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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

Informe: COCINA SOLAR PARABOLICA Presentado por: Matamoros Gamarra Anderson J. Docente: Ciro Abelardo Espinoza Montes

Huancayo – Perú 2017

ÍNDICE ÍNDICE..........................................................................................................................................................2 INTRODUCCIÓN.........................................................................................................................................3 1 IDENTIFICACIÓN DEL OBJETO.......................................................................................................4 1.1 Objeto de investigación 4

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1.2

Entradas y salidas

1.3

Función 4

TEORIZACIÓN.....................................................................................................................................4 2.1 Antecedentes 4 2.2

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4

4

Fundamentos

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ANALISIS/SINTESIS DEL OBJETO...................................................................................................7 3.1 Elementos del objeto 7 3.2

Definición de funciones de los elementos del objeto 7

3.3

Síntesis de funciones de los elementos del objeto

3.4

Organización del objeto

7

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EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO........................................................................................9 4.1 Identificación de sinergia 9 4.2

Identificación de entropía y neguentropía

9

4.3

Identificación de recursividad y realimentación

4.4

Sistema viable

9

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CONCLUSIONES.......................................................................................................................................11 BIBLIOGRAFÍA.........................................................................................................................................11

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INTRODUCCIÓN

¿Cuáles son las características de la cocina solar parabólica que le permite realizar la función de generar la suficiente energía calorífica como para la cocción de alimentos? De acuerdo a estudios recientes se ha determinado de que los recursos fósiles (petróleo y sus derivados) se agotaran en un tiempo no muy lejano; motivo por el cual es necesario empezar a aprovechar otros recursos como lo es la energía solar, y una gran propuesta es la cocina solar del tipo parabólico. La cocina solar parabólica es un artefacto que nos permite cocinar alimentos utilizando la radiación solar como fuente de energía. Para que este artefacto funcione no es necesario de que exista radiación solar todo el día, bastara con tan solo un aproximado de 20 minutos por hora de exposición al sol. El tamaño de la cocina puede variar según las necesidades. Para el uso familiar la pantalla parabólica tiene un diámetro de 1 m. hasta 1.50 m. aproximadamente. Cuando es mayor el tamaño, mayor es la potencia de calor y consecuentemente la capacidad de cocción. Existen también cocinas solares parabólicas de tamaño industrial para cocinar grandes cantidades de alimentos, en estos casos la pantalla y la cocina con la olla de cocción son generalmente montadas en forma separada. ¿Qué tan eficiente es una cocina solar parabólica? Esto dependerá de varios factores como la calidad de los materiales con las cuales ha sido fabricada la cocina. Pero básicamente lo más importante es saber proporcionar los tipos de alimentos para garantizar una cocción deseada. En estos tipos de cocinas es necesario girar el concentrador parabólico para evitar de que hagan sombra al recipiente, de esta manera también estaríamos acelerando el proceso de cocinado de alimentos. Cocinar con una cocina parabólica es muy similar que cocinar con una cocina convencional. Ya que los rayos de sol concentrados inciden sobre el fondo del recipiente, el recipiente se calienta y esto hace que cocine rápidamente. Si se dispone de una olla a presión, el funcionamiento puede ser mejor aún, pero otra alternativa es el uso de una lata con tapa hermética, vale remarcar que el tiempo de cocción se reduce a la mitad cada 10°C que incrementamos

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1 IDENTIFICACIÓN DEL OBJETO 1.1 Objeto de investigación

ENERGIA SOLAR

COCINA SOLAR PARABOLICA

ENERGIA CALORIFICA

Figura 1.1: Caja negra de una cocina solar parabolica

1.2 Entradas y salidas Nuestro sistema de estudio tiene por entrada la energía solar, y la salida es energía calorífica.

1.3 Función La función de una cocina solar parabólica es generar energía calorífica a partir de la energía solar. Su funcionamiento se basa en un disco que refleja y concentra la luz del sol en un punto donde la comida es cocinada.

2 TEORIZACIÓN 2.1 Antecedentes A) Autor(es): Miguel Manchado Megía – Antonio Lecuona Neumann Año: 2012 Título: Caracterización de una cocina solar parabólica Conclusión: Partiendo de la base de que la utilización mayoritaria que se va a realizar de la cocina solar parabólica va a ser la de medio de cocción de alimentos en los países subdesarrollados de climas cálidos, podemos hacernos una idea de cómo se comportará nuestro dispositivo solar frente a una cocina convencional, y con los únicos parámetros que podemos entrar en la comparativa son la potencia y los tiempos de cocción que ambas llegan a desarrollar. B) Autor(es): Carlos González Mozo – Enrique González González Año: 2013 Título: Diseño y construcción de un cocina solar parabólica

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Conclusión: 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. Aun así es conveniente tener precauciones al cocinar con cocinas parabólicas utilizando gafas de sol y no olvidando la chapa protectora siempre que sea posible. C) Autor(es): Ariel Lerda – Abel Díaz Año: 2013 Título: Cocina solar parabólica plegable Conclusión: Los tiempos de cocción dependen de varios factores como cantidad de comida, tamaño de los trozos de comida, intensidad de la radiación solar, etc. Como orientación, el tiempo será el doble que requiere la cocción en una cocina u horno a gas. Comience preparando comidas simples como arroz o papas con piel, hasta conocer las características de la cocina. Para optimizar el rendimiento es conveniente ir moviendo la cocina cada 30-60 minutos, de manera que la abertura de la parábola apunte directo al sol. Para evitar deslumbramientos, utilice gafas oscuras

2.2 Fundamentos Radiación solar: La radiación solar es el conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. La radiación solar se distribuye desde el infrarrojo hasta el ultravioleta. No toda la radiación alcanza la superficie de la Tierra, porque las ondas ultravioletas más cortas son absorbidas por los gases de la atmósfera. La magnitud que mide la radiación solar que llega a la Tierra es la irradiancia, que mide la potencia que por unidad de superficie alcanza a la Tierra. Esta forma de energía renovable se puede aprovechar de manera satisfactoria con el uso de una cocina solar parabólica. Reflectores: Cuanta mayor cantidad de luz solar entre a la pantalla parabolica, mayor será la cantidad de energía que se refleja hacia el foco térmico. Concentrador solar: Un concentrador solar es un instrumento que sencillamente consiste en la concentración en un solo foco de los rayos incidentes en una superficie, consiguiendo de esta manera alcanzar altas temperaturas que permiten el cocido de los alimentos. Basta con orientarlo adecuadamente en la dirección del sol, para lograr que los espejos cóncavos con que cuenta convenientemente orientados concentren los rayos solares. Principio de la parábola: La definición de parábola habla del “lugar geométrico de los puntos que equidistan de una recta (directriz) y un punto fijo (foco)”. Lo que esto nos quiere decir es que la forma que va a presentar la parábola hace que la distancia de cualquier punto de la misma, en línea recta, 5

al foco, va a ser de igual valor a la distancia de ese mismo punto a la directriz, trazando una perpendicular a esta última Diseño y posición respecto al sol: El diseño de las cocinas parabólicas va a estar muy estandarizado, y aunque todas cumplen con el mismo principio, como se explicaba en el apartado anterior, cada una de ellas lo va a hacer con muy diferentes geometrías. La geometría característica de la cocina, junto con el tamaño y los materiales reflectantes (y sin olvidar la intensidad de radiación) es la que nos va a dar lo que se conoce como “potencia de salida” de cada cocina. La correcta combinación de los factores dará rendimientos más altos. Tipos de cocinas solares parabólico: a) cocinas de superficies parabólicas de foco profundo. b) cocinas de superficies parabólicas de foco expuesto Ventajas de la cocina solar parabólica       

No contaminan, son muy ecológicas. No necesitan electricidad, ni combustible. Fomenta el uso de energías renovables. Se economiza en cuanto a dinero utilizado en la cocción de alimentos. La tecnología y conocimientos necesarios de fabricación es muy accesible. Existe alta disponibilidad de los materiales de fabricación. Los materiales de fabricación son económicos.

Desventajas de la cocina solar parabólica  Necesitan atención constante, es necesario orientarla adecuadamente al sol con bastante frecuencia (cada 15 ó 20 minutos).  Solo tiene un punto de calor, por lo que no se puede utilizar más de un recipiente de cocción.  Para su utilización es necesario disponer de un espacio que reciba sol, por lo menos durante las horas centrales del día.

3 ANALISIS/SINTESIS DEL OBJETO 3.1 Elementos del objeto

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Estructura metálica de soporte Soporte para recipientes Pantalla parabólica Material reflectante

3.2 Definición de funciones de los elementos del objeto

Tabla3.2: tabla de función de elementos

Elementos

Funciones

Estructura metálica de soporte

Soporta todos los elementos de la cocina.

Aislante térmico

Reduce la pérdida de calor

Soporte para recipiente

Ubica de forma segura y estable el recipiente de cocción (olla, cazuela, plancha, sartén, etc.) en el foco de la pantalla parabólica.

Pantalla parabólica

Es la base para colocar el material reflector.

material reflectante

recepciona la luz solar y cubre la pantalla parabólica.

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3.3 Síntesis de funciones de los elementos del objeto

Tabla 3.3: tabla de síntesis de función de elementos

Elemento

Primario

secundario

Estructura metálica de soporte

X

Aislante térmico

X

Soporte para recipiente

X

Pantalla parabólica

X

Material reflectante

X

3.4 Organización del objeto

Fig. 3.2:Caja blanca

La energia solar ingresa al material reflectante, quien se encuentra envolviendo a la pantalla parabolica. El reflector enfoca todos los rayos luminosos hacia el 8

soporte del recipiente, el cual despues de un tiempo prudente alcanza una temperatura ideal para iniciar con el proceso de coccion de alimentos.

4 EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO 4.1 Identificación de sinergia Cada subsistema del la cocina solar parabólica por separado no genera ningún aporte, es necesario que estos subsistemas se correlacionen aportando cada uno sus características propias. Por ejemplo el soporte metálico no serviría de nada tal como es, tiene que ser ensamblado obligatoriamente al sistema para cumplir con su función encomendada. Solo asi se pude hablar de que la suma de las partes es diferente del todo.

4.2 Identificación de entropía y neguentropía Entropía:  El mal alineamiento del soporte del recipiente respecto a la pantalla parabólica ocasionará gran pérdida de energía calorífica.  Un material reflectante de baja calidad absorberá un porcentaje considerable de radiación solar Neguentropia: o El correcto ensamblado de nuestra cocina solar parabólica nos garantizará la eficiencia requerida. o Siendo el material reflectante la base de funcionamiento del sistema en estudio, urge utilizar un material confiable como pueden ser una lámina de aluminio o en espejo de vidrio.

4.3 Identificación de recursividad y realimentación  Recursividad: La recursividad se presenta en torno a ciertas características particulares de diferentes elementos y cada uno con diferentes grados de complejidad. En la cocina solar parabólica se muestra claramente de que los elementos: estructura metálica para soporte, pantalla parabólica, soporte para recipiente y el material reflectante son subsistemas que tienen características propias pero que cuando se relacionan entre si forman un sistema que transforma la energía solar en energía calorífica aprovechable.  Retroalimentación: La retroalimentación se produce cuando las salidas del sistema o la influencia de las salidas de los sistemas en el contexto, vuelven a ingresar al sistema como recursos o información. Se observa que para este sistema en estudio la energía calorífica retroalimenta al sistema no como recurso sino como información. La 9

retroalimentación que se hace al sistema nos ayuda a evaluar por ejemplo de que el soporte para el recipiente de cocción debe estar correctamente al centro del concentrador solar, porque solo de esta manera se aprovechara la energía luminosa captada.

4.4 Sistema viable  En un sistema viable la función de control la realizan mecanismos que orientan al sistema a un mejor funcionamiento. Esto implica autorregulación a partir de retroalimentación. Como podemos ver el elemento fundamental de la cocina solar parabólica es el material reflectante, es por ello de que se le podría considerar como subsistema autónomo que controla los demás elementos, el control se da en manifiesto cuando se alcanza una temperatura correcta para darse inicio con proceso de cocción de alimentos.

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CONCLUSIONES El uso de las cocinas solares parabólicas es muy beneficioso para la naturaleza evitando el consumo de combustibles fósiles y la tala de árboles con sus ventajas para eliminar CO2. Además genera un gran ahorro económico en las familias que promueven su uso. Es conveniente revisar el reflejo de los espejos de la parábola para asegurarse de que todos dirigen sus rayos al foco. Aun 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 parabólica 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.

BIBLIOGRAFÍA  Espinoza Montes, C. (2014). Metodología de investigación tecnológica. Pensando en sistemas (Segunda ed.). Huancayo, Perú: Soluciones Gráficas SAC.  Johansen Bertoglio Oscar (introducción a la teoría general de sistemas)  Morín, E. (2003). Introducción al pensamiento complejo (Sexta ed.). Barcelona, España: GEDISA. 

http://www.fotovoltaica.com/cocinsol.pdf



http://gastronomiasolar.com/cocina-solar-parabolica/



solarcooking.org/espanol/easylid-span.htm

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