INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESIME
UNIDAD CULHUACAN
“Energia Solar para la elaboración de alimentos”
(Proyecto de investigación )
Integrantes :
 Romero Sanchez Maylú Guadalupe
 Roque Valencia Estefanía
Asesor M. en C. María De Lourdes Beltrán Lara
Objetivo del prototipo
Diseñar y construir un horno solar que llegue a calentar
alimentos sin requerir de combustibles, llegando a
aprovechar la energía que irradia el sol como fuente principal
para el calentamiento y cocimiento de los alimentos, llegando
ha indicar su temperatura por medio de un termómetro
digital.
En la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y
Eléctrica unidad Culhuacán, se presenta un
problema la población estudiantil ya que no se
cuenta con un medio por el cual se puedan calentar
los alimentos.
Debido a esto, se plantea la idea de la creación de
estufas solares en donde no se contará con ningún
combustible más que la energía que irradia el sol.
Lo que se busca es atrapar la energía calorífica que
contienen los rayos solares (la energía solar), por lo que los
materiales obscuros son los más convenientes. La comida se
cocina mejor en ollas delgadas, negras y opacas, las cuales
tengan una tapa que ajuste muy bien para retener el calor
creado dentro.
Una o más superficies reflejantes, como el panel reflector o
espejos, hacia la olla o recipiente aumentaran la cantidad de
luz y por ende el calor que recibe, por lo que se alcanzaran
temperaturas más altas y más rápidas.
Existen dos tipos de hornos
solares:
Concentración. Se basan en
concentración de la radiación
solar en un punto, típicamente
a través de un reflector
parabólico. En dicho punto se
coloca la olla que cocinará los
alimentos. Generan altas
temperaturas y permiten freír
alimentos o hervir agua
Horno o caja. El horno o caja
solar es una caja térmicamente
aislada, diseñada para capturar
la energía solar y mantener
caliente su interior. Los
materiales generalmente son de
baja conducción de calor, lo que
reduce el riesgo de quemaduras
a los usuarios y evita la
posibilidad de incendio tanto de
la cocina como en el lugar en el
que se utiliza. Además los
alimentos no se queman ni se
pasan conservando así su sabor
y valor nutritivo
Convección
Las moléculas de aire pueden entrar y salir de la caja a través de huecos
o imperfecciones en la construcción, o al abrir la puerta; así, el aire
caliente escapa del horno..
Conducción
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 cuando
viaja a través de las moléculas de todo el material de la caja hacia el aire
fuera de la caja
Radiación
La mayor parte del calor radiante que se despide de las ollas calientes
dentro de una cocina solar se refleja de vuelta a las ollas. 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
Cuanta mayor cantidad de luz solar entre por la caja, mayor
será la cantidad de energía dentro de ella, es por esto que
generalmente se usan reflectores externos para aumentar la
cantidad de luz solar incidente.
Almacenaje de calor
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. Si
introducimos en el horno metales, cazuelas pesadas, agua o
comida dura que tarda mucho tiempo en calentarse, la
energía entrante se almacena como calor en estos
materiales pesados, retardando que el aire de la caja se
caliente.
A pesar de que las cocinas solares son muy buenas, no son
ampliamente usadas porque la gente no tiene conocimiento de la
posibilidad de cocinar con el sol. Los proyectos que más se han
extendido han sido los que han sido desarrollados en los sitios
más necesitados, en los que el clima ha sido el idóneo y donde los
promotores han profundizado más.
Los participantes en el proyecto Dhauladhar, gracias a la
adaptación de los conceptos de la cocina solar a las necesidades
y costumbres locales, demostraron un proceso de transferencia de
tecnología eficaz.
Volumen de la caja
Siendo todo igual, cuanto más grande sea el área de acumulación solar
de la caja en relación al área de pérdida de calor de la misma, tanta más
alta será la temperatura de cocción. Dadas dos cajas que tengan áreas
de acumulación solar de igual tamaño y proporción, aquella de menor
profundidad será más caliente porque tiene menos área de pérdida de
calor.
De los colores
Los cuerpos, al incidir sobre ellos una radiación y dependiendo de sus
características superficiales, absorben una parte de la radiación y reflejan
el resto. El color que absorbe más luz y energía radiante que incide sobre
él, es el color negro
La temperatura que puede alcanzar una cocina solar de caja
o una de panel depende principalmente del número y tamaño
de reflectores usados. Una cocina solar tipo Kerr-Cole (o
también llamada caja) puede alcanzar los 150 °C (300 °F)
que es la temperatura a la que se suelen cocinar los
alimentos.
Las temperaturas más altas sólo sirven para cocinar más
rápido o más cantidad y permiten cocinar en días sin mucho
sol.
Material
Cantidad
Equipo
Cantidad
PTR ½”
1m
Broca 3/16”
2
Angulo ½”
6m
Taladro de banco
1
Cuadrado 3/8”
6m
Llave para taladro
1
Solera ¾”
1m
Esmeril de banco
1
Bisagras
2
Esmeril de mano
1
Ruedas 6”
2
Disco de esmeril desbaste
1
Birlos 3/16”
2
Disco de esmeril lija
1
Tuercas y rondanas 3/16”
10
Juego de desarmadores
1
Electrodos 6013
1 kilo
Pinzas de punta
1
Redondo 3/16”
4m
Pinzas de presión
1
Lamina calibre 18
2 m2
Pinzas U
1
1
m2
Martillo
1
1
m2
Cincel
1
Tubo de Silicón
1
Segueta con arco
1
Primer
½ litro
Máquina de soldar por arco eléctrico
1
Estopa
1 kg
Tiner
½ litro
Pintura rosa aerosol
3
Pyrogel
Vidrio
Guantes
2 pares
Careta
1
Juego de llaves
1
Prensas
2
Googles
2 pares
Bata
2
Botas
2 pares
• Es necesario realizar la estructura metálica realizando
cortes a las medidas en base al diseño que se realizo por
medio de la ayuda del computador y el software Catia,
AUTOCAD, SolidWorks.
• Se forma en primera instancia la estructura con ángulo, en
donde se van a colocar los alimentos esto para basarse
en la altura que se planeo en base al diseño
• Se corta solera a 50 cm y
se le hacen perforaciones
con la broca de 3/16” en la
línea central horizontal
abarcando una distancia
de 48cm esto para
utilización de corredera.
• Se realiza la colocación
de los PTR de 50 cm en
la parte posterior del
horno esto para servir
como recamara de
resguardo de la extensión
de los soportes
• Se procede a la realización de los
marcos o bastidores con ángulo de 80
x 50 cm y 50 x 50 cm esto para que
contenga a los espejos que reflejaran
a la luz solar hacia el centro del horno
• Se procede a la colocación de las bisagras para que se
pueda llegar a abrir el horno
• Se corta la lámina tomando como silueta las paredes
internas que se forman con la geometría de la estructura
de ángulo, para posteriormente soldarla.
Se recubre esas paredes con
una capa de aislante térmico
PYROGEL, esto para
conservar el calor que se
generara para la cocción de
los alimentos.
• Se recubre todo con una capa de papel de
aluminio esto para tener una forma mas
fácil de limpiar por dentro el horno y
además tener una mayor concentración de
calor.
• Llegando a obtener algo como esto:
El Pyrogel® XT es un manta de
aislamiento para altas temperaturas
formada de aerogel de sílice y reforzada
con relleno de fibra de vidrio no tejida.
Los aerogeles de sílice poseen la
conductividad térmica más baja de
cualquier sólido conocido. El Pyrogel® XT
obtiene este rendimiento térmico, líder en
la industria, en un producto flexible,
ambientalmente seguro y fácil de usar.
Ideal para el aislamiento de tuberías,
recipientes, tanques y equipos, el
Pyrogel® XT es un material imprescindible
para los que buscan lo máximo en
eficiencia térmica.
Material
PTR ½”
Angulo ½”
Cuadrado 3/8”
Solera ¾”
Bisagras
Ruedas 6”
Birlos 3/16”
Tuercas y rondanas 3/16”
Electrodos 6013
Redondo 3/16”
Lamina calibre 18
Pyrogel
Vidrio Templado
Tubo de Silicón
Primer
Estopa
Tiner
Pintura rosa aerosol
Baleros 3/16”
Total
Cantidad
1m
6m
6m
1m
2
2
2
10
1 kilo
4m
2 m2
1 m2
2 m2
1
½ litro
1 kg
½ litro
3
2
Costo
25
20
15
20
20
40
30
10
32
25
50
625
900
40
50
30
20
120
90
$ 2162
La sumatoria de todos los costos dio un estimado de $2162 pero los precios pueden
llegan a variar en cada establecimiento (variaciones en el precio del acero). Por lo cual
se maneja como numero cerrado la cantidad de $2000 pesos.
Los recipientes y utensilios más apropiados para la cocina solar son los
de color negro, ya que son los que más absorben la luz solar.
Se pueden utilizar tanto la olla solar negra esmaltada como una olla
grande de hierro fundido. El wok es también un recipiente muy útil para la
cocción de los alimentos.
Por el contrario, las ollas cerámicas no son aconsejables; tienen una
mala conducción térmica y pueden presentar fisuras en el material.
Sobre todo, se debe usar ollas que no tengan ninguna pieza de plástico,
ni asas ni soportes. Las piezas de éste material no soportan las altas
temperaturas.
Nuestro termómetro digital trabaja utilizando un sensor sensible a la
temperatura, para nuestro caso este sensor es el LM35, es un termistor,
o sea que es un dispositivo que puede variar su resistencia eléctrica en
función a la temperatura a la que es sometido.
Para que nuestro termómetro se considere como digetal, necesitamos un
dispositivo que sea capaz de convertir esta señal análoga a digital y este
es el caso de un microcontrolador llamado PIN, este es un dispositivo
muy útil que es capaz de transformar cualquier tipo de señal análoga que
reciba, “depende de cómo sea configurado” y transformarla en una señal
digital.
El proyecto funciona de la siguiente manera: si la
temperatura permanece entre 20°C y 24°C, tomando en
cuenta que esa seria nuestra temperatura ambiente. Cuando
la el rango comienza a aumentar dentro del cuerpo o
comienza disminuir el termómetro comienza a mandar el
cambio a los display que comenzaran a marcar a que grados
de temperatura.
U2
1
44.0
VOUT
3
2
U1
1
2
3
4
5
6
7
14
13
LM35
33
34
35
36
37
38
39
40
RE3/MCLR/VPP
RC0/T1OSO/T1CKI
RC1/T1OSI/CCP2
RA0/AN0/ULPWU/C12IN0RC2/P1A/CCP1
RA1/AN1/C12IN1RC3/SCK/SCL
RA2/AN2/VREF-/CVREF/C2IN+ RC4/SDI/SDA
RA3/AN3/VREF+/C1IN+
RC5/SDO
RA4/T0CKI/C1OUT
RC6/TX/CK
RA5/AN4/SS/C2OUT
RC7/RX/DT
RA6/OSC2/CLKOUT
RA7/OSC1/CLKIN
RD0
RD1
RB0/AN12/INT
RD2
RB1/AN10/C12IN3RD3
RB2/AN8
RD4
RB3/AN9/PGM/C12IN2RD5/P1B
RB4/AN11
RD6/P1C
RB5/AN13/T1G
RD7/P1D
RB6/ICSPCLK
RB7/ICSPDAT
RE0/AN5
RE1/AN6
RE2/AN7
PIC16F887
PROGRAM=..\Codigo\termometro.HEX
15
16
17
18
23
24
25
26
19
20
21
22
27
28
29
30
8
9
10
Las ventajas de las cocinas solares son:
 No consume electricidad ni otro tipo de combustible.
 No contamina con gases nocivos ni afecta al balance
térmico del planeta.
 Ayuda a la conservación de la naturaleza, en el caso que
pueda sustituir la leña, protegiendo los bosques.
 Los alimentos conservan su conservan su sabor y valor
nutritivo.
 Bajo costo, ya que no se utiliza ningún tipo de gas ó
electricidad
Las principales desventajas son:
 En algunos casos no funciona debido a la nubosidad y en días
lluviosos.
 El tiempo de cocción es largo en la mayoría de los casos, comparados
con las cocinas tradicionales, y las que son orientables, requieren de
gran dedicación.
 Se tiene que cocinar, generalmente, fuera de la casa o cocina
ANALISIS DE RADIACION
MALLA DE ELEMENTO FINITO
ANÁLISIS DE TEMPERATURA
ANALISIS DE RADIACIÓN
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