cocina solar

Una cocina solar , también conocida como horno solar , es un dispositivo que utiliza la energía de la luz solar directa para calentar, cocinar o pasteurizar bebidas y otros alimentos. Muchos hornos solares que se utilizan actualmente son dispositivos relativamente económicos y de baja tecnología , aunque algunos son tan potentes o tan caros como las estufas tradicionales, ^{[ 1 ]} y las cocinas solares avanzadas de gran escala pueden cocinar para cientos de personas. ^{[ 2 ]} Debido a que estas cocinas no utilizan combustible y su funcionamiento es gratuito, muchas organizaciones sin fines de lucro están promoviendo su uso en todo el mundo para ayudar a reducir los costos de combustible y la contaminación del aire , y para ayudar a frenar la deforestación y la desertificación .

En la antigüedad, se cree que el uso de la energía solar existía en civilizaciones como la griega , la romana y la china , aunque no para cocinar. ^{[ 3 ]}

La primera descripción académica de los principios de una cocina solar la realizó el geólogo, meteorólogo, físico y explorador alpino ginebrino Horace-Bénédict de Saussure en 1767. El principio de cocinar alimentos con luz solar se desarrolló ampliamente en la Legión Extranjera Francesa en la década de 1870. ^{[ 4 ]}

Se utiliza una superficie reflectante de alta reflectancia para concentrar la luz solar en una pequeña área de cocción. Dependiendo de la geometría de la superficie, la luz solar puede concentrarse en varios órdenes de magnitud, produciendo temperaturas lo suficientemente altas como para fundir sal y metal. Sin embargo, estas altas temperaturas no son necesarias para la mayoría de las aplicaciones domésticas de cocina solar. Los productos de cocina solar suelen estar diseñados para alcanzar temperaturas de entre 65 °C (150 °F) (temperaturas para hornear) y 400 °C (750 °F) (temperaturas para asar/dorar) en un día soleado.    

Esta energía lumínica se convierte en energía térmica. Las cocinas solares concentran la luz solar sobre un receptor, como una sartén. La interacción entre la energía lumínica y el material receptor transforma la luz en calor; este proceso se denomina absorción. La conversión se maximiza utilizando materiales que absorben, conducen y retienen el calor. Para maximizar la absorción, las ollas y sartenes que se utilizan en las cocinas solares deben ser de color negro mate.

Es importante retener la energía térmica y reducir la convección aislando el aire dentro de la olla del aire exterior. Simplemente usar una tapa de vidrio en la olla mejora la absorción de luz desde la parte superior y crea un efecto invernadero que mejora la retención de calor y minimiza la pérdida por convección . Este "acristalamiento" transmite la luz solar visible incidente, pero es opaco a la radiación térmica infrarroja que escapa. En entornos con recursos limitados, una bolsa de plástico resistente a altas temperaturas puede cumplir una función similar, atrapando el aire en el interior y permitiendo alcanzar temperaturas en días fríos y ventosos similares a las que se alcanzan en días calurosos.

Los distintos tipos de cocinas solares utilizan métodos de cocción ligeramente diferentes, pero la mayoría siguen los mismos principios básicos.

Los alimentos se preparan como si fueran para un horno o una estufa. Sin embargo, dado que los alimentos se cocinan más rápido en trozos más pequeños, los alimentos que se colocan dentro de una cocina solar generalmente se cortan en trozos más pequeños de lo que se harían normalmente. ^{[ 5 ]} Por ejemplo, las papas generalmente se cortan en trozos del tamaño de un bocado en lugar de asarse enteras. ^{[ 6 ]} Para cocciones muy sencillas, como derretir mantequilla o queso, puede que no sea necesaria una tapa y los alimentos se pueden colocar en una bandeja sin tapar o en un tazón. Si se van a cocinar varios alimentos por separado, entonces se colocan en recipientes diferentes.

El recipiente con la comida se coloca dentro de la cocina solar, que puede estar elevada sobre un ladrillo, una piedra, un soporte metálico u otro disipador de calor , y se coloca bajo la luz solar directa. ^{[ 5 ]} Los alimentos que se cocinan rápidamente se pueden añadir a la cocina solar más tarde. El arroz para el almuerzo se puede empezar a cocinar temprano por la mañana, y las verduras, el queso o la sopa se añaden a la cocina solar a media mañana. Dependiendo del tamaño de la cocina solar y de la cantidad de alimentos que se cocinen, una familia puede usar una o más cocinas solares.

Un horno solar se orienta hacia el Sol y se deja hasta que la comida esté cocida. A diferencia de cocinar en una estufa o sobre fuego, que puede requerir más de una hora de supervisión constante, la comida en un horno solar generalmente no se revuelve ni se voltea, tanto porque es innecesario como porque abrir el horno solar permite que escape el calor atrapado y, por lo tanto, ralentiza el proceso de cocción. Si se desea, el horno solar se puede revisar cada una o dos horas para orientarlo con mayor precisión hacia el Sol y asegurarse de que las sombras de edificios o plantas cercanas no hayan bloqueado la luz solar. Si la comida se va a dejar sin supervisión durante muchas horas al día, el horno solar suele orientarse hacia el punto donde el Sol estará cuando alcance su punto más alto en el cielo, en lugar de hacia su posición actual. ^{[ 7 ]}

El tiempo de cocción depende principalmente del equipo utilizado, la cantidad de luz solar y la cantidad de alimentos. La temperatura del aire, el viento y la latitud también influyen en el rendimiento. Los alimentos se cocinan más rápido en las dos horas previas y posteriores al mediodía solar local que temprano por la mañana o al final de la tarde. Las grandes cantidades de comida y los alimentos en trozos grandes tardan más en cocinarse. Por lo tanto, solo se pueden dar cifras generales sobre el tiempo de cocción. Con una pequeña cocina solar, se podría derretir mantequilla en 15 minutos, hornear galletas en 2 horas y cocinar arroz para cuatro personas en 4 horas. Con una cocina solar parabólica de alto rendimiento, se podría asar un filete en minutos. Sin embargo, dependiendo de las condiciones locales y del tipo de cocina solar, estos proyectos podrían tardar la mitad o el doble de tiempo.

Es difícil quemar la comida en una cocina solar. ^{[ 6 ]} Los alimentos cocinados incluso una hora más de lo necesario suelen ser indistinguibles de los cocinados mínimamente. La excepción a esta regla son algunas verduras de hoja verde, que cambian rápidamente de un verde brillante perfectamente cocido a un verde oliva , aunque conservan la textura deseada.

En la mayoría de los casos, como el arroz, una persona común no podría distinguir cómo se cocinó con solo mirar el producto final. Sin embargo, existen algunas diferencias: el pan y los pasteles se doran por encima en lugar de por debajo. En comparación con la cocción a la brasa, la comida no adquiere un sabor ahumado.

Una cocina solar de caja tiene una tapa transparente de vidrio o plástico, y puede tener reflectores adicionales para concentrar la luz solar en su interior. La tapa suele poder retirarse para permitir la colocación de ollas oscuras con alimentos. Se pueden colocar uno o más reflectores de metal brillante o material revestido de aluminio para reflejar luz adicional hacia el interior de la cámara del horno. Los recipientes de cocción y el fondo interior de la cocina deben ser de color oscuro o negro. Las paredes interiores deben ser reflectantes para reducir la pérdida de calor por radiación y reflejar la luz hacia las ollas y el fondo oscuro, que está en contacto con ellas. La caja debe tener laterales aislados. El aislamiento térmico para la cocina solar de caja debe ser capaz de soportar temperaturas de hasta 150  °C (300  °F) sin derretirse ni desprender gases. Se puede utilizar papel de periódico arrugado, lana, trapos, hierba seca, láminas de cartón, etc., para aislar las paredes de la cocina. Las ollas y/o bandejas inferiores de metal se pueden oscurecer con pintura en aerosol negra mate (no tóxica al calentarse), témpera negra o hollín de una hoguera. La cocina solar de caja suele alcanzar una temperatura de 150  °C (300  °F). No es tan caliente como un horno convencional, pero sí lo suficiente como para cocinar alimentos durante un período de tiempo algo más prolongado. ^{[ 8 ]}

Las cocinas solares de panel son cocinas solares económicas que utilizan paneles reflectantes para dirigir la luz solar hacia una olla de cocción encerrada en una bolsa de plástico transparente.

Los experimentos científicos con hornos solares se realizan habitualmente como proyectos en institutos y universidades, como el concurso "Solar Oven Throwdown" de la Universidad de Arizona . ^{[ 9 ]} Estos proyectos demuestran que es posible alcanzar altas temperaturas y predecirlas mediante modelos matemáticos.

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  Cocina solar con panel HotPot
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  Horno solar en uso
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  Horno solar hecho de cartón

Varias cocinas solares parabólicas

Las cocinas solares parabólicas concentran la luz solar en un solo punto. Cuando este punto se enfoca en la base de una olla, puede calentarla rápidamente a temperaturas muy altas, a menudo comparables con las alcanzadas en parrillas de gas y carbón. Este tipo de cocinas solares se utilizan ampliamente en varias regiones del mundo, especialmente en China e India, donde cientos de miles de familias las utilizan actualmente para preparar alimentos y calentar agua. Algunos proyectos de cocinas solares parabólicas en China reducen entre 1 y 4 toneladas de dióxido de carbono al año y reciben créditos de carbono a través del Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) y el Estándar Oro . Algunas cocinas solares parabólicas incorporan materiales y diseños de vanguardia que dan como resultado eficiencias de energía solar superiores al 90 %. Otras son lo suficientemente grandes como para alimentar a miles de personas cada día, como el recipiente solar de Auroville en India, que prepara dos comidas diarias para 1000 personas. ^{[ 10 ]}

Si un reflector es axialmente simétrico y su sección transversal es una parábola , tiene la propiedad de concentrar los rayos de luz paralelos (como la luz solar) en un punto focal . Si el eje de simetría apunta hacia el Sol, cualquier objeto situado en el foco recibe luz solar altamente concentrada y, por lo tanto, se calienta mucho. Esta es la base del uso de este tipo de reflector para la cocción solar.

Los paraboloides son curvas compuestas , más difíciles de fabricar con herramientas sencillas que las curvas simples . Si bien las cocinas solares paraboloidales cocinan igual o mejor que una estufa convencional, su construcción manual es compleja. Por lo general, estos reflectores se fabrican con muchos segmentos pequeños, todos ellos curvas simples que, en conjunto, forman curvas compuestas.

Aunque los paraboloides son difíciles de fabricar a partir de láminas planas de material sólido, se pueden crear de forma bastante sencilla haciendo girar recipientes abiertos que contengan líquidos. La superficie superior de un líquido que gira a velocidad constante alrededor de un eje vertical adopta naturalmente la forma de un paraboloide. La fuerza centrífuga hace que el material se mueva hacia afuera del eje de rotación hasta que se forma una depresión lo suficientemente profunda en la superficie para que la fuerza se equilibre con el efecto nivelador de la gravedad. Resulta que la depresión es un paraboloide exacto. (Véase Telescopio de espejo líquido ). Si el material se solidifica mientras gira, la forma paraboloide se mantiene después de que la rotación se detiene y se puede utilizar para fabricar un reflector. Esta técnica de rotación se utiliza a veces para fabricar espejos paraboloidales para telescopios astronómicos y también se ha utilizado para cocinas solares. Los dispositivos para construir dichos paraboloides se conocen como hornos rotatorios .

Los reflectores paraboloidales generan altas temperaturas y cocinan rápidamente, pero requieren ajustes y supervisión frecuentes para un funcionamiento seguro. Existen varios cientos de miles, principalmente en China. Son especialmente útiles para cocinar en hogares particulares y en instituciones a gran escala.

Una cocina Scheffler (llamada así por su inventor, Wolfgang Scheffler ) utiliza un gran reflector idealmente paraboloide que gira alrededor de un eje paralelo al de la Tierra mediante un mecanismo mecánico, girando a 15 grados por hora para compensar la rotación terrestre . El eje pasa por el centro de masa del reflector, lo que permite girarlo fácilmente. El recipiente de cocción se encuentra en el foco, que está sobre el eje de rotación, por lo que el espejo concentra la luz solar sobre él durante todo el día. Ocasionalmente, el espejo debe inclinarse sobre un eje perpendicular para compensar la variación estacional de la declinación solar . Este eje perpendicular no pasa por el recipiente de cocción. Por lo tanto, si el reflector fuera un paraboloide rígido, su foco no permanecería fijo en el recipiente de cocción al inclinarse. Para mantener el foco fijo, la forma del reflector debe variar. Sigue siendo paraboloide, pero su distancia focal y otros parámetros cambian al inclinarse. Por consiguiente, el reflector Scheffler es flexible y puede doblarse para ajustar su forma. Suele estar compuesto por numerosas secciones planas pequeñas, como espejos de vidrio, unidas por plástico flexible. La estructura que soporta el reflector incluye un mecanismo que permite inclinarlo y doblarlo según sea necesario. El espejo nunca es exactamente parabólico, pero siempre se aproxima lo suficiente para cocinar.

En ocasiones, el reflector giratorio se ubica en el exterior y la luz solar reflejada pasa a través de una abertura en una pared hacia una cocina interior, a menudo una cocina comunitaria grande, donde se realiza la preparación de los alimentos.

Los reflectores paraboloidales con centros de masa coincidentes con sus focos son útiles. Se pueden girar fácilmente para seguir el movimiento del Sol en el cielo, rotando alrededor de cualquier eje que pase por el foco. Se pueden usar dos ejes perpendiculares que se intersecan en el foco, lo que permite que el paraboloide siga tanto el movimiento diario del Sol como el estacional. La olla de cocina permanece estacionaria en el foco. Si el reflector paraboloide es axialmente simétrico y está hecho de un material de espesor uniforme, su centro de masa coincide con su foco si la profundidad del reflector, medida a lo largo de su eje de simetría desde el vértice hasta el plano del borde, es 1,8478 veces su distancia focal. El radio del borde del reflector es 2,7187 veces la distancia focal. El radio angular del borde, visto desde el punto focal, es de 72,68 grados.

Reflectores esféricos

Los reflectores esféricos funcionan de forma muy similar a los reflectores paraboloidales, de modo que el eje de simetría apunta hacia el Sol para concentrar la luz solar en un punto. Sin embargo, el foco de un reflector esférico no será un punto focal debido a un fenómeno conocido como aberración esférica . Algunas antenas concentradoras (como las antenas parabólicas) que no requieren un enfoque preciso optan por una curvatura esférica en lugar de un paraboloide. Si el radio del borde del reflector esférico es pequeño en comparación con el radio de curvatura de su superficie (el radio de la esfera de la que forma parte el reflector), el reflector se aproxima a uno paraboloide con una distancia focal igual a la mitad del radio de curvatura. ^{[ 13 ]}

Cartón, papel de aluminio y bolsas de plástico para más de 10 000 cocinas solares han sido donados a los campos de refugiados de Iridimi y Touloum en Chad por los esfuerzos conjuntos de Jewish World Watch , la fundación holandesa KoZon y Solar Cookers International . Los refugiados construyen las cocinas ellos mismos, utilizando los suministros donados y goma arábiga comprada localmente . ^{[ 19 ]} También ha reducido significativamente la cantidad de tiempo que las mujeres pasan cada día cuidando fuegos abiertos, lo que ha resultado en que estén más sanas y tengan más tiempo para cultivar verduras para sus familias y hacer artesanías para la exportación. ^{[ 19 ]} Para 2007, Jewish World Watch había capacitado a 4500 mujeres y había proporcionado 10 000 cocinas solares a los refugiados. El proyecto también ha reducido el número de viajes de búsqueda de alimentos hasta en un 70 por ciento, reduciendo así el número de ataques.

• La wiki de cocina solar