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Unidad
Energía solar térmica
Transformación de la energía calórica del Sol
O
bjetivo: Estudiar las características los sistemas solares térmicos. Construir un prototipo de
baja temperatura para cocción de alimentos, evaluar su funcionamiento.
Solar Térmica
Energía solar pasiva
Consiste en el aprovechamiento del calor solar
mediante el uso de sistemas solares térmicos.
Sus principios están basados en las características de
los materiales empleados en la construcción y en la
utilización de los fenómenos naturales de circulación
de aire. Son sistemas que se construyen sobre la
estructura de una edificación. Su principal ventaja con
respecto a la solar activa, es su gran durabilidad ya
que su tiempo de vida es análogo a la del edificio, por
otro lado, su impacto sobre el ambiente es casi nulo.
Las aplicaciones más extendidas de esta tecnología
son el calentamiento de agua sanitaria (ACS), la
calefacción por suelo radiante y el precalentamiento
de agua para procesos industriales. Otras aplicaciones
son el calentamiento de agua para piscinas cubiertas o
a la intemperie y usos emergentes como el de
climatización o frío solar alimentando a bombas de
absorción.
Las formas de aprovechamiento y configuración son
estudiados en la Arquitectura bioclimática. Los
elementos básicos utilizados en la actualidad por la
arquitectura solar pasiva son:
Según sus formas de aprovechamiento, estas pueden
ser: Aprovechamientos pasivos y activos.
Acristalamientos: convenientemente orientados
captan la energía solar reteniendo el calor por efecto
invernadero.
Masa térmica: tiene como finalidad almacenar la
energía captada, y suele estar constituida por
elementos estructurales de la edificación. Como
combinación de estos elementos.
Componentes del Sistema Solar térmico
• Subsistema colector. Normalmente están
integrados por los siguientes elementos: superficie
captadora (normalmente de color negro), circuito
por donde circula el fluido, cubierta transparente,
aislamiento térmico y caja protectora.
• Subsistema de almacenamiento. Constituido
por depósitos de dimensiones adecuadas, siendo
su objetivo almacenar el agua caliente que procede
de los paneles para su uso posterior.
• Subsistema de distribución. Constituido por
redes de tuberías, válvulas, bombas y accesorios, y
que tienen por finalidad transportar el agua
caliente desde el sistema colector al de
acumulación y desde aquí a los puntos de
consumo.
• Subsistema de medida y control.
Fig. Nº 1: Esquema de vivienda con
arquitectura Bioclimática
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Energía Solar Activa
La Cocina Solar
Se basa en la captación de la radiación por medio de
un elemento denominado colector. Existen tres
técnicas diferentes entre sí en función de la
temperatura que puede alcanzar la superficie captora.
Así se suelen distinguir:
Las cocinas y hornos solares son sencillas aplicaciones
que aprovechan la energía del Sol para cocinar
alimentos. Se basan en un recipiente aislante que
acumula por efecto invernadero la radiación solar, en
el caso de los hornos, o que recibe y concentra esta
misma radiación en un punto focal donde se coloca el
recipiente, en el caso de las cocinas solares
parabólicas.
• Sistema a baja temperatura: Usualmente
calentamiento de agua por debajo de su punto de
ebullición. Por ejemplo: producción de Agua
Caliente Sanitaria (ACS), invernaderos, secadores
de grano, etc.
• Sistemas a media temperatura: Aplicaciones que
requieren temperaturas superiores a los 100º C.
Puede utilizarse para la producción de vapor o
para el calentamiento de otro tipo de fluido,
pudiéndose alcanzar hasta los 300º C.
• Sistemas a alta temperatura: Aplicaciones que
requieren temperaturas superiores a los 300º C,
fundamentalmente producción de energía
eléctrica. En este caso se pueden emplear dos
sistemas de concentración:
o Paraboloides (que reflejan la radiación en un
punto reducido donde se encuentra el
absorbedor)
o Centrales de torre (formadas por un campo
de espejos orientables que reflejan la
radiación sobre una caldera independiente y
situada en lo alto de una torre).
Las cocinas y hornos solares son ideales para preparar
alimentos, pasteurizar agua, esterilizar material
quirúrgico, reducir la presión sobre el bosque y la
biomasa, prevenir la erosión y desertización, favorecer
la libertad y educación de las mujeres y los niños...
Para todo ello un único requisito: disponer de
radiación solar, algo muy abundante y accesible en la
gran mayoría de las zonas del planeta
Tabla Nº 1: Diferencia Entre Una Cocina Solar Tipo
Caja y Parabólica
Características
Necesidad de
reorientación
Manejo
Estabilidad frente al
viento
Temperaturas
Velocidad de
cocción
Necesidad de vigilancia
Riesgo de incendio
Precio
Mantenimiento
Facilidad acceso ollas
Autoconstrucción
Almacenaje y transporte
Permite asar y/o freír
El calor captado en el absorbedor es cedido a un
fluido que suele ser vapor de agua a presión o sodio
fundido. Este fluido primario caliente se hace pasar
por un sistema de almacenamiento, para luego ser
utilizado como medio de calefacción de un sistema de
generación de vapor.
Cocina
solar caja
Media
Cocina solar
parabólica
Alta
Sencillo
Relativamente
sencillo
Baja
Buena
Bajas
(en torno a 100ºC)
Lenta
Altas
Rápida
Baja
Nulo
Bajo
Bajo
Reducido
Sencilla
Bueno
No
Alta
Medio
Más elevado
Regular
Fácil
Más compleja
Regular
Sí
Cocina Solar Tipo caja
La cocina solar tipo caja, es un sistema útil para la
cocción de alimentos, usando la energía del sol. El
esquema general de una cocina solar tipo caja se
muestra en la Fig.3.
El funcionamiento de un cocina solar tipo caja, está
determinado por el efecto invernadero, el cual
establece que cuando un recinto cerrado es expuesto
a la radiación solar, la temperatura en su interior se
elevará significativamente, si las propiedades de
transmisión, reflexión y absorción de sus paredes, son
adecuadas.
Fig. Nº2: Plataforma solar de Almería IER-CIEMAT
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Las cocinas solares, en su mayoría, son trampas de
calor en forma de cajas, pintadas en su interior de
negro mate con paredes aisladas, que sirven de
colectores. Tienen una cubierta transparente para
recibir la luz solar en la forma de dos vidrios que
evitan la pérdida de calor hacia el ambiente. La
temperatura alcanzada en estas cocinas es alrededor
de 150ºC, adecuada para la cocción de alimentos, la
purificación de agua y el horneado de panes y
pasteles. En las cocinas de caja, la cocción es muy
lenta. Esto, por otro lado, favorece la cocción de los
alimentos, ya que permite la conservación de su sabor
y propiedades.
en 60 a 90 minutos. Algunas lentejas, coliflor,
zanahorias, vainicas, pan, queque, pollo, y carne,
necesitan de 90 a 180 minutos. Los frijoles o
garbanzos pueden necesitar de 3 a 4 horas de cocción.
Fig. Nº4: Temperaturas de cocción en cocinas tipo caja
Principios De Una Cocina Solar Tipo Caja
Se consideran los siguientes principios de calor:
Ganancia de calor.
Fig. Nº3: Esquema de Cocina solar Caja
Efecto invernadero (Fig. 5): este efecto es el resultado
del calor en espacios cerrados en los que el sol incide
a través de un material transparente como el cristal o
el plástico. La luz visible pasa fácilmente a través del
cristal y es absorbida y reflejada por los materiales que
estén en el espacio cerrado.
Para el caso de la cocina solar tipo caja, la cubierta de
vidrio deja pasar fácilmente casi toda la radiación
solar incidente de corta longitud de onda, pero es
totalmente reflector para la radiación emitida por el
absorbedor, que al elevar su temperatura, emite
radiación en la zona del infrarrojo. De este modo el
calor radiante del sol queda "atrapado" entre la placa
absorbente y la cubierta de vidrio. Dependiendo de
sus dimensiones, la caja caliente u horno solar puede
albergar varios recipientes a la vez. Cuantos más
elementos existan en su interior más se potenciará el
poder calorífico del compartimiento, permitiendo que
los alimentos se cuezan mejor. Los recipientes se
sitúan encima de una rejilla para que el aire circule por
el fondo.
Fig. Nº 5: El Efecto invernadero
La energía de la luz que es absorbida por las ollas
negras y la plancha negra debajo de las ollas se
convierte en energía calorífica que tiene una mayor
longitud de onda, e irradia desde el interior de los
materiales. La mayoría de esta energía radiante, a
causa de esta mayor longitud de onda, no puede
atravesar el cristal y por consiguiente es atrapada en el
interior del espacio cerrado.
Tiempo de Cocción
El tiempo de cocción depende, además de las
variables mencionadas anteriormente, de la cantidad
de alimentos (incluyendo agua) y su naturaleza (tipo y
tamaño). Además influyen la orientación del horno,
así como la distribución de los utensilios. Vale la pena
mencionar que en un día despejado, alimentos como
arroz, papas, huevos, pescado y similares se cocinan
La luz reflejada, o se absorbe por los otros materiales
en el espacio o atraviesa el cristal si no cambia su
longitud de onda.
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Debido a la acción de la cocina solar, el calor que es
recogido por la plancha y las ollas de metal negro
absorbente es conducido a través de esos materiales
para calentar y cocinar la comida.
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.
Orientación del cristal (Fig. 6): Cuanto más
directamente se encare el cristal al sol, mayor será la
ganancia del calor solar.
Fig. Nº 8: Calor conducido a través de la cazuela
La chapa absorbente calentada por el sol conduce el
calor a la parte inferior de las cacerolas. Para prevenir
la pérdida de este calor vía conducción a través de la
parte inferior de la cocina, la chapa absorbente se
eleva de la parte inferior utilizando pequeños
espaciadores aislantes como se observa en la figura 9.
Fig. Nº 6: Orientación del vidrio
Realizando una comparación entre dos cocinas con
cristal es del mismo tamaño en la caja de cara
horizontal y en la caja de cara inclinada, el sol brilla
más a través de la caja de cara inclinada porque se
encara al sol más directamente. Hay que tener en
cuenta que esta caja también tiene mayor área de
muro a través del cual puede perder calor.
Fig. Nº 9: Calor irradiado desde la cazuela caliente
Radiación: Lo que está tibio o caliente -fuegos,
cocinas, ollas y comida dentro de una cocina solardespide olas de calor, o irradia calor a su alrededor.
Estas olas de calor se irradian de los objetos calientes
a través del aire o el espacio. La mayor parte del calor
radiante que se despide de las ollas calientes dentro de
una cocina solar se refleja desde el estaño y el cristal
de vuelta a las ollas y a la bandeja inferior. 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.
Reflectores, ganancia adicional (Fig.7): 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 unas
temperaturas más altas en la cocina.
Fig. Nº 7: Reflectores para la ganancia adicional
B. Pérdida de calor
La Segunda Ley de la Termodinámica plantea que el
calor siempre viaja de lo caliente a lo frío. El calor
dentro de una cocina solar se pierde por tres vías
fundamentales:
Fig. Nº 10: Aire caliente puede escapar por las
rendijas
Convención: Las moléculas del aire entran y salen de
la caja a través de las rendijas. Las moléculas del aire
calentadas dentro de una caja solar escapan, en primer
lugar a través de las rendijas alrededor de la tapa
superior, por un lado de la puerta de la cocina abierta,
o imperfecciones en la construcción. El aire frío de
fuera de la caja también entra a través de estas
aberturas.
Conducción, Radiación y 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
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C. Almacenamiento de calor:
Condiciones ambientales bajo las cuales realizar los
ensayos
Cuando la densidad y el peso de los materiales dentro
del armazón aislado de la cocina solar aumentan, la
capacidad de la caja de mantener el calor se
incrementa. El interior de la caja incluye materiales
pesados como rocas, ladrillos, cazuelas pesadas, agua
o comida dura que tarda mucho tiempo en calentarse
a causa de esta capacidad de almacenaje del calor
adicional. La energía entrante se almacena como calor
en estos materiales pesados, retardando que el aire de
la caja se caliente.
a) La temperatura ambiente debe permanecer entre
15ºC y 35ºC.
b) La radiación solar deberá ser mayor de 700
W/m² en el plano del colector. Si no fuera así, se
deberían indicar especialmente.
c) La fracción de radiación difusa respecto a
radiación global deberá ser menor al 20%.Si no
fuera así, indicarlo especialmente. Como se
puede observar, se requieren días soleados con
nublados mínimos a fin de contar con resultados
reproducibles.
d) La orientación hacia la posición del sol, de ser
necesaria, debe realizarse cada 15 a 30 minutos.
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
hrs. solar. La razón es que el ángulo cenital es
prácticamente constante cerca del mediodía y
por ende durante el ensayo.
Fig. Nº 11: Masa térmica dentro de la cocina
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.
Registro de variables
La influencia de las condiciones de los ensayos han
demostrado que pueden ser minimizadas si las
variables se mantienen en determinados rangos. Por
lo tanto, recomendamos seguir el procedimiento
descrito a continuación:
Evaluación Térmica De Una Cocina
Solar Tipo Caja
Para realizar la evaluación de cocinas solares y poder
comparar unas con otras, se necesitan parámetros que
sean relativamente independientes de las condiciones
climáticas. Tales parámetros pudieran ser los números
de mérito F1 y F2, así como la potencia de cocción.
En este trabajo se aplica el procedimiento de ensayo
definido por la Red Iberoamericana de Cocción Solar
de Alimentos (RICSA)
Viento: ejecutar los ensayos de cocinas solares con
velocidades de viento menores a 1.0 m/s a la altura de
la cocina solar testadas. Si el viento está por sobre 2.5
m/s durante más de 10 minutos, descartar el ensayo.
La razón radica en que las pérdidas de calor están
fuertemente influenciadas por la velocidad de viento.
Este protocolo prescribe para el procedimiento
técnico de los ensayos las siguientes etapas, siguiendo
un formato específico para cada paso:
Temperatura ambiente: realizar el ensayo con
temperaturas ambientes entre 15°C y 35°C. La
potencia de cocción está influenciada por la diferencia
de temperatura. Un rango de 20°C mantiene una
variabilidad moderada, aún permitirá testear en la
mayoría de las localidades durante al menos la mitad
del año. Si existieran excepciones deberán ser
registradas.
• Descripción física de la cocina.
• Verificación de aspectos ergonómicos y de
seguridad.
• Calidad de materiales y evaluación del
mantenimiento
• Ensayos para evaluar el comportamiento térmico.
Radiación Solar: la radiación solar debe medirse en
el plano horizontal, utilizando un piranómetro. Se
deberá tratar de tener radiación solar mayor de 700
W/m² en el plano que contiene la superficie de
apertura. Se espera que la mayoría de las localidades
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estén de acuerdo con estos criterios. Si no fuera así, se
debería indicar especialmente.
Medición de temperatura: las mediciones de
temperatura se efectuarán con termocuplas dada sus
características de rápida respuesta, exactitud y bajo
costo. Para la medición de la temperatura de placa se
colocará una termocupla en el centro geométrico de la
misma soldada por debajo, de manera que no esté
sometida a sol directo. Las mediciones en la olla, se
deberán hacer con dos termocuplas una de ellas
colocada de manera que la juntura quede 1 cm. por
debajo de la superficie de líquido y la otra cuya
juntura quede 1 cm. por encima del fondo,
promediando los valores obtenidos de cada una. La
termocupla se debe proteger en su camino hacia el
sistema de adquisición con una manga de las
temperaturas elevadas y de las dobladuras que la
podrían cortar. Si es necesario efectuar una
perforación y sellar convenientemente con sellador de
silicona.
Se trata de evaluar la energía que ingresa al sistema.
Lo ideal es considerar el área de apertura que es
perpendicular al rayo en todo momento y considerar
además la radiación solar en el mismo plano. Esto
tiene sus dificultades en figuras más irregulares. Por lo
tanto se propone una aproximación, es decir,
multiplicar la radiación medida sobre el plano
horizontal (que será menor que aquella) por la
superficie de apertura proyectada sobre el mismo
plano horizontal.
Medición de la superficie proyectada sobre el
plano horizontal:
La determinación de la superficie de apertura de la
cocina solar proyectada sobre la superficie horizontal
es un factor esencial en el tratamiento posterior de los
resultados de los ensayos. Este ensayo se deberá
comenzar al mediodía solar (12 hr. Solar) del día
anterior a realizar los ensayos para determinar al
mediodía solar la superficie proyectada sobre el plano
horizontal de la cocina con el reflector abierto en la
posición óptima a esta hora. Ver el Figura 2.
Ensayos a realizar
Los ensayos a realizar son:
a) Medición de la temperatura máxima sin carga y
obtención del primer factor de mérito F1.
b) Calentamiento de agua con reorientación.
c) Calentamiento de agua sin reorientación.
Medición de la temperatura máxima sin carga y
obtención del primer factor de mérito F1
Comenzar a las 10 hr. Solar se reorienta la cocina cada
15 minutos, tratando de alcanzar la temperatura
máxima que se dará cerca de las 12 hr. Solar. Se debe
registrar la temperatura de placa, la temperatura del
aire y la radiación solar de acuerdo a las
especificaciones indicadas anteriormente.
Área: a x b sen θ = Área interceptada
Área: a x b h/x
Superficie horizontal proyectada: a x b
Calentamiento de agua con reorientación
Observe que:
"a" coincide con el ancho del horno.
"b" se mide en el plano del vidrio del horno o si el
vidrio está inclinado, en el plano horizontal que
incluye al punto del vidrio más cercano al Ecuador
y además incluye a la sombra proyectada del
reflector.
En este ensayo se determina el tiempo requerido para
alcanzar los 80 °C, el tiempo en alcanzar la
temperatura de ebullición menos 3°C, la potencia
absorbida, el segundo factor de mérito F2, el tiempo
que mantiene la temperatura de ebullición sin
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intervención y el tiempo que mantiene temperaturas
por encima de 80 °C sin intervención. Los pasos son
los siguientes:
η0 = eficiencia óptica.
UL = coeficiente de pérdidas (W/m².°C).
Ap = área de la placa absorbente (m²).
Aph = área de la superficie proyectada sobre el plano
horizontal (ver paso 1)
Ih = radiación solar global sobre la superficie
horizontal (W/m²).
Tp = temperatura de la placa (°C).
Ta = temperatura ambiente (°C).
a) El ensayo comienza a las 10 hrs.
b) Se carga en la olla la cantidad de agua requerida
(7 kg/m² de superficie proyectada horizontal).
Es importante fijar este valor dado que el valor
de F2, que posteriormente debe calcularse
aumenta con el valor de la carga (Mullick et al.,
1996).
c) Se coloca la olla en la cocina y se orienta la
misma hacia el sol, colocando el reflector en la
posición óptima para el mediodía solar, es decir,
en la posición que tenía en el momento de medir
la superficie proyectada horizontal.
d) Se reorienta la cocina cada 15 a 30 minutos
anotando la hora en que se realiza.
e) Los registros se realizan cada 5 minutos.
f) Una vez alcanzada la temperatura de ebullición,
se gira el horno hacia una posición óptima para
una hora posterior y se deja sin intervenir en lo
sucesivo. Se determina el tiempo máximo que
mantiene la temperatura de ebullición.
g) Cuando la temperatura alcanza la temperatura de
ebullición menos 3°C, se tapa el horno y se
mantienen los registros de manera de determinar
el tiempo que mantiene la temperatura del agua
por encima de 80°C.
Es decir que un valor elevado de F11 nos indica una
alta transmitancia óptica y bajo nivel de pérdidas de la
cocina solar.
Esta expresión de F11, es ligeramente distinta a la
propuesta por Mullick en su trabajo y propone una
nueva fórmula:
Para efectos de nuestra evaluación, calcularemos F1
utilizando esta última fórmula, no sin embargo
realizaremos cálculos con la fórmula anterior para
efectos de comparación.
Potencia de Cocción Efectiva: La potencia de
cocción efectiva se ha tomado teniendo en cuenta lo
indicado por Funk, 2000. A continuación se incluye el
tratamiento para los datos registrados.
Calentamiento de agua sin reorientación.
Cálculo de la potencia de cocción: la diferencia en
la temperatura del agua cada intervalo de 5 minutos
debe multiplicarse por la masa y el calor específico del
agua contenido en la olla en el intervalo de 40°C a
90°C. Dividir el producto por los 300 segundos
contenidos en los 5 minutos dando la potencia de
cocción en W. La razón de esto es que las cocinas
solares deben calentar el alimento y una ganancia de
calor sensible en la olla es la mejor medida de la
capacidad de la cocina para calentar el alimento.
Calcular los promedios de la radiación, temperatura
ambiente, y temperatura del contenido del alimento
para cada intervalo.
El ensayo anterior debe realizarse también iniciando
la prueba con la cocina orientada hacia el mediodía
solar, sin reorientar la misma. Este ensayo termina
cuando la temperatura del agua alcanza la ebullición.
Tratamiento de los resultados
Primer factor de mérito F1
El primer factor de mérito tiene en cuenta la relación
entre la eficiencia óptica de la cocina y las pérdidas de
calor al exterior desde la placa (Mullick et al., 1987).
Teniendo en cuenta que para diferentes cocinas
solares muchas veces no coincide el área de placa
colectora con la superficie de apertura de la cocina, el
balance de calor sobre el sistema indica que:
Estandarización de la potencia de cocción: la
potencia de cocción para cada intervalo debe ser
corregida para una radiación solar standard de 700
W/m² multiplicando la potencia observada por 700
W/m² y dividiendo por la radiación promedio
registrada durante el correspondiente intervalo. La
razón es ayudar a la comparación de resultados de
diferentes localidades y fechas (Funk, 2000).
ηo Av Iv = Ap UL (Tp - Ta)
[m2.ºC/W]
Donde:
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Diferencia de temperatura: se calcula la diferencia
de temperatura entre la olla y el ambiente para cada
intervalo. La razón es que las pérdidas de calor se
incrementan con la diferencia de entre la temperatura
interior de la cocina y su medioambiente inmediato.
Segundo factor de mérito F22
El segundo factor de mérito, tiene en cuenta la
eficiencia en la transferencia de calor hacia el
recipiente. Se denomina F22 y se deriva de considerar
el diferencial de tiempo en alcanzar un diferencial de
aumento de temperatura en el agua:
Graficación: se deben realizar dos gráficos, la
temperatura del agua en función del tiempo y la
potencia estándar de cocción en función de la
diferencia de temperatura para cada intervalo de
tiempo.
I
Tw1
Ta
I
Tw2
Ta
`
Regresión: se realiza una regresión lineal de los
puntos graficados para encontrar la relación entre la
potencia de la cocina y la diferencia de temperatura.
Al menos se necesitan 30 observaciones. La razón es
que las medidas estadísticas mejoran el ajuste mientras
mayor es la muestra y el error sistemático es
probablemente menor al ser repetido en diferentes
días. Hay que tener en cuenta que la presencia de
errores experimentales excesivos pueden invalidar el
ensayo. Se calcula el coeficiente de correlación (R2)
que debería ser mejor que 0.85 o si es mas bajo,
debería indicarse. Grafique la relación entre la
potencia de cocción estandarizada (desde 0 a 200 W)
contra la diferencia de temperatura (de 0 a 70°C) y
presente la ecuación. Se determina luego la potencia
de cocción (estandarizada) a la diferencia de
temperatura de 50°C.
Donde:
F’ = factor de eficiencia de intercambio de calor.
η0 = eficiencia óptica.
F11 = primer factor de mérito.
(Mc)’w = Capacidad calorífica de todo el sistema
(agua, ollas e interior de la cocina).
(Mc) w = Capacidad calorífica del agua solamente.
τ = intervalo de tiempo entre Tw1 y Tw2.
Ih = radiación solar sobre la superficie horizontal.
Aph = área de la superficie horizontal proyectada.
Ap = área de la placa absorbente.
Tw1 = temperatura inicial agua.
Tw2 = temperatura final del agua.
Ta = temperatura ambiente.
Un valor de F22 elevado indica un buen valor de
eficiencia a la transferencia de calor, buena eficiencia
óptica y baja capacidad térmica del recipiente e
interior de la cocina comparado con la capacidad
térmica total. La expresión que propone Mullick,
difiere de esta propuesta que surge de considerar el
F11 propuesto. Para tener en cuenta la expresión de
Mullick es la siguiente:
Simple medida de rendimiento: el valor para la
cocción standard (W) correspondiente a una
diferencia de temperatura de 50°C, puede ser tomado
como una medida simple de la performance. La razón
es que un simple número facilita mas la comparación
entre diferentes cocinas y esta diferencia de
temperatura representa una temperatura de olla justo
debajo de la temperatura crítica a partir de la cual la
cocción comienza a ocurrir, la temperatura cuando
una cocina solar funciona bien o falla.
`
1
1
1
T
1
T
I
I
T
T
Donde:
F’ = factor de eficiencia de intercambio de calor.
η0 = eficiencia óptica.
F1 = 1er factor de mérito calculado según Mullick.
(Mc)’w = Capacidad calorífica de todo el sistema
(agua, ollas e interior de la cocina).
τ= intervalo de tiempo entre Tw1 y Tw2.
Ih = radiación solar sobre la superficie horizontal.
A = área de apertura (m²).
Tw1 = temperatura inicial del agua.
Tw2 = temperatura final del agua.
Ta = temperatura ambiente.
Para efectos de cálculos de los valores obtenidos de
nuestra evaluación, solo se trabajará con la fórmula
propuesta por Mullick.
Tratamiento de los resultados
i. valor de potencia para una diferencia de
temperatura de 50°C entre el agua y el aire,
ii. valor medio estandarizado con respecto a la
radiación solar
iii. valor de potencia dividido el área de apertura de la
cocina en m²
iv. rendimiento o eficiencia, definido como el valor
de potencia (i) dividido por la potencia
v. incidente (Aph*Ih ó Aint*Inormal).
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PRACTICA Nº6 : CONSTRUCCIONES DE
COCINAS SOLARES
PRACTICA Nº7: EVALUACIÓN DE
COCINAS SOLARES
El diseño de una cocina solar depende en buena parte
de la imaginación y posibilidades de cada uno. Se
podría decir que hay tantas cocinas solares como
usuarios de las mismas, ya que, al diseñarla, se le
pueden imprimir las características que la hagan más
adecuada a cada necesidad.
Materiales e Instrumentos Utilizados
- hornos solares de diferente tamaño y característica
- Un radiómetro solar
- Un termómetro digital
- Un termómetro de bulbo
- Termocuplas tipo K de cromel alumel
- Ollas de Aluminio y 1 olla de teflón
Descripción física de la cocina
Descripción de la cocina
Datos
Nombre o modelo que lo identifique
tipo de cocina solar
Superficie de cubierta de vidrio (m2)
área de reflectores ( m2)
altura de la cocina (cm) (INTERIOR)
superficie proyectada horizontal (m2)(*)
superficie “interceptada” (m2) (*)
superficie de placa adsorbedora (m2)
peso (kg)
volumen interior (m3) (útil para hornear)
número de ollas y volumen (m3)
tipo de ollas (fijas o removibles)
altura de la cocina (cm) (externa)
las ollas se proveen con la cocina
Calentamiento auxiliar, tipo y potencia
control de potencia
almacenamiento de agua integral
otros usos
(*) La proyección deberá hacerse sobre la superficie horizontal
cuando el sol se encuentra a las 12:00 hrs., es decir, cuando
atraviesa el meridiano del lugar.
Ensayos Térmicos
1. Factor de Merito F1
2. Factor de Merito F2 (Con Orientación, Sin Orientación)
Datos obtenidos durante el ensayo:
Volumen del líquido:
Temperatura del agua al comienzo:
Rango de Temperatura ambiente:
Rango de velocidades de viento: m/seg
Rango de Radiación Solar:
W/m²
Tiempo en alcanzar los 80°C con reorient.:
Tiempo en alcanzar los 90°C:
Tiempo que alcanza ºT de ebullición:
Temperatura máxima del agua:, Tiempo en que alcanza a la
temperatura máxima:
Cálculo de la Potencia de Cocción: Se calcula como la
diferencia de temperatura entre medidas sucesivas
multiplicado por el calor específico del agua (Cpw) y la masa
de agua colocada, dividida por los 900 segundos contenidos
en los 15 minutos de intervalos.
Graficación: Se grafican las curvas de potencias encontradas,
por la olla convencional en función de la diferencia de
temperatura interior (Tin) y exterior (Tex) para cada intervalo.
Se utiliza la diferencia de temperatura en razón de que las
pérdidas de calor se incrementan con la diferencia entre la
temperatura interior de la cocina y su medioambiente
inmediato.
Se recomienda visitar las siguientes direcciones:
1. http://www.solarcooking.org/
2. http://cocinasolar.wordpress.com/const
ruye-una/
3. http://www.terra.org/construye-tuhorno-solar_2351.html
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