PARA CALENTADORES SOLARES

CAMPO TÉCNICO

La presente invención pertenece al campo de los calentadores solares de agua, más específicamente al desarrollo de tanque o termotanques para la preservación de la temperatura del agua caliente obtenida en el calentador solar propiamente dicho.

ANTECEDENTES:

Los calentadores solares de agua para consumo humano son conocidos desde hace más de un siglo, constituyendo una de las mejores soluciones para calentar un líquido de manera económica y amigable con el medio ambiente. En consecuencia, existen una gran cantidad de calentadores solares en el estado de la técnica los cuales son ineficientes en la forma de conservar el calor almacenado en el líquido cuando la temperatura ambiente baja.

Los calentadores solares de agua constan típicamente de dos elementos estructurales principales; el colector solar que se encarga de capturar la energía solar y transferirla al agua; el segundo elemento es el depósito o tanque de almacenamiento de agua caliente para su posterior distribución. Dicho segundo elemento, también llamado termotanque, consiste de un tanque interno normalmente de metal o algún material polimérico, el cual está aislado térmicamente, y una carcasa exterior.

Los termotanques frecuentemente también son el reservorio para el agua fría que se calentará, de tal modo que el agua caliente se traslada hacia la parte superior del tanque, debido al gradiente de densidad creado por las diferencias de temperatura.

En consecuencia, los calentadores solares de agua descritos en el estado de la técnica tienen como uno de sus principales problemas la eficiencia en la preservación del agua caliente durante largos períodos de tiempo, 12 o más horas. Dicho problema se ha pretendido resolver a través de diversos mecanismos, los cuales van desde utilizar termotanques pintados de negro, recubrir el tanque con películas plásticas negras o capas aislantes de poliuretano o desarrollar recubrimientos más complejos tal como se describe en las siguientes publicaciones.

La patente MX228503, CALENTADOR-TANQUE-TERMO-SOLAR, describe un calentador solar donde se logra calentar líquidos (como agua), con energía solar, a 40°C o mas y mantenerla a 40°C durante 20 horas o más tiempo, empleando el concepto de almacén y calentador en un mismo artefacto, el cual consta de un tanque de plástico cubierto con tapas transparentes de plástico también conteniendo un fluido por dentar con una placa metálica negra captadora de radiación solar, un sistema de precalentado para evitar un corto circuito térmico, todo aislado térmicamente.

La solicitud MX/a/2014/012207, CALENTADOR SOLAR CON BAJAS PERDIDAS TERMICAS Y METODOS DE INSTALACION DEL MISMO, proporciona un calentador solar constituido por una base y una cubierta exterior, la base aloja una resistencia eléctrica, un tubo de entrada de líquido frío y un tubo de salida de líquido caliente. La cubierta aloja en su interior a un absorbedor solar cilindrico formado por una superficie de absorción que tiene en su interior uno o más distanciadores que permiten que exista una cámara de líquido entre el interior de la superficie de absorción y el exterior de un termo-tanque.

En la patente MX 332226 B CALENTADOR SOLAR DE AGUA se provee un calentador solar de agua que funciona bajo el principio termosifón y que consta de un tanque termo, un colector y un sistema de soportes especiales, logrando asi un sistema eficiente de baja altura, sencillo de fabricación e instalación, optimizando el uso de materiales y de agradable vista.

La patente MX 327077 B TANQUE TERMO CON INTERCAMBIADOR PARA CALENTADOR SOLAR se refiere a un tanque termo para un calentador por radiación solar de colector solar plano, el cual tiene un intercambiador de calor dentro del mismo para hacerlo funcionar de forma indirecta. La solicitud MX/a/2014/013317 CALENTADOR DE AGUA MEDIANTE ENERGIA SOLAR, muestra un depósito con agua caliente pintado de negro, aislado térmicamente en el piso y con una doble cubierta de vidrio cristal transparente templado o no recibiendo la radiación solar.- Este termo negro con doble cubierta transparente, se alimenta con agua en la parte baja, saliendo agua caliente por la parte alta. Con espejos del material adecuado se dirigen más rayos solares al termo aumentando la temperatura del agua caliente

En la patente MX151700 MEJORAS EN CALENTADOR SOLAR, se hace referencia a mejoras en un calentador solar del tipo que comprende un colector plano de energía solar, a base de un marco aislado térmicamente, una cubierta superior transparente y una placa colectora de laminas paralelas, un recipiente o tanque de almacenamiento aislado térmicamente; dos conductores de fluido que colectan el colector con el tanque; una válvula unidireccional insertada en uno de los conductos y un espejo colocado sobre la arista superior del colector.

Como se ve es tan deseable contar con sistemas de captación de radiación solar cada vez más eficientes, como el contar y desarrollar tanques de almacenamiento del agua caliente que mantengan la temperatura del agua por un mayor tiempo y de manera más eficaz.

La presente invención está dirigida proporcionar un tanque de almacenamiento de agua para calentadores solares con un recubrimiento térmico, así como el proceso de fabricación del mismo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Figura 1.- Se trata de una vista frontal del tanque en donde, (5) indica la ubicación de los empaques de sillcón en las perforaciones del tanque y (6) indica la ubicación de los logotipos plásticos que debe llevar el tanque.

Figura 2.- La vista nos ubica de frente a las perforaciones para los tubos y nos describe la ubicación y colocación de las perforaciones. En donde (29 es el tanque extemo, (9) un cobre polvos color azul, (10) cubre polvos color rojo y (11) cubre polvos color negro. Figura 3.- Muestra el área del canal en donde se ubican las perforaciones del tanque.

Figura 4.- Vista lateral del tanque en la cual nos muestra la colocación del tanque interno dentro del tanque extemo. En donde (1) es el tanque interno. Además, nos muestra en una zona achurada el espacio donde va la capa aislante del termotanque.

Figura 5.- Muestra una vista lateral del tanque que ilustra la ubicación del canal y las perforaciones en el tanque. En donde (4) y (3) son los niples de acero inoxidable. Figura 6.- Vista superior del tanque interno que ilustra la posición del inserto hexagonal.

Figura 7.- Muestra una vista en isométrico del tanque interno.

Figura 8.- La ilustración nos muestra una vista que nos ubica de frente al canal del tanque interno, la cual nos describe las dimensiones del canal. Figura 9.- Vista inferior que ilustra el inserto que se ubica en esta parte del tanque.

Figura 10.· Una vista lateral izquierda que ilustra los relieves del tanque que se aprecian desde esta vista.

Figura 11.- Vista lateral derecha que ubica el tercer inserto que se ubica en esta parte del tanque y que también describe la ubicación del canal con respecto a la horizontal del tanque.

Figura 12.- Ilustración del tanque externo en la parte superior en la cual nos ubica la primera perforación en el tanque coincidente con un inserto del tanque interno. Figura 13.- Ilustración de la parte frontal del tanque que en donde posteriormente se perfora el tanque. Figura 14.- Vista inferior del tanque que nos muestra la ubicación del código único que debe llevar cada pieza.

Figura 15.- Vista lateral de la tapa que nos describe la posición de los insertos de latón, referidos a la vertical del tanque. Figura 16.- Vista lateral del tanque que nos muestra el cuerpo del tanque despreciando la tapa y la cual nos permite ver el interior del tanque.

Figura 17.- Vista lateral de la tapa en la cual nos describe dimensiones de la altura de la tapa.

Figura 18.- Ilustración que muestra el interior de la tapa y nos describe las dimensiones de la circunferencia de la tapa y es posible ver la forma de esta misma.

Figura 19.- Ilustración de un inserto de latón con rosca interna que sirve como conexión del tanque en la cual ensamblan los niples de acero inoxidable.

Figura 20.- Figura del niple de acero inoxidable con rosca extema en ambos extremos los cuales sirven para hacer la conexión del tanque a una red hidráulica.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un calentador o colector solar de agua donde el calentador propiamente dicho, es un tubo de doble pared el cual entre ambas paredes fue extraído al aire y se encuentra sellado al vacío, la pared exterior del tubo filtra la radiación del sol y la capa interna está pintada con una pintura metálica la cual absorbe el calor de la radiación solar. En el calentador se calienta el agua en su interior, esta agua caliente asciende al tanque o contenedor de agua y se mueve hacia la parte superior por convexión, debido a la temperatura y la densidad. El agua fría y más densa desciende hacia el calentador solar propiamente dicho, se calienta y se repite el ciclo. Una vez homogenizada la temperatura del agua en el tanque, ésta se mantiene por la continuación del ciclo: agua de baja temperatura y mayor densidad va al fondo del tanque y de ahí al calentador solar, una vez que alcanza una temperatura determinada regresa al tanque de almacenamiento. El tanque de almacenamiento de agua, almacena el agua caliente por el continuo calentamiento, pero no recibe la radiación solar y propiamente calienta agua no obstante evita la perdida de calor del agua.

El tanque o contenedor de agua comprende un primer tanque o tanque interior, un segundo tanque o tanque exterior fabricado con polietileno, entre ambos tanques se ubica un aislante térmico de poliuretano.

Los tanques interior y exterior se fabrican por rotomoldeo con una resina de polietileno de densidad media. La resina se selecciona para resistir un impacto de 219.42 kg/m ² (45 Ib/ft ²⁾ estando a baja temperatura (min. -20° C) de acuerdo al procedimiento de la ARM I (Asociación de Roto Moldeadores Internacional), con un grosor tai y aplicando el proceso necesario para que el tanque interno y extemo conservan la forma cilindrica sin sufrir deformaciones, además el tanque interno resiste agua caliente hasta una temperatura de 90°C. El primer tanque o tanque interno puede tener un tamaño de aproximadamente 10cm X 96cm. El canal del tanque interno y el área del canal del tanque extemo coincidente con el canal del tanque interno ubicado a 28° C de la horizontal del tanque, ambos canales comprenden una pluralidad de perforaciones, en dichas perforaciones se ubica una pluralidad de empaques de silicón de aproximadamente 58mm. De esta forma las perforaciones en el canal del tanque interno y las perforaciones del tanque externo son concéntricas. El tanque interior como el tanque exterior se alinean de manera que el canal y las perforaciones sean co-lineates.

La unión de los tubos del colector solar con el tanque es un ensamble a presión entre el tubo y el tanque, en las perforaciones del tanque interno se encuentra un empaque parecido a un retén fijado que sirve como elemento de fijación de los tubos y también sella para evitar la posible fuga de agua. En todos los orificios se colocan empaques de silicón.

El espesor de las paredes de los tanques interior y exterior en la zona achurada y en el resto del tanque es de aproximadamente 4.5mm +/- 0.5mm. La capacidad del tanque interior es de 120 litros +/- 5 litros y la capacidad del tanque exterior es de 200 litros +/- 10 litros, ambos pasan la prueba de fugas a una presión de 1 kgf/cm ² .

Insertos hexagonales de latón de distintas medidas se integran al tanque plástico durante su fabricación por medio de rotomoldeo.

El tanque interno cuenta con 3 insertos integrados coincidentes con 3 perforaciones en el tanque exterior. Los insertos hexagonales del tanque interior son uniones mecánicas por medio de rosca. En estos insertos son colocados Niples roscados los cuales atraviesan la capa de aislante y el tanque externo para fungir como conexiones para su instalación.

Niples de 1.90 cm (3/4") se usan en para conexión de agua caliente y otra conexión de agua fría, el niple de 1.27cm (1/2") se usa para la conexión de un jarro de aire. Los niples se colocan en el tanque aplicando un torque de 389.6 - 438. Kg/m ² (80 - 90 Ibf/ft ² ) para el niple de 1.90 cm y de 292.2 - 340.9 (60 - 70 Ibf/ft ² ) para el niple de 1.27 cm.

El tanque interno en un primer extremo tiene una perforación ubicado en la parte inferior del tanque a una distancia del extremo del tanque, en dicha perforación se coloca un primer inserto hexagonal de 1.90 cm (3/4") donde también se conecta un primer niple. Dicho primer niple se conecta con la tubería que surte el agua fría al tanque.

En el extremo opuesto al primer extremo del tanque interior, en ia parte superior y ubicado en la superficie circular del tanque se ubica una segunda perforación, donde se coloca un segundo inserto hexagonal de 1.90 cm (3/4") y un segundo niple. Dicho segundo niple se conecta a la tubería que distribuye el agua caliente.

El tanque exterior, cuenta con dos perforaciones alineadas con los niples primero y segundos del tanque interior, de tal manera que permite lo atraviesen y estén libres para ser conectados a las respectivas tuberías exteriores de surtido de agua fría y distribución de agua caliente. El aislante de espuma de poliuretano consiste de una mezcla de poliol e isocianato con una alta densidad que permite un mejor aislado térmico. Dicha espuma tiene un espesor de 50mm +/- 10mm.

El tanque exterior cuenta con dos partes, un cuerpo y una tapa, las cuales están soldadas para conformar el tanque exterior, ambas partes son fabricadas en el mismo proceso de rotomoldeo, tienen un espesor en el plástico de 4mm +/- 0.5mm. El corte de la tapa se hace con sierra fija, el corte se hace recto sin ondulaciones. La tapa se suelda al tanque exterior mediante pistola automática de manera uniforme y sin defectos visibles a 1m, se pule la soldadura a 45 a +/- 10a para eliminar excesos.

El proceso de fabricación del tanque contenedor de agua comprende las etapas de:

1. En un molde se colocan los insertos en la ubicación correspondiente y se vierte la suficiente resina de polietileno para la fabricación de un primer tanque (interior) hueco de forma cilindrica y con todas las características indicadas, relieves, bajorrelieves, perforaciones, etc.

2. Una vez fabricado el taque, a este se le inyecta aire en el interior y con todos los orificios sellados a presión para comprobar que el tanque no presente fugas.

3. En un molde se colocan los insertos en la ubicación correspondiente y se vierte la suficiente resina de polietileno para la fabricación de un segundo tanque (exterior) hueco de forma cilindrica y con las características indicadas, relieves, bajorrelieves, perforaciones, etc.

4. Al segundo tanque (exterior) se le corta un extremo para obtener el cuerpo del tanque externo y la tapa, se eliminan excesos y se perfila el corte.

5. Se coloca el primer tanque (interior) adentro del segundo tanque (exterior), el tanque interno se sujeta con los niples ensamblados en los insertos del tanque interno y atraviesan los orificios del tanque externo coincidentes del tanque externo para mantener los tanques volumétricamente centrados.

6. Se colocan cubre polvos en cada uno de los niples, se aprietan los niples con un torque adecuado.

7. Ensamblados ambos tanques se vierte ia mezcla de poliol e isocianato aun liquida entre ambos tanques para rellenar el espacio intermedio entre los tanques. La mezcla empieza curar y expande tomando la forma del espacio que la contiene.

8. Se coloca la tapa del tanque externo y se deja que la mezcla cure por completo.

9. Se suelda la tapa al cuerpo del tanque exterior con una soldadura del mismo material.

10. Se realiza una matriz de perforaciones centradas en el canal del tanque interno.

11.Se colocan empaques en el tanque interno en cada una de las perforaciones realizadas.

12. Se detalla el tanque realizándole limpieza interna y externa, se eliminan excesos de plástico e impurezas.

13.Se colocan etiquetas plásticas en el tanque con la marca y con y especificaciones del producto.

1 . Insertar tubos del calentador solar en cada una de las perforaciones en el canal del tanque interno.

El tanque contenedor de agua de la presente invención ofrece las ventajas de lograr un menor tiempo de recuperación de calor del agua proveniente del calentador solar, menor perdida de calor en el tanque, mayor durabilidad hasta de 30 años, materiales más higiénicos pues al tanque no se le adhieren impurezas