Cocina Solar

Maestría en Energías En ergías Renovables y Eficiencia Energética

Aplicaciones Aplicaciones fototérmicas a baja temperatura Cocinas Solares Curso: Fundamentos de Energía Solar Alumno: Juan Omar Molina Fuertes Prof. Dra. Mónica Gómez

CONTENIDO 1. Introducción 2. Tipo Tiposs de cocin ocinas as solar olares es 3. Principi ipios de diseño 3.1 Ganancia de calor 3.2 Perdida de calor 3.3 Almacenamiento de calor 3.4 Materiales 4. Normas internacionales de ensayos de CS 5. Generalidades en el uso de la cocina solar 6. Realidad local 7. Realidad internacional 8. Conclusiones

1. INTRODUCCION INTRODUCCION Las tecnologías renovables requieren de una cultura de uso donde la tecnología sea práctica práctica y sencilla de tal forma que el usuario se apropie  apropie  y la incorpore a su cultura de vida.

2.TIPOS DE COCINAS SOLARES Hay dos maneras de utilizar la energía solar para cocinar: la concentración y la acumulación. acumulación. Para cocinar alimentos con las cocinas solares no se necesita temperaturas tan altas como con las cocinas convencionales. Con temperaturas más bajas y mayores tiempos de cocción se consigue el mismo resultado. Las cocinas solares se utilizan para aumentar la cantidad de calor que reciben los alimentos. Entre los tipos de cocinas se destaca:

   

Cocinas de acumulación u hornos solares Cocinas de concentración Cocinas mixtas Indirectas

Cocinas de acumulación u hornos solares. Es una caja aislada con un vidrio para realizar el efecto invernadero. El calor se acumula en el interior, donde se coloca la olla negra. Para acumular el calor en este tipo de hornos solares: 

El recipiente que contiene la comida y la chapa metálica del fondo del horno deben ser negros para absorber mejor el calor.



Hay que aislar los laterales y el fondo de la caja para evitar que se pierda calor. Se puede usar corcho, papel de periódico o fibra vegetal seca. También se coloca papel de aluminio en las paredes para reflejar la luz. Asimismo, se puede poner un doble vidrio para mejorar el aislamiento.

Cocinas de concentración Reflejan toda la luz que llega a una gran superficie hacia la olla o sartén (foco de la cocina). Así se consiguen altas temperaturas en poco tiempo y se puede incluso freír como en las cocinas convencionales. No funcionan cuando el cielo está nublado. Como el sol se mueve hay que reorientar  la cocina hacia el sol cada 20 o 30 minutos (algunos modelos tienen sistemas automáticos de orientación).

Fuente: Imágenes ,http://www.solarcooking.com/

Cocinas mixtas Son combinaciones de las dos anteriores. En la cocina de acumulación, se coloca al menos un reflector. En la cocina de concentración, se introduce el recipiente que contiene el alimento en otro acristalado generando el efecto invernadero en su interior.

Fuente: Imágenes ,http://www.solarcooking.com/

Cocinas indirectas Acumulan la energía en un fluido térmico.

3. PRINCIPIOS FISICOS DE DISEÑO 3.1 GANANCIA DE CALOR

EFECTO INVERNADERO: es el resultado del aumento de temperatura al interior de la caja con cubierta de vidrio debido a dos razones, el vidrio es transparente a la radiación solar en el rango visible, por tal motivo, la radiación solar pasa sin dificultad al interior de la caja, y es opaco en el rango infrarrojo, por este motivo, la radiación infrarroja emitida por los cuerpos calientes al interior de la caja, queda atrapada en su volumen creándose una trampa de calor.

Fuente: Solar Cookers

ORIENTACIÓN DEL CRISTAL: Cuanto más directamente se encare el cristal al sol, mayor será la ganancia del calor. Aunque el cristal es del mismo tamaño en la caja 1 y en la caja 2, el sol brilla más a través de la caja 2 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.

Fuente: Solar Cookers International

REFLECTORES, GANANCIA ADICIONAL: Uno o múltiples reflectores hacen rebotar una luz solar adicional a través del cristal y dentro de la caja solar. Esta mayor entrada de energía solar produce temperaturas más altas en la cocina.

Fuente: Solar Cookers International

3.2 PERDIDA DE CALOR El calor dentro de una cocina solar se pierde por tres vías fundamentales: o

o o

CONDUCCIÓN RADIACIÓN CONVECCIÓN

CONDUCCIÓN: El asa de una olla de metal puesta en una cocina o fuego se calienta gracias a la transferencia de calor desde el fuego a través de los materiales de la cacerola hacia los materiales del asa. En el mismo sentido, el calor dentro de una cocina solar se pierde cuando viaja a través de las moléculas de las hojas de aluminio, el cristal, el cartón, el aire y el aislamiento, hacia el aire fuera de la caja.

RADIACIÓN: todo cuerpo a una temperatura mayor a la del ambiente donde se encuentra, irradia calor a su alrededor. Esto sucede en la cocina con las ollas, placa absorbente y comida. Aunque los vidrios transparentes atrapan la mayoría del calor radiante, un poco escapa directamente a través del vidrio. El cristal atrapa el calor radiante mejor que la mayoría de los plásticos.

Fuente: Solar Cookers International

CONVENCIÓN: Las moléculas del aire caliente salen de la caja a través de la puerta, rendijas de la cobertura, y demás imperfecciones. Lo mismo sucede con la entrada de aire frio, por ello, su construcción debe asegurar un alto grado de hermeticidad para no afectar el funcionamiento de la cocina.

Fuente: Solar Cookers International

3.3 ALMACENAMIENTO DE CALOR Cuando la robustez de la cocina solar aumenta, la capacidad de la caja de mantener el calor se incrementa. La energía entrante se almacena como calor en los materiales pesados, retardando que el aire de la caja se caliente. Estos materiales densos, cargados con calor, irradiarán ese calor dentro de la caja, manteniéndola caliente durante un largo periodo de tiempo aunque el día se acabe.

    l    a    n    o    i    t    a    n    r    e    t    n    I    s    r    e     k    o    o    C    r    a     l    o    S   :    e    t    n    e

3.4 MATERIALES MATERIAL DE CUBIERTA

FUENTE: Adaptado del libro de la Red Iberoamericana de Cocción de Alimentos (RICSA)

MATERIALES REFLECTIVOS Para aplicar la conversión térmica de la energía solar a la cocción de alimentos y a otros equipos como destiladores, debe considerarse en el diseño, el uso de concentradores de radiación, ya que sin éstos difícilmente pueden alcanzarse las temperaturas requeridas.

FUENTE: Solar Cooking.

MATERIALES AISLANTES TERMICOS

ACUMULADORES DE CALOR SENSIBLE Mediante el uso de acumuladores, es posible ubicar el horno bajo techo  y el sistema de colección solar al aire libre. De esta forma, en el sistema de colección se calienta el acumulador, que luego es trasladado a la zona de cocción. Estos sistemas cuentan con la ventaja adicional de que también puede desplazarse en el tiempo el uso de los acumuladores para la elaboración de los alimentos.

4. NORMAS INTERNACIONALES DE ENSAYO DE CS SOCIEDAD AMERICANA DE INGENIEROS AGRÓNOMOS (ASAE S580) El objetivo de esta norma, es meramente comparativo, basándose en los datos de rendimiento que se desprenden de los valores de potencia desarrollados por cada dispositivo.

OFICINA DE NORMAS DE LA INDIA Aunque inicialmente y a causa del desarrollo de la cocina de caja en la sociedad india, la norma esté dirigida a dicho modelo, su principio de cálculo de rendimiento  permite utilizar esta norma para obtener rendimientos de cualquier dispositivo de cocción y poder realizar una comparativa real de los rendimientos de las cocinas.

COMITÉ EUROPEO DE INVESTIGACIÓN SOBRE LA COCINA SOLAR. PRUEBA ESTÁNDAR (ECSCR) El estándar propuesto por el Comité Europeo de Investigación sobre la cocina solar (ECSCR) da un paso más adelante a la hora de conocer el alcance de estudio de estos dispositivos. Esta norma tiene un alcance más amplio que los ensayos expuestos hasta ahora, gran parte de su estudio se centra en la observación de ciertos factores que hasta este momento no habían sido tenidos encuentra a la hora de calcular eficiencia energética de cada cocina. Los nuevos factores que se deben estudiar van desde la seguridad del propio dispositivo hasta su facilidad de uso, pasando por su durabilidad o la relación coste/amortización. Muchos de estos factores pueden ser considerados como subjetivos, pero son de gran ayuda a la hora de realizar una comparativa eficaz entre cocinas solares encuadradas en diferentes grupos de funcionamiento (concentración/acumulación).

PROTOCOLO DE ENSAYO DE COCINAS SOLARES DE LA RED IBEROAMERICANA DE COCCIÓN SOLAR DE ALIMENTOS El protocolo ha sido adoptado por la RICSA teniendo en cuenta la bibliografía existente y tratando de indicar un método universal confiable, que permita evaluar las mejoras realizadas en nuevas cocinas solares o comparar el desempeño entre distintos modelos entre si. La evaluación de las cocinas solares se viene realizando desde varios años y se han propuesto diversos métodos. Existe la evaluación de los aspectos de ergonomía, seguridad, mantenimiento, y por otro lado, la evaluación del comportamiento térmico. En la evaluación de las cocinas solares presentadas a un concurso, se tiende a otorgar valores a cinco aspectos fundamentales: Simplicidad de construcción (materiales disponibles localmente, facilidad de autoconstrucción, …)  Operación (capacidad útil, manipulación de la cocina, manipulación de los utensilios, …).  Estética (forma-función, proporción entre los elementos, combinación de materiales, color).  Costo (costo de materiales, horas de mano de obra, vida útil, costo de mantenimiento, posibilidad de ser 

reproducido).



Diseño-cultura (comunicación: transmite cuales la función?, forma y contexto: medio rural, paisaje, etc.

PROCEDIMIENTO TÉCNICO DE LOS ENSAYOS 1. Descripción física de la cocina. 2. Ensayos sobre aspectos ergonómicos y de seguridad. o Aspectos de seguridad Aspectos ergonómicos (humano-máquina-ambiente) o 3. Aspectos de calidad y mantenimiento 4. Aspectos de uso y mantenimiento ENSAYOS PARA EVALUAR EL COMPORTAMIENTO TERMICO Condiciones ambientales bajo las cuales realizar los ensayos

a) La temperatura ambiente debe permanecer entre 15 y 35C. b) La radiación solar >700W/m2 en el plano del colector. Si no fuera así, se deberían indicar especialmente. c) La fracción de radiación difusa respecto a la radiación global deberá ser < 20%. d) La orientación hacia la posición del sol, debe realizarse cada 15 a 30 min. e) La velocidad del viento debe indicarse siempre, y de ser posible las experiencias deben efectuarse cuando tal velocidad sea de 1m/s  como máximo. f) Los test deben ejecutarse entre las 10 y las 14 horas solar. La razón es que el ángulo cenital es prácticamente constante cerca del mediodía y por ende durante el ensayo.

Experiencia de ensayo de cocina solar CER-UNI

comportamiento de las temperaturas de placa de la Cocina Solar, del agua en proceso de cocción en el interior de la cocina solar, del ambiente externo y de la radiación solar con respecto del tiempo durante el día 10 de Febrero del 2015. 160

1400

Temperaturas , Radiacion Solar vs Tiempo

140

1200     )    2

120

   m 1000     /

    )    C     °     ( 100    a    r    u    t 80    a    r    e    p    m 60    e    T

800 600 400

40

200

20 0

0         0         4       :         9         0

        0         0       :         0         1

        0         2       :         0         1

        0         4       :         0         1

        0         0       :         1         1

        0         2       :         1         1

        0         4       :         1         1

        0         0       :         2         1

        0         2       :         2         1

        0         4       :         2         1

        0         0       :         3         1

        0         2       :         3         1

        0         4       :         3         1

        0         0       :         4         1

        0         2       :         4         1

        0         4       :         4         1

        0         0       :         5         1

        0         2       :         5         1

        0         4       :         5         1

        0         0       :         6         1

        0         2       :         6         1

        0         4       :         6         1

Tiempo (HH:mm)

Tplaca (°C)

Tagua (°C)

Tamb (°C)

Rad (W/m²)

   w     (    r    a     l    o    S    n    o     i    c    a     i     d    a    R

RESULTADOS DEL ENSAYO o

o

o

La cocina solar, presenta una potencia media estándar de cocción de 51.09 W.

La cocina solar demoro 4:15 horas en bajar la temperatura del agua de 100°C hasta 80°C, lo que nos muestra que su comportamiento térmico es adecuado para dejar en el interior el agua y poder ser utilizada posteriormente para procesos de alimentación o limpieza en las actividades del usuario. Para nuestro laboratorio el valor encontrado de F1=0.05 nos indica que hay un equilibrio entre la transmitancia óptica y el nivel de perdidas térmicas en el sistema de la Cocina Solar en evaluación.

5. GENERALIDADES EN EL USO DE LA CS

PORQUE COCINAR CON EL SOL?

INTERROGANTES FRECUENTE SOBRE COCINAS SOLARES

Que se puede cocinar con el Sol Es necesario añadir agua? En que épocas del año se puede cocinar? En que momento del día puede usarse? Cuanto se tarda en estar lista la comida?

Factores que afectan a la velocidad de preparación en una cocina solar

Una cocina solar, en condiciones normales, alcanza temperaturas entre 82-121°C o mayores. Dado que la comida suele hacerse a 82-91°C estas temperaturas son suficientemente altas como para cocinar completamente la comida, pero no tanto como Para quemar, resecar o dañar los nutrientes.

6. REALIDAD LOCAL

COCINAS SOLARES INSTALADAS, MINEM,2004

FUENTE: Adaptado de: El Perú y Cambio Climático, 2010, MINAM

COMBUSTIBLES DE MAYOR USO EN PERU

Fuente: Adaptado de, Acces a la Energía en el Perú,

OBJETIVOS DE DESARROLLO (2013-2022) OSINERGMINFISE,2014 TECNOLOGIAS MADURAS EN EL PERU Tecnología madura: Dícese de la tecnología que ha alcanzado su “nivel de rendimiento adecuado” en términos de performance y costo para su incorporación a todo tipo de proyectos-MIT Technology Review 2010. FUENTE: Adaptado de, Propuesta Metodológica para el logro del acceso universal a la Energía,

La Universidad Nacional del Santa en Chimbote, con financiación de una asociación de obreros católicos del Obispado de Passau en Alemania, distribuyo gratuitamente a fines de 1994 cien cocinas solares en "pueblos jóvenes" (barrios marginales) de Chimbote y ha monitoreado durante un año su uso. Las cocinas eran de fabricación alemana y denominado modelo SK12), con el reflector parabólico de aluminio altamente reflejante, a un costo de $ 500.

http://www.ayni.org.pe/

https://intiarequipa.wordpress.com/

http://www.sierraproductiva.org

http://cuscosolar.org/cecade

7. REALIDAD INTERNACIONAL

WEBs donde comprar una CS: - Al Sol - Id Cook - Booix - Ecomarket - Ecoment - Ecovidassolar - Fadisel - Olotuki - TaerSolar - Solarville - Taniwasun - Terra - Yecoy - …, Etc.

http://www.idcook.com/

http://www.olokuti.com/

La ONG Círculo Solar a distribuido 3.000 cocinas solares en Tanzania. http://solarcooking.wikia.com/wiki/Most_significant_solar_cooking_projects

El equipo de la Fundación Suiza ADES  comenzó su programa de cocina solar en Madagascar en 2001. Para el año 2012, han enseñado a la gente de Madagascar a construir y utilizar más de 50 000 cocinas solares, reduciendo el consumo de madera local en un 65%. Más detalles sobre el programa de ADES '. Lección aprendida: Realización de una inversión a largo plazo con las comunidades mejora la continuación del uso de cocinas solares. La organización francesa Bolivia IntiSud Soleil en el 2008, capacitó alrededor de 1800 nuevos cocineros solares. A finales del 2011, había distribuido más de 16.000  cocinas en los países andinos de Bolivia, Chile, Perú y Argentina, beneficiando a 80 000 personas en las comunidades allí. Puno, Perú: 3 835 cocinas solares desde 2001. Arequipa, Perú: 3 533 cocinas solares desde 2005. FUENTE http://solarcooking.wikia.com/wiki/Bolivia_Inti-Sud_Soleil#Recent_news_and_developments

http://solarcooking.wikia.com/wiki/CEDE

8. CONCLUSIONES 

El uso de la cocina solar es una alternativa tecnológica de mucha importancia por la multiplicidad de beneficios que traería su diseminación masiva.



El uso de las cocinas solares en el medio rural está limitado porque en las horas de cocción las personas están en el campo.



Hay desconocimiento de la población respecto a esta tecnología de cocción, falta más difusión y educación. Faltan campañas de información por parte del estado



Los inconvenientes en la transferencia tecnológica están en la parte cultural y social.

9. REFERENCIAS       

http://www.mueller-solartechnik.com/WBTSC103.htm http://solarcookers.org/ http://www.solarcooking.com/ MINAM, El Perú y el Cambio Climático, 2010. http://solarcooking.wikia.com/wiki/Solar_box_cooker OSINERGMIN, Proyecto FISE, Propuesta metodológica para el logro del acceso universal de la energía en el Perú, 2014. RICSA, Libro de Cocción Solar, cap. 1-8, Argentina, 1999