Ensayo de eficiencia de un colector solar térmico de bajo coste

Abstract

Este Trabajo Fin de Grado presenta el diseño, construcción y caracterización de un colector solar térmico de bajo coste, concebido para aplicaciones de baja temperatura en contextos con recursos limitados. El objetivo ha sido desarrollar un prototipo funcional, económico y replicable, empleando materiales accesibles como el policarbonato para la cubierta y el polipropileno negro como superficie absorbente.

El colector, de 1 m², se integró en un banco de ensayo regulable con instrumentación básica (Pt100, piranómetro, rotámetro y piezómetro diferencial), siguiendo la metodología de la norma UNE-EN 12975:2022. Se estableció un caudal de referencia de 72 L/h·m² y se realizaron ensayos experimentales para determinar su rendimiento térmico e hidráulico.

Los resultados obtenidos muestran un rendimiento óptico del 69 % y pérdidas de carga muy bajas (0,011 mca), lo que confirma la validez del diseño hidráulico. No obstante, el coeficiente global de pérdidas fue elevado, limitando la temperatura de estancamiento a 36,8 ºC con 32 ºC ambiente. Esta condición restringe su uso en aplicaciones de ACS o calefacción, pero lo hace viable como precalentador o sistema de climatización de agua.

El estudio económico estima un coste de 1.666 € para el prototipo completo, reduciéndose a unos 210 € en una versión simplificada orientada al uso real. En conjunto, el proyecto demuestra la viabilidad técnica de un captador solar de bajo coste y sienta las bases para futuras mejoras que incrementen su eficiencia y habiliten aplicaciones más exigentes.

This Final Degree Project presents the design, construction, and characterization of a low-cost solar thermal collector, conceived for low-temperature applications in contexts with limited resources. The objective has been to develop a functional, economical, and replicable prototype, using accessible materials such as polycarbonate for the cover and black polypropylene as the absorber surface.

The 1 m² collector was integrated into an adjustable test bench with basic instrumentation (Pt100, pyranometer, rotameter, and differential piezometer), following the methodology established in the UNE-EN 12975:2022 standard. A reference flow rate of 72 L/h·m² was set, and experimental tests were carried out to determine its thermal and hydraulic performance.

The results show an optical efficiency of 69% and very low pressure losses (0.011 m.w.c.), confirming the validity of the hydraulic design. However, the overall heat loss coefficient was high, limiting the stagnation temperature to 36.8 ºC with an ambient temperature of 32 ºC. This condition restricts its use in domestic hot water or heating applications but makes it suitable as a preheater or for water conditioning systems.

The economic study estimates a cost of €1,666 for the complete prototype, reduced to about €210 in a simplified version oriented to practical use. Overall, the project demonstrates the technical feasibility of a low-cost solar collector and lays the foundation for future improvements to increase its efficiency and enable more demanding applications.