Evaluación térmica de horno solar cónico en un clima cálido

Thermal evaluation of a conical solar oven in a warm climate

Margarito Ortiz Guzmán

https://orcid.org/0000-0002-9891-8172

Rafael Alavez Ramírez

https://orcid.org/0000-0003-0246-0812

Valentín Juventino Morales Domínguez

https://orcid.org/0000-0002-3207-6793

Instituto Politécnico Nacional. Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional Unidad Oaxaca, Oaxaca, México

margarito_og@yahoo.com, arrafael@yahoo.com.mx

valentin_md@yahoo.com.mx

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Cite este artículo como:

Ortiz Guzmán, M., Alavez Ramírez, R. y Morales Domínguez, V.J. (2024). Evaluación térmica de horno solar cónico en un clima cálido. Universidad & ciencia, 13(Especial CIVITEC), 110-121.

URL: https://revistas.unica.cu/index.php/uciencia/article/view/8537

DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.11588545

Resumen

Hoy en día, la búsqueda de sistemas de energía para la cocción de alimentos se ha vuelto muy importante ante la alta contaminación de fuentes contaminantes como la leña, el gas y otros que arrojan grandes cantidades de dióxido de carbono a la atmósfera y que se han asociado al cambio climático que actualmente enfrentamos. En este trabajo se presentan los resultados obtenidos de evaluar un horno solar tipo Tolokatsin, con la finalidad de aprovechar la energía solar como una fuente alterna y no contaminante para la cocción de alimentos. Se monitoreó un horno, al cual se le hicieron adecuaciones para darle movimiento traslacional y giratorio, con la finalidad de poderlo direccionar para obtener la mejor y mayor radiación del sol. Las temperaturas se obtuvieron en cuatro puntos mediante sensores conectados a Dataloggers descargados la información en el programa HOBOware versión 3.7.26 para su procesamiento, y de esta forma obtener los datos de temperatura. Con los datos obtenidos se determinó que el horario donde se tuvieron las mayores temperaturas dentro del horno fue de las 12:30 a las 15:00 horas, siendo mayor entre el rango de las 13:00 a las 15:00 horas. Además, en forma práctica se cocieron alimentos para comprobar la efectividad del horno. Se puede concluir que este tipo de hornos permite la cocción de alimentos y son una alternativa viable y económica para sustituir otros tipos de hornos convencionales.

Palabras clave: alimentos; energía solar; horno; temperaturas

Abstract

Nowadays, the search for energy systems for cooking food has become very important in the face of high pollution from polluting sources such as firewood, gas and others that throw large amounts of carbon dioxide into the atmosphere and that have been associated with the climate change that we currently face. This work presents the results obtained from evaluating a Tolokatsin-type solar oven, with the purpose of taking advantage of solar energy as an alternative and non-polluting source for cooking food. An oven was monitored, to which adjustments were made to give it translational and rotating movement, in order to be able to direct it to obtain the best and greatest radiation from the sun. The temperatures were obtained at four points using sensors connected to Dataloggers, downloading the information into the HOBOware version 3.7.26 program for processing, and thus obtaining the temperature data. With the data obtained, it was determined that the time where the highest temperatures occurred was from 2:00 p.m. to 4:00 p.m., being highest between the range of 2:00 p.m. to 3:00 p.m. In addition, food was cooked practically to check the effectiveness of the oven. It can be concluded that this type of oven allows you to cook food and is a viable and economical alternative to replace other types of conventional ovens.

Keywords: food; oven; solar energy; temperatures

Introducción

La cocción de los alimentos se puede realizar con diferentes medios, a través de los años ha habido cambios en las preferencias de los combustibles, de acuerdo a los costos y disponibilidad de ellos, por ejemplo, en las zonas rurales donde se cuenta con leña, esta tiene prevalencia sobre otros tipos de combustibles, aunque se han ido mejorando las estufas para disminuir los efectos perjudiciales del humo y aumentar su eficiencia; en áreas urbanas la preferencia del gas es importante aunque las estufas y hornos eléctricos también tienen presencia.

Debido a los efectos del cambio climático, actualmente se están buscando fuentes de energía que afecten menos al ambiente, seguras y económicas; y surge como alternativa el uso de la energía solar, experimentándose con diferentes tipos de estufas y hornos solares, en busca de alternativas viables y funcionales para la cocción de alimentos, que disminuyan el uso de energías contaminantes y la tala de árboles con sus consiguientes efectos en el medio ambiente.

Según Terres et al. (2022), la estufa solar es un dispositivo que transforma la energía solar en energía térmica, teniendo dentro de sus principales usos: la pasteurización de agua, esterilizar material quirúrgico, el envasado de frutas, deshidratar alimentos y la cocción de alimentos (principalmente frutas y verduras).

Castell et al. (1999), menciona que, para evaluar la energía incidente sobre la cocina u horno, se evalúa la radiación en el plano perpendicular a los rayos solares. La forma, tamaño y materiales con lo que se construyen los hornos solares inciden en las temperaturas que se alcanzan en ellos. En cocina Solar (s/f), se menciona que las temperaturas están también condicionadas por la ubicación geográfica del sitio donde se ubique el horno, mientras más cerca del Ecuador, mayor temperatura se podrá generar, otros factores tendrán relación con las condiciones atmosféricas como niveles de contaminación, porcentajes de humedad y grado de nubosidad, así como la época del año y la hora de uso del dispositivo, mientras más alto se encuentre el sol se podrán obtener mayores temperaturas, así mismo mencionan que las temperaturas que se requieren para la cocción de los alimentos debe superar los 82°C, haciendo hincapié que a temperaturas no muy altas la cocción, aun cuando es más lenta, conserva los nutrientes de los alimentos, obteniéndose también carnes más jugosas y saludables. El horno solar Sun CooK fabricado en Portugal está diseñado para funcionar incluso con cielo parcialmente nublado, construido con materiales que permiten alta eficiencia y con una vida útil de 15 a 20 años, pudiendo alcanzar temperaturas máximas entre los 180 a 200 °C.

Correa (2012), menciona que las cocinas solares de tipo caja no tienen por qué girarse, al menos que se cocinen verduras por requerir más tiempo para la cocción, también comenta que las estufas parabólicas si requieren girarse con tiempos cortos para lograr un mejor enfoque. Las estufas tipo caja pueden tener mayor utilidad en latitudes de 20° N a 20° S, las que no cuenten con reflector se necesitan reposicionarse un poco para encarar al sol mientras cambia de posición.

Un elemento hibrido entre una estufa solar y un horno solar fue construido por Río et al. (2010) donde evaluaron temperaturas de cocción de alimentos, alcanzando una temperatura de 130 °C en un tiempo de 120 minutos.

Por otra parte, se sabe que en los hornos solares se cocinan alimentos de todo tipo, de manera económica y ecológica, y en cualquier lugar como lo menciona Fernández (2014), comenta que un horno solar parabólico cocina casi tan rápido como un fogón de gas. El horno más sencillo consiste en una caja forrada de material térmico aislante, salvo la parte orientada hacia el sol, actúa como un invernadero, puede superar los 100 °C de temperatura, aunque si se le añade algún tipo de captador solar, por ejemplo, reflectores de aluminio, la temperatura puede llegar a los 220 °C.

Otro tipo de horno mencionado en Cocina Solar (s/f), es el Solar Sun Oven donde emplea los reflectores plegables, tiene mayor popularidad en Norte América y alcanza temperatura que oscila de 180 a 200 °C. Las temperaturas alcanzada varían entre un horno y otro, tanto por los materiales como por las diversas características en su fabricación, como es el caso de los Hornos solares caseros, Cocina Solar (s/f), donde se menciona que su elaboración es con materiales de fácil adquisición como el cartón forrado con aluminio, tiene una eficiencia no es muy buena, llegando a alcanzar temperaturas de 65 a 80 °C, que sirve a las comunidades para la pasteurización del agua, pero si se quiere mejorar se tiene que ubicar la latitud para un mejor funcionamiento llegando a alcanzar la temperatura de 120°C.

Esteves et al. (2006), menciona que se construyó un horno con dos tipos de reflectores tanto superior como inferior, con 3 orientaciones, durante el ensayo se alcanzó una temperatura máxima de 178.8 °C, que consideran es superior a otros modelos de hornos solares donde las temperaturas alcanzadas fluctúan entre 145 a 155 °C.

Materiales y Métodos

Para el trabajo que se presenta, se empleó un horno tipo Tolokatsin, construido en el CIIDIR IPN unidad Oaxaca, empleando materiales reutilizables y de fácil adquisición en el mercado, como una propuesta para su uso en comunidades rurales del estado de Oaxaca, México, a dicho horno, se le dotó de un soporte giratorio y una guía para su movimiento vertical.

Para medir las temperaturas se colocaron dos sensores de temperatura superficial Termopar tipo K, dos en la parte externa del horno (sensores 1S y 2S) y uno dentro de este (sensor 3S), como se muestra en la figura 1 (Ortiz, 2023). También se colocaron tres sensores TMC20-HD dentro del cono (figura 2), suspendidos en la parábola para medir la concentración de energía.

Figura 1

Ubicación de sensores de temperatura superficial Termopar tipo K.

Nota. Fuente: Ortíz Pérez Wendoly

Figura 2

Ubicación de los sensores TMC20-HD en el cono del horno.