Calefacción solar de bajo coste. La electrónica.

¡ Muy buenas !

Hoy quisiera presentaros por fin el tema relacionado con el Arduino y la electrónica de mi sistema de calefacción solar: la centralita.

En primer lugar os presento el esquema, donde se puede ver principalmente el conjunto de la placa de Arduino unida a la Ethernet, junto los sensores de temperatura y los relés.

La placa de Arduino monta sobre ella otra placa, denominada Ethernet Shield, que sirve para poder conectarse a una red, bien sea local o a Internet mismo. Desde el momento en que esto es así, el conjunto pasa a formar parte del concepto IOT (Internet of Things, o traducido al español, Internet de las Cosas)

De esta parte nos vamos a olvidar de momento, ya que volveremos a ella más tarde.

Como digo, la placa es una Arduino Uno, la más popular de todas. Va provista de 6 entradas analógicas (A0-A5). Idóneas para leer los datos proporcionados por 6 sensores de temperatura tipo MCP9700A. En la siguiente foto, el esquema del conjunto tal y como está a la fecha de publicación de este artículo.

Estos sensores están distribuidos de la siguiente manera:

Sensor 0: Colocado en uno de los colectores.

Sensor 1: En teoría iba a ser colocado en otro de los colectores, pero se utiliza de pruebas, como por ejemplo ver a que temperatura sale el agua del intercambiador y comprobar su eficacia, o la de retorno. La mayor parte del tiempo me indica la temperatura del sótano donde se encuentra el depósito.

Sensor 2: Situado en el exterior, en una caja de conexiones, protegido del sol y aislado mediante porexpán en una especie de garita meteorológica.

Como se ve, tiene los capuchones de los orificios recortados a la mitad, lo que permite que pase el aire, y cuando lo coloquemos en su emplazamiento definitivo, protegerá al sensor de la entrada de agua por lluvia.

Es un sistema sencillo y barato. La idea no es mía, creo que había algo parecido en el foro de aficionados a la meteorología "meteoclimatic".

Sensor 3: Nos indica la temperatura de la parte superior del depósito. El sensor va en el interior de un tubo de cobre de 22 mm de diámetro para que no se moje. Se vió en el anterior artículo publicado.

Sensor 4: Igual que el sensor 4, pero nos indica la temperatura de la parte inferior del depósito.

Sensor 5: Está ubicado en el salón de la casa.

Por otro lado, utilizamos tres salidas digitales de dicha placa Arduino, con la que activamos o desactivamos otros tantos relés, que controlan el funcionamiento de bombas y ventiladores.

La salida digital D3 es la que activa el relé de la bomba de colectores. Esta es la bomba que impulsa el agua desde el depósito hacia los colectores para que se caliente. Cuando el relé es activado, puentea el camino que deja pasar la corriente hacia la bomba, que trabaja a 220V AC y ésta impulsa el agua hacia los colectores.

La salida digital D5 activa el relé de la bomba de calefacción, esto es, la del circuito presurizado que llega al radiador que hay en el falso techo del baño. Cuando se activa este relé, ocurre lo mismo que hemos explicado anteriormente y el agua llega desde el sótano hasta la primera planta. Esta bomba también funciona a 220V AC.

Pero si sobre el radiador, que es un intercambiador de calor agua-aire, no actuamos con un ventilador, su rendimiento es prácticamente nulo. Por eso utilizamos la salida digital D7 para arrancar un ventilador de conducto de aire que hará pasar éste por el radiador y lo calentará. Como dicho ventilador tiene dos velocidades,utilizamos las dos posiciones del relé para seleccionar la velocidad baja o la alta. En la siguientes fotos se adjunta la información que el fabricante del ventilador aporta en el propio aparato.

Por último, hay que señalar que la placa arduino va alimentada con un transformador de 2 A. Los relés, por otra parte, llevan otro transformador para alimentarlos. El negativo de ambos transformadores va en común, y todo ello en una caja de plástico de las usadas en electrónica.

Respecto a los sensores de temperatura, como llevan tres cables (Vcc, Gnd y Salida), he empleado conectores miniDIN de 3 contactos. Desde el sótano hasta el exterior y a la casa llego a ellos con cable de portero automático de 7 hilos. En la siguiente foto se ven las bases soldadas a una placa de circuito impreso, la cual a su vez está pegada con cola termofusible a la base de la caja.

Los sensores no llevan resistencias, ni condensadores de filtrado. Van directamente a las entradas del Arduino. Al principio usaba dichos condensadores y resistencias de filtrado soldados en las patillas de los mismos, pero ocurría que se me estropeaban muy a menudo, falseando medidas y haciendo malfuncionar el sistema. Achaco esto a que los sensores de temperatura están preparados para aguantar temperaturas superiores a 100ºC, pero los condensadores y resistencias no... Esto provocaba que se deteriorasen y produjesen cortos o variaciones sustanciales en su comportamiento.

Como digo, sencillamente se sueldan los cables y luego se protegen con tubo termorretráctil y si acaso, un poco de cinta aislante. No he vuelto a tener problemas.

Los conectores de las bombas y ventiladores, como van a 220V, son de los utilizados en aparatos como ordenadores, etc.,de tipo hembra para evitar que al manipular la caja nos podamos electrocutar.

En esta foto se puede apreciar el inicio de la colocación de los diversos componentes comentados: placa Arduino con Shield Ethernet, Placa de un solo relé y fuente de alimentación. Con esto se iniciaron las pruebas para mover la bomba de colectores.Luego se instalaron los otros dos placas de relés, sujetándolas con cinta de doble cara.

Tras realizar todas las perforaciones necesarias para las entradas y salidas de la placa Arduino, colocar todos los conectores, etc podemos ver la caja montada con todos los componentes comentados en su interior, sobre el armazón que envuelve el depósito de agua.

Por último, comentar que está previsto todavía monitorizar otro sensor más, en este caso a través de una entrada digital sencilla, que nos informará de cuando hay que rellenar el depósito (a través de un interruptor de flotador) por pérdidas de evaporación, fugas o similares.

También utilizaremos unas cuantas entradas/salidas digitales de las numerosas que quedan libres, para controlar el estado de la calefacción, saber si la caldera está en marcha o activarla/apagarla incluso saltándonos el cronotermotasto de la casa, todo remotamente por Internet, desde el móvil o un PC y con el mismo Arduino y un par de relés más. Pero eso lo añadiremos más adelante.

Las posibilidades de este pequeño invento son infinitas, como se ve.
Nos vemos. Saludos.