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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE COCINAS SOLARES

RESUMEN

Diseño y construcción de una cocina solar es un proyecto basado y pensado para ayudar a las personas de los países subdesarrollados, mejorar su nivel de vida y construir un mejor medio ambiente para frenar el cambio climático. Algunas ventajas son no tener que talar árboles, no producir humo y poder desinfectar material médico. Para su diseño empleamos cálculos básicos de una parábola y las leyes físicas de la reflexión. En su construcción se emplearon materiales baratos y se hizo especial hincapié en que pudiese usarse de manera muy sencilla. Se realizaron dos pruebas experimentales, una cocinando pan, arroz y salchichas, y otra calentando agua y los resultados fueron muy satisfactorios pudiendo cocinar para 4-6 personas en menos de una hora. Por último decir que es muy necesario la implantación de las cocinas solares en el mundo para estas personas y que además es necesario que vaya una persona que les ayude a entender el funcionamiento y a explicarles la cantidad de ventajas que tiene para su vida cotidiana.

ABSTRACT: Design and construction of a solar cooker is a project based and thought to help the persons who lives in underdeveloped countries, to improve their standard of living and to build a better environment to stop the climatic change. Some advantages are don’t have to fell, not produce smoke, to be able to disinfect medical material. For its design we use basic calculations of a parable and the physical laws of the reflection. In this construction cheap materials were used and there was done special support that it could be used of very simple way. Two experimental tests were realized, one cooking bread, rice and sausages, and other one warming water and the results were very satisfactory being able to cook for 4-6 persons in less than one hour. Finally we have to say that it’s very necessary the implantation of the solar cookers in the world for these persons and it’s very important to make it that a person helps them to learn and to understand the work of the cooker.

PEDROZA RIAÑO DAYANA ALEXI

Estudiante- Tecnología En Alimentos Universidad Del Valle, sede Tuluá

dayana.pedroza@correounivalle.edu.co

RIASCOS ARENAS JUAN CARLOS

Estudiante- Tecnología En Alimentos Universidad Del Valle, sede Tuluá

SERRANO ANGULO JAVIER DARÍO

Estudiante- Tecnología En Alimentos Universidad Del Valle, sede Tuluá

J.D.S.A.199707@GMAIL.COM

YEIMMY LONDOÑO GAITÁN Físico – Docente Universidad del Valleyelogauvt@gmail.com

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I. INTRODUCCIÓN

La introducción de una cocina solar en su estilo de vida, supone un avance para ellos histórico, en todos los frentes: de la salud, de la economía,…sin contar el beneficio que se hace al medio ambiente y que también repercute en ellos de manera favorable, al ser un camino hacia la sostenibilidad con nuestro entorno.

Se analizarán las ventajas que suponen para habitantes de países subdesarrollados el uso de una cocina solar.

- Los desórdenes respiratorios de las mujeres se ligan a la exposición al humo, resultado de la cocción doméstica. Sin embargo, las enfermedades respiratorias en las mujeres, quedan a menudo sin tratamiento.

II. OBJETIVOS

ll.1. OBJEIVO GENERAL

Ahorrar materia prima. La utilización de estos artefactos permitirá reducir significativamente los gastos de combustible (leña, carbón, gas, kerosene), mejorando así la calidad de vida de las personas.

ll.2 OBJETIVOS ESPECIFÍCOS

Realizar un estudio sobre los beneficios que suponen las cocinas solares.

Analizar la física de las cocinas y su funcionamiento.

Realizar un estudio sobre las distintas cocinas existentes en la actualidad.

Analizar las desventajas más notables de ellas y determinar el diseño que seguiremos en la creación de nuestra propia cocina.

Diseño y construcción de nuestra cocina.

III. IMPACTO

• SALUD

- Evitar enfermedades crónicas y mortales por los alimentos y aguas contaminadas.

- Evitar enfermedades crónicas respiratorias por la inhalación de humo.

- Desinfectar instrumental médico.

• SOCIAL- La cocción con leña requiere de un esfuerzo de recolección considerable, que en su mayor parte recae sobre niños y mujeres.

• MEDIO AMBIENTE

- Tala masiva de árboles.

- Perdida de fertilidad del suelo.

• ECONOMÍA

- La cocina solar puede ser una herramienta útil para estimular el desarrollo económico en áreas pobres, dedicando el dinero destinado a carbón o a combustibles para cocinar en otros fines.

- La producción artesanal de alimentos envasados, en particular dulces.

- Secado solar de frutos.

• IGUALDAD

- La escasez de combustible hiere a las mujeres, puesto que la responsabilidad está en ellas para encontrar soluciones.

- La disponibilidad del combustible afecta hábitos de cocción y disponibilidad del alimento.

- Una mejor comprensión es necesaria sobre el impacto de la salud al restringir a las comunidades pobres que tengan acceso a los recursos naturales.

- Las relaciones entre el combustible, el alimento, el agua, el tiempo de las mujeres y su salud, merece una atención adicional.

IV. METODOLOGÍA

Para la realización del proyecto “Cocina Solar” se contó con los siguientes materiales:

o Antena de señal Tv (DIRECTV)o Cinta reflectanteo Herramientaso Utensilios de cocina (cacerola, parrilla de hierro)

La cinta reflectante fue adherida a la antena con el fin de provocar incidencia de los rayos solares hacia el foco de la

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antena, la capacidad de proveer energía de este tipo de material (Cinta Reflectiva) oscila entre un 70-80 % de los rayos solares atrapados (Fotones), con la antena ya lista y en posición se ubica de forma que los rayos solares se proyecten hacia el foco que es donde se tiene la parrilla con su recipiente la temperatura que se registro fue de 105-110° C, el ángulo en el cual la experimentación se realizó fue:

90° = PARTE SUPERIOR (ANTENA)

30° = PARTE INFERIOR (BASE)

En la experimentación hubo dos objetos de prueba (Mantequilla y Huevo).

V. RESULTADOS

A continuación los resultados obtenidos de la experimentación con cada objeto de prueba.

o Experimentación con Mantequilla: La parrilla tardó aproximadamente 2 minutos en calentarse, la mantequilla tardo aproximadamente 30 segundos en derretirse.

o Experimentación con un huevo: para la prueba con el huevo se esperó que la parrilla se calentara bien, aproximadamente 2 min, y el tiempo en que tardo en cocinarse el huevo fue de 10:47

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VI. CONTENIDO

V.l COCINAS SOLARES

Una cocina parabólica es un artefacto que utiliza la superficie reflectora de un paraboloide de revolución para concentrar la energía solar incidente y generar la temperatura necesaria para la cocción de los alimentos.

Existen diversos modelos, pero en general una cocina solar parabólica consta de tres partes principales:

Parrilla O Soporte Para El Recipiente De Cocción: Según el modelo de la cocina adopta diferentes tamaños y formas. Su misión es ubicar el recipiente de cocción (estable y seguro) en un punto llamado foco, que es donde se concentra la energía solar captada por la cocina.

Concentrador Parabólico: Es el elemento encargado de concentrar la energía solar incidente en su superficie reflectora en aquel punto donde se ubica el recipiente con los alimentos. Su superficie interna está fabricada con material de alto poder reflectivo, a la vez que resiste a la intemperie y fácil de limpiar. Generalmente está constituido por varias piezas de material, que se unen unas a otras con ña adecuada curvatura, para configurar la superficie parabólica.

Estructura De Soporte Del Sistema: Es la encargada de soportar las otras partes de la cocina, se fabrican en madera o metal según sea el modelo. Sus funciones son proporcionar estabilidad al conjunto, facilitar su utilización y permitir una adecuada movilidad. Está articulado al

concentrador, permitiendo su giro según sea conveniente.

Algunos modelos de cocinas disponen de un sistema de alineamiento solar, generalmente es un dispositivo o visor, cuya sombra nos indica la posición relativa del concentrador parabólico con el sol, facilitando el hallazgo de la adecuada orientación en todo momento con la finalidad de conseguir un rendimiento óptimo.

V.ll FUNCIONAMIENTO DE LA COCINA SOLAR PARABÓLICA

Para comprender mejor el funcionamiento de la Cocina Solar Parabólica, es importante conocer antes las características geométricas de una parábola.

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FIGURA A

Una parábola es una curva notable, es decir, su forma no es al azar, es una línea curva formada por un conjunto de puntos que cumplen determinadas propiedades geométricas, la más importante de ellas y en la que se basa el principio de funcionamiento de Cocina Solar Parabólica es que la tangente en cualquier punto de la parábola, refleja los rayos paralelos a su eje siempre en dirección al foco. Lo anterior se puede apreciar mejor en el gráfico de anterior (Figura A), el foco de la parábola está representado mediante la letra F.

Ahora bien, si hacemos girar la parábola 360° alrededor de su eje, obtenemos una superficie llamada Paraboloide De Revolución o Superficie Parabólica, Cuyo foco también será F. Todos los rayos paralelos al eje del paraboloide, después de reflejarse en la superficie pasan necesariamente por el foco, en esta propiedad se fundamenta el diseño de los concentradores empleados en las cocinas solares parabólicas.

El concentrador de una Cocina Solar Parabólica, Llamado también reflector parabólico, es un paraboloide de revolución fabricado con ciertos materiales, cuya cara interna tiene un alto índice de reflexión. Cuando el eje del concentrador está alineado en la dirección del sol, del modo en que se muestra en la imagen B, todos los rayos solares que inciden en su superficie (representado por las líneas de color amarillo son reflejados hacia el foco donde se encuentra convenientemente ubicado el recipiente para la cocción de los alimentos.

FIGURA B

Los Rayo solares reflejados (representados en la línea de color rojo), provenientes desde toda la superficie del concentrador, al incidir en un recipiente de cocción de material apropiado, elevan de forma instantánea su temperatura a valores que permiten efectuar cualquier tipo de preparación alimenticia de forma similar a como lo hace una cocina convencional.

En este tipo de cocinas es muy importante emplear

Recipientes De Cocción Metálicos (Oscuros), Y Sin

Brillo, Siendo los ideales aquellos de color Negro Mate Y

Paredes Delgadas. Este tipo de materiales en ollas y

cazuelas convierte con mayor eficiencia luz solar en calor

útil para cocinar. Por medio de la definición cuerpo negro.

Un cuerpo negro es un objeto teórico o ideal que absorbe

toda la luz y toda la energía radiante que incide sobre él.

Nada de la radiación incidente se refleja o pasa a través del

cuerpo negro. A pesar de su nombre, el cuerpo negro emite

luz y constituye un sistema físico idealizado para el estudio

de la emisión de radiación electromagnética. El

nombre Cuerpo negro fue introducido por Gustav

Kirchhoff en 1862. La luz emitida por un cuerpo negro se

denomina radiación de cuerpo negro.

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Todo cuerpo emite energía en forma de ondas

electromagnéticas, siendo esta radiación, que se emite

incluso en el vacío, tanto más intensa cuando más elevada

es la temperatura del emisor. La energía radiante emitida

por un cuerpo a temperatura ambiente es escasa y

corresponde a longitudes de onda superiores a las de la luz

visible (es decir, de menor frecuencia). Al elevar la

temperatura no sólo aumenta la energía emitida sino que lo

hace a longitudes de onda más cortas; a esto se debe el

cambio de color de un cuerpo cuando se calienta. Los

cuerpos no emiten con igual intensidad a todas

las frecuencias o longitudes de onda, sino que siguen la ley

de Planck.

La intensidad de la radiación emitida por un cuerpo negro,

con una temperatura   en la frecuencia , viene dada por

la ley de Planck:

Donde   es la cantidad de energía por unidad de

área, unidad de tiempo y unidad de ángulo sólido;   es una

constante que se conoce como constante de Planck;   es la

velocidad de la luz; y   es la constante de Boltzmann.

Se llama poder emisivo de un cuerpo   a la cantidad

de energía radiante emitida por la unidad de superficie y

tiempo:

La longitud de onda en la que se produce el máximo de

emisión viene dada por la ley de Wien; por lo tanto, a

medida que la temperatura aumenta, el brillo de un cuerpo

va sumando longitudes de onda, cada vez más pequeñas, y

pasa del rojo al blanco según va sumando las radiaciones

desde el amarillo hasta el violeta. La potencia emitida por

unidad de área viene dada por la ley de Stefan-Boltzmann.

Emisivida.

La Emisivida es la medición de la capacidad de un objeto

para emitir energía infrarroja. Cuando más caliente es un

objeto, más energía infrarroja emitirá. La Emisivida puede

tener un valor de 0 (espejo brillante, reflector perfecto) a

1,0 (radiador de Planck, emisor perfecto). La mayoría de las

superficies orgánicas, pintadas u oxidadas tienen valores de

Emisivida cercanos a 0,95. Para nuestro caso al usar una

parrilla de hierro el valor de Emisivida del hierro es 0,28.

Transferencia de calor por radiación.

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La radiación térmica, también llamada radiación infrarroja, es la transferencia de calor por la emisión de ondas electromagnéticas que transportan energía desde el objeto emisor. A diferencia de la conducción y la convección, los otros métodos a través de los cuales se transfiere el calor, la radiación no depende de ningún contacto entre la fuente de calor y el objeto calentado.No hay intercambio de masa ni es necesario un medio para que el calor sea transferido a través de la radiación. La radiación térmica hace que el calor pueda ser transmitido a través de un espacio vacío. Aunque no tocamos el Sol, podemos sentir el calor que emite gracias a la radiación.

VII. CONCLUSIONES.

Con la aplicación de esta metodología de diseño se desarrolló satisfactoriamente un prototipo durable, resistente, funcional y económico empleando herramientas simples y sin la necesidad de incorporar procesos elaborados ni especiales. Así, además de las características del comportamiento térmico, se obtiene un diseño integral que se convierte en una opción viable para ser utilizada en aquellas regiones donde no se tiene acceso a la energía eléctrica y/o en condiciones donde la consecución de otro tipo de energético, gas, carbón, leña, etc., es limitada.

REFERENCIAS

[1] HARRISON, J. Investigation of reflective materials for solar cooker. FSEC; Florida. Diciembre 2001.

[2] UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA. Curso sobre colectores solares cilindro-parabólico. Medellín: La Universidad. Facultad de Ingeniería, 2000.

[3] RODRIGUEZ M, Humberto; GONZALEZ B, Fabio. Manual de radiación en Colombia. Bogotá, 1992. P. 27.

[4]PASSAMAI, V. Simulación del comportamiento térmico de una cocina solar. Salta: La Universidad. Facultad de ciencia exactas, 2000.

[5] Metodología para el diseño conceptual de cocinas solares Dyna rev.fac.nac.minas vol.72 no.146 Medellín May/Aug. 2005.

[6] “Cocinas ecológicas”, David Whitfield y Ruth Saavedra.

[7] Congreso Granada 2008 sobre cocinas solares.

Pedroza Riaño Dayana Alexi, nacida el 16 de noviembre de 1996 en la ciudad de Madrid España, hija de Martha lucia Riaño y Carlos Pedroza, cursó sus estudios de bachillerato en la institución educativa Julia Restrepo y los culmino en colegio cescot en el año 2013, actualmente está realizando sus estudios como tecnóloga en alimentos en la universidad del valle sede Tuluá.

Riascos Arenas Juan Carlos, nacido el 5 de diciembre de 1992, hijo de Juan Santos Riascos y María Cecilia Arenas, realizó sus estudios de bachillerato en el instituto técnico industrial Carlos sarmiento lora, actualmente se encuentra cursando tecnología en alimentos en la reconocida universidad del valle sede Tuluá.

Serrano Angulo Javier Darío, nacido el 19 de Julio de 1997, nacido en Ibagué-Tolima estuvo 14 años viviendo en el departamento. Culmino sus estudios en la ciudad de Tuluá- Valle Del Cauca y en la actualidad vive junto a sus padres Juan Javier Serrano Meza Y Myriam Esneda Angulo Molineros, estudia en la Universidad Del Valle (Tuluá) Tecnología En Alimentos (IV Semestre)