Simulación, caracterización y construcción de un prototipo para calentar el agua de los páramos andinos mediante materiales reciclados que capten la energía solar

Simulación, caracterización y construcción de un prototipo para calentar el agua de los páramos andinos mediante materiales reciclados que capten la energía solar

García Gavilánez, Robinson José

La presente investigación doctoral está enfocada en el diseño y la simulación de un colector solar plano elaborado de materiales reciclados, cuyo fin es mejorar la accesibilidad al agua caliente de una comunidad de los páramos ecuatorianos. Por eso se aborda la problemática tomando en cuenta la escasez de los recursos energéticos de este grupo social históricamente excluido, ofreciendo una solución sostenible y accesible desde el punto de vista económico. Lo principal de este estudio es diseñar un prototipo elaborador con materiales reciclados. Previo a esta construcción, es necesaria la caracterización de los componentes del colector, es decir, conocer su capacidad calorífica, conductividad térmica, densidad, índice de refracción, absortividad, emisividad, entre otros, simular su comportamiento térmico de los componentes que conforman el colector, sus formas geométricas. Las simulaciones en SolidWorks Flowsimulation y ANSYS Fluent mediante el método de volúmenes finitos predijeron la capacidad de calentamiento del colector llegando hasta una temperatura de 55 ℃ tomando en cuenta todas las condiciones operativas a las cuales estaría expuesto el colector, seleccionado el modelo se construyó el prototipo el cual en su estructura de soporte está elaborado de aluminio utilizado en marcos de ventanas, para el material aislante se utilizó espuma de poliuretano extraída de sofás usados, también plástico PET para minimizar las pérdidas, un material importante para la placa absorbedora fue el aluminio material del cual también está fabricada la tubería por su excelentes propiedades de conducción de calor además fueron pintadas de color negro para maximizar la absorción, se colocó la cubierta de vidrio también de ventanas para reutilizarlo y finalmente se añadió reflectores elaborados de papel aluminio para aumentar la superficie de captación y reflejar hacia la tubería mayor cantidad de energía térmica, esta configuración permitió llegar al agua hasta una temperatura de 53.8 ℃, casi dos grados por debajo de la simulación un valor no tan alejado de la realidad, lo que refuerza la capacidad de los programas computacionales para predecir el funcionamiento en situaciones de la vida real.

Energía solar

Materiales reciclados

Simulación

Captador solar

Caracterización.

2025-10

Universidad Internacional de Investigación México (UIIMEX)

Tesis doctoral

es

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UIIMEX-TD-IDT-2025-007

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Ecuador

Doctorado en Innovación y Desarrollo Tecnológico

Doctorado

Harold Eduardo Ariza Ciodaro

María Esther Alcántara Gutiérrez

Línea 3. Tecnologías e innovación — Sublíneas 3.3. Investigación y desarrollo en innovaciones tecnológicas en energías renovables

14 de abril de 2026.

ODS 7: Energía Asequible y No Contaminante

ODS 13: Acción por el Clima