La cocina solar

 

Por
Luis Bérriz Pérez*



Crónicas de un círculo de interés sobre el desarrollo energético sostenible (X).

 


Estábamos en el mes de junio. Se acercaban las vacaciones de verano. Hace unos meses les había prometido a los muchachos del círculo de interés enseñarles a hacer
una cocina solar para que pudieran ir a un campismo o a una playa, y cocinar con el sol.

Una vez, en uno de nuestros encuentros, les había contado la anécdota de cuando fui
a la playa con mi familia y llevé una cocina solar. Como parte del entretenimiento nos dedicamos a hacer una paella. Instalamos la cocina y nos pusimos a cocinar. Como
a mí no me gusta mucho la playa, iba como «cocinero». Pasaba el tiempo y se iban acumulando curiosos. Por los comentarios que oíamos, muchos dudaban que el arroz
se cocinara y mucho menos, la carne, el pescado y los mariscos.

Llegó el mediodía. La paella estaba terminada y por lo tanto, nos dispusimos a comerla mientras estaba caliente. La servimos en los platos. El olor era exquisito. El único problema es que seguíamos rodeados de curiosos y es posible, que por la hora, también estuvieran hambrientos. Fuimos a la playa a pasar un rato agradable, y sin embargo,
el ambiente estaba tenso. En ese momento, a un muchacho se le ocurre decir: «Déjame probar». ¡Para qué fue eso! ¡En un segundo se organizó una cola! Tuvimos que dársela
a probar a todos los que estaban allí, y no a todos, pues la paella se acabó y nosotros tuvimos que ir a comer a un restaurante. Pero bueno, lo más importante es que demostramos, aunque sea a un pequeño grupo de personas, que con el sol se podía cocinar.

En esos días, los miembros del círculo de interés estaban de exámenes. Yo tenía dudas de si efectuar o no el círculo, pero como lo había prometido, ya tenía que hacerlo aunque asistieran solamente dos o tres, pues ese sería, muy posiblemente, el último círculo del curso escolar.

En realidad, mi objetivo no era enseñar a cocinar con el sol, sino que la gente viera que
se pueden lograr altas temperaturas a partir de la concentración de los rayos solares.
Lo cierto es que una aplicación interesante de la obtención de altas temperaturas con el sol es la cocción de alimentos, pero no con la cocina que yo iba a mostrar, que es más entretenida que útil. Las cocinas solares que pueden tener mayor utilidad práctica y económica, son las que alcanzan acumulación de calor por medio de aceites o sales fundidas.

Desde niños, muchos aprendimos a hacer fuego con el sol mediante el uso de una lupa. Pero existen otras aplicaciones de la concentración de la radiación solar, tales como la producción de hielo, la purificación de sustancias químicas, la producción de electricidad, la producción de hidrógeno y la fundición de metales. Sin duda, todavía tenemos muchas cosas que aprender.

En la semana antes del encuentro preparé tres pancartas, teniendo en cuenta que disponía, además, de una cocina solar y una lupa. Como instrumentos de medición tenía un termómetro digital que podía medir temperaturas de hasta 500 grados, y un termómetro de radiación, más conocido entre los técnicos e ingenieros como pirómetro. Este instrumento es muy útil, pues mide la temperatura a distancia y lo que recibe es la radiación que emite el cuerpo, pero hay que tener mucho cuidado en su uso ya que puede dar datos equivocados si se utiliza para medir temperaturas que además de emitir radiación, la reflejan. Por ejemplo, la temperatura de un recipiente con agua que pongo en el foco de un concentrador solar no puede ser mayor de 100 grados mientras tenga agua, pero si mido la temperatura con un pirómetro puede darme más de 700 grados, pues está recibiendo radiación reflejada, o sea, el dato es falso.

Llegó el sábado. En el encuentro anterior habíamos quedado en vernos en mi casa a las 10 de la mañana, y en dependencia del tiempo, nos reuniríamos en el parque, en el polígono o bajo techo. Por suerte, ese día no amenazaba lluvia, aunque el cielo estaba bastante nublado.

Cerca de las diez menos cinco me avisaron Casi, Muso y Lili, con sus ladridos, que había llegado alguien. Abrí la puerta y, ¡sorprendente!, había casi 20 personas frente a la casa. ¿Qué habrá pasado?, pensé. Me fijé y vi a varios miembros del círculo de interés: Miguelito, Yubislán, Maritza, Camila, Marianita, Raúl y Ernesto, y a la izquierda estaban las «3 Y», Yanisleidy, Yusbán y Yamila. Ya yo sabía que Abuelo Paco no vendría pues se fue a pasar unas «vacaciones» con sus nietos en Santiago, pero hasta el cocinero de la escuela, que también se llama Ernesto, estaba en el grupo. ¡Y yo que pensé que no iba a venir casi nadie!
Como es natural, me puse contento y les dije:
—Pasen. Empujen la reja. —y todavía dudando un poco agregué: —Creo que ustedes vienen por el círculo de interés sobre la cocina solar ¿No es así?
Desde atrás alguien dice en voz alta: —Yo soy el cobrador de la luz —y continúa—, desgraciadamente no puedo quedarme pues tengo mucho trabajo todavía. ¡Con permiso! — y fue avanzando, abriéndose paso entre los muchachos.
Como tengo la oficina y el polígono en mi casa, debería pagar mucho de electricidad, aunque en realidad no es así por las medidas de ahorro que tomo, y además porque tengo un panel solar fotovoltaico que me aporta mensualmente alrededor de 100 kilowatt-hora.

Este panel, además de disminuir la cuenta, me garantiza la electricidad ante cualquier contingencia de rotura o ciclón.El cielo tenía bastantes nubes aunque en ese momento hacía un buen sol, y como tenía la cocina solar en el jardín, quise aprovechar ese momento y les dije: —Antes de empezar con la teoría, vamos a hacer una prueba práctica —y como allí estaba el cocinero de la escuela, le pedí ayuda. —¡Ernesto, vamos a freír
un huevo! —Allí mismo, en la salida de la casa donde estaba la cocina, nos dispusimos
a cocinar para aprovechar el buen sol que había. Escogí el huevo para hacer la prueba, porque se fríe enseguida. Efectivamente, después de calentar el aceite en la sartén,
el huevo se frió en un minuto como si estuviese en una cocina de gas (Fig. 1).

 
Fig. 1. En el jardín de la casa, friendo huevos con la cocina solar.
 


No sé qué estaban pensando, pero todos estaban hablando a la vez. No obstante, logré diferenciar una voz que decía: —Está bien, pero ¿si se nubla? —Por la voz, pienso que fue la maestra. Me viré hacia todos y les dije: —Si se nubla… se los diré dentro de un ratico. ¡Vámonos a trasladarnos al parque, al lugar de siempre! —Y dirigiéndome a Raúl
y Yubislán, que estaban cerca, les dije: —¡Ustedes dos, ayuden a llevar la cocina!
En cinco minutos ya estábamos todos en la nueva posición bajo la sombra del álamo,
y cada uno en su lugar. La cocina solar se dejó al sol, a unos metros de donde estábamos.

Amarré la primera pancarta en el tronco del árbol y me dirigí a los muchachos: —Ahora presten atención. Vamos a explicar algunos conceptos y decir algunas cifras. Esta es
la parte más importante pero la más difícil de este encuentro. ¡Tienen que poner mucha atención! Si no entienden lo que les voy a decir ahora, hemos perdido el tiempo.
En ese momento, noto un silencio absoluto y continúo: —Memoricen bien lo que les
voy a decir: Podemos considerar al Sol como un cuerpo que tiene en su superficie una temperatura cercana a los 6 000 grados. Oigan bien: ¡6 mil grados! O sea, que si estuviéramos en la superficie del Sol, tuviéramos nosotros también 6 mil grados.

¡Imagínense cómo estaríamos!
¡Achicharraos! —comenta Miguelito. Se oyen risas. Continúo: —Pero por suerte estamos en la superficie de la Tierra y no en la del Sol. Ahora bien, a medida de que nos alejamos del Sol, la radiación se va dispersando, o lo que es lo mismo, desconcentrando, y la temperatura va disminuyendo hasta llegar a la Tierra, donde tenemos esta temperatura que nos permite vivir.

Hago una pausa de pocos segundos para evitar que los muchachos se desconcentren,
y sigo: —O sea, aquí nos llega una radiación solar dispersada. ¡Piensen! Si nosotros por alguna vía la volviéramos a concentrar, es como si nos estuviésemos acercando al Sol.
Y como teóricamente lo más cercano que podemos estar del Sol es en su superficie,
la temperatura máxima que podemos lograr concentrando la radiación solar es alrededor de 6 mil grados. ¿Entendieron?

Ahora hago una pausa más larga para permitir la sedimentación del nuevo conocimiento. Oigo murmullos y en voz bajita, varios «sí». Está claro. Es muy difícil imaginarse lo que significan ¡6 mil grados!

Miro al reloj. El tiempo marcha volando. No sé si tendré tiempo de decir todo lo que quiero. Me viro hacia los muchachos y les digo: —Yo sé que es muy difícil imaginarse
lo que significa una temperatura de 6 mil grados, pero para que puedan tener una idea, fíjense en esta pancarta. Todos sabemos que el agua hierve a 100 grados, y observen:
el hierro se vuelve líquido a 1 520 grados. Esto es señal de que podemos fundir muchos metales aquí en la Tierra concentrando los rayos solares. Déjenme decirles —continúo— que lo más que logré alcanzar en mis experimentos fue una temperatura de 1 519 grados, con un espejo concentrador paraboloide como veremos en la pancarta siguiente (Tabla 1).

Tabla 1
Datos de algunas temperaturas específicas



Me dirigí al tronco del árbol para cambiar la pancarta. En ese momento, se acercaba Ernesto empujando un carrito. Traía la merienda. Nada menos que pan suave con mayonesa y una rica limonada con hielo. Sin duda, era un día especial. Hicimos un receso. Aproveché el momento para llegarme a la casa y traer una botellita con aceite, una papa y un poquito de sal, pues se me habían olvidado. En pocos minutos estaba
de vuelta. Eché aceite en la sartén y orienté la cocina hacia el Sol, para que los rayos
se concentraran en su parte inferior. Ernesto me ayudaba picando la papa. Unos minutos después, la mayoría de los muchachos ya había merendado y se acercaban a la cocina para ver lo que yo estaba haciendo.

 
Cocina solar parabólica en el Centro de Estudio Solar
del municipio de Bartolomé Masó.
 

—Vayan situándose alrededor, en un lugar donde puedan ver sin que me tapen el sol —les dije. —Vamos a aprovechar ahora que hay buen sol y pocas nubes para freír unas papitas. Dentro de un ratico vamos a ver la pancarta, pero fíjense: esta cocina solar consiste en un espejo paraboloide que concentra la radiación solar en un foco, donde está situada la sartén. Este espejo está formado por láminas flexibles de aluminio especular,
o sea, un espejo que refleja muy bien la luz. Estas láminas están unidas a esta estructura —y la señalo—, la cual permite un movimiento del conjunto alrededor de dos ejes, uno vertical y otro horizontal, de tal forma que pueda seguir al Sol en su movimiento, o sea, que se oriente la cocina para que los rayos solares se concentren en el foco donde está ahora la sartén. ¡Fíjense bien! ¡Ya las papas están casi fritas!
En eso saqué el termómetro y medí la temperatura del aceite dentro de la sartén.
¡160 grados! Al ratico estábamos probando las papas fritas en la cocina solar.
La «operación» había sido un éxito. No nos molestó ni una nubecita. Pero tan pronto terminamos de cocinar, entró una nube que cubría una gran parte del cielo. ¡Menos mal que terminamos el experimento!
—Bueno, ahora que vengan todas las nubes que quieran. Mientras no llueva, bienvenidas sean, pues tenemos muchas cosas que aprender todavía —les dije mientras me dirigía a la pancarta (Fig. 2).

 
1. Por reflexión (espejos). 2. Por refracción (lentes)
Fig. 2. Sistemas ópticos de concentración.
 

—Ustedes pueden ver aquí los dos sistemas ópticos de concentración que existen: uno por reflexión con el uso de espejos, como el que utilizamos ahora para freír las papitas, y el segundo es por refracción mediante lentes, posiblemente el más conocido por ustedes. —En ese momento saco del bolsillo la lupa que traía, la subo para que todos la vean y digo: —¡La lupa! La traje para quemar el papelito, pero ustedes ven, con el tiempo nublado no hay radiación solar directa. Acuérdense que una vez les dije que la radiación directa es la que viene directamente del Sol en forma de rayos paralelos; y la difusa nos llega después de haber sido reflejada por las nubes y otros elementos. La radiación difusa no se puede concentrar, porque los rayos vienen de todas direcciones, pero la directa, como está formada por rayos paralelos, podemos concentrarla. ¡Fíjense en la figura!
Me dirijo a la maestra y le digo —Eso contesta a tu pregunta. Si la nube que tenemos ahora llega unos minutos antes, las papitas se hubieran quedado a medio hacer. —Y agrego— El clima nuestro es muy nuboso. Por eso una cocina como esta no es útil, aunque sin duda, es curiosa y entretenida. Ahora veremos cómo se puede cocinar con
el sol de una manera útil y eficiente.

Miro el reloj. Ya se me estaba acabando el tiempo y me quedaban todavía muchas cosas por decir. Tenía que apurarme.
—Vamos a continuar pues nos queda poco tiempo —les dije—. Es importante saber que según la forma de concentrar los rayos, hay dos tipos de concentradores: los de foco lineal y los de foco puntual (Figs. 3 y 4). Los de foco lineal son los que concentran la radiación solar, como indica la palabra, en una línea, y los de foco puntual la concentran en un punto.

 
Fig. 3. Concentrador parabólico de foco lineal.
 

 
Fig. 4. Concentrador paraboloide de foco puntual.
 

—Aquí arriba pueden ver este concentrador de foco lineal conformado por un cilindro parabólico. Con este modelo se consiguen temperaturas de 200 grados y pueden inclusive llegar a los 400 grados. Este tipo de equipo tiene muchos usos pues permite, por ejemplo, calentar un aceite hasta más de 200 grados cuando haya sol directo, almacenarlo y después usarlo cuando haga falta. También se podría con ese aceite caliente llevarlo a un recipiente que contenga sales, fundirlas y acumular el calor para cuando haga falta. Con este principio una cocina solar puede trabajar con mucha comodidad y eficiencia, inclusive por la noche, pues tiene el calor acumulado.

—Este de aquí, a la izquierda y abajo, es un concentrador paraboloide. Los rayos solares se concentran en este punto aquí en el medio. Según ven, es del mismo principio que nuestra cocinita solar, pero con un espejo de muy alta calidad. Este es el tipo de concentrador con el que se pueden conseguir las temperaturas más altas, incluso más
de 4 mil grados. Acuérdense que el límite teórico es de 6 mil. Según la foto, en el foco está situado un motor de combustión externa que trabaja con el sol y genera electricidad, pues tiene acoplado un generador, pero de eso hablaremos en otra oportunidad.

—Yo vi uno parecido en el barco de mi papá —dice Yusbán. Efectivamente, el papá de Yusbán es marinero y en los barcos se usan esos espejos paraboloides como reflectores.
—Muy buena tu observación —le digo a Yusbán—. En los barcos y los faros se usan espejos paraboloides parecidos a este, de diferentes tamaños pero normalmente más chiquitos. Pero su uso es el contrario. Fíjense bien. Ya sabemos que si a este espejo paraboloide le llegan los rayos paralelos del sol, los concentra en un punto llamado foco. Ahora bien, si yo pongo una fuente de luz cualquiera en el foco de un espejo paraboloide, la refleja en forma de rayos paralelos, o sea, envía la luz a largas distancias y eso es precisamente lo que se quiere con las señales marítimas de los faros y los barcos.
Pero el espejo es exactamente el mismo. Casualmente, mis experimentos de concentrar la radiación solar los hice con un espejo que conseguí de un barco, y acuérdense que les dije que logré temperaturas por encima de 1 000 grados.

—Fíjense ahora en este otro tipo de concentrador, que es muy interesante y muy fácil de hacer. Aquí ven que está compuesto por muchos pequeños espejos o facetas que pueden ser planos, pero cada uno de ellos está situado de tal forma que envía los rayos solares hacia el foco. En un concentrador como este pueden lograrse temperaturas de más de cuatrocientos grados (Fig. 5).

 
Fig. 5. Concentrador de facetas de foco puntual.
 

Hago una breve pausa y continúo: —Existe una leyenda que dice que hace más de
2 200 años, un científico griego llamado Arquímedes, considerado por muchos como el mejor matemático de todos los tiempos, repelió un ataque llevado a cabo por soldados romanos durante el sitio de Siracusa, un pueblo de Sicilia, con el uso de espejos que llevaban muchos soldados, y con ellos concentraron la radiación solar sobre los barcos enemigos y los quemaron. Este cuadro en la pancarta representa aquel hecho, que en realidad no se sabe si fue verdad o no (Fig. 6).

 
Fig. 6. El sitio de Siracusa.
 

—Bueno, después de esta pincelada cultural, terminamos. Ya son las 12 y 10.
Ustedes están en exámenes y después, de vacaciones. Pero si alguien del grupo se decide a hacer una cocina solar y necesita alguna ayuda, ya saben dónde encontrarme. ¡Ayúdenme ahora a llevar la cocina para la casa! —y pasé a recoger las pancartas.
Me quedé todavía un ratico más conversando con varios de los adultos participantes.
El interés no era solo de los muchachos.


* Doctor en Ciencias Técnicas. Presidente de CUBASOLAR. Autor del libro
Secadores solares para productos agropecuarios e industriales
y coautor del Manual para el cálculo y diseño de calentadores solares.
e-mail: berriz@cubasolar.cu