SECRETARÍA DE EDUCACIÓN PÚBLICA
TECNOLÓGICO NACIONAL DE
MÉXICO
TECNM CAMPUS ATLIXCO
INGENIERÍA MECATRÓNICA
NOMBRE DE LA MATERIA
Taller de investigación.
PROYECTO FINAL INTEGRADOR
“Estufa Solar”
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Consigue puntos base para descargar
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Orientación Universidad
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Busca documentos
Prepara tus exámenes con los documentos que comparten otros estudiantes como tú en Docsity
Busca documentos en el Store
Los mejores documentos en venta realizados por estudiantes que han terminado sus estudios
Video Cursos
Estudia con lecciones y exámenes resueltos basados en los programas académicos de las mejores universidades
Quiz
Responde a preguntas de exámenes reales y pon a prueba tu preparación
Consigue puntos base para descargar
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Comunidad
Pregúntale a la comunidad
Pide ayuda a la comunidad y resuelve tus dudas de estudio
Ranking de las universidades
Descubre las mejores universidades de tu país según los usuarios de Docsity
Ebooks gratuitos
¡Nuestros e-books salva-estudiantes!
Descarga nuestras guías gratuitas sobre técnicas de estudio, métodos para controlar la ansiedad y consejos para la tesis preparadas por los tutores de Docsity
Reporte de práctica desarrollo de estufa solar, Guías, Proyectos, Investigaciones de Metodología de Investigación
Reporte de práctica desarrollo de estufa solar con seguimiento
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
2024/2025
1 / 49
Esta página no es visible en la vista previa
¡No te pierdas las partes importantes!
Documentos relacionados
Vista previa parcial del texto
¡Descarga Reporte de práctica desarrollo de estufa solar y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Metodología de Investigación solo en Docsity!
SECRETARÍA DE EDUCACIÓN PÚBLICA
TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
TECNM CAMPUS ATLIXCO
INGENIERÍA MECATRÓNICA
NOMBRE DE LA MATERIA
Taller de investigación.
PROYECTO FINAL INTEGRADOR
“Estufa Solar”
Estufa Solar.
TECNM CAMPUS ATLIXCO
INGENIERÍA MECATRÓNICA
COLOCAR EL NOMBRE DE LA MATERIA
Taller de Investigación.
PROYECTO FINAL INTEGRADOR:
“Estufa solar”
NOMBRES DE LOS/LAS ALUMNOS(AS):
-Nestor Santacruz Perea IM
-Leonardo Hernández Tochihuitl IM
-Luis Gerardo García Lugo IM
-Eduardo Alberto Vasquez González IM
-Oscar Reyes Salazar IM
NOMBRE DEL DOCENTE
R. Isabel Ojeda Pérez.
1
Estufa Solar.
- ÍNDICE DE ILUSTRACIONES.............................................................................................................. ÍNDICE GENERAL
- ÍNDICE DE TABLAS................................................................................................................................
- INTRODUCCIÓN.....................................................................................................................................
- Planteamiento del problema...................................................................................................................
- OBJETIVOS...............................................................................................................................................
- OBJETIVO GENERAL.........................................................................................................................
- OBJETIVOS ESPECÍFICOS.................................................................................................................
- JUSTIFICACIÓN......................................................................................................................................
- ESTADO DEL ARTE............................................................................................................................... - Figura 1 : Fotografía de un modelo de cocina SK14................................................................... - Figura 2 : Fotografía de la estufa solar de concentración “Papillon”........................................... - Figura 3 : El inventor Wolfgang Scheffler cocinando con uno de sus prototipos “Papillon”.........
- CAPÍTULO 1. MARCO TEÓRICO......................................................................................................
- 1.1. ¿QUÉ ES UNA ESTUFA SOLAR?..............................................................................................
- Figura 4 : Estufa solar..................................................................................................................
- 1.1.1. ESTUFA DE CONCENTRACIÓN...........................................................................................
- Figura 5 : Estufa solar de concentración.....................................................................................
- 1.1.2. ESTUFA DE CAJA O TIPO HORNO SOLAR..........................................................................
- Figura 6 : Estufa de caja solar.....................................................................................................
- 1.1.3. ESTUFA HIBRIDA...................................................................................................................
- Figura 7 : Estufa Híbrida..............................................................................................................
- 1.2 SOFTWARE SOLIDWORKS.......................................................................................................
- Figura 8 : Solidworks...................................................................................................................
- 1.3. ARDUINO...................................................................................................................................
- Figura 9 : Arduino........................................................................................................................
- 1.4. Sensor LM35.............................................................................................................................
- Figura 10: Sensor de temperatura LM35.....................................................................................
- 1.5. Pantalla LCD..............................................................................................................................
- Figura 11: Pantalla LCD..............................................................................................................
- 1.6. MG995........................................................................................................................................
- Figura 12: Servomotor MG995...................................................................................................
- 1.1. ¿QUÉ ES UNA ESTUFA SOLAR?..............................................................................................
- CAPÍTULO 2. METODOLOGÍA..........................................................................................................
- 2.1. MECÁNICA.......................................................................................................................................
- Figura 13: Diseño a mano alzada...............................................................................................
- Figura 14: Simulación en SOLIDWORKS...................................................................................
- Figura 15: Circuito......................................................................................................................
- 2.3 Funcionamiento.........................................................................................................................
- 2.1. MECÁNICA.......................................................................................................................................
- CAPÍTULO 3. RESULTADOS...............................................................................................................
- 3.1. ESTUFA SOLAR..................................................................................................................................
- Figura 17: Simulación de la estufa solar de SOLIDWORKS......................................................
- Figura 18: Material acero inoxidable Perfil C-150 C18............................................................... Estufa Solar.
- Figura 18 y 19: Soldadura y ensamble de la estructura.............................................................
- Figura 20 : Lámina de acero inoxidable......................................................................................
- Figura 21: Lámina de acero inoxidable montada en estructura de estufa solar.........................
- Figura 22 : Reflectores sobre lámina de acero inoxidable...........................................................
- Figura 23 y 24: Circuitos implementados para tomar temperatura.............................................
- Figura 25 y 26: Reflectores y circuitos eléctricos en conjunto....................................................
- Figura 27: Estufa solar................................................................................................................
- 3.1. ESTUFA SOLAR..................................................................................................................................
- CONCLUSIONES....................................................................................................................................
- REFERENCIAS.......................................................................................................................................
- ANEXOS...................................................................................................................................................
- Rúbrica...................................................................................................................................................
- Figura 1 : Fotografía de un modelo de cocina SK14. ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
- Figura 2 : Fotografía de la estufa solar de concentración “Papillon”.
- Figura 3 : El inventor Wolfgang Scheffler cocinando con uno de sus prototipos “Papillon”.
- Figura 4 : Estufa solar.
- Figura 5 : Estufa solar de concentración.
- Figura 6 : Estufa de caja solar.
- Figura 7 : Estufa Híbrida.
- Figura 8 : Solidworks.
- Figura 9 : Arduino.
- Figura 10: Sensor de temperatura LM35.
- Figura 11: Pantalla LCD.
- Figura 12: Servomotor MG995.
- Figura 13: Diseño a mano alzada.
- Figura 14: Simulación en SOLIDWORKS.
- Figura 15: Circuito.
- Figura 17: Simulación de la estufa solar de SOLIDWORKS.
- Figura 18: Material acero inoxidable Perfil C-150 C18.
- Figura 18 y 19: Soldadura y ensamble de la estructura.
- Figura 20 : Lámina de acero inoxidable
- Figura 21: Lámina de acero inoxidable montada en estructura de estufa solar.
- Figura 22 : Reflectores sobre lámina de acero inoxidable.
- Figura 23 y 24: Circuitos implementados para tomar temperatura.
- Figura 25 y 26: Reflectores y circuitos eléctricos en conjunto.
- Figura 27: Estufa solar.
Estufa Solar.
INTRODUCCIÓN
La energía solar es una fuente de energía renovable y sostenible que puede ser utilizada para satisfacer nuestras necesidades energéticas. Una de las formas más efectivas de aprovechar la energía solar es a través de la cocción de alimentos. Las estufas solares son dispositivos que utilizan la radiación solar para calentar y cocinar alimentos, ofreciendo una alternativa limpia y eficiente a las estufas tradicionales que utilizan combustibles fósiles. El acceso a fuentes de energía limpias y renovables es una de las principales preocupaciones del siglo XXI. Con la creciente necesidad de reducir la dependencia de combustibles fósiles y minimizar la contaminación ambiental, las tecnologías basadas en energía solar han cobrado gran relevancia. En este contexto, las estufas solares representan una alternativa eficiente, ecológica y económica para la cocción de alimentos, especialmente en comunidades con acceso limitado a electricidad o combustibles tradicionales como el gas y la leña.
Una estufa solar es un dispositivo diseñado para aprovechar la radiación del sol y convertirla en calor utilizable para cocinar. Puede funcionar mediante la concentración directa de la energía solar (mediante espejos o reflectores) o a través de la conversión fotovoltaica, en la que la luz solar se transforma en electricidad para alimentar resistencias térmicas. En ambos casos, se busca una eficiencia energética óptima, permitiendo el uso sostenible de la energía disponible. En este proyecto, se diseñará y construirá una estufa solar que aproveche la energía solar para cocinar alimentos de manera eficiente y saludable. Se analizarán los principios básicos de la energía solar y se evaluarán los componentes y materiales necesarios para la construcción de la estufa solar. Además, se realizarán pruebas y mediciones para evaluar el rendimiento y la eficiencia de la estufa solar. [1]
6
Estufa Solar.
Planteamiento del problema
En muchas comunidades, sobre todo en zonas rurales o de bajos recursos, preparar los alimentos cada día representa un desafío más allá de lo culinario. Muchas familias aún dependen de combustibles como la leña, el carbón o el gas, los cuales no solo implican un gasto constante, sino que también generan problemas de salud por la exposición al humo y contribuyen al deterioro del medio ambiente. Mientras tanto, tenemos a nuestro alcance una fuente de energía limpia, gratuita y abundante: el sol. Sin embargo, esta energía no se aprovecha lo suficiente, en parte porque muchas opciones con energías solares resultan costosas o poco accesibles para quienes más las necesitan. Conscientes de esta realidad, este proyecto tiene como objetivo diseñar y construir una estufa solar funcional, económica y fácil de replicar, que permita aprovechar la energía solar como una alternativa sustentable para cocinar alimentos. La idea es demostrar que, con principios básicos de ingeniería y materiales accesibles, es posible crear soluciones prácticas que mejoren la calidad de vida de las personas y cuiden el planeta al mismo tiempo.
7
Estufa Solar.
JUSTIFICACIÓN
Este proyecto integrador tiene como objetivo diseñar, analizar y optimizar una Estufa solar para generar calor de manera eficiente y sostenible. A través de este proyecto, se busca aplicar los conocimientos y habilidades adquiridos en la carrera de ingeniería en las siguientes áreas:
● Electrónica digital : Alarma de temperatura: elaborar un circuito para activar una alarma cuando la temperatura de la estufa solar supere un determinado valor para poder reajustar la temperatura con botones de paro y encendido y no ocurran accidentes.
● Taller de Investigación : Búsqueda de antecedentes, mejoras e ideas para la elaboración de la estufa solar y así mismo apoyar en la recopilación de información para poder llevar a cabo el reporte y estado del arte con la finalidad de crear un mejor producto final implementando lo investigado.
● Fundamentos de termodinámica : Buscar los materiales más adecuados para poder concentrar y redistribuir la energía obtenida a través del sol haciendo que la estufa sea funcional solo con la energía solar.
● Mecánica de materiales : Para la materia de mecánica de materiales se realizará la
selección de un material que tenga las capacidades térmicas y mecánicas para poder usarse en el proyecto de una estufa solar de este modo lo que se tiene que contemplar es que el material resista la temperatura máxima que se obtendrán al ser expuesto en el sol y que evite deformaciones o afectaciones en el mismo material a largo plazo De este modo ayudando a obtener una estufa solar con los materiales que resistan las condiciones a las que será expuesta la estufa solar.
9
Estufa Solar.
● Analisis de circuitos : Esta materia va de la mano con electrónica digital ya que ambas se
centran en el correcto funcionamiento de los circuitos y cómo estos pueden ser aprovechados para múltiples funcionalidades en este caso esta materia nos sirve para cuidar los voltajes y corriente que haremos fluir por el circuito Al integrar estas áreas, este proyecto permitirá desarrollar una comprensión integral de la Estufa solar y su impacto en la generación de energía renovable. Además, se espera que el proyecto contribuya al desarrollo de soluciones innovadoras y sostenibles para la generación y uso de energía en el futuro.
ESTADO DEL ARTE
Como su nombre lo indica, la estructura de esta cocina de concentración es una parábola o disco cóncavo que concentra los rayos solares en una zona donde se ubica la olla o el recipiente donde se llevará a cabo la cocción, ya sea dentro o fuera de la parábola. A diferencia del horno solar de caja, la cocina parabólica es casi tan rápida como la cocina convencional. Cuando la parábola se enfoca al Sol alcanza temperaturas de hasta 180 °C sobre el punto focal. Esto quiere decir que se puede hervir hasta 3 litros de agua en 15 minutos
La cocina solar parabólica más popular es la llamada de foco profundo. Uno de sus principales investigadores y entusiastas promotores es el Dr. Dieter Siefert de Neutting (Alemania) que desde el año 1984 estudia este tipo de cocina. El primer modelo SK1 era una parábola de aluminio remachado de 120 cm de diámetro sobre una estructura pesada para poder orientarla al Sol. La SK9 se probó en 1987 en Togo y la parábola estaba hecha con 24 láminas de aluminio ligadas entre ellas, pero el rendimiento era muy bajo [7]. Después de este ensayo, el Dr. Seifert construyó un espejo parabólico más curvado de 140 cm de diámetro y 28 cm de distancia focal. El posterior descubrimiento de una gran olla de 12 litros esmaltada en negro y el hallazgo de un proveedor de láminas de aluminio delgado, firme y brillante permitió diseñar la primera SK12 en el año 1990, preparada para que fuese de fácil construcción en cualquier lugar del mundo con herramientas manuales.
10
Estufa Solar. Hay algunos otros modelos de cocina solar parabólica, pero ninguno tiene un desarrollo tecnológico industrial como las cocinas KSOL.
Figura 2 : Fotografía de la estufa solar de concentración “Papillon”.
Un prototipo similar al presentado en este trabajo es la cocina solar "Papillón" (fig. 3) de manufactura africana pero con diferencias notables en el soporte de la superficie reflejante y en la estructura principal de la estufa. Lo que las hace muy parecidas es la forma de su superficie reflectora. La estufa solar que se presenta en este trabajo tiene además otras grandes diferencias respecto al "Papillón", los mecanismos de orientación son muy diferentes, éste incluye una "rueda loca" y tornillo sin fin, lo que le permite tener dos grados de libertad para ser orientada respecto al acimut y a la altura solar fácil y cómodamente. Cabe destacar también que sus dimensiones son más compactas para un sencillo manejo del usuario.
Figura 3 : El inventor Wolfgang Scheffler cocinando con uno de sus prototipos “Papillon”.
12
Estufa Solar.
En general, se puede decir que en los últimos años el desarrollo de la cocina solar ha llevado a que los diseños originales de acumulación y concentración se mezclen. A la mayor parte de las cocinas de caja se las equipa con un reflector que introduce el calor dentro del sistema de acumulación. El único inconveniente de estos sistemas mixtos es que encarecen su construcción. Sin embargo, el rendimiento energético mayor que permiten las hace muy interesantes. Eso sí, en el caso de las cocinas de caja, el aparato concentrador las vuelve más voluminosas y menos manejables. Los nuevos materiales, tanto en el campo del aislamiento como de la reflexión, permiten que en estos momentos haya cocinas de caja con reflector que, con una medida y precio razonable, alcanzan los 160 °C. El reflector Scheffler es uno de los sistemas más potentes de concentración de la luz solar. Wolfgang Scheffler, su inventor, es un físico alemán que a través de la asociación Solare Brücke e. V. enseña a construir este tipo de reflectores para proyectos de cocina en hospitales, escuelas, centros sociales, así como también para desalinizar agua u hornos crematorios, entre otros. La tecnología es sencilla porque se trata de un reflector parabólico excéntrico hecho de planchas de aluminio brillante, flexible, que gira alrededor de un eje paralelo al eje de la Tierra y en sincronía con el del Sol. El reflector es una sección lateral de un paraboloide más grande cortado de manera inclinada, que le da la forma elíptica característica y única del reflector Scheffler. La luz solar que es reflejada lo hace sobre una sección del paraboloide y se proyecta sobre un punto situado a cierta distancia del reflector. Un reflector Scheffler necesita disponer de un mecanismo de seguimiento solar. Sin embargo, está diseñado para que por la mañana se fije la posición del punto focal donde queremos que llegue el calor y el resto del día estará calentando siguiendo el Sol con un sencillo mecanismo de bicicleta. Scheffler construyó el primer reflector en 1986 (tenía 1.1 m x 1.5 m), y fue destinado a un proyecto de cocina solar en Kenya. Actualmente, existen unos 250 reflectores repartidos en 17 países. La instalación más grande corresponde al centro de yoga de Abu (India) pensado para cocinar para unas diez mil personas con el vapor que generan los 84 reflectores alineados. Esta instalación se puede considerar una de las maravillas del aprovechamiento tecnológico del poder energético que nos aporta el Sol. Una aplicación curiosa de la parábola Scheffler es el caso de un horno de pan en el pueblo de Omundaungilo (Namibia) con un reflector de 8 m² que actualmente se trabaja para mejorar. En este caso, la energía del reflector se introduce dentro de un horno convencional de tipo industrial que permite fabricar unos 16 panes en 90 minutos y ahorrar leña en un lugar donde no hay.
13
Estufa Solar.
CAPÍTULO 1. MARCO
TEÓRICO
15
Estufa Solar.
1.1. ¿QUÉ ES UNA ESTUFA SOLAR?
Una estufa solar es un dispositivo que aprovecha la radiación solar directa para calentar y cocinar alimentos. Su funcionamiento se basa en la concentración o absorción de energía térmica, que se logra mediante el diseño y los materiales que conforman el sistema. A diferencia de las estufas convencionales, una estufa solar no requiere electricidad, gas o leña, lo que la convierte en una opción ecológica y económica, especialmente en zonas con alta radiación solar.
Figura 4 : Estufa solar.
La estufa solar también funciona con la comunicación entre un Arduino (dispositivo económico, funcional, y fácil de programar, de hardware gratuito) y varios sensores encargados de medir la temperatura al igual que algunos encargados de girar en varias direcciones para poder optimizar el uso del sol. Lo que permite a los reflectores no quedarse fijos, sino ir rotando hasta encontrar un punto donde el sol se pueda concentrar en nuestra comida.
1.1.1. ESTUFA DE CONCENTRACIÓN
Una estufa de concentración es un tipo de estufa que utiliza un diseño especial para concentrar la energía térmica en una zona específica, lo que permite una cocción más eficiente y rápida de los alimentos. Estas estufas están diseñadas para maximizar la transferencia de calor a los alimentos, reduciendo la pérdida de calor y aumentando la eficiencia energética.
.
16
Estufa Solar.
1.1.3. ESTUFA HIBRIDA
Una estufa híbrida es un dispositivo que combina diferentes fuentes de energía para cocinar alimentos de manera eficiente y sostenible. Estas estufas pueden utilizar una combinación de energías renovables y no renovables, como la energía solar, la biomasa, el gas o la electricidad.
Figura 7 : Estufa Híbrida.
1.2 SOFTWARE SOLIDWORKS
SolidWorks es un software tipo CAD, de diseño mecánico, que utilizando un entorno gráfico basado en Microsoft Windows permite de manera intuitiva y rápida la creación de Modelos sólidos en 3D, Ensamblajes y Dibujos. Se basa en el modelado paramétrico, estufas pueden utilizar una combinación de energías renovables y no renovables, como la energía solar, la biomasa, el gas reduciendo el esfuerzo necesario en modificar y crear variantes en el diseño, ya que las cotas y relaciones usadas para realizar operaciones se almacenan en el modelo.
SolidWorks, proporciona un software de diseño de fácil uso y poderosas herramientas para los ingenieros y diseñadores, permitiéndoles cubrir todo el proceso (crear, validar, comunicar y gestionar) de desarrollo de producto, asegurándose de que este es correcto antes de fabricarlo. De esta manera es posible conseguir costes de fabricación más bajos y acelerar la introducción de productos en el mercado debido a la mejora en el flujo de información y comunicación del diseño de estos en toda la empresa, además de entre sus proveedores y clientes.
18
Estufa Solar.
Actualmente SOLIDWORKS presenta soluciones de Fabricación Inteligente, diseño y análisis, diseño eléctrico y electrónico, gestión de datos, proyectos y procesos.
Estas soluciones son múltiples y muy variadas, prácticamente la plataforma las separa por líneas de herramientas diferentes:
- Herramientas de diseño para crear modelos y ensamblajes.
- Herramientas de diseño para la fabricación mecánica, que automatiza documentos de inspección y genera documentación sin planos 2D.
- Herramientas de simulación para evaluar el diseño y garantizar que es el mejor posible
- Herramientas que evalúan el impacto medioambiental del diseño durante su ciclo de vida.
- Herramientas que utilizan los datos de CAD en 3D para simplificar el modo en que las empresas crean, conservan y utilizan contenidos para la comunicación técnica.
Finalmente, todas estas herramientas están respaldadas por SolidWorks PDM para gestionar y controlar de forma segura los datos mediante una única fuente de datos reales de sus diseños y SOLIDWORKS Manage, una herramienta que gestiona los procesos y proyectos implicados en todo el desarrollo del producto y está conectado al proceso de diseño. Todas estas soluciones funcionan de forma conjunta para permitir que las empresas mejoren la fabricación de sus productos y los elaboren de forma más rápida y económica.
Herramientas SOLIDWORKS Ahora bien, si de productos hablamos SOLIDWORKS cuenta con diferentes, cada uno con un enfoque diferente y se adapta a lo que cada usuario necesita, abarcando prácticamente todo el mercado, algunos cuentan con su versión Standard, Professional, Premium, de cual se desembocan los precios y los privilegios de la plataforma
Diseño mecánico: SOLIDWORKS CAD 3D (escritorio)
SOLIDWORKS es el CAD 3D estándar mundial presente en la mayoría de las empresas a nivel mundial. Debido a esto comunicarte con tus clientes y proveedores no presenta ningún problema de compatibilidad y facilita el trabajo de todo el proceso de diseño.
19