Tipos de calentadores solares y su diseño.

El cuerpo celeste es la fuente de energía más poderosa que conoce la humanidad. La luz solar se puede convertir en energía eléctrica y térmica. En este artículo nos interesará precisamente la energía térmica, que recibimos del sol de forma totalmente gratuita y es inagotable. Los dispositivos como los calentadores de agua solares convierten la energía del sol en energía térmica. Los dispositivos de fábrica tienen un buen rendimiento y le permiten organizar la calefacción de una casa privada. Hay artesanos que fabrican estos dispositivos por su cuenta. Los calentadores solares de agua calientan el agua de forma gratuita para calentar el hogar o para la caldera, donde ya emite calor para calentar el agua que se usa para lavar. Dichos dispositivos tienen una demanda entre los propietarios de casas privadas y cabañas de verano. En este artículo, hablaremos sobre el principio de funcionamiento de los calentadores de agua solares, sus tipos, principales fabricantes y precios.

Principio de funcionamiento del calentador de agua solar

Primero, averigüemos cómo funcionan los calentadores de agua solares. Consideraremos el funcionamiento de dicho dispositivo utilizando el ejemplo de un modelo de fábrica de un calentador de agua al vacío. Calienta el agua en invierno sin problemas. El rendimiento en invierno es, por supuesto, menor que en verano. El diseño del calentador de agua es una batería, que consta de varios tubos de vidrio de vidrio de cuarzo. Cada uno de estos tubos contiene un tubo de cobre pintado de negro. Estos tubos interiores contienen el medio de calentamiento. Se crea un vacío en los tubos de vidrio para que no haya pérdida de calor del circuito interno. Además, la aspiradora protege la batería de las influencias ambientales. Todas las tuberías están conectadas a un colector horizontal por el que circula el refrigerante. Los tubos de vacío absorben la energía solar y la liberan al agua.

Principio de funcionamiento del calentador de agua solar
Este sistema funciona de la siguiente manera:

• El líquido de trabajo (el líquido no tiene que ser agua) se evapora bajo la influencia de la luz solar y el vapor sube hasta la parte superior del bulbo de vidrio;
• El vapor entra en contacto con el agua a través de la pared, que circula por el colector. El vapor emite energía térmica, se enfría y se vuelve líquido nuevamente;
• Bajo la acción de la gravedad, el líquido fluye hacia abajo y así se cierra el ciclo;
• El colector del calentador de agua está conectado por medio de tuberías a la caldera de calentamiento indirecto. Allí, el agua ya está calentada, que circula en el circuito de calefacción o suministro de agua. El refrigerante se hace circular mediante una bomba.

El vidrio de cuarzo del que están hechos los tubos de vacío transmite ondas ultravioleta. El vidrio ordinario los detiene. Gracias a la transmisión de luz ultravioleta, la energía solar se absorbe cuando está nublado y durante la temporada de invierno. Es muy difícil hacer un diseño así en casa.

Hay calentadores de agua con un principio de funcionamiento menos complejo. En los calentadores de agua por gravedad, la energía térmica se transfiere sin intermediarios. Por lo general, en su diseño hay una bobina (cobre, aluminio) sobre un sustrato de metal o sin él. La pared trasera de la caja está revestida con materiales aislantes del calor. La bobina está conectada al tanque de almacenamiento mediante tuberías. La bobina y la placa (también llamada absorbente) están pintadas de negro para una mejor absorción de la luz solar. La parte superior de la caja está cubierta con vidrio, policarbonato, etc. Y también se ha realizado un aislamiento minucioso para evitar la precipitación, la suciedad y el polvo.

Un calentador de agua tan simplificado funciona de manera efectiva solo cuando hace buen tiempo. Pero debido a la simplicidad del diseño, estos calentadores de agua se fabrican con mayor frecuencia a mano. Además, existe otra opción para conseguir un calentador de agua que funcione con energía solar gratuita. Se instalan paneles solares que generan electricidad. Y esta electricidad hace funcionar un calentador de agua convencional. Este sistema también puede funcionar durante todo el año.

Tipos de colectores solares

Los calentadores de agua solares para calefacción doméstica se dividen en dos grupos: según el método de calefacción y la forma en que se almacena la fuente de calor. En el primer caso, se utiliza una capacidad de almacenamiento de calor incorporada. En el segundo, se conecta a un tanque de almacenamiento remoto instalado junto al colector o en el interior del edificio. Al elegir una caldera de calefacción solar, debe prestar atención al tipo de capacidad de los acumuladores de energía solar térmica, ya que las diferencias en el diseño y el equipo afectan las características de uso y las propiedades técnicas.

Colectores con tanque incorporado

Los captadores solares monobloque están diseñados para funcionar en primavera y otoño. En invierno, el dispositivo se apaga y se drena el refrigerante. Los colectores con capacidad incorporada son más fáciles de instalar y mantener. Para su uso, es necesario conectar el calentador de agua solar al sistema de suministro de agua caliente o al punto de entrada de agua. El agua se calienta de la siguiente manera:

• el absorbedor capta los rayos del sol;
• la energía recibida ingresa a la bobina ubicada en la capacidad incorporada del acumulador de calor;
• el calor se transfiere del refrigerante calentado al agua, que luego se utiliza para las necesidades domésticas.

El esquema del colector solar.

En algunos portadores de calor, se utiliza un elemento calefactor incorporado, que es necesario si el colector solar no puede suministrar el volumen requerido de agua caliente. Se observa un calentamiento insuficiente en caso de mal tiempo y frío. El colector solar en condiciones normales calienta el agua hasta 200 litros por día. Los dispositivos con tanque incorporado funcionan sin presión mediante la circulación natural del agua.

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Los calentadores solares de termosifón se montan en el punto más alto del suministro de agua caliente para obtener la presión de agua requerida cuando el grifo de suministro de agua está abierto. Los contenedores pueden soportar una presión de no más de 0,2 atm. Después de calentar el agua, fluye de forma independiente al lugar de extracción. Un calentador de agua solar con tanque incorporado tiene varias ventajas:

• el agua se calienta en un clima soleado en 3 horas;
• obteniendo la necesidad de suministro de agua caliente de tres o más personas, todo depende del área de la superficie absorbente;
• Fácil instalación;
• bajo costo.

El método del termosifón se utiliza activamente en el suministro de agua caliente con instalaciones solares. El calentador de agua funciona por convección natural, cuando el líquido calentado sube y el enfriado baja. La condición principal para un circuito de ACS con termosifón es la ubicación del recipiente de agua sobre el colector.

Calentadores de agua solares con tanque externo

El calentador de agua solar, que está conectado a un tanque de almacenamiento de calor separado, pertenece al grupo de calentadores de agua para uso durante todo el año. El calentamiento del agua se realiza en cualquier época del año, siempre que el sol brille siempre y la temperatura del aire no sea inferior a -50 grados. Para el calentamiento de agua, se utiliza una caldera de calentamiento indirecto externo, que se encuentra en un área remota del refrigerante. El anticongelante se utiliza como este último. El calentamiento de ACS mediante un colector con tanque remoto se realiza de la siguiente manera:

• el absorbedor acumula calor y lo transfiere al portador de calor de agua;
• bajo presión, el anticongelante ingresa al intercambiador de calor del tanque de almacenamiento;
• al moverse a través de la bobina del tanque, el refrigerante calienta el agua.

Sistema de calefacción solar

Para obtener un buen rendimiento, se conecta un calentador de agua solar con un tanque externo a un grupo de bombeo. La circulación del refrigerante se realiza a la fuerza. El proceso de calentamiento, la velocidad y la presión están regulados por un sistema automático. La principal ventaja de tales instalaciones es su uso durante todo el año.

El único inconveniente es la conexión de equipos costosos necesarios para que la instalación solar funcione bien. Los equipos que funcionan bajo presión tienen otro inconveniente: cuando se corta la electricidad, las bombas dejan de funcionar, lo que contribuye al sobrecalentamiento del refrigerante y afecta negativamente al funcionamiento del colector solar.

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Los primeros calentadores de agua solares

El primer calentador de agua solar se desarrolló en 1767. Fue inventado por un residente común de Suiza: Horace Bnedict de Saussure. En su invención, pudo lograr simplemente hervir agua. Pero entonces ya fue un éxito. Y el inventor suizo empezó a vender sus calentadores de agua.

Horacio Bnedict de Saussure
En 1953, el dispositivo se mejoró en Israel. El científico Zvi Tavor incluso recibió un premio por esto del primer ministro del país. Esta sencilla tecnología de calentamiento de agua sigue siendo popular en nuestro siglo.

Variedades de calentadores de agua solares.

Ahora hablemos de los tipos de calentadores de agua solares. Se clasifican según diversas características de diseño.

Por ejemplo, los siguientes calentadores de agua se distinguen por el tipo de circulación del refrigerante:

• Con circulación natural;
• Con forzado.

En el primer caso, el agua circula por sus propiedades físicas. Cuando se calienta, aumenta de volumen, su densidad disminuye. Como resultado, el líquido sube a través de los tubos y el agua fría entra en su lugar. Para una circulación natural, el depósito debe estar encima del colector, y esto no siempre es conveniente.

En el segundo caso, el tanque de almacenamiento se instala en el sótano y la circulación forzada es proporcionada por bombas especiales. Con una organización de este tipo, el aceite puede desempeñar el papel de portador de calor. Hace muy bien esta función.

Los calentadores de agua se pueden clasificar por diseño de colector:

• Aspiradora. El refrigerante está en un tubo que está sellado en un matraz de vacío. Esta bombilla está fabricada en cristal de cuarzo que transmite calor solar, además de luz ultravioleta. Estos son diseños altamente eficientes donde la pérdida de calor es mínima. Si se usa agua como portador de calor, entonces el calentamiento llega a ebullición. Si hay aceite allí, se puede calentar hasta 200-300 grados. Casi todos los calentadores de agua al vacío se fabrican en fábrica y son bastante caros;
• Panel. El diseño es el más sencillo. El colector está pintado de negro, alojado en una carcasa aislada y sellado herméticamente con vidrio, plástico, policarbonato, etc. La eficiencia es pobre. Esto se debe a que el fluido pierde parte de su calor al pasar por el colector. Estas pérdidas suelen ser bastante importantes. Los calentadores de agua solares de panel son adecuados para regiones con alta insolación solar.

Calentador de agua solar de circuito cerrado

Además, los calentadores de agua se pueden clasificar según el tipo de circuito:

• Bucle abierto. Este diseño se utiliza al organizar el suministro de agua caliente a un edificio residencial. El agua actúa como refrigerante, que después de calentarse ya no vuelve al colector. Se gasta en las necesidades del hogar;
• Un circuito cerrado. Se utiliza para calentar un edificio residencial. En este caso, el refrigerante del calentador de agua se mezcla con otro líquido (posiblemente no agua) que se calentó en la caldera principal.En un circuito cerrado, el refrigerante, después de calentar, pasa a través del sistema de calefacción y vuelve al colector nuevamente;
• Dos contornos cerrados. Estos calentadores de agua son versátiles y los más eficientes. Este sistema se puede utilizar para generar agua caliente o calefacción durante todo el año. Habiéndose calentado en el colector, el refrigerante va al intercambiador de calor y transfiere calor al segundo circuito. Y ya el refrigerante en este segundo circuito se consume como agua caliente o para calentar la casa.

El refrigerante también puede ser diferente. El agua, anticongelante, aceite más comúnmente utilizado. También puede subdividir los calentadores de agua de acuerdo con el principio general de funcionamiento en sistemas pasivos y activos.

• Pasivo. La absorción y acumulación de energía se producen por sí mismas sin ningún mecanismo de control. Estos sistemas son simples y no requieren inversiones serias. Para ello hay que pagar con trabajo irregular y subidas de tensión. Un ejemplo es el tanque sobre la ducha de verano, que está pintado de negro. Normalmente, así es como funcionan los sistemas de bucle único. Aquí, el tanque receptor debe ubicarse sobre el colector;
• Activo. No hay inconvenientes en un calentador de agua pasivo. Aquí la energía solar se convierte en energía térmica y se transfiere periódicamente a un tanque de almacenamiento, caldera o directamente a los consumidores. El funcionamiento estable se consigue gracias al sistema de circulación forzada. Este circuito funciona en sistemas de lazo simple y doble. En tales sistemas, a menudo puede ver bombas, paneles, medidores, etc.

¿Cómo montar un calentador de agua solar para su hogar con sus propias manos?

La ventaja de los calentadores de agua solares es que son bastante fáciles de hacer con sus propias manos sin un entrenamiento especial. Entonces, se requieren 18 pasos para el autoensamblaje de un colector solar:

• Hacemos una celosía a partir de tubos metálicos paralelos (10-15 mm de diámetro), sujetos por dos tubos transversales (no menos de 20 mm de diámetro). Para conectar, perforamos orificios en tuberías más anchas (de acuerdo con el diámetro de las tuberías paralelas estrechas)
• Soldamos el absorbedor al marco, una hoja de metal. Para una mejor transferencia de calor, debe presionar la hoja de metal contra el marco con la mayor fuerza posible (soldar todas las juntas)
• Cubrimos el absorbedor con pintura negra resistente al calor. Estamos esperando el secado completo.
• Hacemos un marco de madera con una altura de aproximadamente 100-150 mm. El ancho y la longitud del marco se calculan de acuerdo con las dimensiones del absorbedor.
• Coloque el absorbedor dentro del marco de madera.
• Cubrimos el marco con vidrio de ventana ordinario (de 4 mm de espesor). También se pueden utilizar ventanas de doble acristalamiento. Esto aumentará la eficiencia del calentador de agua, pero también aumentará significativamente su peso total y el costo del proyecto.
• Tratamos el marco con un antiséptico y lo pintamos con pintura (preferiblemente resistente a la humedad, para protegerlo de la precipitación atmosférica).
• Perforamos agujeros en el marco para que el refrigerante frío y caliente pueda entrar en el marco metálico del absorbedor.
• La parte posterior de la estructura (debajo del absorbedor) está cubierta con material aislante del calor. Se recomienda utilizar min. lana de algodón. es importante que el material aislante pueda soportar temperaturas de hasta 200 grados.
• Cubrimos la parte inferior del marco con madera contrachapada o tableros. Lo principal es asegurarse de que la humedad no penetre en el calentador de agua.
• Clavamos las tiras para sujetar el vidrio (en el interior del marco).
• Colocamos el sellador, insertamos el vidrio y otro sellador en el vidrio. Todo esto se fija mediante chapa galvanizada.
• Todos los huecos de la estructura están rellenos de silicona para reducir la pérdida de calor.
• Encuentra la capacidad de la batería. Puede ser una caldera vieja, barriles de metal ... lo principal a recordar es que el recipiente debe soportar la presión del agua en el sistema (varias atmósferas).
• Se hacen 4 agujeros en el tanque. Dos para el intercambiador de calor. Uno para ingresar al tanque de agua fría (en la parte inferior del tanque) y otro para descargar el agua caliente (en la parte superior).
• Colocamos un intercambiador de calor en espiral (fabricado en cobre o acero inoxidable) en el tanque.
• Conectamos el colector y la capacidad de la batería. Para ello, puede utilizar tuberías de plástico o metal-plástico (para evitar la pérdida de calor, aislamos bien el sistema).
• En la parte superior del sistema, adjuntamos un tanque de expansión (para regular la presión en el sistema).

Una de las variedades de calentadores de agua solares son los calentadores de agua solares al vacío. Son mucho más efectivos que los convencionales. El entorno de vacío dentro del colector puede aumentar su eficiencia en un 80%.

Esperamos que nuestro artículo le haya sido útil y le ayude a construir un calentador de agua solar con sus propias manos.

Aplicaciones y requisitos de instalación

Entonces, ¿dónde se aplican los calentadores de agua solares?

• Suministro de agua caliente de una casa particular;
• Calefacción;
• Calefacción de agua para casas de veraneo;
• Agua caliente para las necesidades de la agricultura y la industria.

Calentador de agua solar para calefacción doméstica

Es importante tener en cuenta las recomendaciones de instalación, ya que la eficiencia del calentador de agua dependerá totalmente de esto. Enumeremos algunas de las recomendaciones de los expertos:

• El lugar de instalación puede ser el techo de la casa, fachada, balcón;
• El panel del calentador de agua debe estar necesariamente orientado al sur;
• Al instalar el panel, haga que el ángulo de inclinación sea igual a la latitud de su región;
• Dado que el calentador de agua recibe constantemente energía solar, con poco consumo de agua, se puede formar un estancamiento, donde el refrigerante puede calentarse hasta 300 grados. Por lo tanto, está prohibido utilizar tuberías de plástico y hierro galvanizado. Lo mejor es hacer una bobina de cobre o acero inoxidable;
• Es imperativo aislar los elementos calefactores del calentador de agua para no quemarse accidentalmente;
• Al elegir sujetadores y aislamiento, también se debe tener en cuenta la posibilidad de estancamiento del refrigerante y su fuerte calentamiento. Es decir, es mejor elegir materiales con margen de seguridad. Muchos fabricantes de renombre escriben la temperatura de estancamiento en las especificaciones o en la carcasa del dispositivo. Concéntrese en este valor;
• Los paneles del calentador de agua solar deben ubicarse en un área abierta con máxima exposición al sol. No debe haber objetos altos alrededor que proyecten una sombra;
• Para aumentar la eficiencia del calentador de agua, es necesario sujetarlo en un bastidor especial, si el fabricante ofrece dicho esquema de instalación;
• Durante la instalación, cada tipo de calentador puede tener sus propias características. Aquí debe centrarse en las recomendaciones del fabricante.

Sistema integrado (con tubos de calor).

Características del

- La eficiencia media durante el día supera el 50%. - Puesta en servicio rápida; La transferencia de calor en los tubos de calor se lleva a cabo en una sola dirección. - El sistema está diseñado para una presión de agua de 6 bar, lo que le permite trabajar directamente con el sistema de abastecimiento de agua de la ciudad. - La ausencia de agua caliente en la tubería de vacío garantiza que el calentador de agua permanezca operativo en caso de daños en las tuberías individuales. - La espuma de poliuretano proporciona un aislamiento altamente eficaz del tanque de almacenamiento. - El diseño simple permite un fácil montaje e instalación de todo el sistema; El diseño modular le permite crear sistemas con diferentes salidas de calor. - El calentador de agua solar puede funcionar todo el año incluso en una zona climática fría. - Es posible la instalación de un calentador eléctrico adicional. - La vida útil del colector solar (calentador de agua) supera los 15 años.

Características técnicas de los colectores solares Weswen

Parámetros técnicos: El tanque de almacenamiento consta de: - carcasa exterior: acero de 0,4 mm de espesor - tanque de almacenamiento: SUS304 de 1,5 mm de espesor - aislamiento de poliuretano de 50 mm Presión de trabajo: 6 bar. Rendimiento: ≥55% (en invierno ≥42%). Temperatura de trabajo: 60 ° C ~ -35 ° C. Tipo de tubo de vacío: 58 mm * 1800 mm. Vida útil: 15 años. Sección de entrada / salida: 3/4 ″.

Modelo	Tipo de tubería	Tubo de calor	Superficie de calentamiento activa del absorbedor, m2	Ángulo de inclinación	Capacidad del tanque, l
calentador de agua solar WUAC-100H	∅58mm * 1800mm * 10 piezas.	sí	1,47	45°/38°/25°	80
calentador de agua solar WUAC-120H	∅58mm * 1800mm * 12 piezas.	sí	1,764	45°/38°/25°	100
calentador de agua solar WUAC-150H	∅58mm * 1800mm * 15 piezas.	sí	2,205	45°/38°/25°	135
calentador de agua solar WUAC-180H	∅58mm * 1800mm * 18 piezas.	sí	2,646	45°/38°/25°	150
calentador de agua solar WUAC-200H	∅58mm * 1800mm * 20 piezas.	sí	2,94	45°/38°/25°	165
calentador de agua solar WUAC-240H	∅58mm * 1800mm * 24 piezas.	sí	3,528	45°/38°/25°	200
calentador de agua solar WUAC-300H	∅58mm * 1800mm * 30 piezas.	sí	4,41	45°/38°/25°	250

Principales fabricantes

Los calentadores de agua solares se utilizan ampliamente en muchos países europeos, China, Turquía, EE. UU., Israel, Arabia Saudita. La producción de estos productos en el mundo crece de manera constante y, junto con la demanda, aumenta el número de empresas de este segmento.

Echemos un vistazo a algunas de las grandes empresas de calentadores de agua solares. Entonces, los principales fabricantes del mercado mundial:

• La empresa italiana produce colectores de vacío KAIROS VT. Disponible en versiones de 15 o 20 tubos;
• El fabricante alemán ofrece tres modelos SKR21, SKR12, SKR6;
• Otra empresa alemana que produce modelos con 6 o 12 tubos. Además, se pueden combinar en bloques para aumentar la potencia del sistema;
• Energía Solar Sunrain. Es un fabricante chino que produce calentadores de agua solares;
• Y otra empresa alemana que ofrece dos calentadores de agua bajo las marcas Vitosol 200 y 300. Estos modelos se diferencian en el diseño de la unidad de calefacción;
• Fabricante italiano que produce el modelo Ecotube.

Calentador de agua KAIROS VT

Cabe decir aquí que los productos de estas empresas pertenecen a la clase más alta y cuentan con garantía, pero no todo el mundo puede permitírselo. Por lo tanto, la mayor parte de la demanda del mercado está cubierta por fabricantes poco conocidos.

Precios y de que dependen?

En cuanto a las cifras específicas, los calentadores de agua producidos en Rusia costarán entre USD 700 y 800. Este es un modelo de tipo vacío. Aproximadamente los mismos precios para productos chinos similares. Los calentadores de agua de los fabricantes alemanes cuestan entre 800 y 900 euros. Es más caro, pero tienen los sujetadores necesarios en el kit, y se utilizan cobre y acero inoxidable para la fabricación de colectores. Para que ese dinero no se gaste en vano.

Calentador de agua Viessmann Vitosol 200
Los siguientes factores influyen en el precio de un calentador de agua solar:

• Marca;
• Material del cuerpo y del disipador de calor;
• Calidad de construcción;
• el método de colocación del material aislante y el costo del material en sí;
• espesor de vidrio.

Naturalmente, las diferencias de diseño, que se describieron anteriormente, se reflejan en el precio.

Usando energía solar con la ayuda de tecnologías modernas, puede proporcionar fácilmente agua caliente a su casa privada o jardín.
Y necesita hacer una inversión inicial, y luego la instalación funcionará de forma gratuita. Si desea ahorrar dinero, haga usted mismo un calentador de agua solar. Pero los sistemas de fábrica son, por supuesto, más fiables y funcionales. Si el artículo le resultó útil, difunda el enlace en las redes sociales. Esto ayudará al desarrollo del sitio. ¡Vote en la encuesta a continuación y califique el material! Deje correcciones y adiciones al artículo en los comentarios.

Fabricación de colectores

El colector, una caja especial para el intercambiador de calor, también es una parte muy importante de la instalación. Tienes que cocinarlo con cuidado. La tarea más importante es no perder calor. El cuerpo del colector puede estar hecho de madera (u otro material que haga una caja fuerte). Un tablero con bordes de 40 mm y un contrachapado de 6 mm son útiles. A partir de las tablas, debe armar un marco sólido con dimensiones de 240x90x75. Con la ayuda de tornillos, la parte inferior de madera contrachapada o tablero duro se une al marco, la parte inferior se refuerza con listones para hacer una caja fuerte. Se coloca una capa de material aislante del calor (espuma, escoria o lana de vidrio) en la parte inferior de la caja, y se coloca un intercambiador de calor con una hoja absorbente de calor en la parte superior (puede agregar otra hoja de papel de aluminio).Todos los elementos estructurales deben estar bien asegurados entre sí con abrazaderas de alambre de acero. El colector debe estar vidriado. En la parte superior del marco, puede seleccionar ranuras para el vidrio, y en los lados puede colocar tiras transversales sobre las que se colocará el vidrio. Toda la unión y el sellado de las uniones deben controlarse con mucho cuidado. Es la impermeabilidad de la caja colectora la que puede proporcionar un buen efecto invernadero en el interior, lo que significa que el agua se calentará bien. Es imperativo utilizar una masilla impermeabilizante para evitar que el agua de lluvia ingrese al colector entre las juntas del vidrio y el marco. Para proteger el vidrio de daños mecánicos (granizo, lluvia, viento fuerte), se pueden montar cubiertas adicionales con bisagras de madera o metal. En el exterior, es recomendable pintar la caja con pintura blanca o clara para reducir las pérdidas por radiación térmica. Las conexiones de las tuberías de suministro con las tuberías del intercambiador de calor o la bobina dentro del colector son estándar: mediante acoplamientos, tes, ángulos y sellado obligatorio con cáñamo y pintura al óleo.