ENERGIA DAL SOLE
Pulita, accessibile,
silenziosa e gratuita
Forno solare
Dispositivo che permette di cucinare in modo
SANO ed ECOLOGICO.
I raggi solari possono:
-purificare l’acqua e renderla potabile
- cucinare cibi
- sterilizzare strumenti.
Ideali:
- in tutti i paesi caldi (Africa, Medio Oriente e Asia);
- nei campi nomadi;
- all'interno di parchi o riserve naturali.
In alcune situazioni di emergenza è forse l'unico
modo per cucinare in maniera economica.
Forno a scatola
Scatola metallica a forma di cubo con le pareti interne
verniciate di nero opaco e le pareti esterne avvolte
con stracci di lana (isolamento termico). Inoltre è
necessario chiudere questa scatola con un coperchio
di vetro trasparente.
Forno a scatola
Con sole splendente, in un’ora si stima di raggiungere 95/100 °C
Si sfrutta il principio dell’EFFETTO SERRA
i raggi solari passano attraverso il vetro, cedono il loro calore alle
pareti metalliche verniciate di nero e queste a loro volta scaldano il
cibo introdotto nel forno.
Rendimento del forno è stato calcolato pari al 25% → perché
buona parte del calore viene disperso attraverso il vetro e la lana.
Si può arrivare a un rendimento stimato del 45% aumentando lo spessore
dell’isolamento e usando un doppio vetro; in questo modo si può ottenere una
temperatura massima di circa 120°C.
La temperatura massima si ha solo quando il forno è vuoto, se contiene degli alimenti
la temperatura si abbasserà del 20% circa, perché l’acqua contenuta nel cibo,
evaporando, sottrae ulteriore calore.
Alcuni esempi di forni a scatola
Un po’ di disegno geometrico…
•
La parabola è una figura piana e fa
parte della famiglia delle curve, le
quali si ottengono tutte mediante
intersezione fra un cono e un piano.
Per questo viene detta sezione
conica.
Forno parabolico
Una parabola è il luogo geometrico
dei punti del piano equidistante da
un punto fisso F, detto fuoco, e da
una retta fissa d, chiamata direttrice.
Una parabola è l'insieme dei
punti
P
tali
che,
indicata
con
Q
la
proiezione
ortogonale di P sulla retta d, sono
uguali tra loro le lunghezze dei
segmenti PF = PQ.
Forno parabolico
•
I raggi di luce tutti paralleli fra loro colpiscono l'interno di una parabola il cui
asse è parallelo ai raggi stessi, questi si concentreranno esattamente nel
fuoco della parabola.
I raggi luminosi si concentrano tutti
in un punto detto fuoco.
Parabola passante per un punto e per il vertice
•
È necessario costruire un sistema di tre equazioni nelle incognite a,b,c.
Si tratta di un sistema fratto, ma lineare facilmente risolvibile mediante
sostituzione di b ricavata dalla terza equazione.
•
Coordinate del fuoco:
•
Discriminante:
Forno parabolico
CODICE ARUNDEL (1478-1518)
Leonardo da Vinci studiò la geometria dei riflessi di raggi paralleli su una lastra di metallo curva.
Ne dedusse una relazione geometrica indipendente dalla curvatura della lastra.
Ogni tratto sulla lastra curva rappresenta una superficie riflettente sottile che permette di osservare il
comportamento di ogni singolo riflesso.
Calcoli energia e rendimento
Energia solare in entrata
L'entità della radiazione solare incidente dipende da molti fattori quali la localizzazione geografica, la
stagione, l'ora del giorno, le condizioni meteorologiche. Il valore che si può riscontrare in pieno giorno, in un
mese primaverile, alla nostra latitudine (circa 44°) è di circa 700 W/ m².
Il flusso di energia che colpisce la superficie della parabola, cioè la potenza spesa dal sole che colpisce la
parabola, si calcola con la formula: Ps = 700 W/m² x Superficie (m²), dove Ps è la potenza spesa.
La superficie della nostra parabola, calcolata contando il numero di specchietti quadrati di lato 2 cm, è di
0.58 m²
Quindi, nel nostro caso Ps = 700 W/ m² x 0.58 m² = 406 W
Ma poiché Energia = Potenza x tempo e la nostra prova è durata un'ora e mezzo, Ein entrata = 406 W x 1,5 h =
609 Wh
Energia assorbita dall'acqua
Per definizione di chilocaloria si applica la formula: E = m x (Tf-To) x Calore specifico dell'acqua,
dove m è la massa di acqua da riscaldare, Tf è la temperatura finale e To la temperatura iniziale. Nel nostro
caso:
Eassorbita = 1 x (100 - 20) x 1 = 80 Kcal = 95 Wh ( 1 Wh = 1,163 Kcal)
Rendimento del forno
Il rendimento è il rapporto tra la quantità di energia solare assorbita dall’acqua.e la quantità di energia solare
in entrata
R = E assorbita/E in entrata = 95Wh/609Wh = 15%
Di solito forni solari di questo tipo hanno un rendimento del 30% e riescono a raggiungere 350°C, ma tenuto
conto dei mezzi a nostra disposizione riteniamo che il rendimento del nostro forno sia accettabile.