Cocinas Solares
Se tiene registro de cocinas solares desde el año 1767, año en el que el suizo Horace de Saussure construyó una caja solar que alcanzó los 87 ºC.
Para cocinar los alimentos no se necesita la potencia proporcionada por las cocinas convencionales (1500 W en un quemador de 15 cm 0,0315 m2 son unos 47.600W/m2).
Podemos disminuir la potencia y aumentar los tiempos de cocción. La potencia que proporcionan los rayos solares por exposición directa no es suficiente para cocinar, es por ello que utilizamos las cocinas solares para aumentar la densidad energética solar que recibe el alimento.
Se puede definir cocina solar como aquel dispositivo que utiliza la energía solar para lograr cocinar los alimentos a través de la concentración y/o acumulación de energía solar.
Cocinas de concentración
Consiste en redirigir los rayos solares recibidos en una superficie a otra de menor área mediante materiales reflexivos como espejos, láminas de metales pulidos o plásticos metalizados. Si esta energía se convierte en térmica utilizando materiales oscuros que absorban la radiación, se conseguirá cocinar alimentos.
Este tipo de cocinas sólo utiliza la radiación directa, por lo que funcionarán únicamente en días despejados. Se requiere una reorientación continua, cada 15 o 20 minutos para conseguir una temperatura alta y continua. Existen sistemas mecánicos de orientación aplicadas a algunas cocinas solares.
Para la reflexión y concentración de los rayos solares se pueden utilizar tres tipos de geometría en los reflectores: parábolas, conos y reflectores planos.
Parábola: Conjunto de puntos del plano que equidistan de un punto fijo, llamado foco, y de una línea recta llamada directriz. El eje de la parábola será la línea perpendicular a la directriz que pasa por el foco y vértice de la parábola.
En este caso, todos los rayos solares recibidos en el área de captación de una parábola hecha de material reflectante, se concentran en el foco. El área de captación de una parábola es la proyección de esa parábola en un plano perpendicular a los rayos solares.
En el caso de las cocinas solares, utilizan un paraboloide fabricado de material
reflectante, en cuyo foco se colocará un recipiente oscuro con el alimento a cocinar.
Son las cocinas que logran mejor nivel de concentración, logrando tiempos de cocción similares a las cocinas convencionales y alcanzando temperaturas superiores a 200 ºC.
Cono: En el caso de conos reflexivos, la radiación solar se redirige a una recta, el eje del cono. Si en la recta no hemos colocado un receptor para esos rayos solares, seguirán reflexionando en las paredes del cono hasta llegar al centro. En cada reflexión que se produce existen unas pérdidas dependiendo del material reflectante utilizado, por lo que esta geometría no es tan efectiva como el paraboloide.
Esta geometría no se utiliza prácticamente en cocinas solares por las pérdidas producidas en cada reflexión.
Reflectores planos: En este caso se colocan planos de material reflectante para modificar la dirección de los rayos solares hacia una zona determinada. Se consigue la concentración al utilizar varios de estos paneles dirigiendo los rayos solares hacia una misma zona. En este caso, de nuevo, el área de captación es la proyección del reflector en un plano perpendicular a los rayos solares.
Cocinas de acumulación
Consiste en acumular la energía solar a través del efecto invernadero en el interior de una caja donde se encuentran los alimentos.
Las cocinas solares de este tipo se las conoce como hornos solares, ya que realiza las mismas funciones que un horno. Consiste en una caja aislada con una ventana de vidrio orientada al sol.
La acumulación de la energía en los hornos solares se logra a través de dos formas simultáneamente:
? Utilizando materiales conductores y absorbentes de color negro mate. Los materiales absorberán la radiación y la parte que emite será en longitud de onda grandes, de forma que no atraviesen el vidrio. Estos materiales se usarán en el recipiente que contiene la comida y en una lámina en el fondo, elevada ligeramente del suelo. De esta manera calentaremos el aire del interior del horno.
? Aislando los laterales y el fondo de la caja se reducen las pérdidas de calor
acumulado. Para evitar las pérdidas por conducción y convección colocaremos
materiales aislantes como el corcho, papel de periódico o fibra de coco, y para evitar las pérdidas por radiación, colocaremos material reflectante en paredes y fondo del horno, evitando además que la humedad entre en contacto con el material aislante.
Para aumentar el aislamiento en la zona del vidrio, se coloca un doble vidrio, dejando una cámara de aire entre ambos. Esto tiene el inconveniente de que el porcentaje de radiación que entra se reduce.
En la mayoría de este tipo de hornos se alcanzan los 150 ºC, por lo que la cocción es lenta y no existe el riesgo de que los alimentos se quemen. Este tipo de cocina solar utiliza tanto la radiación difusa como la directa, pero las mayores temperaturas se alcanzan en días despejados.
Cocinas mixtas
La mayoría de las cocinas solares se valen de los dos métodos para conseguir altas temperaturas. Los hornos lo logran añadiendo reflectores exteriores, que por reflexión aumentan la densidad energética que atraviesa el vidrio. En la mayoría de los casos los reflectores son de tipo plano. En el caso de cocinas de acumulación, se logra introduciendo el recipiente con comida en otro recipiente acristalado o bolsa de plástico transparente que realice el efecto invernadero.
Cocinas indirectas
Las cocinas indirectas aprovechan la energía solar almacenada en un fluido térmico para calentar los recipientes.
El sol calienta un fluido térmico (aceites generalmente) a través de unos colectores solares y se almacena en un depósito aislado. Cuando se necesita cocinar, el fluido se bombea hacia las cocinas. Las cocinas deben estar lo más cerca posible del depósito para evitar pérdidas mecánicas.
Este tipo de cocinas son más complicadas de diseñar y tienen un alto precio. Se utilizan para hospitales o centro con comedores comunes para mucha gente. Gracias al almacenamiento, se puede cocinar en cualquier momento de manera similar a como se hace en una cocina convencional.
Recipientes
Al hablar de cocinas solares, se debe tener en cuenta que el recipiente que contiene los alimentos debe ser adecuado. Para ello, los recipientes deben cumplir ciertas condiciones:
? El material debe ser metálico, ya que son buenos conductores de calor para transmitir el calor a los alimentos de su interior.
? El color debe ser negro, ya que es el color que mejor absorbe la energía que recibe. Para ello podemos pintarla con pintura negra mate anticalórica sin plomo, o bien con negro de humo.
? La tapa es un elemento muy importante para mantener el calor. Algunas cocinas solares son lo suficientemente potentes como para cocinar sin ella, pero otras necesitan la tapa para mejorar el rendimiento o bien para disminuir el tiempo de cocinado. Ésta también evita que la evaporación del agua de los alimentos condense en el vidrio de los hornos solares, el cual disminuye la proporción de energía que entra en el horno.
Modelos de cocinas y hornos solares
Cocina solar plegable: Variante al modelo anterior, que gracias a su construcción permite desmontarlo y plegarlo en forma de maletín. La altura interior se reduce a unos pocos centímetros respecto al anterior.
Sunstar: Horno de caja mejorado con cuatro reflectores plegables. Alcanza los 150 ºC.
Cocina 30º/60º: Horno solar realizado en madera que recibe este nombre debido a las dos inclinaciones que puede tomar, 30º y 60º. Esto permite aprovechar mejor la energía a pesar de la variación de alturas del sol. Llega a alcanzar temperaturas del orden de 180 ºC.
Panel solar Bernard: Se trata de una cocina solar portátil, muy ligera y sencilla. Se construye con una serie de cortes en una caja rectangular de cartón y forrando el interior de un material reflectante. Se necesita una bolsa de plástico transparente o cuenco de vidrio que proporcione efecto invernadero. Debido a su tamaño, permite cocinar poca cantidad de comida, para una persona aproximadamente. Supera los 100º C de temperatura.
Panel de doble orientación (hot-pot): Este diseño permite, a través de un enganche, tener de dos orientaciones para aprovechar la luz solar en diferentes latitudes. Se construye de manera similar a la anterior y de nuevo es necesario una bolsa de plástico transparente o un cuenco de vidrio para conseguir el efecto invernadero.
Cocina solar cónica instantánea: Cocina construida a partir de un parasol de coches. Se da forma cónica al parasol y se coloca un recipiente oscuro dentro de una bolsa de plástico transparente. Es capaz de alcanzar los 170ºC. Su desventaja consiste en conseguir un parasol con material reflexivo en algunos países.
Otros modelos: En el Mercado se pueden encontrar muchos modelos distintos de hornos y cocinas solares para diversos usos, pueden ser portatiles o pueden ser tan grandes que se necesita de un remolque para poder moverlos, pueden alcanzar temperaturas de hasta 1020ºC y con precios que oscilan entre los 20? y los 8000?.
Ejemplo sencillo de construcción de horno de caja:
Materiales:
-Aislante: Fibra de coco, hojas secas, papel de periódico, cartón, lana.
-Carcasa o cuerpo: Cartón, madera, chapa.
-Reflector: Papel de aluminio, bolsas de patatas fritas, cartón de leche, latas de refresco (estos tres últimos al revés)
-Ventana: Cristal o vidrio, plástico translucido.
Materiales y herramientas de construcción:
-Método de fabricación y montaje: Totalmente manual y artesanal.
-Herramientas de corte: Tijeras, cuchilla, corta vidrios.
-Herramienta de ensamblaje: Pegamento blanco, pegamento de papel, silicona anti-moho.
1.- El horno:
Lo primero y fundamental es encontrar dos cajas de cartón. La pequeña será el espacio útil para cocinar, por lo que se partirá de esta caja. Se buscará que sea lo más baja posible y de forma rectangular. La caja grande debe albergar a la pequeña y debe sobrar al menos 5 cm por cada lado estando la caja pequeña dentro de la grande. El carton grande debe ser mayor que la base de la caja grande.
Forrar el interior de la caja pequeña con el papel de aluminio dejando la cara más brillante al descubierto, para lo cual se utilizará la cola blanca o pegamento de barra (la cola se puede diluir en agua o bien utilizar tal cual).
Colocar la caja pequeña sobre un cartón grande y marcar el contorno con el lápiz. Con la cuchilla cortar por la marca. Realizar la misma operación sobre la base de la caja grande. Introducir la caja pequeña sobre la caja grande de manera que el agujero de la base coincida con la parte superior de la caja pequeña y pegar las solapas a la base.
Rellenar los huecos con el aislante, teniendo en cuenta que NUNCA debemos usar
poliespán o corcho blanco (se degrada a partir de los 100 grados produciendo gases combustibles). Los aislantes serán; Fibra de coco, cartón y papel de periódico. Una vez completado su relleno, proceder a su cierre con la cinta de embalar.
Pintar la chapa de metal de negro. Ésta será la base sobre la que colocaremos los
recipientes dentro del horno.
2.- La tapa:
Colocar el horno sobre la tapa y marcar el contorno con el lápiz. Doblar el cartón por las marcas asegurándose que encaja con el horno y utilizando la cinta de embalar sujetar las esquinas. Colocar los dos cristales, uno por la parte de arriba de la tapa y otro por la parte de abajo colocando un cordón de silicona continuo para su sujeción por cada cristal.
3.- Reflector:
Marcar con lápiz la tapa. Trazar con el lápiz una paralela a uno de los lados más largos, a 5 o 10 cm de distancia. Cortar con la cuchilla por las marcas dejando la línea paralela interior sin cortar. Doblar por esta línea y pegar con cinta de embalar a la tapa. La parte que toca al horno se forrará con papel de aluminio.
4.- Antes del primer uso:
Importante: Antes de utilizarlo por primera vez, cerrar el horno y colocarlo al sol dejándolo que coja temperatura. Dejarlo una hora y abrirlo para que ventile. Repetir de nuevo la operación para eliminar los gases que expulsan la silicona y la pintura.
Fuente: Departamento de Máquinas y Motores Térmicos. Director de la investigación: Dr. M. Félix Mendia Urkiola. Equipo Investigador: J. Imanol Madariaga Longarai, Xabier Gaztañaga Galarraga, Raúl Larriba Bartolomé
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