Centro educativo católico

Escuela nuestra señora de sion

Feria científica 2012

Tema del proyecto:

“horno solar”

Alumna:

Valery Gorgona Sánchez

Sección:

5-3

Puntarenas, 8 de junio 2012

Introducción:

El horno solar es un aparato que se hace con el fin de ahorrar energía, puede sustituir a las parrillas o incluso a la estufa y evita el uso de hidrocarburos que contaminan altamente la tierra provocando efecto Invernadero y otros contaminantes.

Unos de los problemas mas sobresalientes es el calentamiento global de la tierra y la contaminación por hidrocarburos formados por hidrogeno y oxigeno que en combinación con otros elementos nos dan metano y dióxido de carbono cuyas propiedades son mantener el calor de un lugar y en este caso el de la tierra originando así un efecto Invernadero.

Una de las soluciones para evitar el uso de hidrocarburos y otros contaminantes es el horno solar que funciona a base de la energía solar y no contamina con la quema de hidrocarburos.

Planteamiento del problema:

¿Podrá la energía solar atreves de una pequeña caja de cartón producir calor para derretir y calentar alimentos?

Planteamiento de la hipótesis:

1- Al utilizar cierto tipo de materiales que atraigan calor pueda que se calienten alimentos sin necesitar energía eléctrica.

2- Este medio de calor es muy útil si nos encontramos en lugares donde no hay electricidad y a la vez no contamina el medio ambiente.

3-

Objetivo general:

Crear un horno solar con la ayuda de materiales reciclables y poner a prueba la energía solar.

Objetivas específicos:

1. Utilizar materiales reciclables y simples.2. Tatar de demostrar que con ayuda de nuestro sol podemos

calentar alimentos.3. Concientizar a las personas para que le saquen provecho a los

materiales que tenemos en el hogar para hacer artefactos que sean de mucha utilidad.

Marco teórico:

La energía solar es el calor y la luz que irradia el sol, controla el clima de la Tierra y permite la existencia de seres vivos en nuestro planeta.

La energía solar se refiere específicamente a la conversión de la luz solar en electricidad a través de celdas o células fotovoltaicas.

Cada día el sol irradia enormes cantidades de energía, irradia más energía en un segundo que lo que toda la humanidad ha utilizado desde el principio de los tiempos.

La energía que constantemente se irradia desde el sol viene del sol mismo. Tal como otras estrellas, el sol es una gran masa de gases, en su mayoría hidrógeno y helio. Los átomos de hidrógeno en el núcleo del sol combinan para formar helio y generan energía a través de un proceso llamado fusión nuclear.

Durante la fusión nuclear, la alta presión y temperatura del sol causan que los átomos de hidrógeno se separen, y que sus núcleos se combinen. Cuatro núcleos de hidrógeno se combinan para formar un átomo de helio. El átomo de helio contiene menos masa que los cuatro átomos de hidrógeno que se fusionaron, es por ello que cierta cantidad de masa se pierde durante la fusión nuclear. Esta materia perdida se emite hacia el espacio en forma de energía radiante.

Toma millones de años para que la energía en el núcleo del sol llegue a la superficie solar, y tan solo 8 minutos en recorrer 149 millones de

kilómetros hasta la tierra. La energía solar viaja hacia la tierra a una velocidad de 186,000 millas por segundo, la velocidad de la luz.

Sólo una muy pequeña cantidad de la energía que se irradia desde el sol hasta el espacio llega a la tierra, dos mil millonésimas partes. Aun así esta cantidad de energía es suficiente, la energía solar que llega a la tierra en un sólo día sería suficiente para abastecer a nuestro planeta por un año y medio, esto si la aprovecháramos eficientemente.

Alrededor del 15 % de la energía del sol que llega a la tierra se refleja de regreso al espacio. Un 30% se utiliza para evaporar agua, que al elevarse a la atmósfera produce lluvia. La energía solar también la absorben las plantas y los océanos.

El resto de la energía solar es la que tenemos disponible para cubrir nuestras necesidades energéticas (luz, electricidad, calor, etc.).

Los seres humanos han aprovechado la energía solar por siglos. Desde el siglo VII a.C., las personas utilizaban lupas magnificadoras para concentrar la luz del sol en rayos tan calientes que podían encender llamas en la madera.

Hace más de 100 años, en Francia, un científico utilizo el calor del sol para producir vapor y echar a andar un motor de vapor.

A principios del siglo pasado, gran cantidad de científicos e ingenieros comenzaron a investigar diferentes maneras para aprovechar la energía solar. Un desarrollo importante fue un calentador solar para

agua inventado por Charles Greeley Abbott, un astrofísico norteamericano, en 1936.

El calentamiento de agua con energía solar tuvo popularidad en las regiones del sureste de Estados Unidos desde los años veintes. Fue hasta después de la Segunda Guerra Mundial que se empezó a crecer la investigación en el campo de la energía solar. Este crecimiento duró hasta mediados de los años cincuenta, cuando el bajo costo del gas natural lo convirtió en el principal combustible para calentar hogares.

La población y los gobiernos permanecieron indiferentes a las posibilidades de la energía solar, hasta la escasez de petróleo de los años setenta. En nuestros días las personas utilizan la energía solar para calentar edificios y agua, y para generar electricidad.

Si se utiliza la energía solar, no se genera contaminación de aire o agua, y es una enorme y gratis fuente de energía.

La atmósfera de la Tierra está compuesta de muchos gases. Los más abundantes son el nitrógeno y el oxígeno (este último es el que necesitamos para respirar). El resto, menos de una centésima parte, son gases llamados "de invernadero". No los podemos ver ni oler, pero están allí. Algunos de ellos son el dióxido de carbono, el metano y el dióxido de nitrógeno.

En pequeñas concentraciones, los gases de invernadero son vitales para nuestra supervivencia. Cuando la luz solar llega a la Tierra, un poco de esta energía se refleja en las nubes; el resto atraviesa la atmósfera y llega al suelo. Gracias a esta energía, por ejemplo, las plantas pueden crecer y desarrollarse.

Pero no toda la energía del Sol es aprovechada en la Tierra; una parte es "devuelta" al espacio. Como la Tierra es mucho más fría que el Sol, no puede devolver la energía en forma de luz y calor. Por eso la envía de una manera diferente, llamada "infrarroja". Un ejemplo de energía infrarroja es el calor que emana de una estufa eléctrica antes de que las barras comiencen a ponerse rojas.

Los gases de invernadero absorben esta energía infrarroja como una esponja, calentando tanto la superficie de la Tierra como el aire que la rodea. Si no existieran los gases de invernadero, el planeta sería, cerca de 30 grados más frío de lo que es ahora. En esas condiciones, probablemente la vida nunca hubiera podido desarrollarse. Esto es lo que sucede, por ejemplo, en Marte.

En el pasado, la Tierra pasó diversos periodos glaciales. Hoy día quedan pocas zonas cubiertas de hielo. Pero la temperatura mediana actual es solo 4 ºC superior a la del ultimo periodo glacial, hace 18000 años.

Marte tiene casi el mismo tamaño de la Tierra, y está a una distancia del Sol muy similar, pero es tan frío que no existe agua líquida (sólo hay hielo), ni se ha descubierto vida de ningún tipo. Esto es porque su atmósfera es mucho más delgada y casi no tiene gases de invernadero. Por otro lado, Venus tiene una atmósfera muy espesa, compuesta casi en su totalidad por gases de invernadero. ¿El resultado? Su superficie es 500ºC más caliente de lo que sería sin esos gases.

Por lo tanto, es una suerte que nuestro planeta tenga la cantidad apropiada de gases de invernadero.

El efecto de calentamiento que producen los gases se llama efecto invernadero: la energía del Sol queda atrapada por los gases, del mismo modo en que el calor queda atrapado detrás de los vidrios de un invernadero.

En el Sol se producen una serie de reacciones nucleares que tienen como consecuencia la emisión de cantidades enormes de energía.

Una parte muy pequeña de esta energía llega a la Tierra, y participa en una serie de procesos físicos y químicos esenciales para la vida.

Prácticamente toda la energía que nos llega del Sol está constituida por radiación infrarroja, ultravioleta y luz visible. Mientras que la atmósfera absorbe la radiación infrarroja y ultravioleta, la luz visible llega a la superficie de la Tierra. Una parte muy pequeña de esta energía que nos llega en forma de luz visible es utilizada por las plantas verdes para producir hidratos de carbono, en un proceso químico conocido con el nombre de fotosíntesis. En este proceso, las plantas utilizan anhídrido carbónico y luz para producir hidratos de carbono (nuevos alimentos) y oxígeno. En consecuencia, las plantas verdes juegan un papel fundamental para la vida, ya que no sólo son la base de cualquier cadena alimenticia, al ser generadoras de alimentos sino que, además, constituyen el único aporte de oxígeno a la atmósfera.

En la fotosíntesis participa únicamente una cantidad muy pequeña de la energía que nos llega en forma de luz visible. El resto de esta energía es absorbida por la superficie de la Tierra que, a su vez, emite gran parte de ella como radiación infrarroja. Esta radiación infrarroja es absorbida por algunos de los componentes de la atmósfera (los mismos que absorben la radiación infrarroja que proviene del Sol) que, a su vez, la remiten de nuevo hacia la Tierra. El resultado de todo esto es que hay una gran cantidad de energía circulando entre la superficie de la Tierra y la atmósfera, y esto provoca un calentamiento de la misma. Así, se ha estimado que, si no existiera este fenómeno, conocido con el nombre de efecto invernadero, la temperatura de la superficie de la Tierra sería de unos veinte grados bajo cero. Entre los componentes de la atmósfera implicados en este fenómeno, los más importantes son el anhídrido carbónico y el vapor de agua (la humedad), que actúan como un filtro en una dirección, es decir, dejan pasar energía, en forma de luz visible, hacia la Tierra, mientras que no permiten que la Tierra emita energía al espacio exterior en forma de radiación infrarroja.

A partir de la celebración, hace algo más de un año, de la Cumbre para la Tierra, empezaron a aparecer, con mayor frecuencia que la habitual en los medios de comunicación, noticias relacionadas con el efecto invernadero. El tema principal abordado en estas noticias es el cambio climático. Desde hace algunas décadas, los científicos han alertado sobre los desequilibrios medioambientales que están provocando las actividades humanas, así como de las consecuencias previsibles de éstos.

En lo que respecta al efecto invernadero, se está produciendo un incremento espectacular del contenido en anhídrido carbónico en la atmósfera a causa de la quema indiscriminada de combustibles fósiles, como el carbón y la gasolina, y de la destrucción de los bosques tropicales. Así, desde el comienzo de la Revolución Industrial, el contenido en anhídrido carbónico de la atmósfera se ha incrementado aproximadamente en un 20 %. La consecuencia previsible de esto es el aumento de la temperatura media de la superficie de la Tierra, con un cambio global del clima que afectará tanto a las plantas verdes como a los animales. Las previsiones más catastrofistas aseguran que incluso se producirá una fusión parcial del hielo que cubre permanentemente los Polos, con lo que muchas zonas costeras podrían quedar sumergidas bajo las aguas. Sin embargo, el efecto invernadero es un fenómeno muy complejo, en el que intervienen un gran número de factores, y resulta difícil evaluar tanto el previsible aumento en la temperatura media de la Tierra, como los efectos de éste sobre el clima. Aun cuando no es posible cuantificar las consecuencias de éste fenómeno, la actitud más sensata es la prevención. El obtener un mayor rendimiento de la energía, así como el utilizar energías renovables, produciría una disminución del consumo de combustibles fósiles y, por lo tanto, de nuestro aporte de anhídrido carbónico a la atmósfera. Esta prevención también incluiría la reforestación, con el fin de aumentar los medios naturales de eliminación de anhídrido carbónico. En cualquier caso, lo importante es ser conscientes de cómo, en muchas ocasiones, nuestras acciones

individuales tienen influencia tanto sobre la atmósfera como sobre la habitabilidad del planeta.

Algunos de los gases que producen el efecto invernadero, tienen un origen natural en la atmósfera y, gracias a ellos, la temperatura superficial del planeta ha permitido el desarrollo de los seres vivos. De no existir estos gases, la temperatura media global seria de unos 20ºC bajo cero, el lugar de los 15ºC sobre cero de que actualmente disfrutamos. Pero las actividades humanas realizadas durante estos últimos siglos de revoluciones industriales, y especialmente en las ultimas décadas, han disparado la presencia de estos gases y han añadido otros con efectos invernadero adicionales, además de causar otros atentados ecológicos.

Es un hecho comprobado que la temperatura superficial de la Tierra está aumentando a un ritmo cada vez mayor. Si se continúa así, la temperatura media de superficie terrestre aumentara 0,3ºC por década. Esta cifra, que parece a simple vista no excesiva, puede ocasionar, según los expertos grandes cambios climáticos en todas las regiones terrestres. La década de los años ochenta ha sido la más calurosa desde que empezaron a tomar mediciones globales de la temperatura y los científicos están de acuerdo en prever que, para el año 2020, la temperatura haya aumentado en 1,8ºC.

Para comprender el efecto invernadero es necesario describir brevemente como funciona el balance de energía de nuestro sistema climático:

Balance De Energía En Nuestro Sistema Climático

De cada 100 unidades del flujo total de radiación solar (o de onda corta) que llega al tope de la atmósfera, 23 unidades son absorbidas por ésta: el O3 estratosférico y el vapor de agua troposférico absorben 19 unidades, y el agua líquida en las nubes 4 unidades. La superficie de los océanos y los continentes absorben 46 unidades. Las 31 unidades restantes son reflejadas hacia el espacio exterior: las nubes

reflejan 17 unidades, la superficie del planeta 6 unidades, y los gases que componen la atmósfera dispersan hacia el espacio exterior 8 unidades. Estas últimas 31 unidades no participan en los procesos e interacciones del sistema climático. La energía absorbida por éste (69 unidades) es convertida en calor, movimiento de la atmósfera y de los océanos (energía cinética), y energía potencial.

Metodología:

Materiales

•Tijeras.

•Cinta adhesiva.

•Una caja vacía de zapatos o un cartón.

•Un cúter.

•Una carpeta usada o un folder.

•1 Metro de papel aluminio.

•Dos pajillas.

•Malvaviscos, queso suave o cualquier alimento solido que se pueda derretir con facilidad,

•Revistas o libros.

•Una silla.

Procedimiento:

1. Corto el folder a la mitad ya que solo se necesitará una parte.

2. Coloco el pedazo de folder o de cartulina dentro de la caja de forma que quede curvada a lo largo de la caja. Si la caja es más pequeña que la cartulina, la recorto hasta que encaje perfectamente.

3. Forro la parte interior de la caja con papel aluminio. La parte brillante debe de ir hacia afuera, debo tratar de que el papel aluminio quede lo menos arrugado posible.

4. Hago 2 cortes de 1 centímetro de ancho y 4 centímetros de profundidad en dos extremos de la caja que servirán para sostener los

pajillas. Tomo en cuenta el tamaño de la caja para adecuar las pajillas a la misma.

5. Ensarto hasta la mitad del popote un malvavisco o un pedazo de queso.

6. Coloca el pajillas en las ranuras de la caja. ¡El horno esta listo para usarse!

7. Para probarlo tengo que hacerlo en el patio de mi casa, azotea o cualquier otro lugar al aire libre, en un día claro y soleado, pues solo así los ratos del sol serán mas potentes.

8. Coloco el horno encima de la silla e inclinado con ayuda de las revistas o libros. Orientado hacia el sol, lo mas directo posible. Dejo pasar de 10 a 20 minutos.

Resultados:

Al poner en prueba el horno solar descubrí que con simples materiales que muchas veces son reciclables hice una fuente de calor que me sirvió para derretir marsmelos, cuadritos de queso suave y hasta una barra de chocolate.

Discusión:

Toda investigación y análisis tiene sus ventajas y desventajas ellas son:

Ventajas y desventajas del horno solar.

Ventajas.

• El horno solar es una alternativa para disminuir el consumo de artículos contaminantes como los hidrocarburos que producen gases como el dióxido de carbono y el metano.

• Es de bajo costo, se puede usar casi en cualquier parte del mundo y utiliza materiales sencillos

• Produce una gran cantidad de calor la cual llega a cocer verduras o arroz y hasta pude hornear pan

• Es muy usado en países pobres como Nepal donde no hay cocinas.

• No contamina pues funciona a base de rayos solares y no emite desechos de hidrocarburos, dióxido de carbono o metano

Desventajas.

• Tarda de 2 a 3 horas en cocinar los alimentos.

• No tiene la misma capacidad y tecnología que las cocinas actuales.

• Para las amas de casa seria un desperdicio de tiempo pues necesitan rapidez a la hora de hacer la comida.

• La temperatura del horno solar depende de la intensidad de los rayos solares por lo que no se podría usar muy bien en los días de invierno.

Conclusiones.

El horno solar es una alternativa para disminuir el uso de hidrocarburos que sueltan gran cantidad de contaminantes y dañan la capa de ozono, es una fuente alternativa de energía al usar la energía solar para cocinar los alimentos, es de bajo costo, los materiales son muy sencillos de obtener y es muy eficaz pues con una buena tecnología aplicada, buena elaboración y condiciones de uso llega alcanzar grandes cantidades de calor, lo único que nos hace falta es promoverlo en Costa Rica y todo el mundo pues disminuiría la cantidad de contaminación expulsada al aire y la disminución de quema de combustibles.

Recomendaciones:

Una de las recomendaciones mas importantes a la hora de utilizar y de poner a prueba que mi proyecto realmente funciona es nunca mirar al sol directamente ya que esto podría quemarnos la retina ocular quedando así ciegos.

Bibliografía:

Acosta Rubio, José. Energía solar: utilización y aprovechamiento. Madrid: Editorial Paraninfo, 1983. Obra de carácter divulgativo.

Centro de Estudios de la Energía Solar. La energía solar: aplicaciones prácticas. Sevilla: Promotora General de Estudios, 1993. Obra sobre las distintas aplicaciones de la energía solar.

Martínez López, Fernando. La energía solar como alternativa energética. Cartagena: F. Cantón Editores, 1995. Obra de carácter divulgativo.

Fisher, Marshall. La capa de ozono. La Tierra en peligro. Madrid: McGraw-Hill - Interamericana de España, 1993. Obra divulgativa sobre el deterioro de la capa de ozono.

Anexos:

Cocina solar

Horno solar