Coletor solar feito de garrafas plásticas: guia passo a passo para montagem do dispositivo solar

O conceito de energia alternativa para muitos proprietários de casas particulares e casas de campo está associado a painéis solares caros, turbinas eólicas ou bombas de calor. Ninguém imagina que, em apenas algumas horas e por muito pouco dinheiro, é possível construir um coletor solar de garrafas plásticas para se abastecer de água quente durante toda a estação quente.

Nós explicaremos como fazer um sistema eficiente de preparação de água para uso sanitário a partir de materiais descartados. No artigo que propomos, você encontrará uma descrição detalhada das construções e dos métodos de fabricação de sistemas cujo funcionamento foi comprovado na prática. Seguindo nossas recomendações, você montará sem dificuldades um aparelho útil para a casa.

Especificidades do uso de coletores solares

A principal diferença entre o coletor solar e os diversos tipos de sistemas heliotérmicos geradores de calor está no caráter cíclico do funcionamento. Em outras palavras – sem sol, não haverá energia térmica alguma.

Obviamente, no período noturno, a produtividade do abastecimento autônomo de água quente com coletor solar se reduz a zero. A produção de calor pelo coletor solar é determinada pela duração do dia, que depende da latitude geográfica e da estação do ano.

O coletor solar caseiro permitirá resolver não apenas a questão do fornecimento de água quente de uma casa não conectada às redes centrais, mas também os problemas de aquecimento.

As características climáticas da região também exercem uma influência considerável sobre o nível de produtividade do coletor solar. Se a região é caracterizada por nevoeiros frequentes ou se o sol se esconde frequentemente atrás das nuvens, a produtividade do coletor solar diminui significativamente.

No entanto, mesmo nesse caso, o coletor solar para aquecimento e/ou para aquecer água permanece eficaz, graças à capacidade de captar até mesmo os raios difusos.

Características construtivas e princípio de funcionamento

O elemento principal do coletor solar padrão é um absorvedor em forma de placa de cobre com um tubo. A placa aquece rapidamente sob a ação dos raios solares, transferindo calor para o tubo e para o líquido nele contido. Através da circulação livre ou forçada, o calor obtido é então transportado por todo o sistema.

Sob a ação dos raios solares, a placa de cobre aquece, transferindo calor para o fluido de transferência de calor no tubo

Para aumentar a eficiência do absorvedor, é necessário dotá-lo das propriedades físicas necessárias. Em primeiro lugar, é necessário aumentar a capacidade de absorção do absorvedor e minimizar a reflexão dos raios solares. A solução mais simples é aplicar tinta preta no absorvedor.

Para aumentar a eficiência do absorvedor, é necessário cobri-lo com vidro transparente. O vidro comum reflete parte dos raios solares.

O melhor é usar vidro especial com baixo teor de ferro ou aplicar revestimento antirreflexo. Para evitar sujeira no vidro, o invólucro do coletor solar deve ser vedado.

Apesar das inúmeras maneiras de melhorar o funcionamento e aumentar a eficiência do coletor solar, devido às imperfeições do projeto, esse índice está longe do ideal. Considerando o princípio de funcionamento do coletor solar e os métodos para aumentar sua eficiência, vamos tentar criar um modelo primitivo e barato a partir de materiais disponíveis.

Montagem do equipamento a partir de materiais improvisados

Além do baixo custo e da simplicidade de montagem, a versão com garrafas plásticas difere dos dispositivos solares padrão porque os coletores solares planos funcionam mal nas horas da manhã e da tarde.

A forma convexa das garrafas permite a penetração quase vertical dos raios mesmo durante o pôr do sol e o amanhecer, garantindo assim a eficiência do dispositivo tanto nas horas da manhã quanto da tarde.

Graças à forma convexa das garrafas plásticas, o dispositivo, mesmo na posição horizontal, é capaz de capturar os raios do sol nascente e poente

Existem várias maneiras distintas de construir um sistema de aquecimento de água que funcione bem usando garrafas plásticas:

• O coletor solar atua como um tanque de armazenamento, onde a água é aquecida e depois drenada;
• O coletor solar é conectado a um tanque de armazenamento, proporcionando aquecimento da água e sua circulação natural;
• As garrafas plásticas do coletor atuam como reservatório de água;
• As garrafas plásticas atuam como recipientes selados para conservação de calor.

Além disso, os coletores solares podem diferir em suas características estruturais. Principalmente, isso está relacionado tanto à forma de fixação das garrafas quanto às suas formas de disposição.

Opção com armazenamento de água aquecida

Para fabricar um coletor solar, será necessário um tubo de polipropileno com diâmetro de 50 mm, ao qual serão conectadas garrafas plásticas, cujo número é determinado pelo diâmetro do tubo. Para o modelo, foram utilizadas 15 garrafas plásticas; assim, a capacidade operacional do coletor solar foi de 30 litros.

As juntas de conexão das garrafas ao tubo de polipropileno são seladas com silicone, evitando vazamentos de água.

Para conectar as garrafas em um sistema único, é necessário fazer furos no tubo de polipropileno destinado ao abastecimento de água quente. A solução ideal foi usar uma broca para madeira de 26 mm de diâmetro.

Com essas dimensões, garante-se a máxima densidade de conexão, e a garrafa é rosqueada com força no furo. Para garantir a máxima vedação, as juntas podem ser seladas com silicone, mas é melhor usar cola térmica.

Para obter o efeito de vasos comunicantes, é necessário fazer furos com cerca de 2 mm de diâmetro na parte superior de cada garrafa.

Após conectar as garrafas, de um lado do tubo é instalado um conector, que posteriormente será ligado à rede de água para abastecimento. Do outro lado, deve ser instalada uma torneira, por onde a água aquecida será drenada para o tanque de armazenamento.

No entanto, sob o peso da água preenchida, esse dispositivo para uso doméstico de energia solar pode perder sua integridade. Portanto, será adequado construir uma caixa. Para sua fabricação, será necessária uma tábua de 150 mm de largura.

Para aumentar a eficiência do coletor solar, pode-se colocar no fundo da caixa isopor ou poliestireno expandido com 50 mm de espessura e cobrir com papel alumínio.

Após a instalação do coletor solar no local de uso, as garrafas plásticas devem ser pintadas de preto para absorver melhor os raios solares.

Ao pintar de preto, a capacidade de absorção do plástico aumenta e a eficiência do aquecimento da água é melhorada.

É melhor usar tinta fosca e aplicá-la com spray aerossol. Resta cobrir a caixa com vidro, aumentando assim sua vedação, e conectá-la ao sistema de fornecimento de água fria e ao sistema de drenagem da água morna pronta para uso no tanque de armazenamento.

Pela experiência prática, sabe-se que o plástico não tolera bem altas temperaturas, que causam sua deformação. Em dias ensolarados, a temperatura da água aquecida pode ultrapassar 65 graus, o que deformará o plástico.

Por isso, é melhor renunciar à vedação adicional da caixa com vidro ou usá-lo apenas em tempo nublado.

Método com circulação da água aquecida

O sistema de instalação do coletor solar é semelhante à primeira opção, mas possui uma série de diferenças construtivas.

Para criar o coletor, serão necessárias as seguintes ferramentas e materiais:

• Tubo de PVC com diâmetro de 20 mm com cotovelos e tês;
• Cortador de tubo de rolo;
• Fresas de chanfro;
• Primer (agente de limpeza);
• Garrafas plásticas;
• Embalagens Tetra Pak de leite ou suco;
• Estilete;
• Papelão;
• Tinta preta fosca resistente ao calor;
• Tanque de armazenamento.

Para a montagem, precisaremos de um tubo de PVC com diâmetro de 20 mm. A parte horizontal do tubo deve ser cortada em segmentos, aos quais serão conectados cotovelos e tês por meio de soldagem a frio. A parte inferior do coletor solar terá exatamente a mesma aparência. No final, teremos um sistema fechado, mas vamos passo a passo.

Particularidades da colagem de tubos de PVC

Para obter um corte de qualidade, é melhor usar cortador de tubo equipado com rolos. Após o corte, é necessário chanfrar a parte interna do tubo usando fresas de chanfro especiais.

Após medir a profundidade dos tês e cotovelos, é necessário marcar a extremidade do tubo a ser conectado e tratar as extremidades dos tubos e conexões com primer (agente de limpeza).

Graças ao movimento suave da parte de corte, o cortador de tubo de rolo permite evitar deformações na seção e a formação de rebarbas na borda durante o corte.

O próximo passo será aplicar e distribuir a cola na parte externa do tubo e na parte interna da conexão. A cola deve ser aplicada com um pincel, cujo tamanho deve ser menor que o diâmetro dos tubos. Resta inserir o tubo no tê ou cotovelo preparado e girar um quarto de volta para distribuir uniformemente a cola.

É importante notar que o trabalho de colagem de um cotovelo ou tê deve ser concluído em no máximo 30 segundos. Após a fixação, é necessário remover o excesso de cola.

Procedimento de fabricação do coletor solar

Após preparar o tubo superior e conectar os tubos verticais, pode-se iniciar a preparação das garrafas plásticas. No modelo apresentado do coletor solar, existem 4 tubos verticais com 105 cm de comprimento; nesse comprimento de tubo, podem ser colocadas 5 garrafas plásticas. Ou seja, para a montagem do coletor, serão necessárias 20 garrafas plásticas idênticas.

De cada garrafa, é necessário remover o fundo. Para isso, deve-se fazer um gabarito simples a partir de um pedaço de papelão enrolado em tubo com 30 cm de comprimento. Usando o gabarito e um estilete, removemos o fundo das garrafas. Após preparar as garrafas, pode-se iniciar a fabricação do absorvedor, que absorverá a energia solar.

O uso de um gabarito simples de papelão permite realizar o corte rapidamente e obter garrafas do mesmo tamanho

Como absorvente, utilizamos tetrapaks usados de suco ou leite. Eles devem ser cortados, bem lavados e secos. Para melhorar sua capacidade de absorção, deve-se aplicar tinta preta fosca. A maneira mais fácil é fazer isso usando tinta spray em aerossol.

O enfiamento sequencial das garrafas plásticas permite colocar facilmente os tetrapaks dobrados dentro delas.

Após a preparação das garrafas e dos tetrapaks, pode-se começar a montagem do dispositivo solar. Primeiro, em um tubo vertical, deve-se enfiar uma garrafa plástica com o gargalo para frente e inserir um tetrapak dentro dela. Da mesma forma, todas as garrafas são enfiadas nos tubos verticais, que devem então ser conectados com os tês e cotovelos do tubo inferior, semelhante ao superior.

Para dar rigidez ao coletor solar fabricado, é necessário fazer um suporte para ele.

Um painel de madeira comum dá rigidez à estrutura e permite mover facilmente o coletor solar para o local de uso.

Pode-se, como no primeiro caso, colocar o coletor em uma caixa de madeira, mas não é mais necessário isolá-lo. Já que cada uma das garrafas plásticas representa uma espécie de pequeno reservatório isolado que, aquecendo-se por dentro, transfere calor para a água que circula pelos tubos.

Particularidades de instalação e conexão

Para a máxima absorção possível dos raios solares, o coletor deve ser orientado na direção sul. Um ângulo de inclinação pequeno de 10-15 graus é suficiente para que o coletor funcione eficientemente em praticamente qualquer posição do sol.

A parte inferior do tubo deve ser conectada à parte inferior do tanque de armazenamento, e a parte superior, aproximadamente, à sua parte central. A água fria do reservatório polimérico fluirá pelo tubo inferior para o coletor, onde será aquecida e subirá pelo tubo superior para o tanque.

Assim, será realizada a circulação natural da água pelo sistema caseiro. Para garantir alta intensidade de circulação da água, o tanque deve ser colocado ligeiramente acima do coletor solar, a uma distância de pelo menos 0,3 m dele.

Com a conexão correta do coletor solar ao tanque de armazenamento, garante-se a circulação natural da água.

É preciso considerar que, ao entrar água fria no tanque vinda do sistema de abastecimento, ocorre uma mistura ativa, o que reduz a eficiência do coletor. Para evitar isso, pode-se equipar a entrada do tanque com um redutor de turbulência, que consiste em um tubo tampado com múltiplos orifícios.

A água passa pelo redutor suavemente, permitindo que a água fria permaneça nas camadas inferiores, de onde é captada para o coletor solar.

O uso do redutor de turbulência ajuda a evitar a mistura de água fria e quente no tanque de armazenamento.

Obviamente, o coletor solar aquece a água apenas durante o dia com tempo ensolarado. Por isso, é importante conservar a água quente para uso durante o dia e à noite. Para isso, é necessário isolar o tanque de armazenamento.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Vídeo 1. Foi assim que surgiram os primeiros sistemas heliotérmicos feitos de garrafas plásticas:

Vídeo 2. Um dispositivo praticamente gratuito para aquecer água em ação:

O coletor solar feito de recipientes plásticos para bebidas é uma solução barata para obter água quente. No entanto, para períodos prolongados de mau tempo, especialmente na primavera e no outono, é aconselhável instalar uma resistência elétrica no tanque de armazenamento. Nesse caso, o coletor solar se tornará parte de um sistema completo, permitindo economizar dinheiro em condições favoráveis.

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