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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Fornos solares. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de energia alternativa O uso bem-sucedido de fornos solares (fogões) foi observado na Europa e na Índia já no século XVIII. Os fogões e fornos solares absorvem a energia solar, transformando-a em calor, que se acumula dentro de um espaço fechado. O calor absorvido é utilizado para cozinhar, fritar e assar. A temperatura em um forno solar pode chegar a 18 graus Celsius. Os fornos solares vêm em diferentes formatos e tamanhos. Aqui estão alguns exemplos: forno, forno concentrador, refletor, vaporizador solar, etc. Com toda a variedade de modelos, todos os fogões captam o calor e o armazenam em uma câmara com isolamento térmico. Na maioria dos modelos, a luz solar afeta diretamente os alimentos. fornos solares de caixa Os fornos solares de caixa consistem em uma caixa bem isolada, pintada de preto por dentro, na qual são colocados potes pretos de alimentos. A caixa é coberta por uma “janela” de duas camadas, que permite a entrada de radiação solar na caixa e retém o calor em seu interior. Além disso, é fixada uma tampa com espelho no interior que, quando dobrada, potencializa a radiação incidente e, quando fechada, melhora o isolamento térmico do forno.
As principais vantagens dos fornos solares de caixa:
Eles são relativamente baratos (em comparação com outros tipos de fornos solares). Claro, eles também têm algumas desvantagens:
Pelas suas vantagens, os fornos solares de caixa são o tipo mais comum de forno solar. São de diferentes modalidades: produção industrial, artesanal e caseira; o formato pode lembrar uma mala plana ou uma caixa larga e baixa. Existem também fornos estacionários de barro, com tampa horizontal (em regiões tropicais e subtropicais) ou inclinada (em climas temperados). Para uma família de cinco pessoas, são recomendados modelos padrão com área de abertura (área de entrada) de cerca de 0,25 m2. Também estão à venda versões maiores de fogões - 1 m2 ou mais. Recomendações para a construção de fornos solares Como o calor absorvido pela superfície interna da caixa deve ser transferido para as panelas, o melhor material para a caixa é o alumínio, que possui alta condutividade térmica. Além disso, o alumínio não está sujeito à corrosão. Por exemplo, uma caixa de aço, mesmo com revestimento galvanizado, não suporta por muito tempo o ambiente quente e úmido dentro do forno durante o processo de cozimento. A folha de cobre é muito cara. Peças metálicas que possam criar pontes térmicas não devem ser fixadas na parte externa da caixa. O material de isolamento térmico pode ser vidro, lã sintética ou algum material natural (cascas de amendoim, coco, arroz, milho, etc.). Qualquer que seja o material utilizado, ele deve permanecer seco. A tampa do forno pode consistir em um ou dois vidros com entreferro. A distância entre duas camadas de vidro é geralmente de 10 a 20 mm. A investigação demonstrou que a utilização de um material transparente em favo de mel que divide o espaço interior em pequenas células verticais pode reduzir significativamente a perda de calor de um fogão, aumentando assim a sua eficiência. O vidro interno é exposto ao calor, por isso o vidro temperado é frequentemente usado; ou ambas as camadas podem consistir em vidro comum com espessura de cerca de 3 mm. A cobertura externa do forno solar é um refletor que amplifica a radiação incidente. A superfície reflexiva pode ser um espelho de vidro comum, uma folha de plástico com revestimento reflexivo ou um espelho de metal inquebrável. Como último recurso, você pode usar papel alumínio de maços de cigarro. A caixa externa do forno solar pode ser feita de madeira, fibra de vidro ou metal. A fibra de vidro é leve, barata e resistente à água, mas não muito durável sob uso contínuo. A madeira é mais resistente, porém mais pesada e mais suscetível à deterioração devido à umidade. Folhas de alumínio em combinação com fixadores de madeira formam uma superfície da mais alta qualidade, resistente a esforços mecânicos, mudanças de temperatura e umidade. A caixa de madeira reforçada com alumínio é a mais durável, mas é mais cara e bastante pesada, e sua produção também leva tempo. A produtividade de um forno solar padrão com área de abertura de 0,25 m2 chega a cerca de 4 kg de alimento por dia, ou seja, suficiente para uma família de cinco pessoas. A temperatura máxima dentro do forno solar pode chegar a mais de 150°C em um dia ensolarado nos trópicos; é cerca de 120°C acima da temperatura ambiente. Como a água contida nos produtos alimentares não aquece acima de 100°C, a temperatura dentro do forno cheio será sempre correspondentemente mais baixa. A temperatura no forno solar cai drasticamente quando nele são colocados recipientes para alimentos. Também é importante que a temperatura permaneça significativamente abaixo de 100°C na maior parte do tempo de cozimento. Mas o ponto de ebulição é 100°C não é necessário para cozinhar a maioria dos vegetais e cereais. O tempo médio de cozimento em forno solar é de 1 a 3 horas em boas condições de sol e carga moderada. O uso de panelas de alumínio de paredes finas reduz significativamente o tempo de cozimento em comparação com panelas de aço inoxidável. Além disso, os seguintes fatores também influenciam:
Fogões espelho com refletor O forno espelhado mais simples consiste em um refletor parabólico e um suporte para panelas localizado no ponto focal do forno. Se o fogão estiver exposto ao Sol, a luz solar é refletida de todos os refletores para o ponto central (foco), aquecendo a panela. O reflector pode ser um parabolóide feito, por exemplo, de chapa de aço ou de folha reflectora. A superfície refletora é geralmente feita de alumínio polido, metal espelhado ou plástico, mas também pode consistir em vários pequenos espelhos planos fixados à superfície interna do parabolóide. Dependendo da distância focal desejada, o refletor pode assumir a forma de uma tigela funda na qual a panela de comida fica completamente imersa (distância focal curta, os pratos ficam protegidos do vento) ou de um prato raso se a panela estiver instalada em um ponto focal a uma certa distância do refletor.
Todos os fogões reflexivos utilizam apenas radiação solar direta e, portanto, devem estar constantemente voltados para o Sol. Isso complica seu funcionamento, pois torna o usuário dependente do clima e do dispositivo de controle. Vantagens dos fornos de espelho:
Estas vantagens são acompanhadas por algumas desvantagens:
A dificuldade de manuseamento destes fornos, aliada ao facto de o cozinheiro ser obrigado a ficar ao sol, é a principal razão da sua falta de popularidade. Mas na China, onde cozinhar tradicionalmente exige muito calor e energia, eles são generalizados. Saída de calor de fornos solares A produção térmica de um forno solar é determinada pela quantidade de radiação solar, pela superfície de absorção de trabalho do forno (normalmente entre 0,25 m2 e 2 m2) e pela sua eficiência térmica (normalmente 20-50%). A tabela compara valores típicos de área, eficiência e potência para um forno tipo caixa e um forno refletor. Valores padrão para área, eficiência e produtividade de fornos caixa e refletores
Via de regra, os fornos refletivos têm uma superfície de trabalho muito maior do que os fornos tipo caixa. Consequentemente, são muito mais potentes e podem ferver mais água, cozinhar mais alimentos ou processar quantidades comparáveis em menos tempo. Por outro lado, a sua eficiência térmica é menor porque os utensílios de cozinha são arrefecidos pela exposição à atmosfera. Nos países tropicais e subtropicais você pode contar com tempo claro e luz diária normal durante quase todo o ano. Por volta do meio-dia, quando a irradiância solar total atinge os 1000 W/m2, é bastante realista contar com uma potência térmica de 50-350 W, dependendo do tipo e tamanho do recuperador. A quantidade de radiação pela manhã e durante o dia é naturalmente menor e não pode ser totalmente compensada pelo sistema de rastreamento solar. Em comparação, a queima de 1 kg de lenha seca produz aproximadamente 5000 W, multiplicados pela eficiência térmica do fogão (15% para uma lareira primitiva e 25-30% para um fogão melhorado utilizado em países em desenvolvimento). A potência térmica que chega realmente aos utensílios de cozinha é, portanto, de 750-1500 W. A quantidade de radiação solar diminui drasticamente quando está nublado e durante a estação chuvosa. Em condições de falta de radiação direta, um forno solar não é adequado para outra coisa senão armazenar alimentos preparados quentes. O ponto fraco dos fornos solares (independentemente do tipo) é que em dias nublados e chuvosos (2-4 meses por ano para a maioria dos países em desenvolvimento), os alimentos devem ser cozinhados através de meios convencionais: lenha, gás ou querosene. Radiação solar e fogões O principal pré-requisito para o sucesso do uso de um forno solar é uma iluminação adequada com poucos dias nublados ao longo do ano. A duração e intensidade da radiação solar devem permitir a utilização do forno solar por longos períodos. Enquanto na Europa Central a cozedura solar é possível num dia ensolarado de verão, uma quantidade mínima de energia solar de 1500 kWh/m2 por ano é desejável para um forno solar (correspondendo a uma insolação média diária de 4 kWh/m2). Mas as médias anuais podem por vezes ser enganadoras. Uma condição essencial para a adequação de um forno solar é um clima de verão estável, ou seja, períodos regulares e previsíveis de dias sem nuvens. Os recursos de energia solar variam significativamente de país para país, mesmo dentro da zona tropical dos países do terceiro mundo. Por exemplo, a radiação solar na maior parte da Índia é considerada muito boa em termos de utilização da energia solar. A quantidade média de energia solar está entre 5 e 7 kWh/m2 por dia dependendo da região. Em grande parte do país, os níveis de luz são mais baixos durante a estação das monções e quase tão baixos durante dezembro e janeiro. O clima e o potencial solar do Quénia são favoráveis à utilização de fornos solares. O Quénia está localizado perto do equador e, portanto, tem um clima tropical. Na capital, Nairobi, a quantidade de energia solar varia de 3,5 kWh/m2 por dia em julho a 6,5 kWh/m2 por dia em fevereiro, e em outras áreas permanece quase inalterada (6,0 - 6,5 kWh/m2 por dia na província de Lodwar) . A radiação solar em Nairobi permite o cozimento solar durante nove meses do ano (exceto junho-agosto). Por outro lado, em dias nublados ou com nevoeiro é necessário contar com combustíveis tradicionais. No entanto, na província de Lodwar, os fornos solares podem ser usados durante todo o ano. Fornos solares para países em desenvolvimento O objectivo da utilização de fornos solares é, sem dúvida, poupar energia face a uma dupla crise energética: a crise dos pobres, que consiste numa crescente escassez de lenha, e a crise do sector energético nacional - a pressão crescente sobre o seu equilíbrio de pagamentos.
Em comparação com outros países, os países em desenvolvimento consomem muito pouca energia. Por exemplo, a taxa de consumo de energia per capita na Índia em 1982 – 7325 GJ – era uma das mais baixas do mundo. Mas o consumo de energia do país está a crescer quase duas vezes mais rapidamente que o seu produto nacional bruto. A mesma coisa está acontecendo em outros países em desenvolvimento. A maioria dos residentes dos países em desenvolvimento obtém a maior parte do seu consumo de energia a partir de fontes não comerciais: a partir de recursos energéticos locais tradicionais, através do seu trabalho manual. Eles simplesmente não têm condições de comprar a quantidade de energia produzida comercialmente de que necessitam. A consequência lógica disto é uma relativa escassez de combustível para os pobres, cujo nível de vida se deteriora ainda mais. Os fornos solares são um passo para melhorar as suas condições de vida. De toda a “maioria pobre” dos países do terceiro mundo, os fornos solares deveriam ser utilizados principalmente pela população rural. Quanta energia você precisa para cozinhar alimentos A necessidade diária de combustível depende do tipo de alimento a ser preparado e da quantidade. Um residente de um país em desenvolvimento queima, em média, 1 tonelada de madeira por ano. Uma típica família indiana precisa de 3 a 7 kg de lenha por dia; nas regiões mais frias, a quantidade diária de lenha para uma família é de quase 20 kg no inverno e 14 kg no verão. No sul do Mali, uma família média (composta por 15 pessoas) queima cerca de 15 kg de lenha por dia. Um estudo realizado num campo de refugiados afegãos no Paquistão descobriu que a necessidade diária de lenha era de até 19 kg por família. Mais da metade da lenha de uma casa típica é usada para assar pão e o restante para cozinhar outros alimentos. No inverno, naturalmente, é necessária mais lenha. Embora a quantidade de energia necessária para cozinhar varie, os fornos solares proporcionam poupanças de energia significativas. O principal objetivo dos fornos solares é reduzir a necessidade de lenha, que ainda é o combustível mais importante para cozinhar. O problema é que a madeira é barata em comparação com o querosene, o gás engarrafado e a electricidade. O aumento do corte descontrolado de árvores para uso próprio e para venda é a principal causa da perda de florestas, da expansão dos desertos, da erosão do solo, do declínio dos níveis das águas subterrâneas e tem efeitos adversos a longo prazo no equilíbrio ecológico. Os escassos remanescentes florestais do Paquistão e a desflorestação desenfreada no Quénia são prova de que os receios não são exagerados. Se a desflorestação no Sudão não abrandar, não restará nada até 2005. No geral, é pouco provável que os fornos solares contribuam muito para o cabaz energético nacional. No entanto, podem melhorar significativamente as condições de vida dos pobres e ajudá-los a superar a sua crise energética pessoal.
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