Los reflectores Scheffler

La técnica
Para que cocinar resulte sencillo y cómodo, el emplazamiento del fogón debería ser fijo, preferentemente dentro de la misma casa. El reflector para concentrar los rayos solares se encuentra al sol, delante de la casa o edificio.
La mejor solución para ello era la de un espejo parabólico excéntrico, deformable, que gira de forma sincronizada con el sol en torno a un eje paralelo al eje terrestre. Mediante deformación se ajusta de forma sencilla y mecánica a las diferentes estaciones del año.

¿Cómo funciona?
El reflector es una sección lateral pequeña de un paraboloide redondo bastante más grande. Debido al trazo de corte inclinado se crea el contorno elíptico típico del reflector Scheffler. La luz reflejada por esta sección del paraboloide incide lateralmente en el foco ligeramente alejado de ésta.
El eje para el seguimiento horario se encuentra en dirección norte-sur, paralelo al eje terrestre, pasando por el centro de gravedad del reflector.
Así siempre está en equilibrio y el mecanismo de relojería sólo debe ser accionado con poca fuerza para girarlo de forma sincronizada con el sol.
Para que el foco no se desplace, éste se encuentra en el eje de rotación. La distancia entre el foco y el punto medio del reflector depende de la parábola inicial seleccionada.
De este modo, la luz concentrada sólo girará alrededor de su propio centro a lo largo del día, pero no se moverá lateralmente en ninguna dirección. O sea que el foco se mantiene fijo, lo que naturalmente resulta práctico, ya que la olla tampoco deberá moverse.
 

Figura 1:

En el transcurso de las estaciones anuales varía el ángulo de incidencia de la radiación solar en ± 23,5º en relación con la vertical respecto al eje terrestre. Todo el paraboloide también deberá inclinarse en idéntico ángulo, ya que siempre debe mantenerse orientado hacia el sol. Si no resulta imposible consiguir una concentración del foco. No obstante, el punto medio del reflector y la posición del foco no deben moverse bajo ningún concepto.

Esto sólo es realizable cuando el reflector está basado para cada ángulo solar dependiente de las estaciones, esto es, para cada día del año, en una parábola diferente. O sea que el espejo debe variar su forma.
El bastidor del reflector Scheffler se construye para el punto equinoccial. Así, a través de la inclinación y deformación elástica del bastidor del reflector, se pueden ajustar de forma suficientemente exacta todas las demás parábolas.
 

Figura 2:

De forma práctica se han acoplado los movimientos de inclinación y deformación: los dos puntos de giro externos A, situados en el lateral del bastidor del reflector, y el punto de giro B, en el centro del reflector, no se encuentran en una línea, sino que B se encuentra por debajo. Ello implica que al inclinar el reflector se modifica la profundidad del mismo, su punto central se eleva (radio de curvatura mayor de las traviesas) o desciende (radio de curvatura menor) en relación con el bastidor. Es suficiente colocar los extremos inferior y superior (C y D) en la posición correcta para obtener una forma del espejo lo suficientemente exacta para todas las estaciones del año. Para ello se ha dispuesto una barra telescópica en cada uno de los extremos del reflector.
El ajuste de la forma del reflector se realiza de forma manual cada 2-3 días y será correcta cuando toda la luz concentrada incida a través de la apertura del fogón colocado en la ubicación del foco. Después de atravesar la apertura, la luz es conducida mediante un segundo reflector pequeño (reflector secundario) sobre el fondo negro de la olla. Allí es absorbida y convertida en calor. El rendimiento al cocinar, esto es, calentar agua desde 25ºC a 100ºC, puede ser de hasta un 57%, dependiendo del grado de limpieza de las superficies del reflector, así como del grado de aislamiento térmico de la olla. En el foco propiamente dicho hemos llegado a medir rendimientos ópticos de hasta el 75% (utilizando espejos de vidrio normal de 2 mm de grosor). Según la época del año, un reflector elíptico de 2,8 m x 3,8 m (tamaño estándar de los reflectores Scheffler de 8 m²) recoge la luz solar de una superficie de 4,3 m2 hasta 6,4 m², medido en sentido vertical a la dirección de incidencia (apertura). En consecuencia también varía ligeramente la potencia de cocción a lo largo de las estaciones. En promedio, con un reflector de 8 m² pueden llevarse a la ebullición 22 litros de agua fría en el transcurso de una hora (con una irradiación de 700 W/m²). En el diseño del fogón existen muchas posibilidades de variación; por regla general está integrado en un edificio-cocina, habiendo la posibilidad de cocinar con leña en el caso de que no haya sol. Según el material destinado a la cocción se puede prescindir de un reflector secundario; esto aumenta el rendimiento y simplifica el mantenimiento.
En vez de un fogón también puede instalarse un horno, un generador de vapor de agua o un acumulador de calor en el foco.
 

Figura 3:

Difusión
El primer reflector Scheffler que presentaba un funcionamiento correcto (tamaño: 1,1 m x 1,5 m) fue construido por Wolfgang Scheffler en 1986 en una estación misionaria en el norte de Kenia, estando todavía hoy en uso.
Desde aquel entonces, la tecnología ha sido sometida a un continuo desarrollo ulterior por parte de éste, habiéndose difundido a muchas otras personas comprometidas. Así, el número de reflectores construidos e instalados aumenta de año en año.
El objetivo primordial se centra en los reflectores de 8 m² para cocinas colectivas. Despues del año 2000 mas reflectores con 10m² han sido instalados.
En estos momentos (año 2004) existen aprox. 750 reflectores en 21 países, lo que corresponde a unos 200 cocinas colectivas, entre ellas varias grandes instalaciones con funcionamiento por vapor de agua, con un total de 10 hasta 106 reflectores en una sola instalación. Así, por ejemplo, en la cocina solar más grande del mundo en Abu Road, Rajastán (India), se puede cocinar para hasta 18.000 visitantes de un centro de yoga.
 
 

Producción local
Durante todo el periodo de desarrollo de los reflectores Scheffler, que ya comprende 19 años, siempre se puso especial atención en la utilización de materiales y técnicas de construcción asequibles en cualquier lugar del mundo. Por esta razón, el desarrollador, Wolfgang Scheffler, realizó gran parte del desarrollo directamente en Kenia y en la India, habiendo aprendido allí las técnicas de procesamiento de metales habituales para aquellos países conjuntamente con soldadores y mecánicos locales, construyendo una primera serie de cocinas solares, instalándolas en escuelas interesadas.

Toda la estructura de los reflectores (a excepción de la superficie del espejo) está formada por acero, utilizándose perfiles que normalmente son empleados para la construcción de muebles (mesas, sillas), conducciones de agua, así como casas. Por ello pueden adquirirse en cualquier lugar a un precio relativamente económico.
Como superficie de espejo reflectante pueden utilizarse diferentes materiales; en cualquier emplazamiento pueden encontrarse, p.ej., espejos de vidrio con capa de plata, tales como puedan serlo los que encontramos en los espejos de baño.

El empleo de materiales económicos, herramientas sencillas y procesos laborales simples, en combinación con un producto que presenta calidades de “alta tecnología”, posibilita que grupos interesados puedan realizar proyectos con poca inversión de capital y beneficios a largo plazo.

Un buen ejemplo de ello lo es la construcción de la mayor cocina solar del mundo en Abu Road, Rajastán, por los Brahma Kumaris. Debido a la alta proporción de contribución laboral propia, esta instalación, que con una superficie aproximada de reflectores de 800 m2 puede llegar a cocinar para 18.000 (dieciocho mil) personas, pudo hacerse realidad con una inversión de tan solo 100.000 dólares USA (instalación completa, incluyendo los generadores de vapor acoplados, exceptuando la cocina propiamente dicha, que ya estaba presente). Esto implica unos 125,- dólares USA / m2 o 5,5 dólares USA por persona.
 Por día se ahorran hasta un total de 400 litros de gasoil (diesel) gracias a la energía solar. En estos momentos, los Brahma Kumaris ya están explotando 6 instalaciones similares (no todas de estas dimensiones) y otra se encuentra en construcción.

El sol, disponible en cualquier lugar, también debe contribuir de forma local a un valor añadido, posibilitando a escala local una mejora del estándar de vida de todos los implicados. La disponibilidad de energía es una de las premisas básicas para el desarrollo. Y también representa una base para la actividad económica.

Economía solar
Un ejemplo de una economía solar emergente en Burkina Faso (África Occidental) es el calentamiento de nueces carité en cajas de cocción solares de fabricación local como uno de los pasos en el proceso de fabricación de manteca de carité.
Hasta el momento, las nueces se calientan en un disco de hierro colocado sobre un fuego de leña, con lo que el calentamiento es muy irregular y, en parte, las cáscaras se carbonizan.
En las cajas de cocción solar (aquí la energía solar se aprovecha sin utilizar un reflector para la concentración de la radiación), el calentamiento es muy suave y regular, por lo que las cáscaras no se carbonizan. De ello resulta un doble beneficio: se ahorra combustible en forma de leña y aumenta la calidad del producto. Con el ahorro energético y los mayores beneficios se financian las cajas de cocción solar.
 

Desarrollos ulteriores
Los reflectores Scheffler de 2 m² han llegado a la fase de madurez para su utilización en Europa (especialmente adecuados para los países del sur de Europa). Se desarrolló un diseño de aluminio, la superficie de espejo está formada por vidrio claro y el seguimiento horario se realiza de forma automática mediante un sistema de mando fotovoltáico.
En la India se desarrolló un reflector Scheffler de 50 m² en colaboración con un ingeniero local, que en estos momentos está en fase de pruebas para suministrar energía para crematorios (en la India, la tradición religiosa prevé la quema de los cuerpos de los difuntos).
Además, los reflectores Scheffler se construyen en variantes de 2,7 m², 10 m² y 12 m² (éste último con una distancia focal mayor, para reducir los problemas de sombra con el edificio de la cocina).
En caso de mayor requerimiento energético y separación espacial de la cocina y los reflectores, es posible producir vapor de agua con los reflectores, que a continuación se conduce hacia la cocina. La mayor instalación de este tipo proporciona energía para cocinar para un máximo de 18.000 personas en un centro de yoga en la India. Aquí, el vapor de agua también sirve de medio de acumulación del calor (es posible conseguir 2 horas de pleno rendimiento si la irradiación solar desaparece). Para sistemas menores se emplean medios de acumulación formados por un bloque de hierro bien aislado, que en el foco es calentado hasta aprox. 400ºC. Para los reflectores de 8 m² o 10m² son adecuados acumuladores de hierro de 300 kg; para los reflectores de 2 m² se utiliza uno de 50 kg. En este caso, la energía también puede acumularse durante la noche (y en el caso de un bloque de hierro de 300 kg, incluso durante varios días).
Recien se hizo el desarollo de facilitar vapor para autoclaves en hospitales. Hospitales grandes pueden usar el mismo sistema a vapor que se usa en las cocinas muy grandes. Para pequeños hospitales rurales un sistema que almacena el calor en un bloque de hierro y da vapor solo quando se usa el autoclave es mas adecuado.

Experiencias
Las cocinas solares son aceptadas por los usuarios siempre y cuando éstas sean prácticas, suministren energía suficiente y las personas no tengan que cambiar demasiado sus costumbres habituales. El reflector Scheffler, con su integración en el edificio u hogar, confiere un confort parecido al de una cocina de gas (altura de cocina agradable, sin producción de humo, ahorro temporal o de recursos financieros debido a la supresión de la adquisición/recolección de combustible). Anteriormente, el único punto débil era el seguimiento horario del reflector mediante un mecanismo de relojería mecánico. Las piezas para tales mecanismos de relojería se pueden adquirir en todo el mundo y no son costosos. Pero cuando el mecanismo se avería, a menudo las cocineras no saben cómo o no quieren reajustar de vez en cuando el reflector a mano. En este caso vuelven a cocinar con el fuego de leña habitual. Una buena solución para estos casos es un servicio de mantenimiento; no obstante, todavía no está presente en todos los lugares debido a las grandes distancias. Muy fiable y casi libre de mantenimiento resulta el seguimiento horario fotovoltáico, pero todavía no está disponible en los países de instalación (excepto en la India).
 
 

Servicio a largo plazo
Desde 1987 se ha construido en el ámbito mundial, primero poco a poco y después con frecuencia cada vez mayor, un total aproximado de 65 pequeñas cocinas solares con 1 a 3 reflectores Scheffler de 8 m2, sobre todo para el suministro energético de escuelas-internado en áreas remotas. La utilización real de las cocinas solares depende de las diversas condiciones locales, así como de las personas e instituciones implicadas. La escala de utilización muestra valores entusiastas en todos los días de sol, que, en caso de integrar acumuladores de calor, también pueden utilizarse por la noche o al amanecer, pasando por situaciones de utilización “de vez en cuando” hasta “en absoluto”. Los mejores resultados se han obtenido en la India; en visitas de control se ha podido comprobar que la mitad de las instalaciones están en servicio.
Esto es válido para las muy dispersas instalaciones de menor tamaño con 1-3 reflectores.

Totalmente diferente se presenta la estadística para las grandes instalaciones de cocinas solares accionadas con vapor de agua, especialmente las de los Brahma Kumaris. Las instalaciones siempre se encuentran en servicio (excepto durante la época de lluvias – los monzones) y están perfectamente mantenidas; todos los problemas técnicos son resueltos por los propios explotadores, en parte después de una consulta previa. Se cocina de tal forma que la energía solar pueda aprovecharse al máximo. Las instalaciones son objetos modélicos para mostrárselas a muchos visitantes de los centros de yoga.
¡Este también es un valor añadido más de las cocinas solares!

Algunos datos técnicos referentes al reflector Scheffler de 8 m²

Direcciones de Internet relacionadas con los reflectores Scheffler
- Cocina colectiva para centro de yoga en la India: www.charity-india.de
- Panadería en Namibia: www.ombili.home.pages
- Panaderia en Argentina y Burkina Faso : www.hc-solar.de
- Acumulador térmico de hierro de 400 kg en la India: www.geocities.com/bvirw/photos/solar-storage.html
- En general: www.ecozen.com, www.teriin.org/renew/tech/solth/about.htm
      www.solare-bruecke.org,
se puede encontrar variouse articulos en los archivos de Solar Cookers International : http://solarcooking.org/

Figura 4:

Wolfgang Scheffler
Solare Brücke
G.v.Werdenbergstr.6
D-89344 Aislingen
Tel/Fax: (0049)-09075/701338
e-mail:

www.Solare-Bruecke.org