Investigación experimental sobre un sistema de calefacción de aire solar usando colector de tubos evacuados con tubo coaxial

Por qué importa conseguir aire más caliente del sol

Desde el secado de alimentos y madera hasta el calentamiento de fábricas, muchos procesos cotidianos requieren corrientes constantes de aire caliente. Quemar combustibles fósiles para suministrar este calor encarece los procesos y aumenta las emisiones de carbono. Este estudio explora una forma de aprovechar la luz solar en su lugar, usando un tipo especial de colector de tubos de vidrio para convertir el aire exterior en aire caliente de forma fiable —alcanzando temperaturas cercanas a la ebullición— sin maquinaria compleja ni materiales exóticos.

Convertir la luz solar en aire caliente en movimiento

Los investigadores se centran en un dispositivo llamado calentador de aire solar, que captura la energía del sol y la transfiere al aire en movimiento. En lugar de los paneles planos y en forma de caja que se suelen ver en los tejados, utilizan hileras de tubos de vidrio redondeados conocidos como tubos evacuados. Cada tubo tiene una capa de vacío que actúa como una especie de termo de alta gama, reduciendo drásticamente las pérdidas de calor hacia el exterior. La luz solar calienta una superficie interior oscura, y un pequeño ventilador fuerza el paso del aire junto a esa superficie, captando calor a lo largo del trayecto.

Un giro dentro del tubo

La principal innovación reside en cómo se mueve el aire dentro de cada tubo. En lugar de dejar que el aire fluya por un único espacio abierto, el equipo inserta un tubo metálico más pequeño en el centro, creando un pasaje estrecho en forma de anillo entre el tubo metálico y el vidrio interior calentado. Esta disposición de “tubo dentro de tubo” hace que el aire permanezca en contacto cercano con la superficie caliente durante más tiempo, mejorando la transferencia de calor. Al encauzar cuidadosamente el aire por este camino confinado, el sistema extrae más calor útil de la misma luz solar sin añadir piezas móviles complejas.

Probando diferentes longitudes de tubo y velocidades de aire

Los experimentos se realizaron al aire libre en la soleada Coimbatore, India, usando 20 tubos evacuados conectados a una entrada y salida de aire comunes. El equipo varió dos parámetros sencillos: la rapidez con la que fluía el aire (50 o 100 kilogramos por hora) y la longitud del tubo metálico interior (o bien 1,5 metros o la mitad, 0,75 metros). Registraron la intensidad de la radiación solar, las temperaturas del aire en muchos puntos y cuánta potencia adicional consumía el ventilador para empujar el aire a través del sistema.

¿Qué temperatura alcanzó el aire?

Con los tubos interiores más largos de 1,5 metros y el flujo de aire más bajo, el sistema calentó el aire entrante hasta 94 °C—más de 50–60 grados por encima de una calurosa tarde tropical. Con la misma longitud de tubo pero mayor flujo, la temperatura máxima cayó a unos 74 °C porque el aire atravesaba el sistema más rápido y tuvo menos tiempo para calentarse. Los tubos más cortos de 0,75 metros produjeron aire en general más frío, alcanzando un máximo alrededor de 78 °C con bajo flujo y 69 °C con alto flujo. En términos simples, recorridos más largos y movimiento más lento dieron aire más caliente, mientras que un flujo más rápido mejoró la fracción de la radiación solar convertida en calor útil pero redujo la temperatura final.

Equilibrar calor útil y esfuerzo

Más allá de la temperatura, los investigadores evaluaron el rendimiento mediante la eficiencia: cuánta de la radiación solar incidente se convertía en calor utilizable tras descontar la energía necesaria para hacer funcionar el ventilador. Con los tubos de 1,5 metros a 50 kg/h, el sistema alcanzó alrededor de un 26% de eficiencia efectiva; los tubos más cortos rindieron de forma similar, algo por encima del 28%, porque ofrecían menos resistencia al flujo de aire. Las tasas de flujo más altas elevaron la eficiencia térmica básica pero también aumentaron la potencia del ventilador, recortando la ganancia efectiva. Este compromiso muestra que los diseñadores deben equilibrar “qué tan caliente” frente a “qué tanto hay que impulsar” al dimensionar sistemas en el mundo real.

Qué significa esto para el uso real

En conjunto, el estudio demuestra que un cambio relativamente simple—añadir un tubo central para guiar el aire dentro de colectores de vidrio evacuados estándar—puede producir de forma fiable aire caliente en el rango de 70–95 °C. Esas temperaturas son adecuadas para el secado de cultivos y madera, procesos industriales de baja temperatura y calefacción de espacios, especialmente para pequeñas y medianas empresas en regiones soleadas. Al ajustar la longitud del tubo y el flujo de aire, los operadores pueden optar por aire más caliente o por mayor eficiencia, ayudando a que los calentadores de aire solares se conviertan en una alternativa práctica y de baja huella de carbono frente a los sistemas de aire caliente alimentados por combustibles.

Cita: Ravichandran, V., Kumar, P.M., Adaikalasamy, V. et al. Experimental investigation on solar air heating system using evacuated tube collector with coaxial tube. Sci Rep 16, 7923 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39094-2

Palabras clave: calentador de aire solar, colector de tubo evacuado, secado industrial, calor renovable, diseño de tubo coaxial