Se presentan los resultados de distintas experiencias controladas, realizadas tanto en el Laboratorio de Secado y Cocción de Alimentos (LSCA), del INENCO, como al aire libre, usándose distintas formas de calentamiento bajo radiación de un litro de agua contenido en una olla de aluminio. Se calentó y comparó su comportamiento térmico en dieciséis sistemas diferentes, desde la simple olla de aluminio hasta diferentes modelos de cocinas solares.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Giroux, Jean-François

Passamai, Víctor José

Stoll, David A.

Servicio de Difusión de la Creación Intelectual

EXPERIENCIAS CONTROLADASREALIZADAS CON DISTINTAS COCINAS SOLARESD. Stoll1, J. F. Giroux1 y V. Passamai2INENCO – CIUNSA3 - CONICETFacultad de Ciencias ExactasAvda. Bolivia 5150 – 4400 Salta. R. ArgentinaTel.: 0054-387-4255389 – FAX: 0054-387-4255489 – E-mail: <passamai@UNSa.edu.ar>RESUMENSe presentan los resultados de distintas experiencias controladas, realizadas tanto en el Laboratorio de Secado y Cocción deAlimentos (LSCA), del INENCO, como al aire libre, usándose distintas formas de calentamiento bajo radiación de un litro deagua contenido en una olla de aluminio. Se calentó y comparó su comportamiento térmico en dieciséis sistemas diferentes,desde la simple olla de aluminio hasta diferentes modelos de cocinas solares.INTRODUCCIÓNTeniendo en cuenta la metodología de trabajo desarrollada en un trabajo de Passamai (1998), se realizaron una gran cantidadde nuevas experiencias controladas para calentar un litro de agua contenido en un mismo tipo de olla de aluminio, de lascuales se muestran en este trabajo una selección de dieciséis sistemas, tanto de laboratorio como de campo, presentándoseuna discusión y comparación de los resultados obtenidos. Por “sistema” se entiende al agua cuya temperatura se mide duranteel calentamiento así como al conjunto de accesorios que la rodea, de modo que  todo cambio introducido en su entorno térmi-co – como la pintura de la olla, la colocación o no de una bolsa transparente que la encierre, su introducción en una cocinasolar, etc.- constituye una variante de dicho sistema.MATERIALES Y MÉTODOLas pruebas de laboratorio involucraron el uso de una lámpara, descripta también en el trabajo mencionado, estableciéndoseun período de calentamiento inicial de dos horas y, a continuación, luego de cortar el suministro de energía, siguió otro de en-friamiento de dos horas y cuarenta minutos. Durante este lapso total se midieron no sólo la temperatura del agua, sino tam-bién la del aire dentro del horno, debajo de la olla entre su base y la placa colectora de la cocina, en un costado de la olla, enel aire dentro de la olla y la tapa de la misma. La radiación total proveniente de la lámpara se mantuvo constante e igual paratodas las pruebas. Se usó un datalogger Keithley conectado a una placa que se introduce en la placa madre de una PC 386,disponiéndose la captura de datos cada 5  minutos. La radiación se mantuvo entre 820 y 850 W/m2.Figura 1: Esquema de la olla y seis sensores de temperatura.Las pruebas de campo involucraron el uso de un datalogger Omega R-220 y tanto las temperaturas como la radiación solar semidieron cada 5 minutos. Las distintas cocinas solares fueron reorientadas hacia el sol cada 30 minutos.                                                          1 Becarios del Brace Research Institute (BRI), McGill University, Montreal, Canadá.2 Perteneciente a la Carrera del Investigador del CONICET. Compaq asades994.doc3 Organismo financiador.Aire por encima de la olla(5 cm de altura).5 cmTapa de la olla(sensor colocado enel centro)Agua (sensor a unaprofundidad de 1,5 cm)Aire en la olla(2 cm por debajo dela tapa)Debajo de la olla (sensorcolocado en el centro)9,5 cm3,0 cmCostado de la olla(cerca del nivel deagua)La Figura 1 muestra un esquema de la olla y seis de las termocuplas usadas para medir temperaturas alrededor del recipiente.Las condiciones iniciales de temperatura se regularon mediante el agregado de hielo hasta disminuir el valor alrededor delgrado de diferencia respecto del establecido en el primer día de prueba. La cantidad de agua se controló por pesada y el usode pipeta. Ocho sistemas diferentes de calentamiento se probaron en el laboratorio con la olla de aluminio sin pintar, deacuerdo con la Tabla 1, repitiéndose otras pruebas con el mismo conjunto de sistemas pero con la misma olla pintada de ne-gro. La Tabla 2 muestra las especificaciones de las cinco cocinas solares usadas como parte de los sistemas 3 a 8 (Tabla 1).N° Sistema de calentamiento conteniendo un litro de agua colocada bajo la radiación1 Olla de aluminio (20,5 cm de diámetro, 9,5 cm de alto)2 olla de aluminio encerrada dentro de la bolsa transparente de plástico provista por Solar Cookers Int. (Nandwani, 1998)3 olla de aluminio ubicada dentro de la cocina “Solar Cookit” (Nandwani, 1998)4 olla de aluminio encerrada dentro de la bolsa transparente de plástico y ubicada dentro de la cocina “Solar Cookit”5 olla de aluminio dentro de un “secador-cocina” solar de tipo caja, operando como cocina6 olla de aluminio dentro de una cocina solar “de policarbonato” (polic.)7 olla de aluminio dentro de una cocina solar de madera, con interior de aluminio reflectante (“Al”)8 olla de aluminio dentro de una cocina solar de madera, con interior de aluminio pintado de negro (“Al-N”)Tabla 1: Sistemas de calentamiento de un litro de agua contenido en olla de aluminio.Nombre Lugar de constr. Materiales-acceso Reflectante Aislación $ Dimen.-PesoSolar Cookit California, USA Cartón-papel Al. Papel aluminio Sin aislación 15 Peso: 0,2 kgSecador-cocina UNSa, 1997 Polic., de frente. Papel de aluminio Lana de vidrio 50 50x40cm2, 3 kgCocina de polic. BRI, 1998 Polic., por detrás. Lámina autoadhes. Poli-isocianurato 35 57x46 cm2, 5 kgCoc. de madera-Al UNSa, 1998 Polic., por detrás. Sin reflector Lana de vidrio 70 50x37 cm2,12 kgCoc. de mad.-Al-N UNSa, 1998 Polic., por detrás. Sin reflector Lana de vidrio 70 50x37 cm2,12 kgTabla 2: Especificaciones de las cinco cocinas solares usadas en las pruebas.Las pruebas de campo fueron realizadas de la misma manera que en el laboratorio. En este caso se midieron solamente lastemperaturas del agua y del aire dentro de las cocinas, además de la radiación solar.RESULTADOSLos cuatro gráficos de la Figura 2 resumen los valores de temperaturas encontradas para el agua en las dieciséis experiencias:0,020,040,060,080,0100,00 40 80 120 160 200 240 280Tiempo (minutos)T°COllaOlla dentro de plásticoCocina de maderaiinterior de AlCocina de maderainterior negroa)0,020,040,060,080,0100,00 40 80 120 160 200 240 280T iem po (m inutos)T°CSolar Cookit Solar Cookitcon bolsaPolicarbonatoSecador-cocinab)0,020,040,060,080,0100,00 40 80 120 160 200 240 280Tiempo (minutos)  T °COllaOlla cubierta con bolsaCocina de maderainterior negroCocina de maderainterior de Alc)0,020,040,060,080,0100,00 40 80 120 160 200 240 280Tiempo (minutos) T °CCocina de polic.Secador-CocinaSolar CookitSolar Cookitcon bolsad)Figura 2: Temperatura del agua en los sistemas de calentamiento (olla de aluminio, a) y b); olla pintada de negro, c) y d)).0,020,040,060,080,0100,0120,0140,00 40 80 120 160 200 240 280Tiempo (min.)  T°CSolarCookitSolar Cookitcon bolsaSecador-cocinaCocina depolic.d)0,020,040,060,080,0100,0120,0140,00 40 80 120 160 200 240 280Tiempo (min.)  T°CoOllaOlla cub. conplásticoCocina de mad.interior negroCocina de mad.interior de Al.c)0,020,040,060,080,0100,0120,0140,00 40 80 120 160 200 240 280Tiempo (minutos) T°CSecador-cocinaCoc. depolic.SolarCookitSolar Cookitc/bolsab)De la figura 2 a) puede concluirse que la olla de aluminio sin pintar, como sistema térmico, tiene por sí misma un comporta-miento muy poco eficiente pues el agua apenas alcanzó 33 °C cuando se calentó bajo radiación, mientras que al cubrirse conuna bolsa de plástico transparente aumentó a 35,8 °C. Comparativamente, en la parte c) se observa un aumento mayor (delorden de 15 °C) cuando se pintó de negro. Sin embargo, mayor es el efecto de calentamiento cuando la olla se coloca dentrode una cocina solar, observándose mejor comportamiento si el interior de la misma está pintado de negro, tanto si la olla estápintada de negro o no. Un máximo de 74 °C se obtuvo para la olla negra dentro de la cocina de madera con el interior pintadode negro (c), mientras que para la olla sin pintar se llegó a 64°C (a). Por su parte, las cocinas de tipo caja de policarbonato,figuras b) y d), demuestran tener comportamientos muy similares, con un máximo de temperatura de 78 °C para el caso enque la olla que se usó era de aluminio sin pintar, y de más de 90 °C cuando la olla se pintó de negro. Un comentario apartemerece el comportamiento del sistema “Solar Cookit”, el cual tuvo un comportamiento similar al de las cocinas de maderacuando se usó una bolsa de plástico para cubrir la olla pintada de negro (figuras c) y d) ), registrándose una temperatura de 79°C en el caso de la figura d) y 77 °C para la c).La Figura 3 muestra las respectivas temperaturas del aire, 5 cm por encima de la olla para cada experiencia:Figura 3: Temperatura del aire del horno en los sistemas olla de aluminio ( a) y b) ) y olla pintada de negro ( c) y d) ).Para medir la temperatura del aire se cubrió la termocupla a fin de evitar su calentamiento por la incidencia de radiación di-recta sobre el bulbo. Los resultados se correlacionan con los mostrados en la Figura 2, mostrando las temperaturas un com-portamiento acorde con la menor inercia térmica del aire frente a la del agua.La lectura de las demás temperaturas (debajo de la olla, en un costado, por encima del agua y en la tapa) reflejaron igual-mente el comportamiento del agua y el aire por encima de la olla, por lo que no se reproducen aquí por falta de espacio.Análisis de la pruebas de campoLa radiación solar tuvo valores similares a los fijados en el laboratorio, es decir alrededor de los 800 W/m2, sobre nivel hori-zontal, para lo cual las experiencias se realizaron entre el 20 y 22 de abril de 1999, en el horario comprendido por las 11:30 ylas 13:30. Esto se estimó mediante el cálculo aproximado dado por el método de Hottel para días claros, que tiene en cuentael tipo de clima, la latitud y altura del lugar. Considerándose que las cocinas solares de tipo caja tienen una cubierta transpa-rente con pendiente, la radiación solar incidente se pudo estimar como adecuada y comparable a las del laboratorio. La Figura4 muestra las curvas de radiación obtenidas para dos de los días de prueba en campo, superpuestas con la del laboratorio y lacalculada. La curva continua muestra la presencia de algunas nubes, mientras que las gráficas de puntos representan la corre-lación de Hottel y la medida realizada para el día claro.0,020,040,060,080,0100,0120,0140,00 40 80 120 160 200 240 280Tiempo (min.)  T°CCocina de maderainterior negroCocina de madera interior de AlOllaOlla cubiertacon bolsaa)0,020,040,060,080,0100,0120,00 40 80 120 160 200 240 28Tiempo (minutos)  T° CAgua, campoAgua, laborat.Aire en la cocina,laborat. Aire, de campoc)100,0120,0140,0  TAire en la coc.(amb.)(laboratorio)La Figura 5 muestra los resultados obtenidos para las tempaire dentro del horno, para el caso de la olla negra, superpobserva el alto grado de coincidencia encontrado, lo que vaFigura 6: Temperaturas del aire en el horno y el agua en lmadera con interior de aluminio sin pintar, y d) cocina de mLa Figura 6 muestra la superposición de gráficas corresponde calentamiento con la cocina “Solar Cookit”, con olla nedor-cocina (b); y para las cocinas de madera, con interior dCONCLUSIONESLos resultados obtenidos para las experiencias de campo,experimentos de cocción bajo lámpara, como manera de mLas diferencias observadas entre experiencias de campo y(velocidad, temperatura, humedad), y la variabilidad en la REFERENCIASPassamai V. (1998), Experiencias de laboratorio y de camAmbiente, Vol. 2, N° 1, pp. 2.29-2.32.Nandwani, S. (1998), “Solar Cookit”, cocina solar de Solar200400600800100011:30 12:00 12:30 13:00 13Tiempo (hora)Rad2 Solar Cookit ysecad.-cocinaLaboratorio Cocina de polic.Calculada0,020,040,060,080,0100,0120,0140,00 40 80 120 160 200 240 280Tiempo (minutos)  T°CAire en el horno,campoAire en el horno,laboratorioAgua, encampoAgua, en ellabor.a)80,0 °CW00,020,040,060,080,0100,0120,00  T° C0,020,040,060,00 40 80 120 160 200 240 280Tiempo (minutos)Agua (Lab.)Agua, encampoeraturas enuestas con llida la hipóa olla negraadera con dientes a tegra y colocae aluminio  similares aantener con de laboratoradiación sopo con un  Cookers In:300,020,040,060,080,0100,0120,0140,00 T°CFigura 5: Mediciones en la cocina de policarbonato./mFigura 4: Curvas de radiación para las distintas pruebas realizadas.40 80 120 160 200 240 280Tiempo (minutos)Aire en el horno,laborat.Aire en el horno,campoAgua, enCampoAgua, en ellabor.d) la cocina de policarbonato, tanto para el agua como elas gráficas correspondientes al caso del laboratorio. Setesis de similitud de condiciones en ambos procesos. para a) Solar Cookit, b) Secador-cocina, c) cocina deinterior pintado de negro.mperaturas, tanto del agua como del aire, en los casosda dentro de una bolsa transparente (a); para el seca-sin pintar (c) y pintado de negro (d). las de laboratorio, validan la metodología de realizardiciones constantes de radiación y para días nublados.rio se deben a distintas condiciones del aire ambientelar, lo que se trata de evitar en el laboratorio.horno solar. Avances en Energías Renovables y Medioternational. Universidad de Heredia, Costa Rica.40 80 120 160 200 240 280Tiempo (minutos)Aire, encampoAire en ellabor.Agua, exp. en ellaborat.Agua, en exp. decampob)

Experiencias controladas realizadas con distintas cocinas solares

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