Cocina solar
Las cocinas solares parabólicas concentran la luz solar en un único punto. Cuando este punto se enfoca en el fondo de una olla, puede calentar la olla rápidamente a temperaturas muy altas que a menudo pueden ser comparables con las temperaturas alcanzadas en las parrillas de gas y carbón. Este tipo de cocinas solares se utiliza ampliamente en varias regiones del mundo, sobre todo en China e India, donde cientos de miles de familias utilizan actualmente cocinas solares parabólicas 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 del Gold Standard.
Algunas cocinas solares parabólicas incorporan materiales y diseños de vanguardia que llevan a eficiencias de energía solar >90%. Otras son lo suficientemente grandes como para alimentar a miles de personas cada día, como el cuenco solar de Auroville, en la India, que hace 2 comidas al día para 1.000 personas.
Si un reflector es axialmente simétrico y tiene la forma de una parábola en su sección transversal, tiene la propiedad de llevar rayos de luz paralelos (como la luz solar) a un foco puntual. Si el eje de simetría está orientado hacia el sol, cualquier objeto que se encuentre en el foco recibe luz solar muy concentrada y, por tanto, se calienta mucho. Esta es la base del uso de este tipo de reflectores para la cocina solar.
Reflectores parabólicosEditar
Aunque los paraboloides son difíciles de fabricar a partir de láminas planas de material sólido, se pueden fabricar de forma bastante sencilla haciendo girar recipientes con tapa abierta que contienen 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 desplace hacia fuera del eje de rotación hasta que se forma una depresión lo suficientemente profunda en la superficie como para que la fuerza se equilibre con el efecto de nivelación 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 la rotación, y puede utilizarse para hacer un reflector. Esta técnica de rotación se utiliza a veces para fabricar espejos paraboloides para telescopios astronómicos, y también se ha utilizado para cocinas solares. Los dispositivos para construir este tipo de paraboloides se conocen como hornos giratorios.
Los reflectores paraboloidales generan altas temperaturas y se cocinan rápidamente, pero requieren ajustes frecuentes y supervisión para su funcionamiento seguro. Existen varios cientos de miles, principalmente en China. Son especialmente útiles para la cocina doméstica individual y la institucional a gran escala.
Una cocina Scheffler (llamada así por su inventor, Wolfgang Scheffler) utiliza un gran reflector idealmente paraboloidal 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 está situado en el foco, que se encuentra en el eje de rotación, por lo que el espejo concentra la luz solar en él durante todo el día. El espejo debe inclinarse ocasionalmente sobre un eje perpendicular para compensar la variación estacional de la declinación del sol. 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 a medida que el reflector se inclina. Para mantener el foco fijo, la forma del reflector tiene que variar. Sigue siendo paraboloide, pero su distancia focal y otros parámetros cambian a medida que se inclina. Por lo tanto, el reflector Scheffler es flexible y puede doblarse para ajustar su forma. Suele estar formado por un gran número de pequeñas secciones planas, como espejos de cristal, unidas por un plástico flexible. Un marco que soporta el reflector incluye un mecanismo que puede utilizarse para inclinarlo y también para doblarlo adecuadamente. El espejo nunca es exactamente paraboloidal, pero siempre se aproxima lo suficiente para poder cocinar.
A veces el reflector giratorio está situado en el exterior y la luz solar reflejada pasa a través de una abertura en una pared a una cocina interior, a menudo una gran cocina comunitaria, donde se cocina.
Canales parabólicosEditar
Los canales parabólicos se utilizan para concentrar la luz solar con fines energéticos. Se han construido algunas cocinas solares que los utilizan de la misma manera. Generalmente, el canal se alinea con su línea focal horizontal y este-oeste. Los alimentos que se van a cocinar se disponen a lo largo de esta línea. La artesa se orienta de manera que su eje de simetría apunte al sol a mediodía. Esto requiere que la artesa se incline hacia arriba y hacia abajo a medida que avanzan las estaciones. En los equinoccios, no es necesario mover la artesa durante el día para seguir el sol. En otras épocas del año, hay un periodo de varias horas alrededor del mediodía en el que no es necesario el seguimiento. Normalmente, la cocina sólo se utiliza durante este periodo, por lo que no se incorpora ningún seguimiento automático del sol. Esta simplicidad hace que el diseño sea atractivo, en comparación con el uso de un paraboloide. Además, al ser una sola curva, el reflector en artesa es más sencillo de construir. Sin embargo, su eficiencia es menor.
Es posible utilizar dos canales parabólicos, curvados en direcciones perpendiculares, para llevar la luz solar a un foco puntual como hace un reflector paraboloidal.La luz entrante incide en uno de los canales, que la envía hacia un foco lineal. El segundo canal intercepta la luz convergente y la enfoca en un punto.
En comparación con un único paraboloide, el uso de dos canales parciales tiene importantes ventajas. Cada canal es una sola curva, que puede hacerse simplemente doblando una hoja de metal plana. Además, la luz que llega a la olla objetivo se dirige aproximadamente hacia abajo, lo que reduce el peligro de dañar los ojos de cualquier persona cercana. Por otro lado, hay desventajas. Se necesita más material de espejo, lo que aumenta el coste, y la luz se refleja en dos superficies en lugar de una, lo que inevitablemente aumenta la cantidad que se pierde.
Las dos cubetas se mantienen en una orientación fija una respecto a la otra al estar ambas fijadas a un marco. Todo el conjunto de bastidor y canaletas tiene que moverse para seguir al sol a medida que se mueve en el cielo. Existen cocinas comerciales que utilizan este método.En aplicaciones prácticas (como en los faros de los coches), los espejos cóncavos son de forma parabólica
Reflectores esféricosEditar
Los reflectores esféricos funcionan de forma muy parecida a los reflectores paraboloides, de manera que el eje de simetría apunta hacia el sol para que la luz se concentre en un foco. Sin embargo, el foco de un reflector esférico no será un foco puntual porque sufre un fenómeno conocido como aberración esférica. Algunas antenas de concentración (como las parabólicas) que no requieren un foco preciso optan por una curvatura esférica en lugar de un paraboloide. Si el radio del borde del reflector esférico es pequeño comparado 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 paraboloidal con distancia focal igual a la mitad del radio de curvatura.
Tecnología de tubos de vacíoEditar
Las cocinas solares de tubos de vacío están esencialmente selladas al vacío entre dos capas de vidrio. El vacío permite que el tubo actúe a la vez como un «super» invernadero y como un aislante. El tubo central de cocción está hecho de vidrio de borosilicato, que es resistente al choque térmico, y tiene un vacío bajo la superficie para aislar el interior. El interior del tubo está revestido de cobre, acero inoxidable y nitrilo de aluminio para absorber y conducir mejor el calor de los rayos solares.