05 junio 2011

Introducción al diseño y construcción de una cocina solar (I)


Hoy comenzamos a escribir sobre un tema aún no tratado en TODOPRODUCTIVIDAD, las cocinas solares. Como en tantas otras tecnologías relacionadas con las energías renovables las cocinas solares empiezan a tener sentido hoy en día como consecuencia del incremento de los costes de la energía. Es por ello que vamos a tratar de sintetizar en varios artículos la información actualmente disponible sobre esta vieja pero novedosa tecnología.

El uso del sol para cocinar es una práctica antigua pero en los últimos años se han desarrollado más de 60 diseños y algunos patentados. Básicamente todos los diseños consisten en sistemas que concentran la luz del sol para conseguir calentar los alimentos. Normalmente el sistema de obtener el calor es mediante un concentrador. Entre las ventajas del concentrador está que el sistema de cocina es muy similar al que usamos normalmente. Revisemos primero los tipos de concentradores.
TIPOS DE CONCENTRADORES
Existen diferentes tipos de concentradores. Veamos algunos ejemplos significativos. Los dispositivos difieren entre sí según concentren la luz desde arriba o desde abajo.
Cocinas solares que concentran la luz desde abajo
El calor que viene desde abajo es más conveniente para la cocina rutinaria. Por eso muchos diseñadores se han concentrado en este tipo de cocina. Hay muchos diseños en esta categoría, y se clasifican sobre la base del tipo de reflectores usados:
·       Reflectores solares esféricos: Los espejos esféricos son el tipo más simple de reflectores, muy fáciles de construir y usar.
·       Reflectores solares parabólicos: La geometría parabólica es bien conocida, y fue probablemente el primer tipo de cocina solar. Hay muchos diseños de cocinas parabólicas. La razón de su popularidad es el enfoque, que es mucho mejor y más ajustado que los otros tipos de reflectores. Al mismo tiempo es muy sensible a cambios ligeros en la posición del sol y de ahí que el uso de tales reflectores significa un seguimiento constante.
·       Reflectores solares de Fresnel: Aunque el reflector parabólico tiene un diseño perfecto, incluso con buenos técnicos, es difícil construir reflectores parabólicos incluso con la ayuda de plantillas. Es por ello que los reflectores Fresnel ganan en importancia.
·       Cocinas solares cilindro-parabólicas: Este diseño era común en calentamiento de agua, pero más tarde se empezó a usar también para cocinar.
·       Espejo plano solar:  Los espejos planos, especialmente pequeñas piezas, se producen muy bien para conseguir formar varias formas, ya sean configuraciones cilíndricas o parabólicas.
Cocinas solares que concentran la luz desde arriba
En este tipo de cocina solar, la luz se concentra desde arriba. Aunque esta aproximación no es la más eficiente para cocinar, hay varios diseños antiguos y muchos nuevos que han usado este método. Uno de los más interesantes en esta categoría es el Cookit creado por el profesor Roger Bernard de Francia.
·       Lentes solares: Estas cocinas usan una o más lentes (a menudo una lente fresnel) para concentrar la luz en vez de reflectores.
·       Cocinas de paneles solares: Simples, baratas y efectivas la mayoría de las cocinas solares son justamente un paquete de reflectores interconectados. Se desdoblan en un pequeño soporte de reflectores alrededor de un espacio central donde un recipiente de cocina se sienta en un contenedor transparente de un plástico resistente al calor. La cocina simple trabaja bien y es una de las cocinas más populares del planeta.
·        Cocinas de embudo solar:  La cocina de embudo tiene varias ventajas: Son simples de construir, y también almacenar, sin apenas pérdidas. Soportar el embudo puede suponer varios problemas al comienzo pero pueden ser fácilmente solventados con, por ejemplo, un pequeño hueco en el suelo para mantener el embudo.
COCINAS EN CAJA SOLAR
Las cocinas en caja son otro grupo de cocinas populares. El diseño de una cocina en caja fue realizado por Nicholas de Saussure (1740-1799). Era simplemente una caja aislada con vidrio.
Las cocinas solares presentes aquí se clasifican en base de la presencia o ausencia de reflectores, es decir, aquellos sin o con amplificadores de espejo.
Cocinas solares sin reflectores
Es uno de los primeros tipos de cocina diseñados y aún se usan en muchos sitios.
Cocinas de caja con reflectores
La cocina de caja trabaja bien, pero mejora mejora el rendimiento del refuerzo del reflector.
TIPOS INDIRECTOS
Las cocinas indirectas generalmente usan agua o aceite para calentar y almacenar energía, y luego usan la energía resultante para cocinar la comida. El agua se calienta mediante radiación directa a través de, por ejemplo, un concentrador cilindro-parabólico. Esta categoría incluye cocinas químicas, digestores de biogás, y calentadores de agua caliente solar, por mencionar algunas.
Las cocinas indirectas separan el elemento de captación de energía del área de cocina, usando un medio de transporte de calor para llevar la energía colectada al área de cocina. De esta forma podemos colocar el área de captación alejado del área de cocción usando esta técnica. Esto permite que los elementos de captación se coloquen en el techo, por ejemplo, con el área de cocina dentro de la casa.
Cocina indirecta de Whiller
La cocina es simple. Una tubería de aletas central, conectada a una caja de cocina aislada en el interior de la casa, se calienta por medio de un espejo parabólico. Esto hace hervir el agua en la tubería. Los informes indican que la cocina no tiene un buen rendimiento (Lof 1963).
Cocina de vapor del instituto de investigación Brace
El instituto Brace desarrolló una cocina que llamó cocina de vapor. En ella el calor se concentraba en una placa doble de vidrio. Calentaba el agua encerrada para vaporizar y calentar la caja aislada mantenida en el interior de la casa. Los recipientes de cocina se mantienen en el interior de esta caja aislada.
Cocina indirecta de Venugopal
En India, Venugopal (1978), se propuso una variación muy prometedora, en la cual se fijaban cuatro refuerzos fijados al reflector al colector de placa plana. Todo el ensamblaje se monta en una plataforma giratoria para conseguir una fácil movilidad. La caja aislada tiene una cámara separada para mantener caliente la leche. Esta cocina fue desarrollada por los vendedores de té de carretera. Otra variación fue reportada desde Irán, donde la unidad era más grande y el absorbedor/calentador se mantenía fuera de la casa.
Tubería de calor china
Los científicos de China (Fang, Susan) describieron otro diseño en 1979. El diseño incorporó una tubería caliente, que se calentaba por un espejo cilíndrico-parabólico, con una tapa transparente para reducir la pérdida de calor. Esta tubería repartía el calor a una caja aislada mantenida en el interior de la casa. Con un concentrador de seguimiento y conveniente transferencia de fluido en el interior de la tubería el diseño trabajaba bien. El reflector tiene 2 m2 de superficie.
Cocina indirecta de Nijaguna
En Kartaka Reginonal Engineering College de Nijaguna (1983), se desarrolló una cocina usando una tubería de calor. Un reflector cónico cubierto con una tapa transparente calentaba la tubería de calor que reparte el calor a una caja que se mantiene en el interior de la casa.
Cocina indirecta de tipo Stam
En 1961, Stam presentó otro diseño ingenioso e interesante. La tubería central contenía aceite que se calentaba por un espejo cilindro-parabólico. Este aceite caliente transfiere calor al recipiente de la cocina. La caja aislada tiene una depresión para acomodarse al recipiente.
Cocina indirecta de tipo Swet
Swet (1972) propuso otro diseño muy similar al diseño de Stam pero el seguimiento se hace con ayuda de un heliotropo bi-metálico. Se usaba una barra que arrojaba sombra en el heliotropo y esto hacía más eficiente el mecanismo de seguimiento.
Cocina indirecta tipo Farber
Otro diseño fue propuesto por Beanson (1976). Se supone que suministra calor las 24 horas del día. Una vez más el centro de la cocina era una tubería calentada por un reflector cilindro-parabólico. El medio de transferencia sugerido era aceite y el aceite caliente circulando en un bucle cerrado se acumula en un contenedor mantenido en el interior de la casa. La circulación del aceite estaba se conseguía con una pequeña bomba de circulación fijada al recipiente aislado. La bomba sería muy útil especialmente si el colector se mantiene en altura por encima de la caja aislada.
Cocina indirecta CPC de Bowman
El concentrador parabólico compuesto de Winston es muy popular, pero fue Bowman quien diseñó una cocina con este principio.

“Concept XII” de Kundapur
Concept XII usa un concentrador cilindro-parabólico en la parte superior de la casa. El medio de transferencia de calor era aire. El aire así caliente circulaba mediante una bomba de energía solar. Deben establecerse precauciones por la presión que puede acumularse o alternativamente seleccionar un medio de transferencia de calor más conveniente.
Cocina solar indirecta de tubo evacuado
Esta cocina fue propuesta en 2008 con el nombre “Evacuated Tube Indirect Solar Cooker”, y tiene algunas similitudes con la cocina solar indirecta de Whiller. Este diseño reemplaza las tuberías con aletas por un colector solar de tubo evacuado como elemento del colector, y usa aceite vegetal en vez de agua como medio de transporte de calor. Con estos cambios y algunos otros refinamientos, el diseño proporciona un aparato solar práctico. Los ensayos han indicado que la unidad puede alcanzar en latitudes tropicales temperaturas de 150 ºC con una hora de exposición al sol de la mañana. Puede trabajar como cocina, pasteurizador y autoclave en el resto del día solar, con tiempos de cocción similares a un horno eléctrico. Se consigue freír, cocer, hervir y vaporizar.
Steamer solar, una cocina solar indirecta con tubos evacuados sin reflectores
El Steamer Solar no usa reflectores sino que concentra la energía solar creando vapor de un área de colector relativamente grande y aplicándola a un área de cocina más pequeña. El sistema de cocina indirecta permite el diseño de un sistema Split donde el colector solar térmico puede colocarse a alguna distancia del lugar de cocina. La cocina no está expuesta al sol y puede usar el steamer en una posición conveniente.

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