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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Hornos solares. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía El uso exitoso de hornos solares (estufas) se observó en Europa y la India ya en el siglo XVIII. Las cocinas y hornos solares absorben la energía solar, convirtiéndola en calor, que se acumula dentro de un espacio cerrado. El calor absorbido se utiliza para cocinar, freír y hornear. La temperatura en un horno solar puede alcanzar los 18 grados centígrados. Los hornos solares vienen en diferentes formas y tamaños. A continuación se muestran algunos ejemplos: horno, horno concentrador, reflector, vaporizador solar, etc. Con toda la variedad de modelos, todas las estufas capturan el calor y lo mantienen en una cámara aislada térmicamente. En la mayoría de modelos, la luz solar incide directamente en los alimentos. hornos solares de caja Los hornos solares tipo caja constan de una caja bien aislada, pintada de negro por dentro, en la que se colocan recipientes negros con comida. La caja está cubierta con una “ventana” de dos capas, que permite que entre la radiación solar y retiene el calor en el interior. Además, se le adjunta una tapa con un espejo en el interior que, plegada, potencia la radiación incidente, y cerrada mejora el aislamiento térmico del horno.
Las principales ventajas de los hornos solares de caja:
Son relativamente económicos (en comparación con otros tipos de hornos solares). Por supuesto, también tienen algunos inconvenientes:
Debido a sus ventajas, los hornos solares de caja son el tipo más común de hornos solares. Los hay de distintos tipos: de producción industrial, artesanal y casera; la forma puede parecerse a una maleta plana o a una caja ancha y baja. También existen hornos estacionarios fabricados en barro, con tapa horizontal (en regiones tropicales y subtropicales) o inclinada (en climas templados). Para una familia de cinco personas, se recomiendan modelos estándar con un área de apertura (área de entrada) de aproximadamente 0,25 m2. También hay a la venta versiones más grandes de estufas: 1 m2 o más. Recomendaciones para la construcción de hornos solares Dado que el calor absorbido por la superficie interior de la caja debe transferirse a las cacerolas, el mejor material para la caja es el aluminio, que tiene una alta conductividad térmica. Además, el aluminio no está sujeto a corrosión. Por ejemplo, una caja de acero, incluso con un revestimiento galvanizado, no puede soportar el ambiente cálido y húmedo dentro del horno durante mucho tiempo durante el proceso de cocción. Las láminas de cobre son demasiado caras. No se deben fijar en el exterior de la caja piezas metálicas que puedan crear puentes térmicos. El material aislante térmico puede ser vidrio, lana sintética o algún material natural (cascarilla de maní, coco, arroz, maíz, etc.). Cualquiera que sea el material utilizado, debe permanecer seco. La tapa del horno puede constar de uno o dos vasos con un espacio de aire. La distancia entre dos capas de vidrio suele ser de 10 a 20 mm. Las investigaciones han demostrado que el uso de un material alveolar transparente que divide el espacio interior en pequeñas celdas verticales puede reducir significativamente la pérdida de calor de una estufa, aumentando así su eficiencia. El vidrio interior está expuesto al calor, por lo que a menudo se utiliza vidrio templado; o ambas capas pueden estar hechas de vidrio ordinario con un espesor de aproximadamente 3 mm. La cubierta exterior del horno solar es un reflector que amplifica la radiación incidente. La superficie reflectante puede ser un espejo de vidrio normal, una lámina de plástico con una capa reflectante o un espejo de metal irrompible. Como último recurso, puede utilizar papel de aluminio de las cajetillas de cigarrillos. La caja exterior del horno solar puede ser de madera, fibra de vidrio o metal. La fibra de vidrio es liviana, económica y resistente al agua, pero no muy duradera en uso continuo. La madera es más fuerte, pero más pesada y más susceptible al deterioro debido a la humedad. Las láminas de aluminio en combinación con sujetadores de madera forman una superficie de la más alta calidad, resistente a tensiones mecánicas, cambios de temperatura y humedad. Una caja de madera reforzada con aluminio es la más duradera, pero es más cara y bastante pesada, y su producción también lleva tiempo. La productividad de un horno solar estándar con un área de apertura de 0,25 m2 alcanza unos 4 kg de alimento por día, es decir. suficiente para una familia de cinco. La temperatura máxima dentro del horno solar puede alcanzar más de 150°C en un día soleado en los trópicos; son alrededor de 120°C por encima de la temperatura ambiente. Dado que el agua contenida en los productos alimenticios no se calienta por encima de los 100°C, la temperatura dentro del horno lleno siempre será correspondientemente más baja. La temperatura en el horno solar desciende bruscamente cuando se colocan recipientes de comida en él. También es importante que la temperatura se mantenga significativamente por debajo de los 100°C la mayor parte del tiempo de cocción. Pero el punto de ebullición es 100.°No se necesita C para cocinar la mayoría de las verduras y cereales. El tiempo medio de cocción en un horno solar es de 1 a 3 horas en buenas condiciones de sol y carga moderada. El uso de sartenes de aluminio de paredes delgadas reduce significativamente el tiempo de cocción en comparación con los utensilios de cocina de acero inoxidable. Además, también influyen los siguientes factores:
Estufas de espejo con reflector El horno de espejo más simple consta de un reflector parabólico y un soporte para cacerolas ubicado en el punto focal del horno. Si la estufa está expuesta al sol, la luz del sol se refleja desde todos los reflectores hacia el punto central (foco), calentando la sartén. El reflector puede ser un paraboloide, por ejemplo de chapa de acero o de lámina reflectante. La superficie reflectante suele estar hecha de aluminio pulido, metal espejo o plástico, pero también puede consistir en varios pequeños espejos planos unidos a la superficie interior del paraboloide. Dependiendo de la distancia focal deseada, el reflector puede adoptar la forma de un recipiente hondo en el que se sumerge completamente la cacerola con los alimentos (distancia focal corta, la vajilla queda protegida del viento) o de un plato poco profundo si la cacerola se instala a una punto focal a cierta distancia del reflector.
Todas las estufas reflectantes utilizan únicamente radiación solar directa y, por lo tanto, deben girar constantemente hacia el sol. Esto complica su funcionamiento, ya que hace que el usuario dependa del clima y del dispositivo de control. Ventajas de los hornos de espejo:
Estas ventajas van acompañadas de algunas desventajas:
La dificultad de manejo de estos hornos, sumada al hecho de que el cocinero se ve obligado a permanecer al sol, es la principal razón de su falta de popularidad. Pero en China, donde cocinar tradicionalmente requiere mucho calor y energía, están muy extendidos. Salida de calor de los hornos solares. La producción térmica de un horno solar está determinada por la cantidad de radiación solar, la superficie de absorción de trabajo del horno (normalmente entre 0,25 m2 y 2 m2) y su eficiencia térmica (normalmente entre 20 y 50%). La tabla compara los valores típicos de área, eficiencia y potencia de un horno de caja y un horno reflector. Valores estándar de área, eficiencia y productividad de hornos de caja y reflectores.
Los hornos reflectantes suelen tener una superficie de trabajo mucho mayor que los hornos de caja. En consecuencia, son mucho más potentes y pueden hervir más agua, cocinar más alimentos o procesar cantidades comparables en menos tiempo. Por otro lado, su eficiencia térmica es menor porque los utensilios de cocina se enfrían por exposición a la atmósfera. En los países tropicales y subtropicales se puede contar con un clima despejado y luz normal durante casi todo el año. Hacia el mediodía, cuando la irradiancia solar total alcanza los 1000 W/m2, es bastante realista contar con una potencia térmica de 50-350 W, dependiendo del tipo y tamaño de la estufa. La cantidad de radiación por la mañana y durante el día es naturalmente menor y no puede ser compensada completamente por el sistema de seguimiento solar. En comparación, quemar 1 kg de leña seca produce aproximadamente 5000 W, multiplicados por la eficiencia térmica de la estufa (15% para una chimenea primitiva y 25-30% para una estufa mejorada utilizada en los países en desarrollo). La potencia térmica que realmente llega a los utensilios de cocina es, por tanto, de 750-1500 W. La cantidad de radiación solar disminuye drásticamente cuando está nublado y durante la temporada de lluvias. En condiciones de falta de radiación directa, un horno solar no es adecuado para nada más que guardar los alimentos preparados calientes. El punto débil de los hornos solares (independientemente de su tipo) es que en los días nublados y lluviosos (de 2 a 4 meses al año en la mayoría de los países en desarrollo), los alimentos deben cocinarse con medios convencionales: leña, gas o quemador de queroseno. Radiación solar y estufas El principal requisito previo para el uso exitoso de un horno solar es una iluminación adecuada con pocos días nublados durante todo el año. La duración y la intensidad de la radiación solar deberían permitir el uso del horno solar durante largos períodos. Mientras que en Europa Central es posible cocinar con energía solar en un día soleado de verano, para un horno solar es deseable una cantidad mínima de energía solar de 1500 kWh/m2 al año (lo que corresponde a una insolación diaria media de 4 kWh/m2). Pero los promedios anuales a veces pueden ser engañosos. Una condición esencial para la idoneidad de un horno solar es un tiempo estable en verano, es decir, períodos regulares y predecibles de días sin nubes. Los recursos de energía solar varían significativamente de un país a otro, incluso dentro de la zona tropical de los países del tercer mundo. Por ejemplo, la radiación solar en la mayor parte de la India se considera muy buena en términos de utilización de la energía solar. La cantidad media de energía solar oscila entre 5 y 7 kWh/m2 al día dependiendo de la región. En gran parte del país, los niveles de luz son más bajos durante la temporada de monzones y casi tan bajos durante diciembre y enero. El clima y el potencial solar de Kenia son favorables para el uso de hornos solares. Kenia está situada cerca del ecuador y, por tanto, tiene un clima tropical. En la capital, Nairobi, la cantidad de energía solar oscila entre 3,5 kWh/m2 por día en julio y 6,5 kWh/m2 por día en febrero, y en otras zonas permanece casi sin cambios (6,0 - 6,5 kWh/m2 por día en la provincia de Lodwar). . La radiación solar en Nairobi permite cocinar con energía solar nueve meses al año (excepto junio-agosto). En cambio, en días nublados o con niebla hay que recurrir a combustibles tradicionales. Sin embargo, en la provincia de Lodwar los hornos solares se pueden utilizar durante todo el año. Hornos solares para países en desarrollo El objetivo del uso de hornos solares es, sin duda, ahorrar energía ante una doble crisis energética: la crisis de los pobres, que consiste en una escasez cada vez mayor de leña, y la crisis del sector energético nacional - la presión cada vez mayor sobre su equilibrio. de pagos.
En comparación con otros países, los países en desarrollo consumen muy poca energía. Por ejemplo, la tasa de consumo de energía per cápita en la India en 1982 (7325 GJ) era una de las más bajas del mundo. Pero el consumo de energía del país está creciendo casi dos veces más rápido que su producto nacional bruto. Lo mismo está sucediendo en otros países en desarrollo. La mayoría de los residentes de los países en desarrollo obtienen la mayor parte de su consumo de energía de fuentes no comerciales: de recursos energéticos locales tradicionales, a través de su trabajo manual. Simplemente no pueden permitirse el lujo de comprar la cantidad de energía producida comercialmente que necesitan. La consecuencia lógica de esto es una relativa escasez de combustible para los pobres, cuyo nivel de vida se deteriora aún más como resultado de ello. Los hornos solares son un paso hacia la mejora de sus condiciones de vida. De la "mayoría pobre" de los países del tercer mundo, los hornos solares deberían ser utilizados principalmente por la población rural. ¿Cuánta energía necesitas para cocinar los alimentos? Las necesidades diarias de combustible dependen del tipo de comida que se prepare y de la cantidad. Un residente de un país en desarrollo quema una media de 1 tonelada de madera al año. Una familia india típica necesita entre 3 y 7 kg de leña al día; En las regiones más frías, la cantidad diaria de leña para una familia es de casi 20 kg en invierno y 14 kg en verano. En el sur de Malí, una familia media (compuesta por 15 personas) quema unos 15 kg de leña al día. Un estudio realizado en un campo de refugiados afganos en Pakistán encontró que la necesidad diaria de leña era de hasta 19 kg por familia. Más de la mitad de la leña de un hogar típico se utiliza para hornear pan y el resto para cocinar otros alimentos. En invierno, naturalmente, se necesita más leña. Aunque la cantidad de energía necesaria para cocinar varía, los hornos solares proporcionan importantes ahorros de energía. El objetivo principal de los hornos solares es reducir la necesidad de leña, que sigue siendo el combustible más importante para cocinar. El problema es que la madera es barata en comparación con el queroseno, el gas envasado y la electricidad. La creciente tala incontrolada de árboles para uso propio y para la venta es la principal causa de la pérdida de bosques, la expansión de los desiertos, la erosión del suelo, la disminución de los niveles freáticos y tiene efectos adversos a largo plazo sobre el equilibrio ecológico. Los escasos restos de bosques de Pakistán y la deforestación galopante en Kenia son prueba de que los temores no son exagerados. Si la deforestación en Sudán no disminuye, no quedará nada en 2005. En general, es poco probable que los hornos solares contribuyan mucho a la combinación energética nacional. Sin embargo, pueden mejorar muy significativamente las condiciones de vida de los pobres y ayudarlos a superar su crisis energética personal.
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