ODS 7

1. RELLOTGE SOLAR EQUATORIAL CILÍNDRIC

Per aquesta activitat hem construït un rellotge equatorial cilíndric, el qual té una superfície inclinada. La inclinació en la qual s'ha de situar és la latitud en què es troba en aquell moment, en el nostre cas de 40°, ja que ens situem a Lleida. Aquest té la seva mètrica horària inclosa en el pla de l'equador. S'ha de tenir en compte que les línies que marquen cada hora han de ser paral·leles i cada 15° i a la meitat del rellotge estaran les 12 del migdia. Els punts cardinals també s'han d'incloure, i en fer la pràctica ens hem de situar d'acord en aquests, d'aquesta manera el rellotge ens indicarà l'hora solar.

El material que hem utilitzat per a la construcció del rellotge ha estat el següent:

• Cartó per fer la base i crear el tub
• Porexpan per sostenir l'escuradents
• Escuradents llarg que marcarà les hores amb la seva ombra
• Estisores
• Pistola de cola calenta
• Regle
• Porta angles

FIGURA 1: Font pròpia. (2024). Rellotge solar equatorial cilíndric. [Imatge].

2. CUINA/ DESTIL·LADOR SOLAR

2.1. Dibuix esquemàtic acotat

FIGURA 2: Font pròpia. (2024). Dibuix esquemàtic del forn solar, sense reflectant. [Imatge].

FIGURA 3: Font pròpia. (2024). Dibuix esquemàtic del forn solar amb reflectant. [Imatge].

2.2 Fotografia en funcionament

2.2.1. Sense reflectant

FIGURA 4: Font pròpia. (2024). Forn solar sense reflectant. [Imatge]

2.2.2 Amb reflectant

FIGURA 5: Font pròpia. (2024). Forn solar amb reflectant. [Imatge].

2.3 Dades meteorològiques exteriors durant l'experiment

FIGURA 6: Font pròpia. (2024). Cel poc nuvolat durant l'obtenció de les dades. [Imatge].

FIGURA 7: Font pròpia. (2024). Cel ennuvolat durant l'obtenció de les dades. [Imatge].

FIGURA 8: Windy.com. (2024). Temperatura a l'inici de l'obtenció de les dades. [Imatge]

FIGURA 9: Windy.com. (2024). Índex UV durant l'obtenció de les dades a Lleida vora les 12:00 hores. [Imatge].

FIGURA 10: Windy.com. (2024). Energia solar durant l'obtenció de les dades a Lleida vora les 12:00 hores. [Imatge].

FIGURA 11: Windy.com. (2024). Ràfegues de vent durant l'obtenció de les dades a Lleida vora les 12 hores. [Imatge]

2.4 Dades recollides

Sense concentració solar i amb concentració solar (reflectant)

FIGURA 12: Font pròpia. (2024). Gràfic de l'evolució de temperatures sense reflectant, comparant amb la temperatura ambient. [Imatge].

En aquest gràfic es compara la temperatura de l'ambient (blau) amb la temperatura del forn sense reflectant (vermell). Mentre la temperatura ambiental es manté estable a prop de 20 °C, la temperatura del forn sense reflectant augmenta ràpidament al principi, arribant al màxim (51,7 °C) 20 minuts després.

Tanmateix, comença a refredar-se 25 minuts després, coincidint amb l'aparició de núvols. Aquesta disminució de radiació solar contribueix al refredament més ràpid de l'objecte en la fase final de l'experiment, afectant així la retenció de calor. Per tant, disminueix fins a 40,9 °C al final dels 40 minuts.

Això indica que el forn sense reflectant absorbeix ràpidament calor fins a un punt màxim i després es refreda més de pressa. Això mostra que sense un material reflectant, l'objecte no reté la calor amb la mateixa eficàcia i, per tant, s'escalfa i es refreda més ràpidament.

FIGURA 13: Font pròpia. (2024). Gràfic de l'evolució de temperatures amb reflectant, comparant amb la temperatura ambient. [Imatge].

En aquest gràfic es compara la temperatura de l'ambient (blau) amb la temperatura del forn amb reflectant (vermell). La temperatura ambient es manté bastant estable al voltant de 22 °C durant tot el període de 40 minuts. En canvi, la temperatura del forn amb reflectant incrementa de forma progressiva, passant dels 32 °C inicials a 52,5 °C al cap de 40 minuts.

Això indica que el material reflectant és molt eficient per absorbir i retenir calor, creant un augment gradual de temperatura que es manté al llarg del temps.

FIGURA 14: Font pròpia. (2024). Gràfic de l'evolució de temperatures amb reflectant i sense. [Imatge].

En aquest gràfic es compara la temperatura del forn sense reflectant (marcat en blau) amb la del forn amb reflectant (marcat en vermell) al llarg del temps, fins a arribar a 40 minuts. Inicialment, el forn sense reflectant comença amb una temperatura més baixa, però puja ràpidament, arribant a un pic d'uns 51,7 °C al cap de 20 minuts.

Després, la temperatura comença a baixar gradualment fins a 40,9 °C al cap de 40 minuts, és a dir, arriba a la temperatura màxima més ràpidament, però també es refreda més de pressa . El forn amb reflectant, en canvi, augmenta més constantment en temperatura i acaba sent més calent 40 minuts després (52,5 °C). Això suggereix que el material reflectant acumula i manté la calor més temps, fent-lo ideal per a situacions en què es vulgui conservar calor a llarg termini.

FIGURA 15: Font pròpia. (2024). Gràfic de la temperatura i la radiació solar. Lleida - La Femosa. [Imatge].

Aquest gràfic mostra la variació de la temperatura i la radiació solar al llarg del temps a Lleida, La Femosa. En el gràfic l'eix horitzontal representa el temps (en hores), l'eix vertical esquerre indica la temperatura (en °C) i l'eix vertical dret indica la radiació solar (en W/m²).

Les dues corbes mostren les següents tendències, en el cas de la temperatura (blau), aquesta comença baixa al principi del dia, augmenta a mesura que avança el dia, assolint el seu màxim al migdia, per després baixar al final del dia. D'altra banda, la radiació solar (vermell) comença baixa i augmenta una mica abans que la temperatura arribar per després disminuir de nou. La corba de la radiació solar és més pronunciada a la part central del dia, quan el Sol està més alt i la intensitat de la radiació solar és més alta. La disminució de la radiació a la tarda coincideix amb la baixada de la temperatura a mesura que el Sol es pon.

3. OBSERVACIONS I REPTES ENFRONTATS

Durant el projecte hem afrontat algunes dificultats, i la principal ha estat la manca de dies solejats. El temps en les darreres setmanes no ha acompanyat, fet que ha complicat la realització del treball. Fins i tot el dia de la prova va estar parcialment ennuvolat. Els forns solars requereixen llum solar directa per funcionar de manera òptima, per la qual cosa ens ha resultat complicat obtenir les dades que esperàvem. A més a més, la temperatura no era excessivament alta i, per tant, per això també va presentar dificultats per escalfar-se.

En la creació del rellotge, el repte ha estat que les línies que marquen cada hora fossin paral·leles i que tinguessin la distància correcta entre elles. Aquest càlcul va ser el que més temps vam invertir per tal que fossin màxims imprecisos possibles. A més a més, en ser un rellotge cilíndric la curvatura va complicar la projecció de les línies horàries, això va requerir càlculs matemàtics precisos per poder determinar la forma i la posició correcta de cada línia horària segons la curvatura del cilindre i la latitud aquest cas de la ciutat de Lleida.

Pel que fa als gràfics, ha sigut una tasca, que amb l'ajuda de la introducció d'aquesta a l'aula per part del Manel, hem treballat sense dificultats. No sols això, però ens ha ajudat a poder comparar la temperatura del forn entorn de la de l'exterior i realment entendre el procés d'aquesta activitat.

4. CONCLUSIONS

Aquesta activitat ha consistit en la creació d'un forn solar a partir d'una estructura feta amb capses de cartó, paper d'alumini, metacrilat, pintura negra i porexpan. Tots aquests materials afavoreixen que es concentri l'energia solar dins el forn i, per tant, que pugui arribar a altes temperatures.

Tot i no haver pogut dur a terme l'activitat en dies majoritàriament assolellats, considerem que el forn solar ha funcionat amb èxit. Hem pogut observar la diferència de temperatura entre l'interior i l'exterior del forn, i a més, ens ha permès explorar una forma sostenible d'aprofitar la llum solar per generar energia.

Voldríem mencionar que els materials que hem utilitzat la majoria d'ells són reutilitzats de coses que teníem a casa cada membre del grup. Així doncs, el cost de la producció d'aquest forn ha sigut molt econòmic.

El procés d'aquest instrument no ha sigut molt difícil, vam començar fent un esquema d'aquest forn en un paper per definir el disseny i els materials necessaris. Després, vam seleccionar els materials, optant per una capsa de sabates com a estructura principal, pintada amb pintura de color negre, ja que aquest color absorbeix millor la calor. També vam col·locar una làmina de metacrilat transparent com a tapa per permetre l'entrada de llum solar i a més a més per evitar la pèrdua de calor. Per dins la capsa de sabates vam col·locar porexpan per millorar el seu aïllament tèrmic pel fet que aquest material té una gran capacitat per retenir la calor.

Un cop vam calcular la temperatura del forn sense reflectant llavors vam afegir paper d'alumini tant dins com fora la capsa. Per dins vam recobrir-la tota per maximitzar l'eficiència del forn solar, ja que el paper d'alumini té la capacitat de redirigir la llum solar cap a l'interior del forn. Aquest reflectant no sols ajuda al que hem esmentat anteriorment sinó que també ajuda a repartir de manera més uniforme la calor dins del forn, evitant punts freds.

Els resultats dels dos experiments han estat diferents a causa de les variacions en les condicions experimentals de cada situació. Hem pogut observar com només aplicant paper d'alumini dins la caixa la temperatura dins del forn augmentava de manera més ràpida i es mantenia més alta durant més temps. La temperatura màxima que vam recollir dins del forn sense reflectant va ser 40,9° mentre que la temperatura màxima dins el forn amb reflectant va ser 55,3°. Així doncs, amb les dades podem concloure que el reflector ens ha permès redirigir la llum solar cap a l'interior de la caixa, aconseguint així una temperatura més alta.

Construir un forn solar és una forma d'aprenentatge actiu, on els estudiants poden veure de manera tangible com funciona l'energia solar. Creiem que aquesta pràctica està estretament lligats amb l'ODS 7. Aquest ODS va relacionat amb les energies renovables així doncs creiem que el forn solar és una eina educativa essencial per ensenyar de manera fàcil i pràctica sobre l'ús d'energies renovables.

5. REFERÈNCIES

Naciones Unidas (2022). Objetivos y metas de desarrollo sostenible. Desarrollo Sostenible. https://www.un.org/sustainabledevelopment 

‌Windy, S. (2024). Professional weather forecast. Windy.com. https://www.windy.com 

REFLEXIÓ

M'ha agradat molt fer aquesta activitat perquè ha estat una oportunitat pràctica i creativa per aprendre sobre conceptes com l'energia solar i la seva aplicació en el dia a dia. Construir un rellotge solar equatorial i un forn solar m'ha permès entendre millor com aprofitar els recursos naturals i el funcionament de les energies renovables. A més, el procés d'indagació i experimentació ha fet que l'aprenentatge sigui dinàmic i connectat amb l'actualitat científica.

Penso que aquesta activitat seria molt interessant per fer amb estudiants perquè combina coneixement teòric amb una aplicació pràctica, fomentant competències com el pensament crític, la resolució de problemes i el treball en equip. A més, ajuda a conscienciar sobre la importància de l'energia sostenible i com podem integrar solucions innovadores al nostre entorn. És una activitat que, a més de ser educativa, és motivadora i divertida.