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Cocinar con el Sol

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24/01/2010
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Las cocinas solares son un medio para aprovechar la energía superabundante del Sol y convertirla en alimentos cocinados. Las formas de cocción tradicionales utilizan la energía solar de forma indirecta, a través de la madera o el carbón de leña. En cambio, la cocina solar aprovecha la luz del Sol directamente: está diseñada para interceptar los rayos solares y convertirlos en calor que calienta la comida para que sea apta para el consumo. Y cuando la cocción de estos alimentos se realiza a velocidad pausada, se reservan e incluso incrementan sus propiedades nutritivas.


Los inicios

Los primeros hornos solares datan de finales del siglo XVII. En concreto, fue E. W. Von Txchirnhausen quien construyó en Dresde (Alemania) un horno con un espejo cóncavo de 1,6 m de diámetro para cocer el barro para hacer cerámica. En 1774 el científico inglés Joseph Priestley, descubridor del oxígeno, construyó un horno solar con una lente de 1 metro de diámetro que conseguía 1.700 ºC y permitía fundir el platino. El primer colector plano para aprovechar el calor solar fue construido en 1767, y se atribuye al naturalista suizo Horace de Saussure. Logró cocer frutas en una primitiva cocina solar, a temperaturas que alcanzaban los 88 ºC. Experimentó con más materiales y aislantes que consiguieron aumentar a 100ºC y 110ºC la temperatura. Sus pruebas le llevaron a probar los hornos en lo alto de una montaña, comprobando que aunque la temperatura exterior era de 1ºC, dentro de la caja se superaban los 87ºC.

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Horno solar construido por Auguste Mouchot en 1861.

Más tarde, en India, hay indicios de una cocina solar bastante sofisticada patentada por un soldado británico, William Adams. La cocina se componía de espejos planos dispuestos en forma de pirámide invertida, la reflexión de los cuales se dirigía a una campana cilíndrica en el interior de la cual había el recipiente con los alimentos. También en esta época, un joven capitán diseñó una cocina solar para cocer alimentos en sus largas travesías. Ya en el siglo XIX, el francés Augustin Mouchot escribió un libro sobre las aplicaciones industriales de las cocinas solares. Mouchot exhibió una estufa solar y un motor solar que utilizaban un colector en forma de cono truncado de 2,2m. de diámetro en la Exposición Mundial de París de 1878. Mientras, en Sudáfrica, J. Herschel experimentaba con un modelo portátil de caja solar con las paredes pintadas de negro y tapa de vidrio, aunque de forma más lúdica. Hacia finales del mismo siglo XIX, un restaurante chino se enorgullecía de servir algunos platos de comida preparada con el calor del Sol.

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Corte de la primera caja aislante diseñada por Horace de Saussure en 1767.

El punto final lo puso el astrofísico americano Samuel Pierpont Langley, un estudioso de la radiación solar. En una expedición científica, en 1882, al Monte Whitney de California, observó que un recipiente de vidrio conservaba todo el calor de los rayos solares. Langley, a pesar de encontrarse en medio de la nieve, describió cómo su caja caliente hacía hervir agua y apuntó la propiedad del vidrio como productor del efecto invernadero. Con esta última aportación, la cocina solar dejaba de ser una curiosidad científica.

Pero no fue hasta mediados del siglo XX cuando nació un verdadero interés por las cocinas solares. Hacia los años 50, tras la Segunda Guerra Mundial, el mundo Occidental estaba tratando de recuperarse de los desastres de la guerra. La naturaleza mundial de esta batalla mostró, por primera vez, que los habitantes del planeta éramos una sola comunidad que debíamos hacer frente a problemas que nos afectan a todos, como conjunto. La crisis energética de 1973 fue determinante. Esto favoreció el nacimiento de una conciencia social para trabajar por un futuro menos dependiente de los combustibles fósiles.

Reflector solar de Augustin Mouchot mostrado en la Exposición Universal de París de 1878. Grabado de la época.

Problemas como la creciente y visible desertización del planeta, y la afectación en la salud respiratoria por el uso de combustibles tradicionales para la cocción doméstica, entre otros, dieron lugar a que la Organización de las Naciones Unidas (ONU) y otras agencias internacionales encargaran un estudio sobre las posibilidades de las tecnologías de cocción solar. El objetivo era introducir estas cocinas en comunidades necesitadas y con escasez de combustible, para reducir su dependencia del combustible vegetal. Estos estudios confirmaron la viabilidad e idoneidad de las cocinas solares: sencillas de construir y usar, eficaces y manteniendo buenas cualidades nutritivas de los productos cocinados. Los progresos en las últimas décadas han permitido que, actualmente, se fabricaran decenas de miles de cocinas solares de diferentes tipologías y que hayan sido distribuidas por todo el globo, sobre todo en los países en vías de desarrollo.

 

Tipologías de cocinas solares

Existen dos modelos básicos de cocinas solares: las de caja caliente u hornos solares que funcionan por acumulación, y las cocinas solares parabólicas, que funcionan por concentración. Una tercera opción son las cocinas llamadas mixtas, que combinan las características de ambos tipos de cocinas solares.

La caja caliente u horno solar
Éste es el tipo más popular y extendido de cocina solar. Consiste en una caja o recinto revestido de material térmico aislante por todos los lados menos por el frontal, el que queda orientado al Sol, y tapado con un material transparente. Dentro de la caja se colocan los recipientes para cocinar. En el interior de esta caja, la energía solar queda atrapada por efecto invernadero y, transformada en energía térmica, puede alcanzar con facilidad los 100 ºC en las ollas y recipientes de dentro de la caja solar. Si se añaden sistemas de captación solar, como reflectores de aluminio que amplíen el área de captación de los rayos del Sol, estos hornos solares pueden alcanzar los 140 ºC fácilmente. El buen funcionamiento en eficiencia energética de un horno solar está en la calidad del aislamiento de modo que tengan la mínima pérdida de la energía solar que almacenan en su interior.

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Horno solar Sun Oven, uno de los productos comerciales que se ofrecen de esta tecnología solar, portátil y de gran poder calorífico. Incluye reflectores de aluminio para ampliar el poder de captación del dispositivo.

La cocción en el horno solar
En las cocinas de caja, la cocción es lenta o muy lenta. Esto, por otro lado, favorece el proceso de cocción de los alimentos, ya que permite la conservación de su sabor y propiedades. Dependiendo de sus dimensiones, la caja caliente u horno solar puede albergar varios recipientes a la vez. Cuantos más elementos existan en su interior más se potenciará el poder calorífico del compartimento, permitiendo que los alimentos se cuezan mejor. Los recipientes se sitúan encima de una rejilla o soporte para que el aire circule por el fondo del horno.

Cuando la cocina solar dispone de un único reflector o lámina reflectora, no se consiguen temperaturas muy elevadas. Pero la ventaja en este caso radica en la posibilidad de dejar la comida durante horas en su interior para que se prepare lentamente sin miedo a que se queme. Una vez caliente, se conservan los alimentos a la temperatura alcanzada si se mantienen en el interior de la cocina. Este proceso es ideal para dejar los alimentos a cocer a primera hora de la mañana, por ejemplo, y tenerlos listos y calientes al mediodía, cuando llega la hora del almuerzo.

El horno solar puede emplearse con baja eficiencia incluso cuando hay neblinas débiles, ya que funciona tanto con la radiación directa como con la difusa (es decir, la reflejada por las nubes y las partículas atmosféricas antes de llegar al suelo). En este caso, hay que tener en cuenta que las temperaturas alcanzadas pueden servir sólo para calentar ligeramente. Puedes ilustrarte más sobre los hornos solares en un artículo histórico publicado en la revista Integral, 154 de 1992 que conserva todavía su valor documental.

Horno solar 30-60. Se trata de una cocina solar cuya cara delantera, la encargada de captar la radiación solar, se puede colocar en dos inclinaciones según cómo se apoye en el suelo. De este modo, aumenta la radiación interceptada. Al amanecer, atardecer o durante el invierno se colocará el horno sobre su cara posterior pequeña, de forma que su cara delantera queda inclinada 60º permitiendo captar la radiación cuando el Sol está bajo en el horizonte. Por el contrario, la apoyaremos de forma que la boca del horno forme una inclinación de 30º respecto al sol para captar sus rayos al mediodía o en verano cuando el ángulo de incidencia es mayor.

 

La cocina solar parabólica
Como su nombre indica, su estructura básica es una parábola o disco cóncavo que concentra los rayos solares en una zona donde se ubica la cacerola o bandeja con la comida. A diferencia del horno solar, la cocina parabólica es más parecida en velocidad a las cocinas convencionales modernas, puesto que los rayos de Sol se concentran bajo el recipiente, alcanzando temperaturas elevadas en poco tiempo. En términos generales, se puede decir que el tiempo de cocción de los alimentos es algo menos del doble que en la cocina convencional, aunque en muchos casos de días soleados, la cocción casi es tan rápida como con un fogón de gas. Con esta tecnología de cocción solar se pueden alcanzar temperaturas de unos 180 ºC, lo que permite preparar todo tipo de frituras.

Para obtener esta enorme potencia sólo se requiere cierta orientación hacia el Sol cada 15 - 25 minutos para alcanzar las temperaturas deseadas en el foco de la parábola. Los rayos solares que caen perpendiculares a la superficie parabólica receptora se concentran en un único punto, el punto focal o foco, que es donde se coloca el recipiente de cocción. Un inconveniente de estas cocinas es que son algo vulnerables al viento, por lo que requieren de una estructura sólida que las mantenga firmes y ancladas al suelo. También hay que tener cuidado con el deslumbramiento durante el manejo.

Cocina solar parabólica SK 14, diseñada por el Dr. Dieter Seifert para combatir la crisis de la leña en los países del Tercer Mundo. Posteriormente, este modelo evolucionó hacia el kit K-14 pensado para que pudiera llegar en una caja plana a cualquier lugar del planeta y ser montada fácilmente. Foto: EGSolar.

El éxito de las cocinas solares parabólicas se debe en gran parte al diseño del ingeniero alemán Dr. Dieter Seifert, quien a raíz del accidente de Chernobil en 1986, empezó a desarrollar un modelo doméstico de cocina solar que fuera fácil de fabricar. Sus ideas tomaron forma en las primeras las cocinas de la serie SK, mejoradas posteriormente por él mismo con los soberbios modelos K de 100, 120 y 140 cm de diámetro. Recientemente se ha evolucionado el diseño del modelo de 140 cm por la microempresa española alSol (alSol 1.4) en colaboración con el propio Dr. Seifert.

 

Las cocinas solares parabólicas de la serie K
La cocina solar K-14 es capaz de generar, tan sólo con el calor del Sol, una energía equiparable a la de una vitrocerámica de 600 W, lo que permite cocinar para 6-8 personas. Con la K-10, se consigue la mitad de esta potencia, aunque ésta ya sería suficiente para preparar una cafetera para 6 personas en 10 minutos en un día bien soleado. Este tipo de cocinas permite alcanzar mayores temperaturas máximas según el tamaño de la parábola: la temperatura máxima alcanzable por la K-14 es de 198 ºC, mientras que la K-10 permite alcanzar algo más de la mitad.

El peso reducido de este tipo de cocinas (la K-14 tiene un peso total de 19 kg, valor que se reduce a la mitad con las K-10), así como su fácil montaje, ha hecho posible que sean fácilmente comercializables. También existió un modelo intermedio de 120 cm de diámetro, la K-12, con valores de potencia y temperaturas máximas alcanzadas entre los de la K-10 y los de la K-14. La filosofía de base de las cocinas parabólicas K recae en su potencial para contribuir a frenar el cambio climático global, al tiempo que contribuyen a mejorar las condiciones de vida en los hogares de los países en vías de desarrollo que sufren la crisis de la leña y dependen de combustibles vegetales para la cocción diaria.

A la izquierda el modelo K-14 con estructura de acero galvanizado y un peso de 19 kg y a la derecha el modelo alSol 1.4 conformado totalmente de aluminio con un peso de 10 kg.

 

La cocina parabólica Alsol 1.4
La cocina solar parabólica alSol 1.4 es una evolución sobre la K-14 en la que el material de la estructura se ha cambiado, de acero galvanizado a aluminio. Además, la parábola reflectora recupera las protecciones traseras que habían existido en la serie SK, para reforzar la superficie cóncava y evitar deformaciones si se produjera alguna caída accidental. Su principal ventaja respecto al modelo anterior es que pesa sólo 10 kg y se arma en menos de 2 horas, mientras que la K-14 es un mecano que requiere de unas 5-6 horas de bricolaje, sencillo, pero entretenido. La cocina solar parabólica AlSol 1.4 es un ecodiseño de la empresa alemana Climate InterChange, con el Dr. Dieter Seifert a la cabeza, y es fabricada en exclusiva por alSol tecnologías solares s.l.

 

Los modelos mixtos de cocina solar
Existen modelos de cocinas híbridos entre los dos descritos anteriormente: los hornos solares y las parábolas reflectoras. Algunos de estos modelos incorporan un sistema de captación solar basado en la parábola de concentración, que refleja una mayor cantidad de rayos solares a la cámara aislada donde se encuentra el recipiente con la comida. Un modelo claramente clasificable como mixto sería el Hot Pot u Olla Solar diseñado por Solar Household Energy, Inc. Un recipiente formado por una olla de vidrio Pírex dentro de la cual se coloca otra de acero esmaltada negra. Este recipiente de cocción de la Olla Solar o HotPot se coloca sobre un reflector plegable de aluminio reflectante. Es un modelo evolucionado respecto a la cocina solar de Bernard y conocida como Cookit que comercializa Solar Cookers International.

A la izquierda el modelo de bajo coste Cookit promovido por Solar Cookers International para los campos de refugiados. A la derecha el Hot Pot u Olla Solar, un modelo más duradero y de mayor eficiencia energética. Ambos serían ejemplos de cocina solar mixta.

Alguno hornos solares como el conocido Sun Oven, de fabricación americana, podría considerarse también una cocina mixta en la medida que incorpora un importante reflector que rodea a la ventana de captación del horno solar. Este reflector aumenta la superficie de captación de rayos solares, y así, la potencia de cocción dentro del horno. Otros ingenios solares más modestos están también disponibles en el mercado, como es el caso del mini calentador solar de la empresa Formas Verdes. En algunas cocinas solares mixtas la captación de los rayos solares se realiza por un sistema de paneles planos, similares a los de captación térmica de energía solar. Los paneles calientan un fluido que, a través de un serpentín, transporta el calor captado en el líquido hacia un recinto de intercambio térmico, donde se encuentran las cacerolas.

 

Los reflectores solares Scheffler
Los reflectores Scheffler son un caso especial de cocina solar parabólica. Tanto por su diseño como por su eficacia se han usado esencialmente en cocinas solares comunitarias, destinadas a la cocción de alimentos para cantinas. Su principal característica es que el punto de concentración de los rayos solares, el foco, queda alejado del reflector, e incluye un sistema de seguimiento solar, por lo que puede ponernos el foco dentro de una vivienda y permitirnos cocinar sin estar a la intemperie. Además, pueden unirse varios reflectores Scheffler entre ellos e incrementar notablemente su potencia solar para ser empleados en aplicaciones industriales. Este tipo de reflector es fruto del ingenio del físico austríaco Wolfgang Scheffler que los empezó a difundir por países del Tercer Mundo, especialmente la Índia, pero también en Kenya y Latino-américa a partir de los años ochenta del siglo XX.

La idea básica que condujo al desarrollo de los reflectores Scheffler fue hacer que el hecho de cocinar con la energía del Sol se convirtiera en lo más cómodo posible. Al mismo tiempo, el aparato tenía como objetivo poder ser construido de tal forma, que pudiera ser elaborado en cualquier taller de soldadura rural en los países del sur después de una cierta fase de formación. Para ello no se precisaban más materiales que hierros y espejos, todos ellos disponibles en la mayor parte de los lugares del planeta.

La gran potencia de un reflector de 10 m2 es manifiesta como prueba esta imagen. Tiene una potencia equivalente de unos 3.500 W. En la imagen, reflector construido en Zanzibar, Tanzania, en el proyecto La Fábrica del Sol.

 

Funcionamiento de las cocinas solares

Los dos tipos de cocinas solares descritos, las de concentración y las de acumulación, tienen como función básica captar la energía del Sol para cocer alimentos. Sin embargo, utilizan principios físicos diferentes y los resultados que obtienen son ligeramente distintos. La transmisión del calor asociado a la energía del Sol se da a través del aire por radiación, y a través de los materiales por el proceso de conducción. En el caso de la radiación, el calor se transmite en forma de radiación electromagnética, sin medio físico para la transmisión. Éste es el proceso mediante el cual nos llega energía del Sol a través del espacio exterior. En la conducción, el calor se transporta a través de un medio material. Es decir, cuando dos cuerpos están en contacto, el que está más caliente cede calor al que está más frío por el proceso de conducción.

Los tres modelos básicos de cocinas solares. El horno solar o cocina de caja (1) basa su principio en la acumulación del calor gracias al vidrio que no deja escapar el calor. El horno solar con reflector (2) trabaja sobre el mismo principio pero es más eficiente porque se incrementa el área de captación de los rayos solares con una superficie reflectante. La cocina solar parabólica (3) opera bajo el principio físico de la concentración del calor reflejado sobre un punto focal que es donde se ubica el recipiente de cocción.

Los cuerpos pueden absorber, reflejar y transmitir la radiación a través de ellos. Los cristales y plásticos transparentes permiten en gran medida que la radiación solar los atraviese. El resto de cuerpos, en general, absorbe una parte de la radiación que les llega y otra parte, la reflejan. Podemos decir que el color que caracteriza a los distintos cuerpos es una magnitud determinante de su correspondiente capacidad para reflejar la radiación solar. Los objetos negros absorben toda la luz solar mientras que los blancos la reflejan prácticamente toda. Esta capacidad de reflexión de la radiación solar se denomina genéricamente albedo.

En los hornos solares los rayos del Sol, que tienen una elevada energía, atraviesan el cristal y son atrapados por los objetos oscuros del interior de la caja (generalmente la bandeja situada en el fondo de la cocina y la cacerola oscura que contiene los alimentos). La energía solar es absorbida por los cuerpos negros y se convierte en radiación infrarroja (calor). La radiación infrarroja no puede salir del horno por el cristal, ya que éste actúa provocando el llamado efecto invernadero. Esta transformación de los rayos solares en energía calorífica, en forma de radiación infrarroja, debido al efecto invernadero que realiza el cristal en el horno solar, permite que la temperatura de los recipientes situados en su interior aumente. Este aumento de temperatura permite que se cocinen los alimentos que están en su interior.

 

Conservando el calor

En algunos lugares, para ahorrar combustible, se llevan los alimentos al punto de ebullición y, en ese momento, se colocan dentro de un agujero bajo tierra. El agujero está forrado con piedras caldeadas, heno, papel de periódico arrugado o cualquier otro material aislante. En estas condiciones de aislamiento, la comida acaba de cocinarse sin consumir más combustible.

Este sistema se presenta como una opción para los días de poco Sol o cuando se produce un cambio repentino del tiempo y se está usando una cocina solar. Colocando la cacerola en el agujero forrado de material aislante la comida acaba de cocerse. En lugar de un agujero en el suelo, se puede utilizar la llamada Cocina Caja de Heno, que consiste simplemente en una caja de cartón o de madera, forrada con material aislante como heno, lana, cartón o papel arrugado, trapos o serrín. Así, una vez la comida ha hervido durante unos minutos, se coloca el recipiente dentro de la Caja de Heno, donde terminará la cocción.

El llamado calor retenido es aprovechar el calor captado durante la cocción para que gracias a un artilugio aislante acabe de cocerse ahorrando tiempo y energía. En el centro una paella elaborada con una cocina solar parabólica. A la izquierda, el sistema más simple, una cesta que nos permite envolver con mantas la olla caliente. A la derecha una caja aislante con materiales de nueva generación y de alta eficiencia.

Este mismo efecto de cocción por calor retenido se puede conseguir con el propio horno solar: cuando se ha estado cocinando durante un tiempo, se baja la tapa reflectora y, de este modo, se conserva el calor permitiendo que la cocción termine. Para cantidades pequeñas de comida, deberá ayudarse a la retención de calor mediante trapos o toallas alrededor de los recipientes. Un ejemplo moderno de cocción con calor retenido es el Hot Pan, una olla de fabricación suiza con notables paredes aislantes, diseñada para cocción con gas o vitrocerámica. Siguiendo las tablas de cocción para cada receta de alimentos, se deja la olla al fuego y al cabo de cierto tiempo se retira para disponerse en un bol de melamina que hace a la vez de recipiente aislante para terminar la cocción de los alimentos. No es una cocina solar, claro, pero es un producto muy eficiente en el uso de la energía destinada a la cocción.

 

Temperaturas conseguidas en una cocina solar

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Reflector solar Scheffler para una cocina solar comunitaria. Obsérvese que la apertura del foco está sobre la pared de la vivienda. En la imagen se observa el intenso foco solar sobre la pared.

Una cocina convencional de caja u horno solar bien diseñada y en día soleado puede alcanzar, vacía, los 150 - 180 ºC. Sin embargo, cuando se usa para cocinar no alcanza estas temperaturas porque parte del calor es absorbido por los alimentos y por los utensilios que se utilizan. Aun así, la temperatura supera los 100 ºC, que es suficiente para cocer correctamente la mayoría de los alimentos. En días de poco Sol, para mayores cantidades de alimentos o más velocidad de cocción, ya hemos comentado que se pueden incorporar varios reflectores para incrementar el área de captación de rayos solares, e incrementar así la temperatura dentro del horno, que difícilmente sobrepasará los 220ºC.

En las cocinas solares parabólicas se pueden conseguir temperaturas mayores, de alrededor de los 180-200 ºC efectivos fácilmente en un día con buena radiación solar, lo que permite freír alimentos, algo imposible con la cocina de caja u horno solar. Su uso es similar al de un fogón de gas. La cocina solar parabólica permite además una mayor versatilidad que el horno solar, ya que el propio recipiente negro que colocamos en el foco de la parábola lo podemos convertir en un horno solar. Colocando otro recipiente en su interior que quede alzado de la base para que dentro del mismo se dé la convección de aire necesaria para que funcione como horno solar.

Finalmente, un mundo aparte en cuestión de temperaturas alcanzadas por cocinas solares son los reflectores Scheffler. Éstos pueden construirse desde medidas de 2 m2 que alcanzan temperaturas algo superiores a la de una cocina solar parabólica de 140 cm. Sin embargo, hay diseños para construirlos en medidas de 8, 10, 12, 16 y hasta 50 m2. Las temperaturas en reflectores de 8 m2 superan los 400 ºC, además se pueden añadir dispositivos de almacenamiento de calor durante las horas de Sol que permiten conservar el calor almacenado y poder cocinar de noche.

 

Reportaje: Redacción Terra.org
Imágenes e ilustraciones: Fundación Tierra
Más información: La cocina solar (monografía especial en formato PDF elaborada por la Fundación Tierra en el 2002)