Riscaldare con il sole n.2

Attualmente circa la metà degli alimenti nel mondo è preparata usando fonti energetiche non rinnovabili che inquinano e aumentano l’effetto serra. Cucinare con il sole può costituire una valida alternativa in grado di contribuire al miglioramento della qualità della vita e dell’ambiente.

Materiali

Una parabola satellitare, specchi quadrati di lato 2 cm, silicone, pentolino con coperchio, vernice nera, tubi Innocenti per il supporto della parabola e del pentolino, termometro,

Fase 1: costruzione del "forno" solare

Abbiamo prima di tutto costruito un supporto metallico su cui abbiamo fissato la parabola.Quindi abbiamo tappezzato la superficie della parabola con piccoli specchi quadrati di 2 cm di lato incollati con silicone. Infine abbiamo praparato il supporto orientabile per sostenere il pentolino (precedentemente pitturato di nero, in modo da favorire l’assorbimento del calore) in prossimità del fuoco della parabola. Al posto del pomello del coperchio, abbiamo inserito un supporto di materiale plastico per sostenere il termometro.

Fase 2: esecuzione dell'esperimento

Abbiamo testato il nostro forno in una giornata serena di febbraio, con una temperatura esterna di circa 20°C. Abbiamo riempito il pentolino con circa un litro d'acqua, assieme ad una mela. Cercando di orientare la parabola in modo da seguire il cammino del sole durante lo svolgimento dell'esperimento, abbiamo rilevato ad intervalli regolari la temperatura dell’acqua. Dopo un'ora e mezza l'acqua ha iniziato a bollire e la mela si è cotta!

Nella tabella seguente abbiamo riportato i valori della temperatura ogni 15 minuti con inizio alle ore 11.00

Ora
Temperatura dell'acqua (°C)
11.00
20
11.15
30
11.30
60
11.45
77
12.00
87
12.15
90
12.30
100

Cosa accade

I raggi solari colpiscono perpendicolarmente la superficie della parabola, vengono riflessi dagli specchietti che la tappezzano e convergono su un punto focale detto collettore, dove si trova il pentolino con l'acqua, che così si riscalda.

Calcolo dell'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 ila 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

Calcolo dell’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)

Calcolo del 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.

classe 3 A, insegnante Rita Fazzello