comienza a emitir radiaciones, parte es retenida por el aislante, y otra parte incide sobre el vidrio. Estas son “absorbidas” por este, que llega a temperaturas entre los 30ºC y 50ºC. Al calentarse el vidrio éste también comienza a emitir radiaciones por ambas caras, las radiaciones emitidas por la cara exterior significan pérdidas de calor, pero las radiaciones emitidas por la cara interior vuelven a incidir sobre el absorbente. En el siguiente esquema se muestran las pérdidas del efecto invernadero
Gráfico extraído del libro “El calentador solar de agua” de Cabirol, Pelissou y Roux
9) Por último se coloca un termómetro con tres sensores (LM 35) para medir las temperaturas del agua de entrada, del interior del colector y del agua de salida.
Correcciones
En un principio las 2 uniones entre los caños colectores y los de polipropileno se había realizado introduciendo el de polipropileno dentro del de cobre y sellado con pegamento. Pero luego de un tiempo y a causa de los diferentes coeficientes de dilatación, las uniones se desprendieron. Para solucionarlo se debieron roscar ambos caños.
Varios sensores de temperatura (LM35) se quemaron porque sus patas entraron en cortocircuito debido al incorrecto aislamiento de los mismos.