Engineering
Horno solar
Nueve espejos siguen al sol por el cielo y envían su luz al receptor situado en lo alto de la torre. Observe cómo el receptor se calienta hasta ponerse incandescente, reparta los puntos de apunte o reduzca el receptor para ver cuánta luz pasa por fuera, haga pasar una nube sobre el campo y compare las estaciones.
Qué ocurre
Nueve helióstatos de 2 × 2 m se alzan al norte de una torre situada a 37° N. Cada uno gira su espejo a 1°/s de forma que la normal del espejo sea la bisectriz del ángulo entre las direcciones al sol y al receptor, empotrado en la cara de la torre a 15 m de altura. Los espejos son ligeramente cóncavos, esferas cuyo radio es el doble de su distancia al receptor, de modo que cada uno enfoca la imagen del sol cerca del receptor. El sol recorre su trayectoria según la estación, y la radiación directa que llega al suelo sigue la ley de cielo despejado de Meinel. Para cada espejo se trazan rayos desde 36 puntos en siete direcciones repartidas por el disco solar: un rayo puede quedar en la sombra de la torre o de otro espejo, se refleja en un 90 %, puede quedar bloqueado por un espejo situado delante y llega al receptor o pasa por fuera de él.
A mediodía en el equinoccio el sol está a 52,9° de altura y los espejos captan 31,6 kW de su radiación directa; el sombreado y el bloqueo se llevan 1,8 kW, 26,8 kW llegan al receptor de 0,8 m y este absorbe el 90 %, es decir, 24,1 kW. Se calienta hasta que la radiación (ε = 0,85) y la convección evacuan esa potencia: a 903 K. Eleve el receptor 0,5 m por encima del punto de apunte y la mitad de la luz pasará por fuera. A las 9 h en invierno el sol está a solo 16° de altura y llegan 17,2 kW. La protección aparta un espejo cada 5 s mientras el receptor supera su límite.
Modelo: óptica geométrica con el sol y los espejos muestreados; ley de masa de aire de Meinel; el receptor, una sola placa con una capacidad calorífica de 39 kJ/(m²·K) que pierde εσA·(T⁴ − T_a⁴) y hA·(T − T_a); la sombra de una nube que cruza el campo. Sin refracción en el aire ni polvo en los espejos.
Qué probar
Empiece a las 9 h y observe cómo se calienta el receptor a medida que sube el sol. Reparta los puntos de apunte o reduzca el receptor y lea el factor de intercepción; haga pasar una nube y observe cómo baja la temperatura.
Ecuaciones del módulo
Ecuaciones n = (s + t)/|s + t| r = 2·(s·n)·n − s I_b = 1353·0.7^(AM^0.678), AM = 1/sin h C·dT/dt = α·P − εσA·(T⁴ − T_a⁴) − hA·(T − T_a)
