Diseño, construcción y ensayo de un colector solar de aire por Alberto Estrada Piqueras

 

Alberto Estrada Piqueras

Segundo Premio de Atecyr HVACR 2018 (Socio de Atecyr Nº 071076)

Recuerdo que andaba estudiando una asignatura de tercero del Grado de Ingeniería Industrial, cuando me pregunté si la simplicidad conceptual de los colectores solares de aire tendría alguna ventaja técnica o económica en ciertas aplicaciones respecto a otras soluciones conocidas. Así que, propuse un Trabajo de Fin de Grado al Departamento de Ingeniería Energética de la Universidad Politécnica de Madrid el estudio preliminar de un colector solar de aire (modelado térmico en EES, selección de materiales…), obteniéndose unos resultados parcialmente favorables. Pero por supuesto no era suficiente.

Así que, decidí explorar la viabilidad técnica y económica proponiendo al mismo departamento diseñar, construir y experimentar un diseño propio de colector solar de aire, sin conocer hasta donde sería capaz de llegar dadas las enormes incertidumbres que presentaba la propuesta.

La primera parada era conocer el estado del arte. Tras un análisis profundo de artículos científicos, decenas de patentes y empresas que comercializan dispositivos solares aerotérmicos, la conclusión fue que pese a ser un campo conocido hay nichos comerciales para este tipo de productos. Puesto que mis diseños iniciales se diferenciaban en cuanto a diseño y materiales, las conclusiones de este análisis me impulsaron a seguir adelante.

El siguiente paso fue realizar un diseño de detalle. A partir de las conclusiones del TFG y conociendo el estado del arte se redactaron unos requisitos técnicos. Se buscaba un prototipo capaz de testar distintas configuraciones, distintos materiales y distintos regímenes de funcionamiento. Se inició un proceso iterativo de diseño en 3D con SolidWorks y simulaciones CFD (con impacto en las decisiones de diseño). En paralelo se realizó uno de los puntos de mayor incertidumbre del TFM: el contacto con proveedores. Tras un largo proceso contactando sin recomendación previa con empresas en China, USA o Alemania, conseguí que fabricantes que sólo venden a grandes clientes en grandes lotes, aceptaran venderme materiales críticos para el desarrollo del TFM como recubrimientos solares selectivos (Tinox) o vidrios solares prismatizados templados de bajo contenido en hierro.

Una vez cerrado el diseño, se aceptaron presupuestos de los suministradores y se hizo el acopio de material. La inspección del material recibido y el montaje se ejecutó con ayuda del Laboratorio de Siderurgia.

Puesto que ningún Departamento de la Universidad estudiaba este tipo de tecnología, se debió diseñar la experimentación desde cero basándose, dentro de lo posible, en la ISO 9806, montar el laboratorio y buscar, con ayuda de algún profesor de la Universidad, los instrumentos definidos para realizar la experimentación (algunos de ellos complejos de encontrar como un piranómetro hemisférico de clase I valorado en 4.000€).

Alcanzando rendimientos del 60% con incrementos de 10°C en 135 m3/h, el diseño es competitivo frente a productos que ocuparían el mismo nicho de mercado como SolarWall. Con un coste de materiales de 450 € para un prototipo no optimizado comercialmente y con una nítida identificación de posibles mejoras técnicas y en costes, este trabajo sienta las bases para desarrollar un producto con aplicación en centros de trabajo, centros comerciales o secaderos de granos, maderas o sector avícola.

Además del 2º premio HVACR Atecyr, este trabajo ha sido premiado entre más de 70 candidaturas por las Becas de Sostenibilidad de la Universidad Politécnica de Madrid y seleccionado para el programa de preaceleración de emprendimiento Explorer, promovido por el Banco Santander.

Figura 1: Ensayo de rendimiento ISO 9806:2013.

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