Cocedores solares
Jesús Antonio del Río Portilla¹ y Saúl Tapia Salinas²

El uso de la energía solar
El uso de la energía solar para calentar, evaporar o secar —alimentos, ropa, etc.— es una actividad que se realiza desde la prehistoria. La cocción de alimentos inició con el descubrimiento del fuego. Todas las culturas del mundo cocinan alimentos desde hace miles de años. Esto se debió a los beneficios en sabor y conservación de los alimentos cocinados con respecto a los alimentos crudos, sobre todo las carnes de los animales.

Con estos antecedentes, no es sorprendente saber que ya en el siglo XIX se usaba la energía solar para cocer de alimentos en ciudades como Mumbay. Si ya desde aquel entonces se conocía este uso de la energía solar: ¿por qué no se continuaron desarrollando los hornos solares? La respuesta es sencilla: a principios del siglo XX el gas y el petróleo se convirtieron en la principal fuente de energía y el uso masivo de las estufas de gas se popularizó gracias a la alta densidad energética de los hidrocarburos.

Esta alta densidad energética y disponibilidad es lo que promueve el uso de los combustibles fósiles y los favorece con respecto a la variable energía solar.

Primeros modelos de hornos solares
El renacimiento del uso de la energía solar para cocción de alimentos inició en los años cincuentas del siglo XX cuando se produjo un horno solar con cuatro espejos planos, cuatro espejos en las esquinas y una superficie inclinada en el plano receptor del concentrador.

Debemos enfatizar que los primeros modelos de hornos solares fueron diseñados de forma práctica y probados experimentalmente con un relativo éxito, ya que no se pretendía cumplir con las necesidades del día a día. De hecho, se hizo poco esfuerzo por comprender a fondo la teoría del comportamiento térmico de los hornos solares.

Aunque encontramos en la literatura científica diferentes metodologías para evaluar a los hornos solares, no se realizó un análisis cuidadoso de su comportamiento térmico en la cocción de alimentos. La corriente ambientalista ingenua de los años sesenta y setenta del siglo pasado propuso el empleo de hornos solares en comunidades pobres o aisladas, por esta razón se dirigieron los esfuerzos al desarrollo de hornos solares durables y de bajo costo, más que hacia un entendimiento profundo de su comportamiento térmico. Sin embargo, la propuesta de que la opción solar se use en comunidades pobres no es una alternativa real, ya que los hornos solares tienen claras desventajas…

Ventajas y desventajas de los hornos solares
Las ventajas son evidentes: no utilizan combustibles, ni electricidad, no contaminan con gases nocivos, no afectan al balance térmico del planeta… Sin embargo, no funcionan cuando hay nubes, ni en días lluviosos, en la mayoría de los casos el tiempo de cocción es largo si es comparado con las cocinas tradicionales, requieren de trabajo de orientación continuo, y se tiene que cocinar, generalmente, fuera de la cocina. Además, el horario de comidas no podría ser fijo y dependería de las condiciones climáticas de cada día.

Claramente estas desventajas limitan y desaniman su uso. Estas desventajas son las que hacen que los hornos solares no sean usados diariamente y por lo tanto no son una opción de uso real. Por estas razones se requieren propuestas de diseño que funcionen todos los días.

La propuesta del Centro de Investigación en Energía
Dado que uno de los problemas es la necesidad de orientar los hornos durante el día y cada día del año, en el Centro de Investigación en Energía se propuso un horno solar tipo caja-de-dos-posiciones. Estas dos posiciones permiten que con cuatro movimientos durante el año, en los solsticios y equinoccios, se consiga que los rayos del Sol siempre entren en el horno. En este horno solar para la región intertropical (la región de la Tierra comprendida entre los trópicos de Cáncer y Capricornio que incluye el Ecuador) se realizó experimentación en cocciones de diferentes alimentos.

Los resultados fueron exitosos, al lograr cocinar caldos de pollo y pescado entre otros guisos, y así mostrar, una vez más, que la cocción de alimentos con energía solar es factible. Sin embargo, un día falló… el día de más cuidado, el día que se había escogido —con base a estadísticas de varios años— como el día con menor probabilidad de nublados: un día de enero. ¡Ese día se nubló! Y por lo tanto la comida no se coció…

En ese momento, los autores de este trabajo decidimos estudiar el comportamiento a detalle de los hornos solares y diseñar un dispositivo híbrido, solar-eléctrico, para la cocción eficaz de alimentos.

Cocedor solar
Por las razones anteriores, se decidió diseñar un dispositivo que cocinara los alimentos y que eliminara la mayoría de las desventajas que hemos señalado de los hornos solares. Se buscó que fuera fácilmente orientable, que requiriera la mínima participación de las personas durante el asoleamiento, que el cocimiento fuera lento y a baja temperatura, y, principalmente, que cociera los alimentos todos los días del año.

Fue así como se concibió el cocedor solar, un dispositivo que aprovecha la mayor energía solar disponible, pero que en caso de no haber suficiente energía solar usa energía eléctrica para elevar la temperatura del interior de la cámara de cocción y lleva a buen término la cocción de los alimentos.

Esto se logra al diseñar un cocedor con una base semicilíndrica (como se ve en la figura 1), el cual puede rotar. Si se orienta el eje del cilindro en la dirección Este-Oeste, se puede girar el cilindro y colocarlo de tal forma que ese día los rayos del Sol incidan lo más perpendicular posible a la cara abierta del cocedor. Con esto se facilita la orientación, además, se incorpora un sistema de control compuesto por un termómetro, que mide la temperatura del interior del cocedor, y que, acoplado a un controlador, activa resistencias, similares a las de las parrillas eléctricas, en caso de que la temperatura no sea la idónea.

Con esto último resolvimos varias desventajas: primero, sabemos que en días nublados las resistencias eléctricas calentarán la comida hasta el punto de cocimiento; segundo, la intervención de la persona encargada del cocimiento de la comida se reduce a tres actividades: introducir los alimentos al cocedor y encender el control automático, para después del tiempo prefijado, retirar la comida ya lista para servirse.

En detalle, las actividades serían: orientar el cocedor; preparar las ollas con los alimentos e introducirlas a la cámara de cocción; fijar la temperatura y el tiempo de cocimiento; encender el control automático, y, finalmente, tras el tiempo de cocimiento, retirar las ollas para servir los alimentos listos para consumirse.

Si bien esto parece muy sencillo, requiere que expliquemos el funcionamiento del cocedor solar.

Funcionamiento de los cocedores solares
Los cocedores solares están integrados por dos elementos fundamentales: un concentrador de energía solar y una cámara aislada térmicamente.

El concentrador —compuesto por los espejos— incrementa la densidad de energía solar irradiada sobre el vidrio (receptor del flujo de rayos). La cámara recibe el flujo concentrado de rayos que entra a través del vidrio.

Dicho vidrio tiene tres funciones: permitir la entrada del flujo luminoso a la cámara de cocción del cocedor; evitar la salida del flujo radiativo de las ollas ya calientes (rayos infrarrojos); y, evitar la salida del aire caliente de la cámara de cocción. Este último resultado es similar al efecto “invernadero”, las paredes aíslan a las ollas del exterior y dado que la energía que entra es mayor a la que se disipa, la temperatura de los elementos de la cámara de cocción se incrementa.

La energía que se retiene en la cámara de cocción debe incrementarse de tal manera que se pueda lograr el cocimiento de los alimentos en un tiempo adecuado.

Cocción de los alimentos
En la cocción de los alimentos es muy importante la forma en que se consigue incrementar la temperatura.

Una  forma  sencilla  de evolución de la temperatura se muestra en la figura 2, donde la temperatura inicia a la temperatura ambiente al tiempo t_i=0 s. Luego de que la energía concentrada se absorbe en la cámara, incrementa la energía interna de los elementos de la cámara —que incluye a la olla con los alimentos—, con lo cual se incrementa la temperatura; esto en la gráfica se muestra con la curva de temperatura para tiempos con t>t_i. Después, el proceso continúa hasta alcanzar el tiempo t_c, cuando los alimentos empiezan a cocerse, esta temperatura de cocimiento debe ser uniforme.

Para que el alimento se cueza es necesario que la temperatura se mantenga. Si la temperatura aumenta en demasía, los alimentos pueden perder sus propiedades nutritivas, por eso es importante no elevar mucho la temperatura de cocimiento.

En el cocido de los alimentos la temperatura se regula de acuerdo al proceso de cocción específico. En agua, la temperatura de cocimiento es del orden de los cien grados centígrados, en aceite es algo mayor a los ciento cincuenta. La energía necesaria para elevar la temperatura se obtiene generalmente de combustibles fósiles o de energía eléctrica.

En el cocedor, la energía del Sol sustituye al combustible convencional, y el proceso de cocción es similar. Dado que el cocedor emplea ollas cerradas, se usa en caldos o procesos de cocimiento basados en agua, así el punto de ebullición del agua funciona como un termómetro.

Al observar el inicio de la ebullición, se sabe que los alimentos han alcanzado el punto de hervor del agua. Se cuenta un tiempo de maduración t_m, para que los alimentos se cuezan uniformemente. Durante la maduración el cocinero trata que los alimentos dentro de la olla logren una temperatura lo más homogénea posible, y así alcancen cocimiento completo. Al finalizar el tiempo tm, la cocción finaliza.

Tipos de cocimiento: rápido y lento
Si deseamos tener un cocimiento rápido, hay elevar la temperatura rápidamente, sólo si t_c es pequeño, de unos minutos. Pero si deseamos un cocimiento lento, digamos, por ejemplo, t_c=120 minutos para alcanzar una temperatura de ciento veinte grados centígrados, como en la figura 2, tendremos que invertir más tiempo.

La cocción lenta cuece las carnes sin endurecerlas, y terminan con una textura suave, siendo fáciles de cortar y masticar, y las verduras no pierden su consistencia, éste es el tipo de cocina de “la abuela” un cocimiento lento que permite acentuar los sabores.

Debemos enfatizar que aunque los hornos y cocedores solares son de cocimiento lento, se puede con ayuda del respaldo eléctrico hacer cocimientos relativamente rápidos al fijar tiempos cortos en el control de temperatura. Cuando se pretenden las mejores características del proceso de cocción de los alimentos, un buen cocedor solar es aquel que cuece los alimentos con el modo de cocción lenta.

Fue así que se diseñó un cocedor que logra cocer la comida en un tiempo adecuado. Y dado que no requiere que las personas estén bajo los rayos del Sol durante el proceso, se adecuó el cocedor para un tiempo de maduración de dos horas.

¿Qué preparar en cocedores solares?
En el cocedor solar se pueden cocinar alimentos como caldo de res, carne de puerco en chile pasilla, pozole, lentejas y mixiotes, entre otros muchos. En la figura 3, se muestra una comida cocinada en el cocedor solar del CIE-UNAM. La pregunta ahora es: ¿a qué sabe esta comida?

El sabor de la comida solar
En colaboración con profesores y alumnos del CONALEP de Temixco, Morelos, se evaluaron las características organolépticas de la comida solar para un mismo guiso cocinado tradicionalmente y en el cocedor solar. Con este proceso se evaluaron más de veinte recetas entre sopas, guisados y dulces. Los resultados muestran que no existe diferencia significativa en los sabores, olores, colores, textura y apariencia (éstas son las características organolépticas de los alimentos) entre el cocimiento tradicional (gas) y el solar.

Es importante mencionar que todos los guisos fueron evaluados positivamente en una escala del 1 al 5, y que los solares obtuvieron calificaciones superiores a 3.5

Podemos decir que, aunque los hornos o estufas solares tienen desventajas, los cocedores solares son una alternativa real para satisfacer las necesidades de preparación de la comida y ahorro de energía. Además, son un ejemplo a seguir en el empleo de las fuentes renovables de energía para uso diario.

¹Centro de Investigación en Energía y Centro
de Ciencias de la Complejidad, Universidad Nacional
Autónoma de México (UNAM).
²Centro de Investigación en Energía, Universidad
Nacional Autónoma de México (UNAM).