Un grupo de investigación de Ghana desarrolló una olla de vapor alimentada por energía solar fotovoltaica (ISESC, por sus iniciales en inglés) con almacenamiento térmico basado en arena (TES).
“El potencial de la arena, dada su estabilidad térmica y bajo costo, no ha sido ampliamente investigado. La investigación existente usa principalmente diodos, calefactores resistivos o sistemas de inducción como fuentes de calor, con limitada exploración de la generación directa de vapor usando el calor almacenado en la arena”, explicaron los académicos. “La integración de la cocción a vapor con almacenamiento térmico basado en arena en sistemas solares fotovoltaicos es un área novedosa, y su eficiencia en la producción de vapor y cocción de alimentos no está clara”.
El montaje probado incluye 20 módulos fotovoltaicos (FV), cada uno con una capacidad máxima de 580 W y una eficiencia del 22,65%. Los módulos están montados en una estructura al suelo con un ángulo de inclinación de 10° orientado hacia el sur y un ángulo de acimut de 0°. La electricidad generada se dirige al sistema de almacenamiento térmico (TES), que consta de dos componentes: un contenedor de arena de acero dulce lleno con arena de cantera, en el cual está embebido un elemento calefactor resistivo de corriente continua.
Sobre la capa de arena, se instala una cámara de agua con 10 kg de agua, que genera vapor para calentar los alimentos dentro del recinto de cocción. La cámara de cocción mide 143 cm de alto, 150 cm de largo y 57,5 cm de ancho, mientras que las dimensiones de la batería térmica son 15 cm × 65,5 cm × 44 cm.
Las pruebas se realizaron en la escuela secundaria Kunst Senior High School en Kumasi, Ghana. Los ensayos de ebullición de agua se realizaron diariamente del 21 al 24 de octubre de 2024, entre las 10:00 y las 15:00. Las pruebas de cocción continuaron del 5 al 7 de noviembre de 2024. Los instrumentos utilizados incluyeron un medidor de radiación solar, una pistola termográfica infrarroja, un voltímetro, un amperímetro y una cámara térmica.
Los resultados mostraron que la cámara de cocción alcanzó temperaturas de 105–110 °C, suficientes para cocinar 16 kg de arroz en 80 minutos, 16 kg de frijoles en 140 minutos y 32 kg de plátano en 85 minutos. El ISESC alcanzó una eficiencia térmica del 38,9%, superando el desempeño de los sistemas solares de plato Scheffler para vapor (25–26,5%) en aproximadamente 12–14% bajo condiciones similares. El almacenamiento térmico basado en arena guardó entre 13 y 15 MJ de energía, proporcionando de 4 a 6 horas de cocción fiable incluso con radiación solar variable de 400 a 900 W/m².
El análisis del ciclo de vida indicó un período de recuperación de 4,5 años, con costos totales estimados a 20 años un 47% menores que los de estufas tradicionales de biomasa. Las emisiones anuales evitadas con el ISESC fueron calculadas en 5.312,22 kg de CO₂, 11,10 kg de NOx y 7,05 kg de PM2.5, contribuyendo a reducir la deforestación, la contaminación interior y apoyando las metas de contribución nacionalmente determinada (NDC) de Ghana.
El sistema fue descrito en “Experimental analysis of an institutional solar PV-powered steam cooker with sand-based thermal energy storage” (Análisis experimental de una olla de vapor institucional alimentada por energía solar fotovoltaica con almacenamiento térmico basado en arena), publicado en Solar Energy Advances. Participaron científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología Kwame Nkrumah de Ghana, el Centro de Consultoría Tecnológica – Centro Internacional para la Innovación, Manufactura, Transferencia Tecnológica y Emprendimiento (TCC-CIMET) y la Universidad Técnica de Cape Coast.
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