Este documento presenta el diseño de un horno solar con un tubo de vacío de alta temperatura como elemento captador y un reflector parabólico concentrador. Se realizaron pruebas midiendo las temperaturas al salir del tubo y entrar a la cámara con diferentes caudales de aire. Los resultados muestran que las temperaturas logradas permiten su uso para cocinar, aunque se necesitan mejoras en el aislamiento térmico para reducir pérdidas.

1. XX Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XX- SPES), Tacna, 11 -15.11.2013
DISEÑO DE UN HORNO SOLAR CON TRANSFERENCIA
DE CALOR POR AIRE FORZADO
!"#$%&'("$%))*+'!!"#"$%&'()!*%'(++,-./)%+,!+'""""
01-23&)-4%4"43"5%16-%7("43"$,-'38"93:%&6%;316("43"<1731-3&=%"<14/)6&-%'"
"
Resumen. Se presenta el diseño de un horno solar con un tubo al vacío de alta temperatura, como elemento captador
y un colector parabólico concentrador. La cámara del horno es calentada mediante la inyección de aire caliente
forzado.
Palabras-clave: horno, tubo al vacío, aire forzado
1.
INTRODUCCIÓN
La aparición continua de nuevos materiales y dispositivos orientados a la energía solar, ha permitido disponer de
nuevas alternativas de diseño de cocinas y hornos solares; así por ejemplo, el uso de policarbonato permite construir
cocinas de bajo costo y de diseño simple, tipo cajón, con rendimientos relativamente altos. Existe una variada gama de
este tipo de cocinas. Erdem Cuce (2013)
Un inconveniente de estos diseños es el cambio de orientación que debe realizarse a la cocina durante su uso, siguiendo
la trayectoria del Sol; tampoco hay control de la temperatura. El propósito de este trabajo es estudiar la factibilidad de
diseño de un horno que supere las desventajas mencionadas, con un rendimiento de captación razonable. N.L. Panwar et
al., (2012)
2.
DISEÑO
Como elemento colector se ha seleccionado un tubo al vacío de doble pared de los utilizados en colectores solares
de agua caliente, de 180 cm de largo y 6 cm de diámetro externo, A. Balzar (1996) . Las paredes interiores están
cubiertas con películas delgadas de coeficiente de emisividad selectivo, que permiten la captación de energía sobre el 80
% de la radiación incidente. Fig. 1
Figura 1.- Tubo al vacío de alta temperatura
El reflector de tipo parabólico cilíndrico, está construido en un marco rectangular, de tubo de fierro de 2.5 cm de
diámetro, conectores y cerchas parabólicas de PVC. Se utilizaron láminas de aluminio como superficie reflectoras. La
superficie tiene un área frontal de 1.9x1.9 m2. El foco se encuentra en el eje del conjunto, permitiendo el ajuste
adecuado del reflector, que se ubica en modo ecuatorial.

2. XX Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XX- SPES), Tacna, 11 -15.11.2013
La transferencia de calor se realiza mediante aire forzado mediante un ventilador axial alimentado por una fuente
switching que permite variar el caudal de aire, el que se inyecta a presión mediante un tubo de aluminio. El aire
caliente se conduce a la cámara del horno mediante un conducto aislado térmicamente, Fig. 2.
Figura 2.- Reflector parabólico, fuente, tubo inyector, conducto y
cámara.
3.-
ENSAYOS
,-./-#"01#"'!'
Se realizaron diversos ensayos, midiendo la radiación total y difusa sobre superficie horizontal, (radiómetro
Eppley), temperatura ambiente y temperatura de salida de aire caliente del tubo colector bajo diversas condiciones. Se
midió la temperatura del tubo colector sin el reflector parabólico y sin inyección de aire (tubo con tapón), alcanzando
una temperatura máxima de 201 oC, bajo una radiación de 800 W/m2. Al utilizar el reflector bajo las mismas
condiciones, la temperatura del tubo evoluciona logrando una temperatura máxima de 310 oC. Fig. 3
B>>"
+(1"&3F'3+6(&"
A>>"
@>>"
)-1"&3F'3+6(&"
?>>"
>"
>"
?>"
@>"
A>"
B>"
C>"
D>"
E>"
,+-./%'2.+310%&4'
Figura 3- Evolución de temperatura del tubo al vacío sin reflector y con reflector,
bajo una radiación de 800 W/m2, con flujo de aire nulo.
Se realizaron ensayos bajo régimen de aire forzado, bajo diferentes caudales, midiendo las temperaturas a la salida
del tubo al vacío y a la entrada de la cámara, situada a 1,2 metros; la cámara está conectada mediante un tubo de
aluminio aislado térmicamente del medio con paredes también aisladas. Los resultados para un flujo de aire de 3,7 l/s se
observan en la Fig.4.

3. ?G>"
,-./-#"01#"'!'
?D>"
&%4-%+-I1"
?B>"
63;:!")%'-4%"
?@>"
?>>"
63;:!"+J;%&%"
G>"
D>"
B>"
@>"
>"
>"
?>"
@>"
A>"
B>"
C>"
D>"
?>>>"
H>>"
G>>"
E>>"
D>>"
C>>"
B>>"
A>>"
@>>"
?>>"
>"
5"6+")+73'89.:'
XX Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XX- SPES), Tacna, 11 -15.11.2013
E>"
,+-./%'2.+310%&4'
Figura 4.- Evolución de la temperatura del aire a la salida del tubo colector
en el interior de la cámara, en condiciones de ventilación forzada utilizando
el reflector, con flujo de aire igual a 3,7 l/s.
4.
CONCLUSIONES
Se ha diseñado y construido un horno solar de reflector parabólico utilizando aire caliente como fluido de
transferencia de calor hacia la cámara de horneado; los ensayos muestran que las temperaturas logradas permiten su
utilización en la preparación de alimentos con ventajas sobre los hornos solares convencionales pues no requiere
orientación continua del colector y permite un control de la transferencia de energía térmica, mediante la regulación del
flujo. Los valores de la temperatura del aire a la salida del tubo son elevadas y estables en régimen permanente; sin
embargo al separar la cámara del sistema, las pérdidas son importantes por lo cual es conveniente mejorar las aislación
térmica de los conductos e instalar aletas en el interior del tubo para maximizar la transferencia de energía térmica.
5.
REFERENCIAS
A. Balzar, A solar cooker using vacuum-tube collectors with integrated heat pipes, Solar energy, Volume 58,
Issues 1–3, July–September 1996, Pages 63–68
Erdem Cuce, Pina Mert Cuce, A comprehensive review on solar cookers, Applied Energy, Volume 102, February
2013, pages 1399-1421
N.L. Panwar et al., State of the art of solar cookers: an overview, Renewable and Sustainable Energy Reviews,
Volume 16, Issue 6, August 2012, Pages 3776–3785
Abstract: In the present study, a solar oven with parabolic reflector and vacuum tube heath collector is designed,
constructed and tested. The results indicate that the solar oven, with a modified design of parameters, could be a
good alternative to conventional cookers.
Key words:: solar oven, vacuum tube, forced air flow