Evaluación térmica de una estufa solar indirecta con circulación forzada

Abstract

En este trabajo se presenta el diseño, la construcción y la evaluación térmica de una estufa solar indirecta con circulación forzada. Este dispositivo consta de un serpentín de cobre, que por medio de transferencia de calor calentará los alimentos, y de un colector solar, encargado de transformar la radiación solar en energía térmica para calentar agua. Por medio de una bomba de agua se hizo circular el fluido (agua) a través de un sistema hidráulico de cobre y con un sensor de caudal se monitoreó la velocidad de circulación del agua. Adicionalmente, se acopló un concentrador solar en forma cilíndrica parabólica para obtener una mayor concentración de la radiación solar a lo largo del colector solar. Se compararon las temperaturas obtenidas de la estufa usando el colector con y sin concentrador solar, bajo condiciones de un día soleado y día nublado. El sistema propuesto logró calentar el fluido a una temperatura de hasta 120 °C y a su vez calentar el serpentín a 48.6 °C, teniendo una temperatura ambiente de 29 °C. Los resultados discutidos en este trabajo de tesis corresponden a las primeras evaluaciones térmicas de una estufa solar indirecta con circulación forzada propuesta, los cuales fungen como fundamento para proponer mejoras al sistema que permitan obtener temperaturas mayores a 65 °C. La ventaja de esta estufa solar indirecta es que permite la cocción de alimentos dentro del hogar, sin la necesidad de que el usuario esté expuesto al sol durante este proceso. Por tal motivo, puede ser implementado en zonas del estado de Chiapas, en donde la población tiene un alto nivel de marginación, ya que no requiere de un gasto para adquirir combustible para su funcionamiento. Adicionalmente, su uso concientizará en el aprovechamiento de energías limpias y sustentables, y contribuirá en llevar una alimentación sana, nutritiva y suficiente a la población de acuerdo con el Objetivo 2 de los ODS: Hambre cero. This work presents the design, construction and thermal evaluation of an indirect solar stove with forced circulation. This device consists of a copper coil, which will heat the food through heat transfer, and a solar collector, responsible for transforming solar radiation into thermal energy to heat the water. Using a water pump, the fluid (water) was circulated through a copper hydraulic system and the circulation rate of the water was monitored with a flow sensor. Additionally, a parabolic cylindrical solar concentrator was attached to obtain a greater concentration of solar radiation along the solar collector. The temperatures obtained from the stove using the collector with and without a solar concentrator were compared, under conditions of a sunny day and a cloudy day. The proposed system managed to heat the fluid to a temperature of up to 120 °C and in turn heat the coil to 48.6 °C, having an ambient temperature of 29 °C. The results discussed in this thesis correspond to the first thermal evaluations of a proposal for an indirect solar stove with forced circulation, which provide the necessary information to propose improvements to the system that allow obtaining higher temperatures. The advantage of this indirect solar stove is that it allows you to cook food inside the home, without the user needing to be exposed to the sun during this process. Therefore, it can be implemented in areas of the state of Chiapas, where the population has a high level of marginalization, since it does not require spending on the purchase of fuel for its operation. In addition, its use will raise awareness among the population about the use of clean and sustainable energy.