Cocinas Solares

Funcionamiento, efecto invernadero

Invariablemente se observa que en un día soleado, principalmente en verano, cuando dejamos nuestro automóvil cerrado y bajo los efectos de los rayos solares por un buen tiempo, al abrirlo de nuevo nos encontramos que el automóvil está demasiado caliente, mucho más caliente que el ambiente exterior. Esto es debido a que el vidrio del automóvil deja pasar más del 90 % de la radiación en el rango de lo visible, esto es en el intervalo de longitudes de onda de 0.3 a 3.0 m; por lo tanto, la luz visible pasa fácilmente a través del vidrio y es absorbida y reflejada como radiación infrarroja, que tiene una mayor longitud de onda que la luz visible, por los materiales que estén en el espacio cerrado. Esto trae como resultado el aumento en la temperatura en el interior del automóvil debido a la energía que se va acumulando dentro de él. A este efecto de calentamiento se le llama efecto invernadero, debido a que se usa mucho en los invernaderos. Figura 2-1.

Las cocinas solares de tipo caja, figura 2-2, funcionan bajo el mismo concepto del efecto invernadero. La radiación solar pasa el vidrio o el plástico transparente resultando un acumulamiento de calor en el espacio cerrado de la cocina.

En una cocina solar, la energía de la luz que es absorbida por las ollas negras y la plancha negra debajo de las ollas se convierte en energía calorífica que tiene una mayor longitud de onda. La mayoría de esta energía radiante no puede atravesar el cristal a causa de esta mayor longitud de onda, y por consiguiente queda atrapada en el interior de la cocina. Esta acumulación de energía se utiliza para calentar o cocinar alimentos. Figura 2-3.

Usos de las cocinas solares tipo caja

Debido a que las cocinas solares tipo caja alcanzan temperaturas moderadas frecuentemente se usan para cocinar alimentos, figura 2-4, y también debido a estas temperaturas bajas, los alimentos conservan sus propiedades nutritivas prácticamente intactas.

Si la cocina puede alcanzar entre los 65 ºC y los 75 ºC, ésta se puede usar en la pasteurización de agua ya que a estas temperaturas los organismos peligrosos mueren, y para mayor seguridad, el calentamiento se debe mantener durante algún tiempo. Si se quiere un mejor aprovechamiento del calor, es preferible utilizar varios recipientes pequeños, en lugar de uno grande. A su vez los botes han de estar bien cerrados, para evitar la condensación de agua sobre las paredes de la cocina.

Otro uso es el da la desinfección o esterilización de equipos médicos o para eliminar todos los organismos que sobreviven al proceso de pasteurización del agua, para lograr esto el agua debe alcanzar una temperatura de 120 ºC, algo difícil pues el agua hierve a 100 ºC, pero no imposible. Para conseguir los 120 ºC se necesita un recipiente a presión; además, si la cocina consta de una gran caja solar, con doble vidrio y aislamiento perfecto, puede alcanzar 150 ºC necesarios para esterilizar equipos médicos, vendas y vestimentas.

También una cocina solar se puede usar para preparar conservas, figura 2-5; para ello, las frutas o zumos se ponen dentro de frascos de vidrio, se cierran fuertemente y se ponen a calentar, durante largo tiempo. Por último se puede decir que se puede usar como medio para mantener calientes los alimentos tales como cafés, tortillas, comidas, etc.

Ventajas que aportan las cocinas solares tipo caja

Son totalmente ecológicas, no producen ninguna forma de contaminación. Como las temperaturas alcanzadas nunca son excesivas, no hay el riesgo de que la comida se queme. También, como no hay flama, no hay riesgo de incendio y por lo tanto tampoco se producen accidentes con los más pequeños de la familia.

Cómo construir una cocina de cartón solar

Existen cocinas de muchas formas y tamaños. Hay cocinas en forma de caja, cocinas de caras inclinadas y cocinas de espejos múltiples. La lista puede alargarse hasta el infinito con variados diseños, pero todas las cocinas atrapan el calor en un compartimiento aislado.

Una de las cocinas más simples son las de forma de caja, y para su construcción se recomienda el uso de "cartón corrugado" como material apropiado tanto para la caja interior como exterior, siempre que se la recubra con una lámina de aluminio. Figura 2-6.

Como pegamento puede usarse cola de carpintero o alguna otra goma al agua. Las junturas deberán sellarse con goma de silicona o tiras de papel embebidas en agua y pegamento. Se sugiere colocar una lámina de vidrio como superficie transparente, aunque puede ser de plástico, pero ésta no se recomienda por que el material plástico pierde sus propiedades de transparencia por la acción del Sol. Además, el cristal atrapa el calor radiante mejor que la mayoría de los plásticos.

Se aconseja un cierre hermético para la tapa transparente que permite la entrada de la radiación, a fin de mantener la energía captada en el interior.

Como parte de la tapa, se puede usar una hoja plegadiza brillante o un espejo que actúe como reflector para hacer incidir más luz del Sol dentro de la caja, de modo que cuando no se use, sirva para cubrir y proteger el vidrio. Es necesario un puntal para elevar adecuadamente el reflector. Estos reflectores, los cuales pueden ser uno o varios, dan a la cocina una ganancia adicional de energía, lo que produce temperaturas más altas en la cocina y tiempos más cortos de uso. Figura 2-7.

Dentro de la caja se debe colocar una bandeja negra de metal que absorba el calor proveniente de la luz solar, junto con ollas oscuras y tapadas que servirán para calentar y realizar la cocción de la comida, figura 2-8. Si se quiere pintar el interior de la cocina de negro debe usarse una pintura no tóxica, de base acuosa, y que esté libre de plomo.

No se deben usar ollas ni cazuelas brillantes que reflejarán la luz en lugar de absorberla, figura 2-9.

El aislante térmico colocado entre ambas cajas puede consistir en placas de polietileno o “hielo seco”, papel periódico arrugado, aserrín, o cualquier material que pueda servir como aislante, figura 2-10.

Nunca se debe usar materiales aislantes que al aplicarlo aumenten su volumen, como son los casos de los poliuretanos que vienen en recipientes en aerosol, figura 2-11. Se sugiere una separación de alrededor de cinco cm en los cuatro lados de la caja y en el fondo, para rellenarlo con aislamiento térmico.

Las dimensiones recomendadas para asegurar la captura de suficiente energía solar en la caja interna deberán ser 57 cm 47 cm 21,5 cm como mínimo en la misma.

Si se tienen dos cocinas solares con cajas con la misma capacidad para retener el calor, ganará más calor aquella que tenga en su construcción una o varias superficies reflectoras por la energía solar adicional que éstas dan. Figura 2-12.

En el sitio www.mueller-solartechnik.com/kocher-sp.htm se puede calcular con base a una radiación global de 1 kW/m² y con la altura solar en grados, la orientación óptima a que se debe colocar el espejo (°A) para un ángulo de elevación solar (°S) y da la generación de energía en Watts. Figura 2-13.

Otra manera de aumentar la entrada de calor es inclinando el vidrio de entrada de tal forma de que los rayos que inciden sobre él sean perpendiculares al mismo. Cuanto más directamente se encare el cristal al sol, mayor será la ganancia de energía solar. Aunque el cristal es del mismo tamaño en la caja 1 y en la caja 2, la densidad de rayos solares que pasa a través de la caja 2 es mayor que en la 1 porque se encara al sol más directamente. Hay que tener en cuenta que la caja 2 también tiene mayor área de muro a través del cual puede perder calor. Figura 2-14.

La construcción de cocinas tipo caja se pueden construir de muchas formas y tamaños. Las cocinas mostradas en la figura 2-15 son un ejemplo de ello, además de las vistas anteriormente.

Pérdida de calor en una cocina solar tipo caja

La transferencia de calor siempre va de la región con temperatura más alta a la región con temperatura más baja. El calor dentro de una cocina solar tipo caja se pierde por tres vías que son: conducción, convección y radiación.

En la pérdida por conducción, el calor dentro de una cocina solar se pierde cuando éste viaja a través de las moléculas de la pared que puede estar formada por madera, material aislante y hojas de aluminio, o por la tapa de vidrio, hacia el medio ambiente fuera de la caja.

Dentro de la cocina la chapa absorbente calentada por el Sol conduce el calor a la parte inferior de las cacerolas y a través de la pared de ésta se conduce

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