Subsecretaría de Educación Superior

Dirección General de Educación Superior Tecnológica

Instituto Tecnológico de Villahermosa

ENERGIAS ALTERNAS

“APROVECHAMIENTO DE LA RADIACION SOLAR EN TABASCO MEDIANTE LA

ELABORACIÓN DE UN HORNO SOLAR DE EFECTO INVERNADERO”

DOCENTE:

ING. DIANA RUBI OROPEZA TOSCAPRESENTA:

ANDRES PEREZ REYESEDGAR CRUZ GONZALEZ

DANIEL GUSTAVO ESTRADA FLORESDANIEL OMAR MORALES DE LA CRUZ

JOSE ALBERTO MULATO AGUIRRE

CARRERA:INGENIERIA QUIMICA

VILLAHERMOSA, TAB. MEX.

MAYO 2014

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INTRODUCCION

Tabasco, junto con Baja California son los estados que más radiación solar recibe al año en México, además de contar con un cielo despejado casi todo el año; además existen más de 1 200 000 personas en promedio en situación de pobreza en la entidad que desgraciadamente no tienen las posibilidades de emplear un sistema de gas para cocinar sus alimentos, por lo que recurren a la quema de combustibles como leña para cocinar, sometiéndose en el proceso a la absorción de residuos secundarios tóxicos para la salud como el asfixiante CO2 y otros subproductos.

Por esta razón la creación del horno solar de efecto invernadero, aparato realizado con el fin de ahorrar energía y disminuir los gastos económicos de una familia, puede sustituir a las parrillas e incluso a la estufa, evitando el uso de hidrocarburos los cuales contaminan altamente la tierra, provocando el efecto invernadero y otros contaminantes. El efecto del calentamiento producido por los gases se llama efecto invernadero. El sol produce una serie de reacciones nucleares dando como consecuencia la emisión de cantidades enormes de energía. Una parte muy pequeña de esta energía llega al a tierra y participa en una serie de procesos físicos y químicos esenciales para la vida.  Por otra parte en horno solar es una alternativa para disminuir el uso de hidrocarburo los cuales sueltan gran cantidad de contaminantes y destruyen 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 sencillos de obtener y es muy eficaz.

Asimismo, durante los últimos años algunos países como el caso de México han creado aparatos que ayuden con el ahorro de energía es decir haciéndolos funcionar mediante energía solar, así como también celdas fotovoltaicas.

Por esta razón se realiza las siguientes interrogantes ayuden a la formulación del problema:

¿El uso de la energía solar influye como ahorro de energía eléctrica?

¿Cuál será el diseño de un horno solar elaborado con materiales reciclables?

¿Es posible construir un horno solar utilizando materiales reciclables?

¿Cuál es la eficacia del horno solar?

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OBJETIVO GENERAL

Elaborar un horno solar de efecto invernadero funcional y eficiente.

OBJETIVO ESPECIFICO

1. Diagnosticar los beneficios del horno solar en la disminución del calentamiento global y el efecto invernadero, así como la reducción de costos en el gasto familiar.

2. Diseñar un horno solar funcional a partir de materiales inertes.

3. Elaborar un horno solar eficiente que permita sustituir el uso de gas u otros hidrocarburos empleados en la preparación de los alimentos.

4. Determinar la eficacia del horno solar.

JUSTIFICACIÓN

El estudio a realizarse podrá dar a conocer lo útil o beneficioso del horno solar para disminuir el calentamiento global y el deterioro de la capa de ozono al utilizar la energía radiante del sol para preparar los alimentos en lugar de utilizar los comunes combustibles fósiles u otras materias primas como leña que generan residuos como humo, cenizas u hollín que son perjudiciales para las personas que entran en contacto con ellos; además de apoyar a la economía de las familias pues se evitaría el emplear hidrocarburos que se obtienen comercialmente o apoyar a la población de bajos recursos que no cuentan con la capacidad de adquirirlas, en su lugar emplear la energía solar que se encuentra completamente a disposición de quien desee utilizarla.

Desde el punto de vista teórico, el horno solar de efecto invernadero es un artefacto que se emplea para la cocción de alimentos, y una de sus ventajas es evitar el uso de hidrocarburos altamente contaminantes provocando el efecto invernadero y por lo tanto el calentamiento global. Así mismo el horno solar se construye con materiales inertes que aseguren que los alimentos no se contaminen y conserven las mismas propiedades como si se cocinaran en una estufa convencional de gas o un horno eléctrico.

De esta manera práctica el horno solar brindará a numerosos hogares de bajos recursos económicos el beneficio de preparar sus alimentos sin limitaciones por falta de energéticos convencionales como gas o leña.

Así mismo desde el punto ambiental, facilita la disminución de quema de hidrocarburos como lo son el oxígeno y el hidrogeno, los cuales al combinarse con otros elementos dan como resultado metano y dióxido de carbono

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manteniéndose en un solo lugar como es el caso de la tierra produciendo así el efecto invernadero (gases producidos por el efecto del calentamiento global).

Metodológicamente, el tipo de investigación es exploratoria por consistir en un experimento realizado por primera vez en una comunidad estudiantil, así mismo es experimental donde los investigadores toman en cuenta los antecedentes de ayuda a la realización del mismo.

ANTECEDENTES

Desde 1990 el Centro Nacional Recursos S (CNRS)propone un centro de información abierto al público, titulado "Exposición del Gran Horno Solar de Odeillo", este lugar se convierte a finales de 2006 en el "HELIODYSSEE", realizando diversas explicaciones y demostraciones sobre la energía solar y sus derivados (otras formas de energías renovables, las utilizaciones en el hábitat) y los trabajos de los investigadores del CNRS sobre la energía, el medio ambiente, los materiales para el espacio exterior aeroespaciales, materiales del futuro, las características de la luz, el efecto invernadero.

Entre los antecedentes locales, está la investigación de tipo documental realizado por Chacón y otros (2003) acerca de la obtención de la energía eléctrica por medio de celdas solares como alternativa energética. Igualmente Romero y otros (2009) elaboraron un reloj eléctrico con el uso de celdas fotovoltaicas como actividad dirigidas a la dotación del colegio sagrado corazón de Jesús, de un artefacto que le permita durante el horario diurno, mostrar la hora utilizando la energía solar a partir de celdas fotovoltaicas en lugar de energía eléctrica.

Los primeros hornos solares datan de finales del siglo XVII. En concreto, fue E. W. Von Txchirnhausen quien construyó en Dresde (Alemania) un horno con un espejo cóncavo de 1,6 m de diámetro para cocer el barro para hacer cerámica. En 1774 el científico inglés Joseph Priestley, descubridor del oxígeno, construyó un horno solar con una lente de 1 metro de diámetro que conseguía 1.700 ºC y permitía fundir el platino.

El primer colector plano para aprovechar el calor solar fue diseñado por Horace de Saussure, un naturalista suizo que experimentó en 1767 con el efecto físico del calentamiento de una caja negra con tapa de vidrio expuesta al Sol. Las experiencias de Saussure son relevantes porque descubrió que, al exponer estas cajas al Sol, la temperatura aumentaba en el interior de cada una de ellas hasta el punto de alcanzar más de 85 ºC, hecho que permitía cocer fruta. Más adelante, experimentó con nuevas cajas hechas de madera y corcho negro y, en contacto con el Sol, la temperatura llegó a los 100 ºC. Sin embargo, aislando el interior de la caja a base de intercalar lana entre las paredes de la caja caliente la temperatura alcanzó los 110 ºC, incluso cuando la temperatura ambiental no era nada favorable. Eso le hizo cuestionarse si la radiación solar en una montaña donde el aire era más transparente podría atrapar menos calor. Para verificar su hipótesis, Saussure subió a un pico suizo y constató que, a pesar de que la temperatura exterior era de 1 ºC, dentro de la caja caliente

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se superaban los 87 ºC. Además, cuando la temperatura ambiental alcanzaba los 6 ºC, porque descendía hacia el llano, en el interior de la caja se mantenía el mismo calor. Saussure predijo: "Algún día este ingenio, que actualmente es pequeño, barato y fácil de fabricar, puede ser de gran utilidad". Este científico había tenido una visión, a pesar de que sus experimentos quedaron en el olvido durante cerca de medio siglo.

BASES TEÓRICAS

El sol es una estrella de forma casi esférica, gaseosa de altísima temperatura. Su combustible es principalmente el hidrogeno. El interior del sol se produce un fenómeno llamado función nuclear y como se desarrolla a una temperatura entre 6000mil °c y los 20000mil °c en este proceso se unen en cuatro átomos de hidrogeno indicando que la materia faltante se transforma en energía. La energía se produce en forma de radiación (energía radiante) dispersa por todo el sistema solar solo una parte de ella llega a la tierra.

La energía radiante llega a la atmosfera terrestre en forma electromagnética. Superpuesta una vez dentro de la atmosfera la energía solar es captada en forma difusa (cuando al impactar por un cuerpo se refleja en forma total o parcial) o directa (cuando llega al cuerpo desde el sol sin interponerse cuerpos extraños). En este orden de ideas, el hombre ha construido distintos dispositivos para capturar parte del espectro de energía radiante con el fin de aprovechar el calor o generar electricidad. Una manera de obtener aprovechamiento de energía solar es a través de la forma técnica la cual calienta agua, aceite o aire de manera concentrada en colectores planos generando calor calefones, secadores de frutas y verduras, horno y cocinas solares.

En la revista chispa (1995) afirma que el horno solar es un reflector parabólico construido con la precisión para enfocar la radiación solar, el mismo permite calentar los blancos a trabajarse, a niveles altos de temperatura. El reflector parabólico permite la concentración de los rayos en un punto focal los cuales pasan al reflector para dirigirse al eje.

Este funciona mediante paneles los cuales se encuentran forrados de papel aluminio donde el primero se localiza inclinado al lado de la caja donde se refleja la energía del sol, permitiendo así calentar y concentrar el calor, para calentar los alimentos. Así mismo los paneles encontrados en el interior permite la concentración de energía para aumentar el calor. Por otra parte el vidrio concentra la energía y así esta no se libera.

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Estos colectores planos basan su funcionamiento en un fenómeno atmosférico llamado efecto invernadero esto indica que la luz solar atraviesa el cristal del colector y pasa al interior del mismo. En el fondo del colector se halla un cuerpo necro conocido como placa absorbente y se caracteriza por incorporar radiación, es decir hasta lograr un equilibrio térmico, el cual una vez alcanzado pasa a emitir en forma de rayos infrarrojos los cuales salen parcialmente a través del vidrio quedando encerrada la mayor parte del colector, lo cual provoca un aumento importante de temperatura la cual se puede utilizar para calentar alimentos en cocinas solares, deshidratar alimentos, calentar agua e incluso hacer funcionar el horno solar.

En este proyecto se utilizaron materiales sencillos para evitar otras formas de contaminación y los cuales son:

• Madera

• Papel aluminio

• Pintura negra

• Un recipiente negro

• Vidrio de 44x44 cm

METODOLOGIA

1. Se hace un cajón de madera cuya base tendrá la que guste y tamaño que desee, nosotros hicimos una caja de 44x44 cm.

2. Al tener listo el cajón de madera este se pintó de negro por fuera puesto para que el calor se atraiga y se caliente con facilidad.

3. El interior del horno solar se forra con papel aluminio y se coloca dentro el recipiente negro que contendrá los alimentos que deseen cocinar.

4. Encima del cajón se pone el vidrio del mismo tamaño del cajón el cual servirá para guardar el calor que entra y suba su temperatura interna.

5. A un extremo de la caja se coloca inclinadamente una tabla la cual tendrá un lado forrado de papel aluminio y el otro lado de pintura negra. La parte forrada de papel aluminio va colocada de tal forma que esta refleje los rayos solares hacia el interior de la caja y poder subir así su temperatura interna.

6. Se coloca el alimento que se desee cocer dentro de la caja, se espera alrededor de 2 o 3 horas aproximadamente y dependiendo de la intensidad de los rayos solares es como varia este tiempo de espera.

El primer panel forrado de papel aluminio, encontrado inclinadamente a un lado de la caja refleja la luz y la rebota hacia el interior de la caja donde se va concentrando el calor poco a poco hasta generar una considerable cantidad de calor, en donde se va a poner a calentar los alimentos. Los paneles forrados de aluminio en el interior de la caja también rebotan los rayos solares provocando

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un mayor calentamiento, el vidrio hace concentrar el calor y no lo deja salir, el calor negro de toda la caja hace atraer rápidamente el calor y eleve su temperatura.

La temperatura que puede llegar alcanzar una cocina solar de caja depende principalmente del número y tamaño de reflectores usados. Esta puede llaga a los 150°C (300°F) que es la temperatura a la que se suelen cocinar los alimentos. Incluso siendo la temperatura exterior de 1°C, dentro del horno se puede superar los 87°C. No se necesita temperatura más alta para cocinar. Un horno cocina perfectamente cuando alcanza los 90°C (200°F) las temperaturas más altas solo sirve para cocinar más rápido. De todas maneras mucha gente prefiere cocinar con temperaturas más bajas.

Si las nubes tapan el sol mientras se está cocinando, la comida continuara cosiéndose simplemente teniendo 20 minutos de sol por ahora. La cocción de alimentos es un proceso que requiere temperatura y tiempo, de hecho la cocción parte a los 50°C o 60°C mientras mayor sea la temperatura más rápida es la cocción. El ideal es temperaturas de 80 a 100°C. Temperaturas mayores pueden destruir vitaminas y proteínas en los alimentos.

En las cocinas tipo horno no es posible freír, esto porque si bien la cocina puede alcanzar los 180 a 200°C, si se inicia las frituras la temperatura cae. A demás la fritura ay que evitarla bien para evacuar el vapor de agua que sale de los alimentos. Para freír con energía solar, se necesita usar cocinas con concentradores.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

VENTAJAS:

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

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

Produce una gran cantidad de calor la cual lleva a cocer verduras o arroz y hasta se puede hornear pan.

No contamina pues funcionan a base de rayos solares y no emite desechos de hidrocarburos dióxido de carbono o metanos.

La comida no se quema puesto que el calentamiento es uniforme y no se somete a una flama directa.

Permite calentar el agua y dejarla optima para consumo humano.

DESVENTAJAS:

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

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• No tiene la misma capacidad y tecnología que las estufas actuales.• La temperatura del horno solar depende de la intensidad de los rayos

solares por lo que no se podría usar en los días de invierno.

El efecto de calentamiento producido por los gases se llaman efecto invernadero: la energía del sol queda atrapada por los gases, del mismo modo, el calor queda atrapado detrás de los vidrios de un invernadero. En el sol se producen una serie de reacciones nucleares esto 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.

La radiación solar llega a la superficie terrestre se puede transformar directamente en electricidad o calor. El calor, a su vez, puede ser utilizado directamente como calor o para producir vapor y generar electricidad.

BASES LEGALES

La Ley Orgánica del Servicio Eléctrico en su Artículo 2: establece las actividades que constituye el servicio eléctrico deberá ser realizadas, considerando el uso racional y eficiente de los recursos, la utilización de fuentes alternas de energía, la debida ordenación territorial, la preservación del medio ambiente y la protección de los derechos de los usuarios.

DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS

• Blancos: instrumento o material con la que se va a cocinar.

• Efecto fotovoltaico: es el resultado de transformar la luz solar en energía eléctrica a través de las celdas fotovoltaicas.

• Energía: es la fuerza de voluntad vigor y tensión de la actividad; causa capaz de transformarse en trabajo mecánico

• Horno solar: los hornos solares son reflectores parabólicos o lentes construidos con precisión para enfocar la radiación solar

• Radiación: dominación genérica que se da a toda vibración de ondas luminosas, electromagnéticas, caloríficas o radioactivas

• Reflector: denominación de espejos o faros, su acción mas importante que hace cambiar de dirección la luz

• Temperatura: estado de los cuerpos percibidos por el sentido del tacto, gracias a ellas observamos cuando un cuerpo está caliente o frio.

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CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

Se espera que el horno desarrolle un calentamiento eficiente y se llegue a una temperatura de 80°C aproximadamente, que es una temperatura relativamente baja para ser un horno, sin embargo es suficiente para someter a los alimentos a cocción y lograr el objetivo, aunque en mas tiempo de lo habitual pero con la ventaja de no invertir en energía y asegurando la preparación adecuada de la comida.

Investigaciones y proyectos anteriormente realizados por investigadores e instituciones de renombre han arrojado que si es viable el uso de energía solar, la cual se puede convertir en energía eléctrica, permitiéndole el ahorro, pues su mal uso contribuye al calentamiento global y su aprovechamiento disminuye el efecto invernadero. Además el calor producido por el efecto invernadero puede ayudar a la obtención de energía para el funcionamiento de un horno solar, el cual resulta ser de bajo costo por estar elaborado con materiales reciclables. Así también el horno solar basa su funcionamiento a través de la

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energía solar, utiliza paneles forrados de papel aluminio calentando sus alimentos con el calor producido por ellos generando mejor calefacción dentro del mismo, logrando mayor cocción.

RECOMENDACIONES

• Emplear materiales no tóxicos para la elaboración del horno, como madera, aislantes como corcho, pinturas no toxicas, madera, papel aluminio, aluminio, acero inoxidable, etc.

• Construir aparatos electrodomésticos los cuales permitan el ahorro de energía eléctrica, donde un ejemplo seria el horno solar

• Se pueden añadir piedras calizas pintadas de negro mate para ayudar a almacenar mas calor dentro del horno.

• Tomar en cuenta la utilización de materiales reciclables los cuales son sencillos de obtener

• Hacer un llamado a la población y darles información sobre el horno solar y sus funcionamientos

• Alertar a la población sobre el calentamiento global y el efecto invernadero producido por hidrocarburos y el mal uso de la energía eléctrica, y darles como solución la construcción del horno solar

• Hacer un llamado a las empresas generadoras de aparatos electrodomésticos, para que realicen artefactos los cuales no consuman tanta energía eléctrica así como también, crearlo a base de un funcionamiento con energía solar.

• Aprovechar la energía solar, por ser pura y directa lo cual ayuda al ahorro de energía eléctrica, causante del calentamiento global por el uso excesivo de ella.

• Hacer provecho de los materiales reciclables para elaborar varios objetos.

BIBLIOGRAFIA

http://www.cubasolar.cu/biblioteca/Ecosolar/Ecosolar15/HTML/articulo05.htm

http://www.monografias.com/trabajos12/horso/horso.shtml

http://es.wikipedia.org/wiki/Horno_solar

http://www.terra.org/categorias/comunidad-cocina-solar/historia-de-la-cocina-solar