OBSERVATORIO DE ENERGÍA Y SUSTENTABILIDAD
AUTOCONSTRUCCIÓN COCINA SOLAR PARABÓLICA
El Observatorio de Energía y Sustentabilidad (O.E.S) es un grupo de investigación perteneciente al Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Rosario(U.T.N–FRRo). El mismo es dirigido por el Mg. Ing. Pablo Bertinat y está conformado por un grupo de docentes, graduados y alumnos. Las actividades desarrolladas se vuelcan en publicaciones, presentaciones, actividades de extensión e investigación, ejecución de trabajos y otras, las mismas enfocadas a democratizar el nivel de acceso a la energía, como así aplicar los conocimientos e incumbencias de nuestra Carrera de Ingeniería Eléctrica a una visión amplia e integradora de los procesos energéticos.
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ÍNDICES Índice de Contenidos MATERIALES ...................................................................................................................................... 4 PASOS A SEGUIR ................................................................................................................................ 5 1 - DIBUJAR LA PARÁBOLA ............................................................................................................... 5 2 - CORTE DE MADERAS GUÍA .......................................................................................................... 6 3 - CÍRCULOS DE HIERRO ................................................................................................................ 7 4 - MONTAJE SOBRE MOLDE ........................................................................................................... 7 5 - COSTILLAS DE LA PARÁBOLA ....................................................................................................... 8 6 - FORMACIÓN DE LA MALLA DEL DISCO PARABÓLICO ........................................................................... 8 7 - CONFECCIÓN Y CORTE DE LOS GAJOS............................................................................................. 9 8 - SUJECIÓN DE GAJOS ................................................................................................................ 11 9 – ESTRUCTURA SOPORTE PARA OLLA ............................................................................................ 12 10 – ESTRUCTURA SOPORTE PARA EL DISCO PARABÓLICO ...................................................................... 13 11 – SUJECIÓN DEL DISCO PARABÓLICO A LA ESTRUCTURA ..................................................................... 15 12 – SISTEMA DE INCLINACIÓN DE LA PARÁBOLA ................................................................................ 16 13 – COCINA SOLAR PARABÓLICA TERMINADA ................................................................................... 16 BIBLIOGRAFÍA.................................................................................................................................. 17
Índice de Figuras y Cuadros FIGURA Nº 1 | UBICACIÓN DEL FOCO DE LA PARÁBOLA ........................................................................................5 FIGURA Nº 2 | TRAZO DE PARÁBOLA MÉTODO 1 ...............................................................................................6 FIGURA Nº 3 | TRAZO DE PARABOLA MÉTODO 2 ...............................................................................................6 FIGURA Nº 4 | MOLDE DE MADERA CON RANURAS .............................................................................................6 FIGURA Nº 5 | CÍRCULOS DE HIERRO...............................................................................................................7 FIGURA Nº 6 | UNIÓN DE CIRCUNFERENCIAS .....................................................................................................7 FIGURA Nº 7 | MONTAJE DE CIRCUNFERENCIAS SOBRE MOLDE ..............................................................................7 FIGURA Nº 8 | DOBLADO DE COSTILLAS DE LA PARÁBOLA .....................................................................................8 FIGURA Nº 9 | FORMACIÓN DE MALLA PARABÓLICA ............................................................................................8 FIGURA Nº 10 | MALLA PARABÓLICA CON POSIBILIDAD DE PLEGADO .......................................................................9 FIGURA Nº 11 | OPTIMIZACIÓN DE CORTE DE CHAPA...........................................................................................9 FIGURA Nº 12 | TRAZO Y CORTE ..................................................................................................................10 FIGURA Nº 13 | OTRO MÉTODO DE CORTE .....................................................................................................10 FIGURA Nº 14 UNIÓN DE GAJOS ..................................................................................................................11 FIGURA Nº 15 | TORNILLO EN CENTRO DE PARÁBOLA ........................................................................................11 FIGURA Nº 16 | MODELO CON GAJO DE ÚNICA MEDIDA .....................................................................................11 FIGURA Nº 17 | MODELO CON GAJOS DIFERENTES ...........................................................................................12 FIGURA Nº 18 | MODELO PLEGABLE .............................................................................................................12 FIGURA Nº 19 | EJE DE SOPORTE PARA OLLA ...................................................................................................12 FIGURA Nº 20 | EJE SOPORTE PARA OLLA .......................................................................................................13 FIGURA Nº 21 | FORMAS DE SOPORTES PARA OLLA ...........................................................................................13 FIGURA Nº 22 | ESTRUCTURA SOPORTE PARA DISCO PARABÓLICO ........................................................................13 FIGURA Nº 23 | OTROS ESTRUCTURA - PLANO ................................................................................................14 FIGURA Nº 24 | OTRA ESTRUCTURA - IMÁGENES .............................................................................................14 FIGURA Nº 25 | OTRA ESTRUCTURA – IMÁGENES 2 ..........................................................................................15 FIGURA Nº 26 | SUJECIÓN DEL DISCO PARABÓLICA A LA ESTRUCTURA ....................................................................15 FIGURA Nº 27 | GANCHO SE SUJECIÓN ..........................................................................................................16 FIGURA Nº 28 | VISTA DEL REVERSO DE LA PARÁBOLA. ......................................................................................16 FIGURA Nº 29 | COCINA PARABÓLICA ARMADA ...............................................................................................17
CURSOVIRTUAL ENERGÍA Y SOCIEDAD
La presente guía de autoconstrucción de cocina solar de disco parabólico es para lograr un equipo de 1,3 m de diámetro y 1,33 m2 de superficie de captación. En la misma solo se detallan cuestiones relacionadas a la construcción mecánica de la cocina solar y no se repasan conceptos vinculados a la energía solar.
§
3 hierros de construcción de 8 mm de diámetro y 12 m de longitud (para la estructura de la base y la malla de la parábola).
§
1 chapa de acero inoxidable (tipo ferrítico pulido, es decir el que es espejado y brillante) de 1m x 2m y 0,5 mm de espesor (o en alguna otra medida que sume 2 m2, es importante que el espesor sea de 0,5 mm o menor para cortarla fácilmente). En caso de no conseguir, se podría hacer con chapa galvanizada o cincalum y luego cubrirla con papel de aluminio brillante (tipo para uso en cocina).
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5 m de caño de polietileno negro PEN de 3/4" de pulgada (para cubrir el borde).
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Madera para el molde de la parábola, 4 fragmentos de 45 x 70 cm (puede ser melamina, fenólico, aglomerado o incluso cartón duro, para que no se doble).
§
Un gancho y 2 m de cadena para claraboya o alguna otra similar.
§
Alambre galvanizada (lo necesario).
§
Electrodos básicos para soldadura eléctrica (lo necesario).
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Otros materiales: mechas de 3,5 mm, precintos, pintura, tornillos, remaches, rueditas, según el acabado que se desea darle.
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Materiales
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PASOS A SEGUIR 1 - Dibujar la parábola
Figura Nº 1 | Ubicación del foco de la parábola
Entre la piola y la regla se coloca un marcador y se hace correr la regla de izquierda a derecha (comenzando en el vértice 0,0), manteniendo en todo momento pegado el marcador a la escuadra (o regla T) y sin dejar de apretar la piola contra el mismo. A continuación se muestra la secuencia:
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Un procedimiento es ubicar el foco (sugerido a 35 cm del vértice) y clavar un clavo, en él se ata una soga, hilo o tanza que va a ser sujetada al extremo de la regla T o escuadra.
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Figura Nº 2 | Trazo de Parábola Método 1 Aclaración: en las imágenes, ya había marcado y cortado la madera. Animación para ver cómo se dibuja la parábola:
El otro procedimiento sería determinar matemáticamente los puntos de la parábola según el diámetro deseado y la distancia entre el vértice y el foco de la misma, pero a los fines constructivos es más simple dibujarla con el primer método directamente sobre la madera que nos servirá como molde.
Figura Nº 3 | Trazo de Parabola Método 2
2 - Corte de maderas guía Cortar las 4 maderas iguales (semi-parábola) que conformarán el molde y realizar ranuras donde calzarán los círculos de hierro.
Figura Nº 4 | Molde de madera con ranuras
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http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/conics/drawing/para_string.html
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3 - Círculos de Hierro
cm
15
7,1
2,7 28
40
8,4
Cada círculo medirá:
cm
cm
Con el hierro de 6 mm de diámetro se deben cortar, doblar y soldar los 3 círculos para la malla de la parábola.
Diámetro cm 50 90
Perímetro cm 157,1 282,7
130
408.4
TOTAL
848,2 cm x 6 mm
50 cm 90 cm 130 cm
Figura Nº 5 | Círculos de Hierro
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La unión soldada para cerrar cada círculo se deberá hacer de la siguiente manera:
Figura Nº 6 | Unión de circunferencias
4 - Montaje sobre Molde Se montan los círculos en el molde de madera:
Figura Nº 7 | Montaje de circunferencias sobre molde
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5 - Costillas de la Parábola Luego se debe cortar y doblar (siguiendo la forma del molde) 4 hierros de 8 mm y 1,45 m de longitud (total: 5,8 m x 8 mm) para formar las costillas de la parábola. Prestar atención en el modo de tomar el hierro de construcción para facilitar su doblado.
Foco 14
5c
m
35 cm
En la imagen se doblaron los hierros a mano con ayuda de una llave. Luego verificar la forma correcta con los moldes ya elaborados.
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130 cm
Figura Nº 8 | Doblado de Costillas de la Parábola
6 - Formación de la malla del disco parabólico Después se deben soldar los círculos con las costillas para formar la malla que hará de sostén para los gajos de chapa.
Figura Nº 9 | Formación de malla parabólica
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En la fotografía se puede observar que se colocaron dos diámetros horizontales a la par, de tal manera que luego de soldada toda la malla, se pueda cortar en dos y obtener una cocina plegable en dos mitades. Si se desea, podrá construirse en una sola pieza entera.
Figura Nº 10 | Malla parabólica con posibilidad de plegado
7 - Confección y Corte de los gajos Calcular y dibujar los gajos en las chapas de acero inoxidable pulido (espejado) y luego cortarlos. Para aprovechar la mayor parte de chapa, se sugiere situar del siguiente modo: 200 cm
5
2
4
14
7
6
9
8
15
11
10
16
13
12
18 b 17
100 cm
18 a
3
75 cm
1
25 cm
3 cm
Figura Nº 11 | Optimización de corte de chapa
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Figura Nº 12 | Trazo y corte
(También se pueden realizar los gajos en dos o más partes de tamaños diferentes: uno menor para la parte central de la parábola y otro más fino y alargado para la región externa, de este modo se obtiene una morfología más precisa).
Figura Nº 13 | Otro método de corte
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8 - Sujeción de gajos Proceder a sujetar cada gajo con alambre galvanizado o con precintos a la malla de soporte. Si se optó por emplear gajos enteros, se deben unir haciendo un agujero y colocando un tornillo en su extremo menor, el cual conformará el centro o vértice de la parábola.
Se suelda un tornillo en el centro de la parábola, en el cual se engancharán los gajos:
Figura Nº 15 | Tornillo en centro de parábola
Figura Nº 16 | Modelo con gajo de única medida
Modelo realizado con dos tamaños de gajos diferentes:
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Figura Nº 14 Unión de gajos
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Figura Nº 18 | Modelo plegable
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Estructura Soporte para olla
Con hierro de 8 mm, construir el soporte para la olla o recipiente en el cual se cocinará (recordar que el recipiente debe ser preferiblemente de color negro mate para maximizar la absorción de la radiación solar que será nuestra fuente térmica). Este soporte debe estar situado de tal modo que el lugar donde se encuentre la olla sea el foco de la parábola. Para sujetar el soporte y que a la vez la parábola pueda girar para posicionarla siempre perpendicular a los rayos solares, puede soldarse un pequeño trozo de caño a uno de los diámetros de la parábola como se muestra en la imagen siguiente, dentro del cual pasará el eje-soporte.
Figura Nº 19 | Eje de soporte para olla
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Figura Nº 17 | Modelo con gajos diferentes
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Figura Nº 20 | Eje soporte para olla
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EL soporte de la olla puede realizarse de diferentes formas:
Figura Nº 21 | Formas de soportes para olla
10 Estructura Soporte para el disco parabólico Construir con hierro de 8 mm la base soporte. Una forma simple es la que se detalla en las figuras. Una consideración a tener en cuenta es ponerle algún hierro en diagonal o construir la base con hierro de sección cuadrada o circular para brindar mayor firmeza.
Figura Nº 22 | Estructura soporte para disco parabólico
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En la siguiente figura se muestra otro modo de realizar la base, en la fotografía se aprecia cómo queda armada (este modelo es más robusto).
Figura Nº 23 | Otros estructura - Plano
Figura Nº 24 | Otra estructura - Imágenes
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Figura Nº 25 | Otra estructura – Imágenes 2
11 Sujeción del disco parabólico a la estructura Se deberán soldar dos tornillos (uno a cada lado del hierro que conforma el eje horizontal) para sujetar la parábola a la base, los cuales tendrán una tuerca mariposa para facilitar el montaje/desarmado. También es conveniente soldar dos manijas a los costados para sujetar y trasladar la cocina. Eje: tornillo con tuerca mariposa
Manija
Figura Nº 26 | Sujeción del disco parabólica a la estructura
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Sistema de inclinación de la parábola
Finalmente colocaremos un gancho (en la parte trasera superior) con una cadena para fijar la parábola según la inclinación deseada.
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Figura Nº 27 | Gancho se sujeción
13 Cocina Solar Parabólica Terminada
Figura Nº 28 | Vista del reverso de la parábola.
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Figura Nº 29 | Cocina parabólica armada
Bibliografía •
“Proyecto Girasol”, Concentrador de enfoque solar tipo parabólico con motor Stirling híbrido y equipos accesorios, Fabian Bensi 2011. UTN – FRRo, Cátedra: Fuentes No Convencionales de Energía, Doc. Mg. Ing Pablo Bertinat, Ing Jorge Chemes.
•
http://solar-cooker.de/index.php/en/parabola-design
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El Observatorio de Energía y Sustentabilidad (O.E.S) es un grupo de investigación perteneciente al Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Rosario(U.T.N–FRRo). El mismo es dirigido por el Mg. Ing. Pablo Bertinat y está conformado por un grupo de docentes, graduados y alumnos. Las actividades desarrolladas se vuelcan en publicaciones, presentaciones, actividades de extensión e investigación, ejecución de trabajos y otras, las mismas enfocadas a democratizar el nivel de acceso a la energía, como así aplicar los conocimientos e incumbencias de nuestra Carrera de Ingeniería Eléctrica a una visión amplia e integradora de los procesos energéticos.
Agradecimientos: A Nicolás Di Ruscio, miembro del
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O.E.S., por habar emprendido la construcción de la primer cocina solar parabólica del grupo.