How to make a "Sunbrella" solar cooker/es

Un paraguas para la lluvia, una cocina solar parabólica para el sol... ¡un paraguas Sunbrella!

La energía utilizada para cocinar de forma convencional proviene de diversas fuentes: leña, gas, petróleo, carbón, electricidad, etc. Si bien la cocina solar parece constituir una categoría aparte, es la base de todas las demás. La energía del Sol impulsó el crecimiento de los árboles; las plantas y los animales enterrados en el fondo del océano hace cien millones de años se descompusieron anaeróbicamente para producir petróleo crudo [1] ...

La diferencia entre usar técnicas convencionales, como la madera, el petróleo y el gas, y usar energía solar pura radica en la cantidad de procesos energéticos que debe seguir la energía (además de los subproductos de su uso, por supuesto). Para usar gas, por ejemplo, el sol brilla, el árbol crece, el animal come, el hongo se alimenta, el gas se quema y luego la olla se calienta. Para usar energía solar pura, como con una cocina solar, el sol brilla… y luego la olla se calienta. Sencillo, directo y, aparentemente, mucho más eficiente para cocinar alimentos para el consumo humano.

Cocina solar

Las cocinas solares son concentradores solares donde se ha sacrificado la precisión y la eficiencia en aras de la facilidad de construcción y el uso de materiales fácilmente disponibles. Se utilizan geometrías aproximadas que, sin embargo, permiten alcanzar temperaturas adecuadas para hervir agua o hornear pan. Algunos cálculos relevantes para el diseño de cocinas solares con reflectores paraboloidales se pueden encontrar en la páginade cálculos relacionados con el Sol .

Existe una amplia gama de diseños de cocinas solares, cada uno con sus propios costos, beneficios y condiciones óptimas. Algunos ejemplos...

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  Cocina solar: Simplemente una caja cortada con papel de aluminio pegado a los lados. Ejemplo de proyecto: Matemático mecánico para paraboloides.
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  Cocina solar de caja: El panel de vidrio crea un efecto invernadero. Ejemplo de proyecto: Proyecto de investigación sobre cocina solar de caja.
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  Cocina solar tipo cesta: Una cocina solar tipo caja adaptada a la cultura local. Ejemplo de proyecto: Cocina solar parabólica tipo cesta de mimbre.
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  Cocina solar satelital: Su forma parabólica concentra la luz solar en un solo punto. Ejemplo de proyecto: Cocina solar en silla Papasan.
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  Cocina solar parabólica: Ensamblada por niños utilizando fórmulas matemáticas. Ejemplo de proyecto: Cómo hacer un horno solar para niños (Locally Delicious).
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  Cocina solar tipo paraguas: Los paraguas suelen ser cónicos, pero pueden tener una forma muy similar a una parábola. Ejemplo de proyecto: Cómo hacer una cocina solar tipo "Sunbrella".
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  Cocina solar con neumáticos: Un sándwich de neumático negro reciclado para un gran aislamiento y ahorro.

Los reflectores parabólicos [2] concentran la luz solar en un punto focal. Cuanto más precisa sea la forma, más preciso será el enfoque. Cuando una cocina solar parabólica no está correctamente orientada, el punto focal se dispersa, creando una reflexión parabólica fuera del eje. Por lo tanto, es necesario ajustar con frecuencia las cocinas solares parabólicas para mantener el enfoque. Este enfoque genera temperaturas muy altas, ideales para áreas como el condado de Humboldt, donde el sol no es muy fuerte ni directo [3] .

Abundan las oportunidades

Como estudiante de Tecnología Apropiada en Cal Poly Humboldt en la primavera de 2009, con acceso a recursos humanos increíbles ( Bart Orlando y Lonny Grafman), no podría imaginar un mejor momento ni lugar para diseñar, construir, probar y disfrutar de forma cooperativa de una cocina solar tipo paraguas.

Este proyecto ofrece increíbles oportunidades de crecimiento desde todos los ángulos, lo que me permite...

• Establece conexiones y amistades con los miembros de la comunidad.
• Trabajar en colaboración con profesores y alumnos increíbles.
• Ampliar mis conocimientos sobre cómo utilizar la energía del Sol.
• Repasar mis conocimientos de matemáticas y aprender a aplicarlos a la ingeniería.
• Recicla materiales para otra generación.
• Aprovechar los recursos de información del colectivo tecnológico apropiado
• Integrar la responsabilidad social, económica y ecológica en un proyecto de bricolaje.
• Crea una página web wiki.
• Inspira a otros a hacer lo mismo y reconoce la abundancia de oportunidades que tienen.

Este proyecto fue posible gracias al inigualable Bart Orlando . Bart es un visionario de la tecnología apropiada que, entre otras cosas, transforma objetos cotidianos en cocinas solares. Asesora y trabaja con estudiantes en el área de Humboldt para diseñar y crear tecnologías innovadoras como la cocina solar de cesta parabólica para culturas no industrializadas y la cocina solar de silla Papasan para culturas industrializadas. Es un maestro de corazón y crea exhibiciones y demostraciones educativas dondequiera que va, desde eventos y escuelas hasta mercados de agricultores y cooperativas. Su misión es reducir los impactos negativos para la salud y el medio ambiente del uso de la leña y otros métodos convencionales de cocina, y hacer que la cocina solar sea accesible para todos… que cocinan alimentos. ☺ Gracias, Bart, por tu dedicación, orientación y amistad. Puedes ver más ejemplos de proyectos de tecnología apropiada que Bart ha concebido en línea en Projects With Bart [4] .

Este proyecto se inspiró en otro producto Sunbrella fabricado en el año 2000. ¡Gracias a todos los que documentan su trabajo en línea!

Un paraguas es una herramienta muy apropiada en el condado de Humboldt, al igual que una cocina que utiliza un recurso renovable y limpio. Por eso, decidimos combinar ambos para crear un aparato increíble: un paraguas para la lluvia, una cocina solar para el sol... ¡una Sunbrella!

Criterios

Las directrices que utilizamos al diseñar el Sunbrella, así como los criterios que usamos para evaluar su éxito, conforman nuestros criterios. También se pueden considerar como objetivos...

• Eficaz : puede cocinar alimentos y hervir agua.
• Seguro - Es estable durante la cocción
• Portátil : se puede plegar lo suficiente como para transportarlo y almacenarlo de forma eficiente.
• Funcional : puede soportar el uso bajo la lluvia sin sufrir daños.
• Duradero : puede soportar usos repetidos como cocina.
• Sencillo : es fácil de entender, usar y construir.
• Económico : utiliza materiales reutilizados/reciclados y genera pocos residuos.
• Atractivo : despierta interés y reflexión, y resulta estéticamente agradable.

' Marco

La estructura es como el esqueleto; es lo que sostiene la forma parabólica de la cocina. Dado que nuestra estructura es un paraguas, buscamos exhaustivamente uno que tuviera el tamaño, la forma y el mástil adecuados.

• Tamaño : Cuanto mayor sea el diámetro de una cocina parabólica, mayor será la cantidad de rayos solares que se reflejen hacia el foco. Calculamos que una sombrilla con un diámetro de entre 50 y 60 pulgadas sería la más adecuada, ya que queremos poder alimentar a algunas personas y mantenerlas secas, a la vez que podemos transportar fácilmente la sombrilla Sunbrella.
• Forma : La mayoría de los paraguas no son exactamente parabólicos, sino que suelen tener forma catenaria o cónica . El número de paneles que componen un paraguas determina la suavidad de su forma tridimensional; cuantos más paneles tenga, mejor se asemejará a un paraboloide. Nuestro objetivo era que nuestro paraguas estuviera compuesto por al menos 12 paneles.
• Eje : Lo realmente importante son los extremos del eje: el mango y la punta. Un mango recto nos pareció la opción más compacta y nos brindó más posibilidades para la batería de cocina. La punta es fundamental para el montaje del Sunbrella, por lo que buscábamos una que fuera larga y resistente.

Tras varias semanas buscando por la región de Humboldt, decidimos comprar un paraguas en eBay: blanco, de 152 cm de diámetro, con 16 paneles, mango recto y una punta de 6,35 cm que sobresale del mástil (lo que lo hace muy resistente). Una semana antes de terminar, encontramos el paraguas perfecto, casi idéntico, pero mejor, ya que es de colores arcoíris, con mástil y varillas plateadas (en lugar de negras) y un punto focal más alto. Podrán ver fotos de ambos en esta página.

Como seguramente ya habrás adivinado, los reflectores son los que reflejan los rayos del sol. Existen muchos materiales en el mercado con distintos grados de reflectividad, durabilidad, precio, etc. En 2008, otro estudiante de Ingeniería 305 elaboró ​​una excelente tabla comparativa de reflectores. Lo ideal sería coser permanentemente a los paneles un material similar a la tela con un alto número de hilos, como el lamé líquido, para facilitar su instalación. Este material no estaba disponible de inmediato, pero existe*, así que decidimos crear reflectores individuales que se deslizaran sobre los paneles cuando se usaran como cocina y se guardaran cuando no. Nos decantamos por el mylar y el acetato de celulosa.

• Mylar : Una película hecha de poliéster que tiene un 98 % de reflectividad. Tiene un color uniforme, estabilidad dimensional, alta resistencia al calor y es irrompible. [5]
• Acetato de celulosa : Tiene apariencia de plástico, es fácil de cortar y flexible. Se fabrica a partir de pulpa de madera y se puede compostar e incinerar. Además, tiene poca retención térmica, es hipoalergénico y resistente al moho y los hongos. [6]

Construcción

La construcción de los reflectores requirió mucho tiempo y esfuerzo. Tuvimos que realizar varias pruebas para encontrar el tamaño adecuado; no fue tan fácil como parece. Descubrimos que los paneles del parasol no podían cubrirse con reflectores triangulares isósceles debido a su curvatura, lo que provocaba un hueco entre los reflectores en el centro al arquearlos para que se adaptaran a la curva. Por lo tanto, decidimos ampliar los ángulos del triángulo y permitir que uno de los lados, con el ángulo más agudo, sobresaliera hacia el panel contiguo.

1. Mida el ancho de un panel individual (más algunos más para obtener un promedio) en el plano del borde y en el punto medio, la longitud radial total, la longitud radial entre el plano del borde y el punto medio, y la longitud radial entre el plano del borde y la longitud deseada de los reflectores (dejamos 4 pulgadas desde el vértice del paraguas).
2. En un trozo grande de cartón, traza una línea (cerca de un lado) del mismo ancho que el borde del reflector. Desde el punto medio de esa línea, traza una línea perpendicular igual a la longitud radial total, marcando en ella el punto medio, que corresponde a la longitud deseada del reflector.
3. En el punto medio, dibuje una línea centrada (que se interseca en su punto medio) paralela a la línea del plano del borde, con una longitud igual al ancho del punto medio.
4. Con una regla (o cualquier borde recto largo), conecte un extremo de la línea del plano del borde con un extremo de la línea del punto medio en el mismo lado de la línea radial completa. Trace la línea desde el plano del borde hasta el punto de intersección con la línea radial completa. (Si no se intersecta, no hay problema). Repita el proceso con los demás extremos.
5. Traza una línea paralela al plano del borde en el punto del radio donde se encuentra la longitud deseada del reflector. Ahora deberías tener un trapecio con una altura igual a la longitud deseada del reflector y una base igual a la longitud del plano del borde.
6. Extienda una lámina de acetato de celulosa con un lado y una esquina alineados con la línea del plano del borde y uno de sus extremos (respectivamente). Sujete firmemente la lámina para poder recortar el trapecio con un cúter.
7. Deslice el trapecio en una sección del panel. Evalúe cómo se alinea la pieza y haga las correcciones necesarias. En nuestro paraguas, uno de los lados se alinea perfectamente, mientras que el otro sobresale hacia la sección adyacente cerca del centro del paraguas. Esto nos gusta porque ayuda a mantener ese extremo fijo en el siguiente panel.
8. Continúa hasta que todos los paneles estén llenos.
9. Para el mylar, cree una plantilla idéntica a las piezas de acetato de celulosa cortadas, excepto que debe quitar aproximadamente un centímetro en uno de los bordes largos y en el borde del plano del borde para que el acetato de celulosa sobresalga.
10. Pega la lámina de mylar al acetato de celulosa aproximadamente a 1 centímetro del borde del plano de la llanta.

El soporte es la base o base de la cocina solar. Es fundamental que sea fácilmente ajustable para que la cocina pueda seguir la trayectoria del sol sin interrumpir el proceso de cocción. Obviamente, el soporte también debe ser lo suficientemente resistente y estar bien anclado para sostener la sombrilla Sunbrella con la comida dentro.

Hicimos una lluvia de ideas con varios diseños diferentes para el stand, dos de los cuales probamos:

• Estaca : Este diseño funciona como una extensión de la punta del paraguas. Atornillamos una estaca larga a un tubo de cobre largo, lo suficientemente flexible como para ajustarse manualmente, pero lo suficientemente resistente como para mantener su forma mientras sostiene el paraguas Sunbrella. La estaca se clava firmemente en el suelo y, a continuación, la punta del paraguas se sujeta al extremo del tubo de cobre. Se necesita algún tipo de soporte para evitar que la estaca gire libremente en el suelo, como por ejemplo, cuerdas elásticas sujetas a ambos lados.
• Trípode : Los trípodes son ideales para un soporte de cocina solar, ya que ofrecen una excelente estabilidad y se ajustan y fijan fácilmente en cualquier dirección. Diseñamos una interfaz para acoplar el paraguas al trípode mediante una placa de aluminio, tuberías, soportes y tubos de goma. Esta interfaz se atornilla en el lugar habitual de una cámara y sujeta firmemente el paraguas Sunbrella. Para la construcción de esta interfaz, tuvimos la gran suerte de conocer a alguien con acceso a una máquina para trabajar el metal que podía cortar y perforar la lámina de aluminio sin ningún problema. ¡Muchas gracias a John Davis de Solar Racks en Arcata!

Los utensilios de cocina facilitan la preparación de los alimentos, incluyendo una olla, su base e idealmente un paravientos (y, por supuesto, una batidora y un salvamanteles). Generalmente, las cocinas solares parabólicas no tienen un eje que atraviese el punto focal. Esto plantea algunos desafíos, pero a su vez fomenta la creatividad.

• Olla - Puede ser una gran variedad de objetos, como una sartén, un plato o un tarro. Sea lo que sea, debe ser negro, ya que el negro absorbe todo el espectro de luz. Al elegir el tamaño de la olla, es importante considerar el tamaño del punto focal (es decir, cuán enfocado está realmente) y su ubicación. Dado que el área focal de nuestro paraguas (que no era muy puntiaguda) estaba sobre los haces de luz, necesitábamos colocar la olla lo más abajo posible. Decidimos usar un molde para pastel tipo Bundt, que es una olla con forma de rosquilla y un cono hueco en el centro. Esta olla se desliza perfectamente sobre el mango y el mástil, y se asienta sobre los haces de luz. Como la parte inferior de la olla se calienta mucho, decidimos usar dos moldes para pastel tipo Bundt, uno dentro del otro con un pequeño espacio entre ellos, para evitar que la comida se quemara y permitir la convección.
• Base : La base es donde se apoya o se suspende la olla. Debe soportar la alta temperatura de la olla y el mayor peso posible cuando está llena de comida. En el caso de la Sunbrella, las nervaduras actúan como base, pero como también son negras, necesitábamos protegerlas del calor intenso. Cubrimos las nervaduras con papel de aluminio, colocamos un molde de hojalata para tarta debajo de las nervaduras y, además, pegamos un bloque de madera en forma de rosquilla, también envuelto en papel de aluminio, debajo de la olla.
• Escudo : Algún tipo de paravientos transparente que deje un pequeño espacio entre este y la olla permite que la olla absorba los rayos del sol, pero evita que el viento la enfríe por convección.

Dado que no siempre es necesario usar una sombrilla Sunbrella, sería conveniente contar con un sistema de almacenamiento práctico para los reflectores y demás componentes. Decidimos usar un trozo de tubo de PVC con dos tapas en los extremos. Cortamos una cuña de espuma para sujetar la sombrilla dentro del tubo. Los reflectores simplemente se envuelven en tela y se colocan en su interior. Se nos ocurrieron más ideas para el contenedor, que se pueden encontrar en la sección "Más información".

Herramientas

• Gobernante
• regla de medir
• Tijeras
• Cuchillo multiusos
• Alicates
• Tijeras de corte
• Cartulina
• Guantes
• Gafas de sol
• Computadora portátil
• Cámara
• Radio

Configuración

Instalar la Sunbrella es increíblemente sencillo, ¡y a una sola persona solo le lleva unos 10 minutos! Es tan fácil como...

Una vez colocados todos los reflectores, tenga cuidado con la reflexión parabólica fuera del eje. Esta dispersión de la luz podría dañar los ojos de alguien o incluso provocar un incendio si hay materiales inflamables cerca. Cuando no utilice la cocina, oriéntela 180 grados fuera del eje o cúbrala con una sábana.

Cocinando

¡Ahora viene lo divertido! Experimenta horneando, friendo, salteando... Busca consejos y recetas geniales para cocinar con energía solar en internet y en libros para inspirarte.

Asegúrese de usar siempre gafas de sol con protección UV al usar la parrilla solar Sunbrella y tenga a mano agarraderas y toallas mientras cocina. Además, vigile la iluminación de la olla; las cocinas solares parabólicas deben ajustarse cada 15 minutos aproximadamente para mantener un enfoque preciso en el sol.

Derribar

Gira la sombrilla Sunbrella para que no le dé el sol y deshaz lo que acabas de hacer... ¡así de fácil! Asegúrate de proteger los reflectores. Apílalos, dejando el lado de acetato de celulosa hacia arriba en ambos extremos para protegerlos, y envuélvelos en tela. Guardar la sombrilla Sunbrella en el contenedor es bastante intuitivo, pero por si acaso te lo preguntabas...

Entonces, al final, ¿hasta qué punto cumplimos con nuestros criterios ? Aunque no quiero poner excusas, la falta de tiempo fue la principal razón de las decisiones apresuradas que no necesariamente se ajustaban a nuestros criterios... ¡pero lo intentamos!

• ¿ Eficaz? Sí, logramos hornear galletas y un pastel. Lamentablemente, aún no hemos probado con agua hirviendo porque no hemos encontrado la manera de evitar que se forme condensación en el eje y gotee sobre los reflectores Sunbrella. Les mantendremos informados sobre nuestras pruebas.
• ¿ Seguro? Sí, la tela Sunbrella aún no ha prendido fuego al papel de construcción negro (aunque no dudamos que podría hacerlo en pleno verano), y el trípode es muy estable. Sin embargo, hay que tener cuidado con el reflejo parabólico fuera del eje, ya que podría dañar la vista de alguien. Además, tanto el mylar como el acetato de celulosa son inflamables.
• ¿Portátil? Sí, el estuche de la Sunbrella ocupa el espacio de dos o tres paraguas cerrados y es ligero. Sin embargo, se necesita un trípode más pequeño, ya que el que teníamos a mano es demasiado voluminoso para transportarlo fácilmente.

• ¿Funcional? - Sí, porque los reflectores se quitan cuando no se usan, así que el paraguas funciona como cualquier otro.
• ¿ Duradero? - Sí y no, ya que, aunque hemos usado el Sunbrella muchas veces, estamos notando que el mylar se raya donde los reflectores se deslizan debajo de las nervaduras y entran en contacto con las pestañas.
• ¿Sencillo? - ¡Sí, increíblemente sencillo!
• ¿ Económico? Sí y no, ya que compramos bastantes materiales nuevos, incluyendo el paraguas, el mylar y el acetato de celulosa. El mylar también tendrá que reemplazarse después de un tiempo. Pero, al menos, su principal fuente de energía (los rayos del sol) es gratuita, abundante y limpia.
• ¿ Atractivo? ¡Sí, me parece precioso! Combina elementos comunes que todos reconocemos, como un paraguas y un trípode, en algo que casi todos necesitamos: ¡una cocina portátil! Además, los dos colores del paraguas, blanco y arcoíris, pueden dar pie a interesantes conversaciones sobre la luz solar y el espectro cromático.

En definitiva, ¡un paso maravilloso hacia un estilo de vida de bajo impacto y basado en el bricolaje!

Un proyecto nunca está terminado, ya que siempre hay un número infinito de maneras de mejorar y adaptar una tecnología. ¡Nos divertimos imaginando algunas de las posibilidades para llevar el Sunbrella (como lo llamaron los Merry Pranksters) MUCHO MÁS LEJOS!

• El recipiente puede diseñarse para aprovechar también los rayos del sol mediante el uso de tubos negros diseñados para contener agua caliente. Mientras se utiliza el toldo Sunbrella, el recipiente se puede llenar de agua y dejar al sol, ¡para disfrutar de una ducha caliente después de una comida caliente!
• Los extremos del recipiente se pueden llenar con vasos concéntricos para vajilla.
• Se podría conectar una antena receptora de satélite al mástil del toldo Sunbrella para las telecomunicaciones.

¡Por favor, comparte tus ideas (y pruébalas!)!

• Radabaugh, Joseph M. 1998. "La llama del cielo: una guía para cocinas solares". Oregon: Home Power Publishing.
  • El libro describe los beneficios ambientales y sociales de las cocinas solares, presenta varios diseños y experimentos diferentes, e incluye instrucciones sobre cómo construir el horno solar SunStar, así como consejos de cocina y cómo producir el kit SunStar para enviarlo a otras personas.
• Halacy, Beth y Dan, eds. 1992. "Cocinar con el sol: cómo construir y usar cocinas solares". California: Morning Sun Press.
  • Este libro detalla cómo construir una placa calefactora solar y un horno solar, con instrucciones de uso y numerosas recetas.
• Martin, Rachel y otros. « Diseño de hornos solares para su uso en países en desarrollo ». 2006. Revista Internacional de Aprendizaje-Servicio en Ingeniería 2, n.º 1: 78-91. http://www.ijsle.org/ (consultado el 10 de febrero de 2009).
  • Profesores y estudiantes combinaron pruebas de laboratorio realizadas en la Universidad de Cornell con investigaciones de campo llevadas a cabo en Nicaragua para comprender qué se necesita para diseñar hornos solares para su uso en el mundo en desarrollo.
• Paredes, Juan Francisco. 2006. " Barbacoa solar portátil : una cocina parabólica portátil construida a partir de un paraguas". Archivo de cocina solar. http://www.solarcooking.org/ (consultado el 10 de febrero de 2009).
  • Instrucciones sobre cómo construir una cocina solar con un paraguas, cartón aluminizado y un trípode.

• Teri Grunthaner — Economía del Comportamiento y Socioeconomía, Cal Poly Humboldt '11 tlg49@humboldt.edu
• Bart Orlando — Biología Médica, UC Irvine '82 bart6591@yahoo.com