🍕☀️ Construcción de un Horno Solar

De qué trata

El Sol es una fuente de energía poderosa que puede utilizarse para cocinar sin necesidad de electricidad ni gas.

Los hornos solares capturan y concentran la luz del sol para generar calor suficiente para calentar agua o cocinar alimentos. Su eficiencia depende de factores como la inclinación del sol, el tipo de material reflectante y el aislamiento térmico.

En este experimento, el alumnado construirá un horno solar casero y medirá su temperatura interna usando el P-Bit con sensores de temperatura para evaluar su eficiencia en diferentes condiciones.

Objetivos de la situación

• Comprender cómo la energía solar puede utilizarse para cocinar alimentos.
• Construir un horno solar casero y medir su temperatura con el P-Bit.
• Analizar la eficiencia del horno según la inclinación del sol y los materiales utilizados.

Por qué esta situación importa

Objetivos de Desarrollo Sostenible que esta situación trabaja de forma directa: no los menciona, los mide.

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  El horno funciona solo con radiación solar y el alumnado mide cuánta energía aprovecha.

• 

  Se construye con material reutilizado y se elige según su rendimiento, no según lo que sobre.

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  Cocinar con el sol es una alternativa medible a quemar combustible, y esa comparación es el cierre de la situación.

Qué necesitas

Cómo se hace

Construiremos un horno solar utilizando materiales reciclables y mediremos su temperatura interna con el P-Bit en diferentes condiciones de luz y temperatura ambiente.

1. Planteamiento de la pregunta de investigación

• ¿Cómo se puede utilizar la luz solar para cocinar alimentos?
• ¿Qué materiales son más eficientes para captar y retener el calor?
• ¿Cómo influye la cantidad de luz en la temperatura del horno?

2. Formulación de hipótesis

Algunos ejemplos que puede plantear el alumnado:

3. Preparación del experimento

Todo lo de esta sección se hace una sola vez, antes de empezar a medir nada.

Antes de cortar nada: ¿Uno o dos hornos?

Con un solo horno se ve que la temperatura sube, y eso ya es una observación que vale. Pero para responder a la hipótesis hay que comparar, y comparar significa dos hornos iguales que se diferencien en una sola cosa. Es la diferencia entre ver que funciona y saber qué es lo que lo hace funcionar. Conviene decidirlo ahora, porque cambia cuántas cajas hay que preparar.

1. Prepara la caja y corta la ventana.

   • Usa una caja de cartón de unos 40 × 30 cm de base y al menos 20 cm de alto. Una caja más grande también sirve, pero tardará más en calentarse porque hay más aire que calentar dentro.
   • En la tapa, dibuja un rectángulo dejando un marco de unos 3 cm por todo el borde, y corta solo tres de los cuatro lados. El cuarto lado se queda unido a la tapa y hace de bisagra. Esa pieza que ahora se levanta será la solapa reflectora, que más adelante dirigirá luz extra hacia dentro.
   • No cortes hasta el borde de la tapa. Ese marco de 3 cm es lo que mantiene la tapa firme y lo que te dará superficie para pegar el plástico en el paso 3. Sin marco, la tapa se dobla y ya no cierra bien.

2. Forra el interior con papel de aluminio y coloca el fondo negro.

   • Cubre con papel de aluminio las cuatro paredes interiores de la caja y también la cara interior de la solapa. La parte brillante va hacia dentro, y conviene que quede lo más liso posible, porque las arrugas dispersan la luz en direcciones aleatorias en vez de dirigirla al centro.
   • Después coloca una cartulina negra en la base. Si tienes una bandeja metálica pintada de negro mate, mejor todavía, porque además acumula calor y lo reparte.
   • Los dos materiales hacen trabajos distintos y complementarios. El aluminio rebota la luz hacia el fondo sin absorberla, y el negro es el que la absorbe y la convierte en calor.
   • Evita mirar de frente el reflejo del sol sobre el aluminio. Deslumbra y puede dañar la vista.

3. Cierra la ventana con plástico transparente.

   • Cubre la abertura de la tapa con film transparente, una lámina de acetato o una bolsa de horno. Déjalo bien tenso, sin arrugas grandes, y pégalo con cinta por los cuatro lados desde la cara exterior de la tapa.
   • Este paso decide en buena medida el resultado del experimento. Si quedan huecos, el aire caliente se escapa por ahí y el horno no llegará a temperatura por muy bien orientado que esté.
   • Comprobación. Cierra la caja y mírala a contraluz. Si ves rendijas de luz por los bordes, tápalas con más cinta. Una ventana bien puesta queda transparente, tensa y sin líneas de luz alrededor.

4. Aísla las paredes. Este paso es opcional, pero es el que más sube la temperatura final.

   • Mete la caja dentro de otra caja algo más grande y rellena el hueco entre las dos con papel de periódico arrugado o cartón, dejando unos 2 o 3 cm de grosor alrededor.
   • Funciona porque lo que aísla no es el papel en sí, sino el aire quieto que queda atrapado entre sus pliegues. El aire parado conduce muy mal el calor, así que frena la fuga por las paredes. Es el mismo motivo por el que un abrigo abriga.
   • Este horno se calienta solo con luz solar. No lo uses cerca de llamas ni de resistencias eléctricas. El cartón y el papel arden.

5. Coloca la sonda de temperatura.

   • Con el P-Bit apagado, conecta la sonda DS18B20 al puerto negro IO33. Haz una muesca pequeña en una pared lateral de la caja, pasa el cable por ahí y sella alrededor con cinta.
   • La punta de la sonda tiene que quedar dentro del horno, a media altura, sin tocar el fondo negro ni las paredes. Lo que queremos medir es la temperatura del aire de dentro, así que si la punta descansa sobre el fondo estarás midiendo el fondo, que siempre está más caliente, y el número te engañará.
   • El cuerpo del P-Bit se queda fuera, con el sensor de luz LDR mirando al cielo. Por la muesca solo entra el cable.
   • No metas el P-Bit dentro del horno. El calor acumulado puede dañar la electrónica, la pantalla y la batería.
   • Tampoco pases el cable por la ventana transparente, porque romperías el sellado que acabas de hacer.
   • Comprobación. La sonda dentro, el P-Bit fuera, y una sola abertura lateral pequeña sellada con cinta por donde pasa el cable.

6. Orienta el horno hacia el sol.

   • Colócalo en un sitio con sol directo, sin sombras de árboles, paredes ni personas. Gira la caja hasta que la ventana reciba el sol de frente y levanta la solapa hasta que veas caer su reflejo dentro del horno.
   • No hace falta transportador. El ángulo bueno depende de lo alto que esté el sol en ese momento, así que se ajusta mirando dónde cae la luz, no midiendo grados. Para sujetar la solapa levantada sirve una regla, un palo de brocheta, un trozo de cartón rígido o un cordel pegado con cinta por detrás.
   • No mires al sol ni al reflejo de la solapa para orientarla. Fíjate en dónde cae la luz dentro de la caja.
   • Comprobación. Si la orientación es correcta, la luz que rebota en la solapa cae sobre el fondo negro del horno, no sobre una pared ni fuera de la caja.

4. Toma de datos

Aquí empieza a correr el reloj. El horno ya está construido y orientado, así que a partir de este punto todo se repite a intervalos fijos y se anota.

Qué vais a medir

En cada lectura se registran cuatro cosas: La temperatura del interior (sonda DS18B20), el nivel de luz (LDR del P-Bit), el tiempo transcurrido y lo que se observe fuera del horno, como nubes, sombras, viento o un cambio de orientación.

Antes de la primera lectura conviene anotar también las condiciones de partida, porque son las que explican por qué dos grupos obtienen números distintos el mismo día: Fecha, hora de inicio, lugar, estado del cielo (despejado, parcialmente nublado o nublado), temperatura ambiente y si el horno lleva aislamiento o no.

1. Mide la temperatura ambiente antes de empezar.

   • Deja la sonda fuera del horno, a la sombra y sin tocar ninguna superficie, y espera un minuto a que se estabilice. Anota ese número como temperatura ambiente inicial. Después vuelve a colocarla dentro del horno, a media altura.
   • Sin este dato no sabréis cuánto ha calentado el horno, solo a qué temperatura ha llegado, que no es lo mismo. Un horno que marca 45 °C en un día de 15 °C está funcionando mucho mejor que uno que marca 45 °C en un día de 38 °C.
   • Comprobación. Antes de cerrar, mira la pantalla Termómetro del P-Bit. Si aparece Sin sensor o Revisa IO33 en vez de un número, revisa la conexión antes de seguir.

2. Precalienta 30 minutos con el horno vacío, anotando cada 5 minutos.

   • Este tramo ya es parte del experimento, no una espera. La curva de subida es la que enseña cómo se comporta el horno. Anota tiempo, temperatura, luz y observaciones cada cinco minutos.
   • No abras la caja para medir. El P-Bit está fuera y la sonda dentro precisamente para no tener que abrirla. Si necesitas ajustar la solapa, hazlo con cuidado y apunta el cambio en la columna de observaciones, porque explicará cualquier salto raro en los datos.
   • Comprobación. A los 30 minutos con sol directo, un horno bien sellado debería pasar de 40 °C. Si sigue cerca de la temperatura ambiente, el problema casi siempre es uno de estos tres. Hay rendijas sin sellar, la ventana no está de cara al sol, o hay una sombra que no habíais visto.

3. Mete la muestra y sigue registrando cada 5 minutos.

   • Abre la caja el menor tiempo posible, coloca la muestra sobre el fondo negro y vuelve a cerrar comprobando que la ventana queda bien sellada. Sirve un recipiente pequeño con agua, una galleta con chocolate o un trozo de fruta.
   • Continúa anotando durante 30 minutos más, y hasta 45 o 60 si tenéis la sesión entera. Añade en cada lectura el estado de la muestra, es decir, si brilla, si se ablanda o si se empaña la ventana.
   • Este horno es un dispositivo experimental, no un horno de cocina. No lo uséis para cocinar carne, pollo, pescado ni huevo, porque no alcanza de forma fiable la temperatura que esos alimentos necesitan para ser seguros.
   • Aunque sea de cartón, el interior quema. Al abrir, deja salir el aire caliente unos segundos antes de meter la mano.
   • Comprobación. Al abrir se pierde calor y la temperatura baja. Es normal. Cierra rápido y espera unos minutos a que se recupere antes de dar la siguiente lectura por buena.

4. Cierra el experimento en orden.

   • Retira el horno del sol y abre la tapa con cuidado. Deja que el interior se enfríe antes de sacar la sonda, el fondo negro o la muestra. Apaga el P-Bit antes de desconectar la sonda, igual que al conectarla.
   • No guardes el horno cerrado si sigue caliente o con humedad dentro. Déjalo abierto unos minutos para que se ventile, o el cartón se reblandece.

Tabla de registro

Para poder comparar entre grupos, todos deben usar el mismo intervalo. Con 5 minutos la curva se ve bien sin que la toma de datos se coma la sesión.

El CSV se abre directamente en Excel, Numbers o Google Sheets. Copiar pega las columnas ya separadas en la hoja que tengas abierta.

Cómo repartir las sesiones

Todo lo anterior no cabe en una clase. Este reparto funciona bien, y cuenta con que el tiempo real de trabajo de una sesión siempre es menor que el que marca el horario.

5. Análisis de datos

Preguntas para analizar los resultados

• ¿Cuánto tardó el horno en superar los 40 °C, y cuánto subió respecto a la temperatura ambiente inicial?
• ¿La temperatura subía más rápido en los tramos con más luz? ¿Qué pasó cuando una nube tapó el sol?
• ¿Qué ocurrió justo después de abrir la caja para meter la muestra? ¿Cuánto tardó en recuperarse?
• ¿La temperatura siguió subiendo indefinidamente o se estabilizó en algún punto? ¿Por qué creéis que pasa eso?
• Si comparasteis dos hornos, ¿cuánta diferencia hizo el sellado, el aislamiento o la solapa?

Representación de datos

• Grafica temperatura y tiempo. La pendiente de la curva (cuánto sube por cada 10 minutos) te dice si el horno calienta rápido al principio y luego se estabiliza, o si sigue subiendo de forma constante.
• Calcula el aumento total, temperatura final menos temperatura inicial, y compáralo con la luz captada al inicio. Más luz debería significar mayor aumento.
• Compara resultados con distintos materiales de aislamiento, si probaste más de uno.

6. Reflexión y conclusiones

7. Soluciones y alternativas sostenibles

• Uso de hornos solares para reducir el consumo de gas y electricidad.
• Aplicación de materiales térmicos para mejorar la eficiencia de la captación solar.
• Promoción de tecnologías sostenibles en comunidades con acceso limitado a energía.

En qué nos basamos

Esta situación no es la traducción de ninguna de las dos actividades que siguen, pero parte de ellas. De ahí vienen el tipo de horno, las referencias con las que contrastar lo que os salga y buena parte de los avisos de seguridad. Cada una está enlazada por si queréis ver el original completo.

Qué currículo trabaja

Con ese curso y esa materia no hay saberes. Prueba otra combinación.

Otras áreas que puedes trabajar

Áreas hacia las que se puede extender. A diferencia de lo de arriba, esto es criterio pedagógico nuestro y no una cita del currículo: por eso no lleva código.

Para ir más lejos

Cinco actividades para ampliar la situación, más otras ideas y las áreas con las que se conecta.

Otras ideas