Proyecto Elaboración de Un Horno Solar

 

República Bolivariana de Venezuela ETA “Manuel Palacio” Municipio Obispo Estado Barinas

Elaboración de un horno a base de energía solar.

Profesora: María Hincapié

Integrantes: Pérez Miguel Rangel Kari Viera Karla  Azuaje Mailyn Esquerra José Ángel

Julio, 2016.

 

República Bolivariana de Venezuela ETA “Manuel Palacio” Municipio Obispo Estado Barinas

Elaboración de un horno a base de energía solar.

Julio, 2016.

 

AGRADECIMIENTO  A Dios Todopoderoso por darnos la sabiduría, paciencia, fe y ayuda incondicional.  A la Escuela Técnica Robinsoniana Zamorana “Manuel Palacios” por abrirnos las puertas para lograr un desarrollo académico en nuestros estudios.  A la Profesora María Hincapié por su valorable ayuda, apoyo y estímulo permanente durante nuestros estudios.  A todas aquellas personas que de una forma u otra han colaborado en la realización de este proyecto.

 

Dedicatoria  Al lograr culminar esta meta queremos dedicar con mucho cariño y aprecio a nuestros Padres quienes con su esfuerzo, estímulo, orientación nos han apoyado en los estudios y a cumplir nuestras metas.  A nuestros Amigos, Hermanos y demás familiares que de una u otra forma nos han ayudado para seguir adelante, y poder ejercer y trasmitir los conocimientos adquiridos en el futuro, y la satisfacción de haberlo logrado.  Al Ambiente, pues Dios lo creo para que todos los cuidemos y conservemos.

 

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 además de cocinar, poder desinfectar material médico. Para su diseño empleamos 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. Por último, decir que es muy necesaria 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.

 

INTRODUCCIÓN  A medida que avanza ava nza el tercer milenio, la necesidad de generar nuevos modos de pensar y de actuar de cara a los desafíos del desarrollo sostenible se hace cada vez más urgentes. Una propuesta inmediata es la realización de hornos o cocinas solares dirigidos a las comunidades, con el propósito de lograr una mejor protección del medio ambiente. En todo el mundo, los hornos solares o "cocinas solares" se empiezan a utilizar con más frecuencia para reducir el uso de leña y otros combustibles. Incluso si cuentas con electricidad, un horno solar puede ser una adición eficiente a los utensilios de cocina y te permitirá ahorrar mucha energía. Normalmente se asocia energía solar con la alta tecnología y con procesos técnicos complicados. Con el fin de mostrar lo accesible y cotidiano que puede resultar la energía solar, indicamos aquí la manera de fabricar con materiales fácilmente disponibles, un horno que cocina exclusivamente con energía solar  cualquier tipo de alimento. Este modelo de horno solar puede ser especialmente útil para personas de escasos recursos que viven en zonas cálidas con abundante Sol.

 

Problema  A nivel mundial son unos dos mil millones de personas las que se alimentan con comida cocinada con leña por no tener un energético alternativo, y el resto de la gent ge nte e con consu sume me alim alimen ento toss coc cocin inad ados os co con n gas LP o gas na natu tura ral.l. Cien Ciento toss de personas se acciden accidentan tan cada año por quemad quemaduras, uras, intoxicac intoxicaciones iones o explosi explosiones. ones. El continente continente africano depen depende de de la madera y el carbón de leña para la cocina y la calefacción calefacción domésticas. En el 2000, casi 470 mill millones ones de tonela toneladas das de madera fueron consumidas solamente en hogares del África Subsahariana en forma de leña y carbón vegetal, ¡más madera «per cápita» que en cualquier otra región en el mundo! Cerca de dos millones de personas, principalmente mujeres y niños, mueren prematuramente cada año en el planeta, de enfermedades respiratorias causadas por la polución de tales fuegos (quemas). La escasez de combustible hiere a las mujeres, puesto que la responsabilidad está en ellas para encontrar  soluci solu cion ones. es. La di disp sponi onibi bililidad dad de dell co comb mbus ustitibl ble e af afect ecta a há hábi bito toss de co cocci cción ón 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.  Algunos estudios plantean plantean que el humo de fuego de madera usada para cocinar  cocinar  causará aproximadamente 10 millones de muertes prematuras entre mujeres y niños hacia el 2030 en África, y descargarán al medio ambiente unos 7 mil millones de toneladas de carbono en forma de gases de efecto invernadero para el 2050, alrededor del seis por ciento del total esperado para el continente. Los desór de sórde denes nes re resp spir irat atori orios os de la lass mu muje jeres res se liliga gan n a la ex expos posic ició ión n al humo, humo, resultado de la cocción doméstica. Sin embargo, las enfermedades respiratorias en las mujeres, quedan a menudo sin tratamiento.  Este problema puede ser resuelto, y esas millones de muertes pueden evitarse si se emplean cocinas solares, como las que se presentan en este proyecto y así, con el uso de la energía solar se pretende evitar la contaminación del medio ambiente.

 

La energía solar, que como se ha visto presenta grandes ventajas como la utilización de un recurso energético abundante en nuestro país y la disminución de la emisión de gases de efecto invernadero, se puede aprovechar por captación térmica, que permite la transformación de la radiación solar en energía calorífica, o por captación fotovoltaica, que transforma la radiación solar en energía eléctrica. A su vez los sistemas de captación térmica pueden ser pasivos, sin el concurso de el elem emen ento toss me mecá cáni nico cos, s, o act activ ivos os,, co con n util utiliz izac ació ión n de dich dichos os elem elemen ento tos. s. La solarización, por ejemplo, es un método físico que aprovecha la energía solar de forma pasiva. Un método físico que aproveche la energía solar con sistemas activos activ os para tratamientos tratamientos térmicos de suelos de invern invernadero, adero, puede disminuir las limitaciones de otros sistemas físicos como la solarización o el tratamiento con vapor de agua por las siguientes razones: se puede disminuir el tiempo invertido en procesos de solarización, se puede aplicar en meses no hábiles para la solarización, se minimiza el impacto ambiental de los tratamientos con vapor al eliminar el uso de combustibles fósiles.

Objetivos del proyecto. Objetivo General. Proponer la confección de hornos solares dirigidos a la comunidad Banco Arañero, donde está implantada la ETA Manuel Palacio en el Municipio Obispos del Estado Barinas.

Objetivos específicos. - Realizar un estudio sobre los beneficios que suponen las cocinas solares. - Analizar la física de las cocinas y su funcionamiento. - Analizar ventajas y desventajas con respecto a las ya existentes. - Diseñar la implantación de los hornos o cocinas solares hoy día.

Justificación Uno de los principales problemas hoy en día a nivel mundial es el cambio climático y la eficiencia energética, el intentar depender lo menos posible del crudo, por esta razón se están buscando nuevas fuentes de energía alternativas que no sean

 

perjudiciale perjud icialess para el medio ambiente. Una de estas fuentes altern alternativas ativas es el sol, del cual podemos obtener energía de diferentes formas. El horno solar es un aparato que se hace con el fin de ahorrar energía, puede sustituir a las parrillas o incluso a la estufa y evita el uso de hidrocarburos hidrocarburos que  que contam con tamina inan n

altame altamente nte la

tierr rra a pro rovvoca ocand ndo o

efecto

Inver ern nader ero o

y

ot otrros

contaminantes. Unos de los problemas problemas más  más sobresalientes es el calentamiento global global de  de la tierra tierra y  y la contaminación  contaminación po porr hidro hidrocar carbu buros ros fo form rmad ados os por hidrogeno hidrogeno y  y oxigeno oxigeno  que en combinación con otros elementos nos dan metano y metano y dióxido de carbono carbono cuyas  cuyas propiedades son mantener el calor   de de un lugar y en este caso el de la tierra originando así un efecto invernadero invernadero.. Una de las soluciones soluciones para  para evitar el uso de hidrocarburos y otros contaminantes es el horno solar que funciona a base de la energía solar y no contamina con la quema de hidrocarburos.

Alcance

La introducción de una cocina solar en su estilo de vida, supone un avance 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. Vam Va mos a ana nallizar izar las las ve vent ntaj ajas as qu que e su supo pone nen n pa para ra ha hab bitan itanttes de pa paííse sess subdesarrollados el uso de una cocina solar. · SALUD - Ev Evit itar ar enf enfer erm medad edades es cr crón ónic icas as y mor orttales ales po porr los los alim limen ento toss y agu guas as 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.

 

- Pérdida de fertilidad del suelo. · ECONOMÍA - La cocina solar puede ser una herramienta útil para estimular el desarrollo econ económ ómic ico o en ár área eass po pobr bres es,, de dedi dica cand ndo o el dine dinero ro de dest stin inad ado o a carb carbón ón o a combustibles para cocinar en otros fines. - Secado solar de frutos.

Antecedentes de la Investigación En relación al presente trabajo se han realizado un conjunto de investigaciones inherentes a las variables en estudio, entre ellas se destacan las siguientes

Bases Teóricas Horno solar: Un horno solar es una estructura que usa energía solar   concentrada concentrada para producir altas temperaturas, usualmente para usos industriales. Reflectores parabólicos o parabólicos  o helióstatos helióstatos concentran  concentran la luz luz (de  (de insolación insolación)) sobre un punto focal focal.. La temperatura tempe ratura en el punto focal puede alcanz alcanzar ar los 3500 °C, y este calor puede ser  usado

para

generar electricidad, electricidad,

fundir acero acero,,

fabri rica carr comb combus ustitibl ble e

de

hidrógeno o hidrógeno  o nanomateriales nanomateriales.. El horno solar más grande es el horno solar de Odeillo Odeillo,, situado en Font-RomeuOdeillo-Via ( Odeillo-Via  (Pirin Pirineos eos Orient Orientales ales,, Francia Francia), ), y fue inau inaugu gura rado do en el añ año o 19 1970 70.. Emplea un conjunto de espejos planos para recolectar la luz del sol, reflejándola sobre un gran espejo curvo.

Usos del horno solar  Los rayos son enfocados sobre un área del tamaño de una olla y pueden alcanzar  una temperatura de 4.000 °C, dependiendo del proceso instalado, por ejemplo: 

 Aproximadamente 1000 °C para receptores metálicos produciendo aire caliente para la siguiente generación de torres solares como será probado en la central solar Thémis del Thémis del Proyecto Pegase.



 Aproximadamente 1400 ̊C para producir hidrógeno rompiendo moléculas de metano.

 



Hasta 2500 °C para probar materiales que serán usados en ambientes extremos

tales

como re react actore oress

nu nucl clea eare ress o

vehícul ulos os

es esp paciales

para reentradas atmosféricas atmosféricas.. 

Hasta 3500 °C para produci producirr nanomateriales nanomateriales por  por sublimación sublimación inducida  inducida solar  y enfriamiento controlado, tal como nanotubos nanotubos de  de carbono o nanopartículas de cinc cinc..

Se ha sugerido que los hornos solares podrían ser usados en el espacio espacio para  para proporcionar energía para usos industriales. Su dependencia de un clima soleado es un factor limitante como una fuente de ener energía gía ren renovab ovable le  en la Tierra Tierra  pe pero ro podr podría ía ser ser comb combin inad ado o con con sist sistem emas as de almacenamiento de energía termal termal para  para la producc producción ión de energía energía durant durante e días nublados o durante la noche.  A pequeña escala, el principio del horno solar está siendo usado para construir cocinas solares baratas y parrilladas parrilladas  solares, y para la pasteurización  pasteurización sol solar ar de agua. agua. En recien reciente te invest investiga igació ción n se con consta stató tó que un reflector está siendo construido en India India para  para ser usado en un crematorio crematorio.. Este reflector de 50 m2 generará temperaturas de 700 °C y reemplazará entre 200300 kg de leña leña usada  usada para una cremación.

Para la elaboración de nuestra cocina estudiaremos las características básicas de lo loss ray rayos os sol solar ares es (ra (radi diac ació ión, n, áng ángulo uloss de in inci cide denc ncia ia,, nu nubo bosi sida dad). d). Ta Tamb mbié ién n tendremos en cuenta la manipulación de los alimentos con el calor (conservación, cocinado). Exis Ex iste ten n do doss sist sistem emas as de coci cocina nass sola solare res: s: los los ba basa sado doss en el pr prin inci cipi pio o de acumulación y en el de concentración, y para cada sistema existen diferentes diseños. diseño s. Las de concentraci concentración ón se basan en dirigir todos los rayos captados hacia un mismo punto (foco) donde se colocará la cazuela. Las de acumulación se basan en acumular la energía solar a través del efecto invernadero en el interior de una caja donde se encuentran los alimentos.

 

También existen las cocinas mixtas que utilizan ambos métodos y las indirectas que utilizan el calor almacenado en un fluido térmico para calentar los recipientes. Nosotros nos referiremos a la cocina de acumulación por su fácil construcción.

El funcionamiento de nuestra cocina u horno solar consta en que el primer panel forrado de papel aluminio, encontrado inclinadamente a un lado de la caja refleja la luz y luz y la rebota hacia el interior de la caja donde se va concentrando el calor  poco a poco hasta generar una considerable considerable cantidad de calor en donde se van a poner a calentar los alimentos, los paneles forrados de aluminio en el interior de la caja también rebotan los rayos solares provocando un mayor calentamiento, el vidrio hace que el calor se concentre y no salga y el color   negro negro de toda la caja hace que se atraiga rápidamente el calor y eleve su temperatura, llegando así a temperaturas registradas de hasta 126 grados centígrados en la cocción de varios alimentos.

Ventajas y desventajas del horno solar. VENTAJAS. • El ho horn rno o sola solarr es un una a alte altern rnat ativ iva a para para dism dismin inui uirr el consumo consumo  de artícu artículos los contaminantes como los hidrocarburos que producen gases gases como  como el dióxido de carbono y el metano. • Es de bajo costo costo,, se puede usar casi en cualquier parte del mundo y utiliza materiales sencillos. • Produce una gran cantidad de calor la cual llega a cocer verduras o arroz y hasta se puede hornear pan. • Es muy usado en países pobres como Nepal donde no hay estufas o parrillas. • No contamina, pues funciona a base de rayos solares y no emite desechos de hidrocarburos, dióxido de carbono o metano. DESVENTAJAS. • Tarda de 1 a 3 horas en cocinar los alimentos, dependiendo del tipo de alimento. • No tiene la misma capacidad y tecnología tecnología que  que las estufas actuales. • La temperatura del horno solar depende de la intensidad de los rayos solares por  lo que no se podría usar muy efectivamente en los días fríos de invierno.

 

Proceso de diseño y construcción del Horno Solar. Material necesario: 1 – Dos cajas de cartón de diferente tamaño . La diferencia de tamaño entre las cajas debe ser tal que colocada una dentro de otra quede una diferencia de mínimo 4 cm entre todas las paredes a excepción de la entrada de ambas cajas, donde pueden tocarse. tocarse. El esquema puest puesto o a continuación continuación puede ilus ilustrar trar este punto. Se recomienda un tamaño mínimo de 40 cm del lado de la caja, aunque con cajas más pequeñas puede funcionar. 2- 1 Lámina de vidrio , de preferencia, o de plástico transparente de un tamaño un poco mayor que la apertura de la caja pequeña, pero más pequeña que la de la caja grande. 3- Pintura negra no tóxica o lámina o bandeja metálica de color negro mate. 4- Lámina de Cartón. (Ha de ser de un tamaño más grande que la boca de la caja grande). 5- Material aislante. Puede ser de cualquier tipo siempre que no sea tóxico y aguan ag uante te te temp mper erat atur uras as al alta tas, s, co como mo po porr ej ejem empl plo, o, la pa paja ja,, el co corch rcho, o, el pa papel pel arrugado, el poliestireno expandido, la lana, plumas. 6- Papel de aluminio 7- Pegamento no tóxico. Funciona a la perfección el engrudo y la cola Como herramientas: Cúter, tijeras, pegamento para papel o cartón, cinta adhesiva.

Proceso de montaje. - Co Colo locam camos os la ca caja ja gr gran ande de bo boca cabaj bajo. o. So Sobre bre el ella la po ponem nemos os la ca caja ja peque pequeña ña bocarriba bocarri ba centrada sobre la cara poste posterior rior de la caja grande. Se marca lla a silueta que hace la caja pequeña sobre la grande. Cortaremos con un cúter el fondo de la caja grande por las líneas marcadas de manera que la caja pequeña se pueda introducir en la caja grande quedando una cámara de aire entre las paredes de las dos cajas de al menos 4 cm. - Forra con el pegamento y el papel de aluminio todas las caras interiores y exteriores de la caja pequeña y todas las caras interiores de la caja grande, incluidas las tapas y los fondos. El procedimiento consiste simplemente en aplicar 

 

sobre la superficie de cartón previamente encolado la lámina de papel de aluminio. Se puede alisar con un paño para evitar que queden arrugas, aunque esto último no es importante. - Introduce la caja pequeña en el agujero que hicimos en la caja grande, hasta que las pestañas de la caja pequeña topen con la base de la caja grande - Corta el sobrante de las tapas de la caja pequeña para que ajusten con las paredes de la caja grande. Pega estas tapas en la caja grande para formar una única pieza o caja - Pinta de negro el interior del horno directamente sobre el cartón. También puedes introducir una bandeja o lámina de color negro mate en el fondo interior de la caja pequeña y forrar de papel de aluminio los laterales del interior del horno. La idea es que haya un elemento de color negro que transforme la luz en calor. - Coloca la caja del horno al revés y abre lo que era la entrada de la caja grande.  Al abrirlo tendrás acceso el espacio entre la caja g grande rande y la pequeña. Rellena el espac es pacio io ent entre re la lass pa pared redes es de la lass dos caj cajas as con ma mate teri rial al aisl aislan ante te.. Un Una a ve vezz rellenado todo este espacio, cierra las tapas con cinta adhesiva. Este aislante térmico sirve para que no se disperse el calor que se ha concentrado en el interior del horno. - Para confeccionar la tapa utiliza la lámina de cartón. Marca sobre ella los bordes exteriores e interiores de las paredes del horno. (Lo que eran las entradas de la caja grande y pequeña). Dobla y corta formando una tapa que ajuste con la entrada del horno y dejando a su vez una tapa abatible. Forra la tapa abatible por su cara interna con papel de aluminio en su parte más brillante. Si vas a utilizar plástico transparente, pégalo en la cara interior de la

 

tapa. Si usas vidrio, lo más recomendable es posarlo sobre la caja y poner sobre él la tapa. La tapa abatible reflect reflectante ante permite introducir un extra de energía solar  en forma de luz en el interior del horno solar. Por su parte el material transparente es el enca encarg rgado ado de pro provo voca carr el efect efecto o in inver verna nader dero o y con con ello ello au aume ment ntar ar la temperatura en el interior del horno. - Para mantener la inclinación adecuada de la tapa abatible y conseguir el ángulo correcto correct o que te permita introduc introducir ir más energí energía a solar al interior del horno, deberás fabricar fabric ar una varilla de soporte soporte.. Para ello toma un alambre alambre grueso, por ejemp ejemplo lo el de una percha, y dóblalo por sus extremos, en dirección opuesta, Los extremos del alambre se insertarán insertarán en los “túneles” de la capa intermedia intermedia del cartón corrugado corrugado que sale al exterior, uno en el cartón de la pestaña abatib abatible le y el otro en la base de la tapa. Si hemos cortado el cartón en un sentido no adecuado, basta con pegar tiras de cartón adicionales.

Recomendaciones de uso Para cocinar con el horno solar basta colocar una olla de color negro mate o de vidrio con la comida sin cocer en el interior del horno solar y sacar este al aire libre los días soleados. Deberá de orientarse el horno hacia el ecuador (Norte en el hemisferio Sur y Sur en el hemisferio Norte) o bien mirando al Sol. Si es posible, permanecer cerca del horno durante la cocción, es preferible esta última opción pues siempre captará captará la luz solar de forma óptima y todo se cocinará más rápido. Si se opta por orientar el horno mirando al sol, se deberá tener en cuenta que se deberá corregir la posición del horno cada 30 minutos o 1 hora para seguir al sol en su movimiento aparente por el cielo. Si no se va a estar cerca del horno se deberá optar por una orientación hacia el ecuador. Con ella se conseguirá de todas maneras una buena cocción de los alimentos. Tard Ta rda a ap apro roxi xim mad adam amen entte el do dobl ble e de tiemp iempo o en coc cocinar inar qu que e un una a es estu tuffa convencional pero con gasto cero en combustible.

 

La cantidad de alimento a cocinar depende de la intensidad de la luz solar. En países de clima mediterráneo y tropical es posible cocinar durante todo el año. En líneas generales en invierno se podrá cocinar menos cantidad que en verano. Puede alcanzar temperaturas superiores a los 100 grados centígrados, con lo que se debe deberá rá ma manej nejar ar co con n cu cuida idado do la lass ol olla lass (lo (loss ma mang ngos os de la lass olla ollass est estará arán n extremadamente calientes en el momento de sacarlos) Se puede cocinar cualquier tipo de alimento, con la ventaja de que nunca se quemarán quemará n ni se pegarán a la olla. También es posible potabili potabilizar zar el agua siempre que la contaminación no sea de origen químico.

Conclusiones. El horno solar es una alternativa para disminuir el uso de hidrocarburos que sueltan gran canti sueltan cantidad dad de conta contaminant minantes es y dañan la capa de ozono ozono,, es una fuente alternativa de energía al usar la energía solar   para para cocinar los alimentos, es de bajo costo, los materiales son muy sencillos de obtener y es muy eficaz, pues con una buena tecnología aplicada, buena elaboración y condiciones de uso llega alcanzar grandes cantidades de calor, lo único que nos hace falta es promoverlo en nuestro país y en todo el mundo, pues disminuiría la cantidad de contaminación expulsada al aire y la disminución de quema de combustibles.

 

Bibliografía  Acosta Rubio, José. Energía solar: utilización y aprovechamiento. Madrid: Madrid: Editorial Paraninfo, 1983. Obra de carácter  divulgativo.  divulgativo. Centro de Estudi Estudios os de la Energía Solar. La energí energía a solar: aplica aplicaciones ciones práctic prácticas. as. Sevi Se villlla: a: Prom Promot otor ora a Ge Gene nera rall de Es Estu tudi dios os,, 19 1993 93.. Ob Obra ra sobr sobre e las las dist distin inta tass aplicaciones de la energía solar. Mart Ma rtín ínez ez Ló López pez,, Fern Fernan ando. do. La ener energí gía a so sola larr com como o al alte terna rnatitiva va en energ ergét étic ica. a. Cartagena: F. Cantón Editores, 1995. Obra de carácter divulgativo. Fisher, Marshall. La capa de ozono. La Tierra en peligro. Madrid: McGraw-Hill Interamericana de España España,, 1993. Obra divulgativa sobre el deterioro de la capa de ozono.

 

Anexos