Horno solar: transferencia de energía y construcción del dispositivo

¿Cuáles son los tipos de transferencia de energía que se dan en un horno solar?

1. Radiación: el Sol envía energía electromagnética que atraviesa el vidrio y llega a la caja.
2. Conducción: el calor pasa del material expuesto al sol (superficie oscura/aluminio) a la caja y a la bandeja con los alimentos.
3. Convección: dentro del horno el aire caliente asciende y el frío desciende, generando corrientes que distribuyen el calor; al cerrar con el vidrio se limita este intercambio con el exterior.

¿Cómo se da la transferencia de calor dentro y fuera del horno solar?

1. Dentro: la radiación solar calienta la superficie oscura, que por conducción transmite el calor al interior; el aire caliente circula por convección y ceba los alimentos.
2. Fuera: el calor se pierde por conducción a través de las paredes no aisladas, por convección en las fugas de aire y por radiación infrarroja que emiten las paredes calientes.
3. El objetivo es minimizar las pérdidas exteriores mediante aislamiento y sellado.

¿Cómo se podrá conseguir aislar la caja del horno para su mejor funcionamiento?

1. Forrar las paredes con materiales de bajo conductividad térmica: lana, cartón corrugado doble, poliestireno o papel de periódico.
2. Sellar orificios con masilla o cinta para evitar corrientes de aire (fugas por convección).
3. Duplicar la pared de la caja dejando una cámara de aire entre ambas, ya que el aire inmóvil es mal conductor.
4. Colocar el vidrio o plástico transparente a una pequeña distancia de la superficie absorbedora, creando una cámara que atrapa el calor.

Existe alguna relación entre el calor que cuece los alimentos y el color de las cajas.

1. Los objetos oscuros (negro, azul oscuro) absorben mayor proporción de la radiación solar; los claros la reflejan.
2. Por lo tanto, una caja pintada de negro o cubierta con papel aluminio mate oscuro alcanza temperaturas mayores que una caja de color claro.
3. El aluminio se usa en el reflector porque es brillante y alto poder reflector, dirigiendo más rayos hacia el interior.

Investiguen la cantidad de radiación solar, según la latitud donde se va a construir el horno solar.

1. En México la irradiancia solar global anual varía aproximadamente entre 3.5 y 6.5 \, \text{kWh/m}^{2}\cdot\text{día} (equivalente a unos 1500 a 2700 \, \text{W/m}^{2} de pico).
2. A menor latitud (más cerca del ecuador, por ejemplo Chiapas o Yucatán a 15^\circ–20^\circ N) la radiación es mayor; a mayor latitud (norte, 30^\circ–32^\circ N) es menor y más estacional.
3. En cielos despejados del altiplano central (latitud 19^\circ N) se obtienen valores medios altos, muy favorables para hornos solares.

¿Cómo funciona el efecto invernadero dentro del horno y qué beneficios se obtienen de este fenómeno al cocer alimentos?

1. La radiación solar de onda corta atraviesa el vidro o plástico transparente y calienta las superficies interiores.
2. Estas superficies reemiten la energía en forma de infrarrojo de onda larga, que no atraviesa el vidro y queda atrapada dentro.
3. El aire caliente queda retenido, elevando la temperatura interna (puede llegar a 100^\circ\text{C} o más).
4. Beneficio: cociné los alimentos sin combustible, aprovechando el calor acumulado y evitando emisiones contaminantes.

¿Cómo se consigue una mejor absorción de la luz solar para que el horno sea más eficiente?

1. Pintar de negro la bandeja y el interior de la caja (las superficies oscuras absorben más).
2. Orientar el horno hacia el sur (en el hemisferio norte) para recibir la mayor cantidad de radiación.
3. Incluir reflectores de aluminio que dirigen más rayos solares hacia la caja.
4. Mantener limpio el vidrio para no atenuar la luz entrante y ajustar su ángulo según la posición del Sol.