Los reflectores Scheffler
La idea
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 debía estar 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 deben ser suficientes los materiales adquiribles en el lugar en cuestión.
La técnica
La mejor solución para ello era la de un espejo parabólico excéntrico, deformable, que gira de forma sincronizada con el sol en torno a un eje paralelo al eje terrestre. Mediante deformación se ajusta de forma sencilla y mecánica a las diferentes estaciones del año.
¿Cómo funciona?
El reflector es una sección lateral pequeña de un paraboloide redondo bastante más grande. Debido al trazo de corte inclinado se crea el contorno elíptico típico del reflector Scheffler. La luz reflejada por esta sección del paraboloide incide lateralmente en el foco ligeramente alejado de ésta.
El eje para el seguimiento horario se encuentra en dirección norte-sur, paralelo al eje terrestre, pasando por el centro de gravedad del reflector.
Así siempre está en equilibrio y el mecanismo de relojería sólo debe ser accionado con poca fuerza para girarlo de forma sincronizada con el sol.
Para que el foco no se desplace, éste se encuentra en el eje de rotación. La distancia entre el foco y el punto medio del reflector depende de la parábola inicial seleccionada.
De este modo, la luz concentrada sólo girará alrededor de su propio centro a lo largo del día, pero no se moverá lateralmente en ninguna dirección. O sea que el foco se mantiene fijo, lo que naturalmente resulta práctico, ya que la olla tampoco deberá moverse.
En el transcurso de las estaciones anuales varía el ángulo de incidencia de la radiación solar en ± 23,5º en relación con la vertical respecto al eje terrestre. Todo el paraboloide también deberá inclinarse en idéntico ángulo, ya que siempre debe mantenerse orientado hacia el sol. Si no resulta imposible consiguir una concentración del foco. No obstante, el punto medio del reflector y la posición del foco no deben moverse bajo ningún concepto.
Esto sólo es realizable cuando el reflector está basado para cada ángulo solar dependiente de las estaciones, esto es, para cada día del año, en una parábola diferente. O sea que el espejo debe variar su forma.El bastidor del reflector Scheffler se construye para el punto equinoccial. Así, a través de la inclinación y deformación elástica del bastidor del reflector, se pueden ajustar de forma suficientemente exacta todas las demás parábolas.
De forma práctica se han acoplado los movimientos de inclinación y deformación: los dos puntos de giro externos A, situados en el lateral del bastidor del reflector, y el punto de giro B, en el centro del reflector, no se encuentran en una línea, sino que B se encuentra por debajo. Ello implica que al inclinar el reflector se modifica la profundidad del mismo, su punto central se eleva (radio de curvatura mayor de las traviesas) o desciende (radio de curvatura menor) en relación con el bastidor. Es suficiente colocar los extremos inferior y superior (C y D) en la posición correcta para obtener una forma del espejo lo suficientemente exacta para todas las estaciones del año. Para ello se ha dispuesto una barra telescópica en cada uno de los extremos del reflector.
Difusión
El primer reflector Scheffler que presentaba un funcionamiento correcto (tamaño: 1,1 m x 1,5 m) fue construido por Wolfgang Scheffler en 1986 en una estación misionaria en el norte de Kenia, estando todavía hoy en uso.
Desde aquel entonces, la tecnología ha sido sometida a un continuo desarrollo ulterior por parte de éste, habiéndose difundido a muchas otras personas comprometidas. Así, el número de reflectores construidos e instalados aumenta de año en año.
El objetivo primordial se centra en los reflectores de 8 m² para cocinas colectivas. Despues del año 2000 mas reflectores con 10m² han sido instalados.
En estos momentos (año 2004) existen aprox. 750 reflectores en 21 países, lo que corresponde a unos 200 cocinas colectivas, entre ellas varias grandes instalaciones con funcionamiento por vapor de agua, con un total de 10 hasta 106 reflectores en una sola instalación. Así, por ejemplo, en la cocina solar más grande del mundo en Abu Road, Rajastán (India), se puede cocinar para hasta 18.000 visitantes de un centro de yoga.
Producción local
Toda la estructura de los reflectores (a excepción de la superficie del espejo) está formada por acero, utilizándose perfiles que normalmente son empleados para la construcción de muebles (mesas, sillas), conducciones de agua, así como casas. Por ello pueden adquirirse en cualquier lugar a un precio relativamente económico.
Como superficie de espejo reflectante pueden utilizarse diferentes materiales; en cualquier emplazamiento pueden encontrarse, p.ej., espejos de vidrio con capa de plata, tales como puedan serlo los que encontramos en los espejos de baño.
El empleo de materiales económicos, herramientas sencillas y procesos laborales simples, en combinación con un producto que presenta calidades de “alta tecnología”, posibilita que grupos interesados puedan realizar proyectos con poca inversión de capital y beneficios a largo plazo.
Un buen ejemplo de ello lo es la construcción de la mayor cocina solar del mundo en Abu Road, Rajastán, por los Brahma Kumaris. Debido a la alta proporción de contribución laboral propia, esta instalación, que con una superficie aproximada de reflectores de 800 m2 puede llegar a cocinar para 18.000 (dieciocho mil) personas, pudo hacerse realidad con una inversión de tan solo 100.000 dólares USA (instalación completa, incluyendo los generadores de vapor acoplados, exceptuando la cocina propiamente dicha, que ya estaba presente). Esto implica unos 125,- dólares USA / m2 o 5,5 dólares USA por persona.
Por día se ahorran hasta un total de 400 litros de gasoil (diesel) gracias a la energía solar. En estos momentos, los Brahma Kumaris ya están explotando 6 instalaciones similares (no todas de estas dimensiones) y otra se encuentra en construcción.
El sol, disponible en cualquier lugar, también debe contribuir de forma local a un valor añadido, posibilitando a escala local una mejora del estándar de vida de todos los implicados. La disponibilidad de energía es una de las premisas básicas para el desarrollo. Y también representa una base para la actividad económica.
Economía solar
Un ejemplo de una economía solar emergente en Burkina Faso (África Occidental) es el calentamiento de nueces carité en cajas de cocción solares de fabricación local como uno de los pasos en el proceso de fabricación de manteca de carité.
Hasta el momento, las nueces se calientan en un disco de hierro colocado sobre un fuego de leña, con lo que el calentamiento es muy irregular y, en parte, las cáscaras se carbonizan.
En las cajas de cocción solar (aquí la energía solar se aprovecha sin utilizar un reflector para la concentración de la radiación), el calentamiento es muy suave y regular, por lo que las cáscaras no se carbonizan. De ello resulta un doble beneficio: se ahorra combustible en forma de leña y aumenta la calidad del producto. Con el ahorro energético y los mayores beneficios se financian las cajas de cocción solar.
Desarrollos ulteriores
Los reflectores Scheffler de 2 m² han llegado a la fase de madurez para su utilización en Europa (especialmente adecuados para los países del sur de Europa). Se desarrolló un diseño de aluminio, la superficie de espejo está formada por vidrio claro y el seguimiento horario se realiza de forma automática mediante un sistema de mando fotovoltáico.
En la India se desarrolló un reflector Scheffler de 50 m² en colaboración con un ingeniero local, que en estos momentos está en fase de pruebas para suministrar energía para crematorios (en la India, la tradición religiosa prevé la quema de los cuerpos de los difuntos).
Además, los reflectores Scheffler se construyen en variantes de 2,7 m², 10 m² y 12 m² (éste último con una distancia focal mayor, para reducir los problemas de sombra con el edificio de la cocina).
En caso de mayor requerimiento energético y separación espacial de la cocina y los reflectores, es posible producir vapor de agua con los reflectores, que a continuación se conduce hacia la cocina. La mayor instalación de este tipo proporciona energía para cocinar para un máximo de 18.000 personas en un centro de yoga en la India. Aquí, el vapor de agua también sirve de medio de acumulación del calor (es posible conseguir 2 horas de pleno rendimiento si la irradiación solar desaparece). Para sistemas menores se emplean medios de acumulación formados por un bloque de hierro bien aislado, que en el foco es calentado hasta aprox. 400ºC. Para los reflectores de 8 m² o 10m² son adecuados acumuladores de hierro de 300 kg; para los reflectores de 2 m² se utiliza uno de 50 kg. En este caso, la energía también puede acumularse durante la noche (y en el caso de un bloque de hierro de 300 kg, incluso durante varios días).
Recien se hizo el desarollo de facilitar vapor para autoclaves en hospitales. Hospitales grandes pueden usar el mismo sistema a vapor que se usa en las cocinas muy grandes. Para pequeños hospitales rurales un sistema que almacena el calor en un bloque de hierro y da vapor solo quando se usa el autoclave es mas adecuado.
Experiencias
Las cocinas solares son aceptadas por los usuarios siempre y cuando éstas sean prácticas, suministren energía suficiente y las personas no tengan que cambiar demasiado sus costumbres habituales. El reflector Scheffler, con su integración en el edificio u hogar, confiere un confort parecido al de una cocina de gas (altura de cocina agradable, sin producción de humo, ahorro temporal o de recursos financieros debido a la supresión de la adquisición/recolección de combustible). Anteriormente, el único punto débil era el seguimiento horario del reflector mediante un mecanismo de relojería mecánico. Las piezas para tales mecanismos de relojería se pueden adquirir en todo el mundo y no son costosos. Pero cuando el mecanismo se avería, a menudo las cocineras no saben cómo o no quieren reajustar de vez en cuando el reflector a mano. En este caso vuelven a cocinar con el fuego de leña habitual. Una buena solución para estos casos es un servicio de mantenimiento; no obstante, todavía no está presente en todos los lugares debido a las grandes distancias. Muy fiable y casi libre de mantenimiento resulta el seguimiento horario fotovoltáico, pero todavía no está disponible en los países de instalación (excepto en la India).
Servicio a largo plazo
Esto es válido para las muy dispersas instalaciones de menor tamaño con 1-3 reflectores.
Totalmente diferente se presenta la estadística para las grandes instalaciones de cocinas solares accionadas con vapor de agua, especialmente las de los Brahma Kumaris. Las instalaciones siempre se encuentran en servicio (excepto durante la época de lluvias – los monzones) y están perfectamente mantenidas; todos los problemas técnicos son resueltos por los propios explotadores, en parte después de una consulta previa. Se cocina de tal forma que la energía solar pueda aprovecharse al máximo. Las instalaciones son objetos modélicos para mostrárselas a muchos visitantes de los centros de yoga.
¡Este también es un valor añadido más de las cocinas solares!
Algunos datos técnicos referentes al reflector Scheffler de 8 m²
| Temperatura máxima alcanzada en el foco |
1020°C
|
| Rendimiento óptico máximo(con equipamiento de espejos de vidrio claro / espejos de vidrio normal) |
84%
75% |
| Potencia de cocción media a lo largo del año con una radiación de 700W/m2 y espejos de vidrio normal (reflector de 8m²) |
2,2kW
(1,7 kW en verano y 2,5 kW en invierno) |
| Número máximo de ollas por reflector |
3
|
| Número de reflectores en la mayor cocina construida hasta el momento |
106
|
| Número máximo de personas alimentadas |
18000
|
| Costes de material para un reflector en la India |
aprox. 550,- Euro
|
| Número total de reflectores instalados hasta el momento (2004) en todo el mundo (aprox.) |
mas que 750
|
| Materiales utilizados |
Perfiles de acero, espejos de vidrior
|
Direcciones de Internet relacionadas con los reflectores Scheffler
- Cocina colectiva para centro de yoga en la India:
www.charity-india.de - Panadería en Namibia:
www.ombili.home.pages
Panaderia en Argentina y Burkina Faso:
www.hc-solar.de - Acumulador térmico de hierro de 400 kg en la India:
www.geocities.com/bvirw/Photos/solar-storage.html - En general: www.ecozen.com
www.teriin.org/renew/tech/solth/about.htm
se puede encontrar variouse articulos en los archivos de Solar Cookers International:
http://solarcooking.org/