How to make a small parabolic solar cooker (Jefferson Community Center)/Cómo construir una pequeña cocina solar parabólica (Centro Comunitario Jefferson)

Nick Hurn y Kevin Burks, estudiantes de último año de Ciencias Ambientales, están creando una pequeña cocina solar parabólica para demostrar los múltiples usos de la energía alternativa en el condado de Humboldt. El proyecto forma parte de la asignatura ENGR305 de la primavera de 2013 en Cal Poly Humboldt y se exhibirá de forma permanente en el Centro Comunitario Jefferson en Arcata, California. Las cocinas parabólicas están diseñadas para aprovechar la energía solar y transferirla directamente al proceso de cocción de la materia prima. Servirá como cocina solar funcional para preparar almuerzos y realizar actividades para estudiantes y personal, además de ser un ejemplo del uso creativo de la energía alternativa para el disfrute de la comunidad.

Cuando emprendimos este proyecto, teníamos tres opciones de diseño diferentes para considerar y, por decir lo menos, nos sentimos abrumados. Pero, por suerte, contamos con la ayuda de Bart Orlando , un experto local en cocinas solares. El primer diseño que consideramos consistía en usar una antena parabólica reciclada como estructura; el segundo, una cocina parabólica portátil con una estructura plegable; y el tercero, usar una silla papasan reciclada como estructura. Nos decantábamos por usar una silla o una antena parabólica reciclada debido a su forma parabólica inherente.

Una vez que decidimos que el diseño más viable sería la silla Papasan, tuvimos que decidir qué tipo de superficie reflectante usar para recubrirla. Debíamos elegir entre un revestimiento de Mylar, grifos de acero inoxidable o grifos de aluminio pulido. Los criterios de nuestro proyecto se centran en la durabilidad y la eficiencia, por lo que optamos por láminas de aluminio pulido, ya que son altamente reflectantes y, a la vez, lo suficientemente resistentes como para repararse sin rasgarse ni romperse.

Una vez que recibimos nuestra lámina de aluminio pulido de 0,025 pulgadas, tuvimos que decidir el diseño de los grifos: los triángulos delgados que cubrirían el exterior de la silla para reflejar la luz del sol hacia el punto focal. Decidimos que nuestros grifos tendrían 8 pulgadas en el extremo más grueso y un extremo truncado de 2 pulgadas en el otro lado, donde podríamos perforar y alinear todas las facetas con un perno.

Una vez finalizada la parte reflectante de la silla, comenzamos con el diseño del trípode/parrilla. Pensamos en montar un sistema de parrilla directamente sobre la silla, pero el ajuste constante para lograr el ángulo solar adecuado nos disuadió. En su lugar, optamos por un trípode hecho con tres varillas de bambú de 2,5 cm de grosor, unidas con cámaras de bicicleta recicladas apretadas en la parte superior. Del trípode colgamos una cadena de 60 cm, de la cual cuelgan otras tres cadenas de la misma longitud. Estas tres cadenas se conectaron a la parrilla, creando una superficie de cocción plana y manejable para colocar diversas sartenes. Tras algunos ajustes y pruebas, logramos calibrar nuestra cocina solar para quemar papel, hervir agua y educar a la comunidad sobre la importancia de las prácticas culinarias sostenibles.

El objetivo de este proyecto es crear una cocina de espejo parabólico que sirva como ejemplo de cómo capturar y utilizar la energía solar de forma sostenible. Planeamos hacerlo en dos etapas: primero, probando la forma más eficiente y efectiva de construir la cocina; luego, implementando las técnicas de construcción más respetuosas con el medio ambiente para su creación.

Los siguientes criterios se utilizarán para evaluar el éxito de este proyecto. Tras deliberar con el cliente, determinamos que los siguientes criterios son fundamentales para su éxito. La escala del 1 al 10 indica la importancia de cada criterio.

Las parábolas y los paraboloides siempre son interesantes de estudiar. Su forma única les confiere propiedades fascinantes. Tienen la capacidad de concentrar ondas de radio, luz e incluso sonido en un punto focal mediante la reflexión. La forma singular de su curva les otorga esta característica única. Para hallar el punto focal de un paraboloide, se utiliza la ecuación y = p * x², donde p es una constante, y es la profundidad del paraboloide y x es su circunferencia máxima. Con esta ecuación, pudimos encontrar nuestro punto focal, que se ubica aproximadamente a 4,5 pulgadas por encima del centro del paraboloide.

Las cocinas solares parabólicas son dispositivos diseñados para capturar el calor directo del sol mediante una superficie reflectante con forma parabólica. Funcionan reflejando los rayos solares hacia un punto central, generando temperaturas superiores a los 260 °C (500 °F) que se utilizan para calentar, cocinar y pasteurizar alimentos o agua. Las cocinas solares parabólicas se remontan a muchos siglos atrás y se han utilizado en civilizaciones de todo el mundo. Desde los griegos y los aztecas hasta los antiguos chinos y romanos, todos contaban con una versión. Y dado que el sol es la única fuente de energía necesaria para generar calor, son prácticas de fabricar y económicas de operar y mantener, lo que las convierte en una herramienta educativa ideal para la cocina sostenible.

1

Medir y trazar facetas en láminas de aluminio

2

Recorta todas las facetas con las tijeras Beverly. Este proceso lleva tiempo, ya que las tijeras solo cortan unos centímetros por rebanada.

3

Taladre orificios de fijación en las esquinas superiores de todas las facetas. Estos deben tener un diámetro aproximado de 6 mm (1/4 de pulgada) para que las bridas de plástico se deslicen fácilmente. Taladre un orificio de 12,5 mm (media pulgada) en el extremo más pequeño de la faceta para el perno de anclaje.

4

Coloque los paneles en la silla e inserte el perno de anclaje.

5

Despliega lentamente las facetas, con cuidado de no rayar el aluminio. Nota: el plástico protector rosa se deja puesto hasta que todas las facetas estén bien colocadas.

6

Inserta bridas de plástico en cada esquina y fíjalas al borde exterior de bambú del armazón de la silla Papasan.

7

Retire el plástico e inspeccione si hay imperfecciones.

8

Arma el trípode. Ata los tres postes de bambú y coloca cámaras de bicicleta alrededor de un extremo. Dobla las cámaras sobre sí mismas hasta que queden bien ajustadas. Esto permitirá que los postes se expandan para formar un trípode y se plieguen fácilmente.

9

Cuelga una cadena de la parte superior del trípode y sujeta la rejilla metálica blanca con mini mosquetones. Esta rejilla permite colocar diversas superficies de cocción.

10

¡Cocina, hierve y quema!

Construimos nuestra cocina solar pensando en el mantenimiento; nuestro lema es: construcción sencilla, mantenimiento sencillo. Este proyecto tiene muy pocas piezas móviles, lo que facilita enormemente el mantenimiento. La principal preocupación en cuanto al mantenimiento es el almacenamiento y la limpieza adecuados. Antes de cada uso, los grifos de aluminio pulido deben pulirse. Sin un almacenamiento adecuado, la cocina podría deteriorarse en pocos años. Los componentes principales de la cocina son las bridas, la cadena y las varillas de bambú. Todos son muy económicos y fáciles de reemplazar. También tenemos un grifo de aluminio de repuesto por si se daña alguno de los originales, y bridas adicionales para donar.

Estas son las fechas tentativas para la consecución de cada objetivo.

Aquí está el presupuesto propuesto y ordenable para la cocina parabólica del Centro Comunitario Jefferson.

Inmediatamente después de la construcción de la cocina, se realizaron varias pruebas para determinar la eficacia de la parábola.

Prueba inicial

La primera prueba consistió simplemente en colocar un pequeño manojo de papel en lo que suponíamos que era el punto focal para ver si se incendiaba. Humeó y se carbonizó durante unos 30 segundos, pero no llegó a encenderse. A continuación, vertimos medio litro de agua en una olla suspendida del trípode de bambú. Tras unos 20 minutos, se observaron algunas burbujas, pero no se registró ebullición.

Sintonia FINA

Para orientar mejor el plato hacia el sol, utilizamos la técnica de la "sombra del lápiz". Esta consiste en enroscar un lápiz en la tuerca de fijación situada en el centro del plato. Con el lápiz apuntando perpendicularmente al plato, colocamos un trozo de papel con un agujero en el centro alrededor de la tuerca, de manera que la sombra del lápiz fuera fácilmente visible. Esto nos permitió ajustar el plato hasta que no se viera ninguna sombra, es decir, hasta que apuntara directamente al sol.

Pruebas finales

Una vez limpios los paneles y orientado el plato directamente hacia el sol, repetimos las mismas dos pruebas. Colocamos un manojo de papel marrón del tamaño de una lata de refresco en el punto focal del plato y, en 20 segundos, se incendió. Esto significa que la temperatura en el punto focal era de al menos 451 grados Fahrenheit. En segundo lugar, vertimos medio litro de agua en la misma olla y comprobamos que tardaba entre 10 y 15 minutos en hervir.

Pruebas futuras

Las pruebas posteriores incluirán un termómetro infrarrojo para medir con precisión la temperatura del punto focal. También se probarán diferentes recipientes de cocción, como sartenes, cacerolas y ollas de hierro fundido, para determinar cuál cocina los alimentos y el agua de manera más eficiente.

Tras las pruebas finales, podemos afirmar con seguridad que la cocina es capaz de alcanzar temperaturas muy superiores a los 450 grados Fahrenheit. El punto central de la cocina tiene aproximadamente el tamaño de una pelota de béisbol, por lo que cocinar con una sartén o cacerola pequeña o mediana resulta más eficiente. Lo más importante de la superficie de cocción es que la base sea negra. Las superficies más claras y reflectantes no absorben tanto calor, por lo que los alimentos no se cocinarán con la misma eficacia. Disfrutamos mucho trabajando en este proyecto y esperamos inspirar y educar a otros.

• Siempre hay que estar atento a los rayos de luz dispersos, ya que pueden provocar un incendio. Cuanto más cóncava sea la antena parabólica, menor será el riesgo.
• Utilice siempre gafas de protección UV cuando trabaje expuesto a la luz solar y a materiales reflectantes.
• Intenta encontrar una olla con fondo negro, ya que esto aumenta considerablemente la temperatura de cocción. Si no la encuentras, aplicar pintura témpera negra en el fondo de la olla también ayudará mucho.
• SIEMPRE guárdelo cubierto con algo o boca abajo, ya que la luz solar directa puede afectarlo.
• Es necesario un ajuste constante a medida que el sol se desplaza por el cielo.
• El viento puede hacer que la cadena se balancee y le quite calor a la superficie de cocción.
• Asegúrese de que haya supervisión parental si hay niños presentes.
• Las condiciones perfectas son difíciles de encontrar
• Funciona mejor cuando el sol está directamente sobre la cabeza (pleno sol).

Diseñada principalmente como una herramienta inspiradora, la cocina parabólica se utilizará en demostraciones y eventos educativos.

Plaza de Arcata

Para llegar al público más amplio posible, planeamos exhibir la cocina solar durante varios eventos del Mercado de Agricultores de Arcata en la plaza de Arcata. Estas demostraciones mostrarán la cocina en funcionamiento, cocinando alimentos y hirviendo agua. Se prepararán folletos y carteles informativos para ampliar el conocimiento del público sobre la cocina con energía solar. Además, se colocarán señales de advertencia para proteger a los espectadores de los reflejos brillantes que pueden escapar de la parábola.

Centro Comunitario Jefferson

Tras varias demostraciones en la plaza, el Centro Comunitario Jefferson en Eureka, California, ha accedido a albergar de forma permanente la cocina parabólica. Planean usarla en demostraciones y eventos comunitarios que se celebren en el centro. La cocina servirá principalmente como herramienta de inspiración para los jóvenes del centro, despertando su interés por las energías sostenibles y renovables en futuros científicos ambientales.

Diseños mejorados

Durante el proceso de construcción, identificamos varias áreas de mejora para futuros proyectos. En lugar de usar la silla papasan de bambú como estructura, las facetas de aluminio podrían conectarse con una cuerda o cordón pequeño. Este cordón se pasaría por los orificios perforados en las esquinas superiores de cada faceta y, al tensarlo, arquearía el centro de las facetas, creando una antena parabólica independiente. Este modelo tiene numerosas ventajas, ya que sería portátil, ligero y compacto, ideal para viajar.

• Kevin Burks - Estudiante de cuarto año de Ciencias Ambientales con especialización en Energía y Clima y una subespecialización en Ciencias Geoespaciales en Cal Poly Humboldt.
• Nick Hurn - Estudiante de cuarto año de Ciencias Ambientales con énfasis en Energía y Clima en [[Cal Poly Humboldt

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