INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LOS MOCHIS

I N G E N I E R Í A Q U Í M I C AINTEGRANTES:

Armenta Ibarra Carlos Eduardo……….13440257

Herrera Barraza David…………………….13440842

Medina García Cecilia Sarai……………….13441492

Mendoza Álvarez Jesús Guillermo…….13440353

MATERIA:

Mecanismo de Transferencia

UNIDAD VI:

Transferencia de Calor por Radiación

FACILITADOR:

M.I. José Francisco Aguilar Soto

PROYECTO:

Cocina Solar Parabólica

Los Mochis, Sinaloa, Junio del 2015.

INDICE

Resumen……………………………………………………..3

Titulo del proyecto ……………………………...…………..3

Planteamiento del problema………………………………..3

Justificación…………………………………………………..4

Objetivos………………………………………………………5

Introducción…………………………………………………..5

Metodología…………………………………………………..6

Cálculos teóricos…………………………………………….10

Material……………………………………………………….10

Procedimiento………………………………………………..11

Conclusiones…………………………………………………12

Referencias bibliográficas…………………………………..12

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 poder desinfectar material médico. Para su diseño empleamos cálculos básicos de una parábola y 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.

TÍTULO DEL PROYECTO

Diseño y construcción de una cocina solar, basándonos en la concentración de los rayos solares en un punto. Para ello estudiaremos el comportamiento físico de los mismos.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El presente trabajo pretende responder y aportar información a la comunidad educativa en relación a la siguiente pregunta: ¿De qué manera podemos utilizar la radiación solar con fines económicos y ecológicos? La pregunta de investigación planteada busca la relación entre las siguientes dos variables: 1) la radiación solar como fuente energética y, 2) su impacto ambiental. Los antecedentes descritos en los siguientes párrafos y el estudio sobre la literatura en torno a la radiación solar y sus impactos dan sustento al planteamiento del problema de la presente investigación.

La energía solar se usa principalmente para dos cosas, aunque no son las únicas, primero para calentar cosas como comida o agua, conocida como energía solar térmica, y la segunda para generar electricidad, conocida como energía solar fotovoltaica.

Los principales aparatos que se usan en la energía solar térmica son los calentadores de agua y las estufas solares. Para generar la electricidad se usan las células solares, las cuales son el alma de lo que se conoce como paneles solares, las cuales son las encargadas de transformarla energía eléctrica. (Ruiz Anthony 2009).

En nuestro caso utilizaremos esta energía solar para calentar agua, construyendo en sí, una estufa solar parabólica. Tomando en cuenta la economía, el impacto ambiental y educativo.

JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

La introducción de una cocina solar en su estilo de vida, supone un avance para ellos histórico, 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. Vamos a analizar las ventajas que suponen para habitantes de países subdesarrollados el uso de una cocina solar:

• SALUD:

Evitar enfermedades crónicas y mortales por los alimentos y aguas 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 ESTUDIO Y DISEÑO DE UNA COCINA SOLAR

La cocina solar puede ser una herramienta útil para estimular el desarrollo económico en áreas pobres, dedicando el dinero destinado a carbón o a combustibles para cocinar en otros fines

La producción artesanal de alimentos envasados, en particular dulces Secado solar de frutos.

• IGUALDAD

La escasez de combustible hiere a las mujeres, puesto que la responsabilidad está en ellas para encontrar soluciones.

La disponibilidad del combustible afecta hábitos de cocción 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.

Los desórdenes respiratorios de las mujeres se ligan a la exposición al humo, resultado de la cocción doméstica. Sin embargo, las enfermedades respiratorias en las mujeres, quedan a menudo sin tratamiento.

OBJETIVOS

Nuestros objetivos en este proyecto van a ser los siguientes:

Realizar un estudio sobre los beneficios que suponen las cocinas solares Analizar la física de las cocinas y su funcionamiento Realizar un estudio sobre las distintas cocinas existentes en la actualidad Analizar las desventajas más notables de ellas y determinar el diseño que

seguiremos en la creación de nuestra propia cocina Diseño y construcción de nuestra cocina Analizar los resultados obtenidos en las pruebas con nuestra cocina Analizar ventajas y desventajas con respecto a las ya existentes Estudiar la implantación de las cocinas solares hoy día en el mundo Visión de futuro de las cocinas solares

INTRODUCCIÓN

La radiación es la transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas. No se requiere de un medio para su propagación. La energía irradiada se mueve a la velocidad de la luz. El calor irradiado por el Sol se puede intercambiar entre la superficie solar y la superficie de la Tierra sin calentar el espacio de transición. Como Por ejemplo, si colocamos un objeto (tal como una moneda, un coche, o a nosotros mismos) bajo los rayos del Sol directos; al poco tiempo notaremos que el objeto se calentará. El intercambio de calor entre el Sol y el objeto ocurrirá por medio de radiación. (Potter, Merle C. and Somerton, 1993)

En los últimos años, los problemas de contaminación han adquirido tal magnitud y diversidad que la sociedad ha ido tomando cada vez mayor conciencia de los riesgos actuales, y más aún, de los potenciales. Como resultado de la presión social generada, quienes toman las decisiones muestran un cociente voluntad política para resolver los problemas. Actualmente, escuchamos en la radio, vemos en la televisión y leemos en la prensa e internet noticias sobre el deterioro ambienta en México lo cual contribuye a formar nuestras opiniones con frecuencia, induciendo a la adopción de soluciones, he aquí una de las importantes razones de las cuales se propuso medio alternativo para el uso de energías, una energía que entra entre las renovables, la tan afamada energía solar (Jiménez-Cisneros, 2001).

Otro de los factores que dio la adopción a esta alternativa fue la creciente demande de energía y las limitaciones que ofrece la capacidad instalada para proveer energía renovable, así como la necesidad de diversificar las fuentes de abastecimiento energético, hacen de las energías renovables y de la eficacia energética dos rubros muy importantes, así que se decidió una energía renovable que fuera de fácil instalación, y que tenga un buen abastecimiento de eficiencia energética (Villarreal, 2006).

METODOLOGÍA

La cocina solar, en su término más amplio, es un artefacto que nos permite cocinar alimentos utilizando la radiación solar como fuente de energía.

El principio de funcionamiento esta dado por:

La dirección de propagación de una onda se representa mediante líneas que se denominan rayos, la forma de la superficie en la que inciden determina la dirección de los rayos reflejados. Cuando la forma de dicha superficie es parabólica, todos los rayos que llegan paralelos al eje de la parábola se reflejan y pasan por un mismo punto al cual se denomina foco. Esta es la propiedad fundamental en la cual se basa el funcionamiento de todas las cocinas solares parabólicas.

El concentrador solar parabólico es un dispositivo que concentra en un solo punto o foco, todos los rayos solares incidentes en su superficie, orientado adecuadamente en la dirección del sol conseguirá  alcanzar altas temperaturas que permiten cocinar alimentos.

Existen gran variedad de modelos, por un lado tenemos las cocinas solares comerciales y de otro, versiones caseras construidas a partir de diseños y materiales diversos. Sin embargo una clasificación útil, sobretodo en miras a elegir un modelo para comprar o construir, es en función de la geometría de la superficie parabólica de su reflector. De esta manera encontramos dos grandes grupos:

Cocinas con superficie parabólica de foco expuesto. Cocinas con superficie parabólica de foco profundo.

Las cocinas solares parabólicas que utilizan superficies de foco profundo son mucho más recomendables, al quedar el foco dentro del plano de la parábola son

más eficientes, debido a que la zona de cocción está mejor protegida del viento. También son más seguras, se evitan situaciones peligrosas, como el deslumbramiento del utilizador, quemaduras fortuitas o un posible incendio en zonas adyacentes.

Enfoque ecológico

Necesidades energéticas: El ejemplo de india

La disponibilidad de energía, aunque no es el único, es uno de los ingredientes esenciales para el desarrollo socio-económico de un país. como consecuencia, mejorar los niveles de vida y promover el crecimiento económico implica, en parte, aumento de la demanda energética. Con una población de 103,236 millones de personas en 2001, Para mantener esta demanda energética india es profundamente dependiente de la importación de combustible, se calcula que el país importa el 26% de si emergía primaria, valor que alcanzo el 35-40% en el 2012. En india existen 75 centrales térmicas de carbono que tienen una capacidad de generación de 58.885 MW.

India se encuentra en el llamado cinturón solar de la Tierra, y recibe la energía solar equivalente a más de 5 millones TWh/año, lo que queda muy lejos del consumo nacional total de energía de este país, hay muchas instituciones que están trabajando para poder abastecer la demanda energética. Por medio de energías renovables.

Una de las respuestas a la demanda energética: Las cocinas solares

Una actividad tan aparentemente inofensiva como cocinar genera una importante cantidad de emisiones a la atmosfera. Una familia puede consumir fácilmente una media de 4 toneladas de leña para cocinar, que liberan cerca de 7.2 toneladas de CO2. En términos generales, y teniendo en cuenta el mundo tan poblado y la gran utilización de personas para cocinar con fuego en el suelo el resto con sistemas más eficientes pero que también generan emisiones cerca de 15% de las aproximadas 6.000 toneladas de carbono anualmente liberados a la atmosfera. India como ya se menciono se encuentra en una posición en el planeta donde las irradiaciones de energía por el sol no deben desaprovecharse por ente la utilización de ese medio para abastecer los gastos energéticos de ese país, Una forma de solucionarlo seria las cocinas solares.

Comparación México - India y justificación de uso

México y india son dos grandes países en vía de desarrollo, he aquí la importancia energética aquí juega un papel en el desarrollo de ambos países. México como India territorialmente, Su localización cercana a los trópicos le proporciona parecidamente, el sol la misma cantidad de energía irradiada proporcionalmente por Área. La superficie del país mexicano La superficie aproximada es de 1 964 375 km² mientras que la India tiene una superficie de 3.165.596 km². La eficiencia de recepción de esta energía por tamaño territorial es más eficiente en india, pero en porcentaje de área es el mismo por su posición territorial.

CALCULOS TEORICOS

Lo primero que se debe tener en cuenta es el tipo de cocina al que nos abocaremos, y conocer cómo es posible determinar las dimensiones óptimas para la estructura. Por eso es que entraremos en un poco de cálculos matemáticos muy básicos, que son necesarios para nuestro diseño. La idea principal es que es una cocina parabólica, porque la zona de reflexión de la luz donde se situarán los espejos es una parábola. La función principal de una parábola, es que tiene la particularidad de concentrar toda la energía incidente del sol (idealmente) en un foco, o punto, determinado por la geometría de la misma y siempre que los rayos incidentes lleguen a la parábola perpendicular. A partir de este punto, el cual elegiremos nosotros su ubicación, determinaremos los demás parámetros de la parábola. Y es obvio que el foco o punto de concentración le situaremos en nuestra cocina justo en el hueco en el que se va a situar la cazuela o sartén. La forma de la parábola se calculara con la fórmula 1:

Y= X2

4 ∙F

Donde las variables se definen como:

Y: Altura de la parábola X: Ancho de la parábola medido del vértice (radio) F: Foco o punto de concentración (lugar donde se ubicará la olla).

Después de esto los cálculos consistían en como determinar cuál iba a ser el punto de giro de la parábola, las dimensiones de la estructura dependiendo de la parábola y alguno más en los que ya no entraremos en detalle. Lo siguiente era pues la construcción física de la misma, proceso que dividimos en 4 pasos.

MATERIAL

15 Cajas de cartón (todos iguales) 10 Cartulinas Resistol blanco Tubo PVC Cuchillo cartonero Cinta adhesiva Papel aluminio Escuadras

PROCEDIMIENTO

1. Calcular la forma de la parábola, dependiendo el largo de esta.

2. Realización de la forma de la parábola con el cartón

3. Construcción del cajón de la parábola y de los mecanismos para su giro y soporte.

4. Recubrimiento de los espacios colocando papel aluminio y cartulina

El resultado fue el siguiente:

CONCLUSIONES

La cocina solar es una manera de reducir desigualdades y mejorar la calidad de vida en muchos aspectos de las personas de países del tercer mundo.

Fundamentalmente las cocinas solares más importantes son de 2 tipos: los hornos solares; baratos, de fácil construcción y de regulares capacidades y las cocinas parabólicas; más caros y complejos de diseñar pero con un rendimiento mucho mayor.

Para la construcción de una cocina solar parabólica, la parte más importante es la del diseño y los cálculos matemáticos de la parábola. De la precisión de ellos dependerá buena parte del rendimiento de la cocina.

Es conveniente revisar el reflejo de los espejos de la parábola para asegurarse de que todos dirigen sus rayos al foco. Aún así es conveniente tener precauciones al cocinar con cocinas parabólicas utilizando gafas de sol y no olvidando la chapa protectora siempre que sea posible.

Debido a las enormes ventajas que se sacan de la utilización de la cocina solar es importante difundirla y darla a conocer en las regiones para las que ha sido diseñada. Y no valdrá sólo con dejarlas allí, sino que será de vital importancia el enseñar a utilizarlas y realizar un seguimiento durante varias semanas en los lugares donde se quiera implantar.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

- Jiménez-Cisneros, B.E. 2001. La contaminación ambiental en México: Causas, efectos y tecnología apropiada. Limusa, S.A. De C.V. Grupo Noriega editores, México . p 29

- Villarreal, C.M. 2006. Bienes y servicios ambientales en México: caracterización preliminar y sinergias entre protección ambiental, desarrollo del mercado y estrategia comercial. Unite Nations Publications. Chile. p 23, 24

- Alier, J.M. 2004. Ecología política: cuadernos de debate internacional .Icaro Editoria, España. p 154, 153

- Cervantes-Sánchez, M. 2001. Geografía de México 2. Editorial Progreso, 2001. p 9

- Ruiz Anthony. 2013. Paneles Soleras. Limusa, S.A. De C.V. México. p 45.

- Potter, Merle C. and Somerton, Craig W. Thermodynamics for Engineers. Mc Graw-Hill. 1993.

- COLOMBIA. MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL. UNIDAD TECNICA DE OZONO(UTO). Boletín Ozono No. 20. Bogota: El Ministerio, Abril de 2009.