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FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
PROYECTO:
“LA ENERGIA” Y USO EN UN
HORNO SOLAR
CURSO:
FÍSICA APLICADA
DOCENTE:
LUIS ALFARO
INTEGRANTES:
Melania M. Torres CH.
Juan Víctor Honori Ch.
CICLO: III
TACNA – PERÚ
2009
Universidad Privada de TacnaHORNO SOLAR
CAPITULO I
LA ENERGÍA
1.1. DEFINICIÓN :
¿Has pensado alguna vez qué es lo que hace que puedas estudiar,
correr o saltar? Es la energía que nos aportan los alimentos y el
oxígeno del aire la que consumimos en todas las actividades que
realizamos, por eso necesitamos respirar y comer, para reponerla.
Llamamos energía a la capacidad que tiene un cuerpo para producir
un trabajo o provocar un cambio. Sin energía no habría Sol, ni
plantas, ni animales, nada, ni sería posible la vida.
Los rayos de luz solar nos transmiten una pequeñísima parte de la
energía que continuamente se está produciendo en el Sol, por las
reacciones nucleares que tienen lugar en su interior.
La energía solar se convierte en electricidad en los paneles o placas
solares, que están formados por finas láminas de materiales
especiales. En algunas casas, los podemos ver en el tejado, dando
servicio para la calefacción o para el agua caliente de la casa.
La energía solar también se utiliza en los hornos solares, que tienen
unos espejos llamados helióstatos, que se pueden orientar de forma
que dirigen la luz del Sol que reflejan hacia una torre central en la
que está el sistema de calentamiento. Como el número de espejos
es muy grande, se alcanzan temperaturas muy altas, que resultan
muy útiles, por ejemplo, en investigación.
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1.2. FORMAS DE ENERGÍA:
La energía se nos puede presentar de muchas formas, y algunas de
las más importantes son:
La energía cinética, que es la que tiene un cuerpo que se halla en
movimiento, por ejemplo, un coche circulando por una carretera.
La energía potencial gravitatoria, que es la que tiene un cuerpo
que está a cierta altura sobre la superficie de la Tierra. Por
ejemplo, una maceta en el balcón de un tercer piso tiene más
energía potencial que la misma maceta en el balcón del primero.
La suma de la energía cinética y la energía potencial se llama
energía mecánica.
La energía eléctrica, gracias a la cual existe la corriente eléctrica y
funcionan muchos de los aparatos que conocemos.
La energía química, que es la que almacenan los alimentos, las
pilas o los combustibles.
La energía calorífica, que es la que se transmiten dos cuerpos
que están a diferentes temperaturas: el caliente al frío.
La energía eólica, que es la energía del viento.
La energía solar, que es la energía de la luz del Sol.
La energía nuclear, que se obtiene en las centrales nucleares, a
partir del uranio y otras sustancias radiactivas.
El sonido, que es una energía de vibración.
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1.3. FUNTES DE ENERGÍA.
Las fuentes de energía son aquellos materiales o fenómenos de la
naturaleza capaces de suministrar energía en una cualquiera de sus
formas. También se les llama recursos energéticos.
Hay de dos tipos, las fuentes renovables y las no renovables:
Fuentes renovables, si al usarlas no se agotan; como la luz del
Sol, el viento, las corrientes de los ríos o las mareas de los mares.
Fuentes no renovables, si se agotan cuando las usamos; como el
petróleo, el carbón o el gas natural.
1.4. TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA.
La energía no se crea ni se destruye, simplemente se transforma:
cambia de forma cuando ocurre algún acontecimiento físico o
químico.
En los seres vivos, al conjunto de procesos físicos y químicos
mediante los cuales se transforma y utiliza la energía de los
alimentos se le llama metabolismo.
Veamos con un ejemplo corriente, un automóvil, cómo tienen lugar
algunas transformaciones energéticas concretas.
La gasolina con que llenamos el depósito del coche, al pasar al
motor, se inflama y libera gran cantidad de vapor que mueve los
pistones y las bielas, haciendo que el coche se mueva (la energía
química se transforma en energía cinética) y liberando calor (energía
calorífica). Podemos conducir el coche por una carretera empinada
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hasta lo alto de un puerto de montaña (la energía cinética se
transforma en energía potencial).
Al meter la llave de contacto y accionarla, la batería proporciona la
energía necesaria para arrancar el motor (la energía química se
transforma en energía cinética).
Al circular el coche, se mueve una pieza que hay junto al motor, que
se llama alternador, que genera una corriente eléctrica, gracias a la
cual funcionan todos los mandos y sistemas eléctricos del coche (la
energía cinética se transforma en energía eléctrica).
La corriente eléctrica que genera el alternador permite que podamos
encender los faros y ver la carretera de noche (la energía eléctrica
se transforma en energía luminosa). La corriente eléctrica también
permite que podamos encender y oír la radio (la energía eléctrica se
transforma en sonido).
Cuando pisamos los frenos de las ruedas, el rozamiento que se
produce entre las cubiertas de las ruedas y el suelo hace que estas
se calienten, lo mismo que las pastillas de los frenos (la energía
cinética se transforma en energía calorífica).
1.5. HORNOS SOLARES.
Los hornos solares son una aplicación importante de los
concentradores de alta temperatura. El mayor, situado en Odeillo, en
la parte francesa de los Pirineos, tiene 9.600 reflectores con una
superficie total de unos 1.900 m2 para producir temperaturas de
hasta 4.000 °C. Estos hornos son ideales para investigaciones, por
ejemplo, en la investigación de materiales, que requieren
temperaturas altas en entornos libres de contaminantes.
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CAPITULO II
HORNO SOLAR
I. Introducción
El horno solar es un aparato que se hace con el fin de ahorrar energía,
puede sustituir a las parrillas o incluso a la estufa y evita el uso de
hidrocarburos que contaminan altamente la tierra provocando efecto
Invernadero y otros contaminantes.
Unos de los problemas mas sobresalientes es el calentamiento global
de la tierra y la contaminación por hidrocarburos formados por
hidrogeno y oxigeno que en combinación con otros elementos nos dan
metano y dióxido de carbono cuyas propiedades son mantener el calor
de un lugar y en este caso el de la tierra originando así un efecto
Invernadero.
Una de las soluciones para evitar el uso de hidrocarburos y otros
contaminantes es el horno solar que funciona a base de la energía solar
y no contamina con la quema de hidrocarburos.
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II. Objetivos:
- Que la sociedad aplique lo más simple, más rentable y más conocida
de la energía solar.
- Conocer los niveles de ínter subjetividad al construir un horno solar
didáctico de acuerdo a un instructivo propuesto.
- Permite hornear los alimentos sin necesidad de usar las energías.
(cocinas eléctricas, gas y kerosene).
2.1. Materiales.
1 y 2 Dos cajas de cartón de diferente tamaño. La
diferencia de tamaño entre las cajas debe ser tal que
colocada una dentro de otra quede una diferencia de
minimo 4 cm entre las paredes. Se recomienda 40 cm
del lado.
3 Lámina de plástico transparente ( Será más
eficiente si se usa vidrio).
4 Lámina o bandeja metálica de color negro mate.
5 Lámina de Cartón.
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6 Bolitas de unicel como aislante ( sirven también
láminas de unicel o de cualquier material que sea
aislante térmico)
Herramientas: Cúter, pegamento para papel o cartón,
cinta adhesiva y papel de aluminio.
2.2. Procedimiento para realizar el horno solar
Paso 1:
Una vez colocada la caja grande bocabajo, colocar la caja pequeña
centrada sobre la cara posterior de la caja grande y marcar la silueta
que hace sobre ella.
Cortar con un cúter el fondo de la caja grande por las líneas
marcadas de manera que la caja pequeña se pueda introducir en la
grande quedando una cámara de aire entre las paredes de los dos
cajas de al menos 4 cm.
Paso 2:
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Forrar con el pegamento y el papel de aluminio todas las
caras interiores y exteriores de la caja pequeña y todas las
caras interiores de la caja grande, incluidas las tapas y los
fondos. El procedimiento consiste en aplicar sobre la superficie
de cartón previamente encolado la lámina de papel de aluminio
y alisar con un paño para evitar que queden arrugas. No
importa sin quedan algunas arrugas.
Paso 3:
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Introducir la caja pequeña en el agujero que hicimos en la
caja grande. Ha de quedar ajustada en la entrada la caja
pequeña en la caja grande.
Paso 4:
Cortar el sobrante de las tapas de la caja pequeña para que
ajusten con las paredes de la caja grande. Pegar estas tapas en
la caja grande.
Paso 5:
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Introducir una bandeja o lámina de color negro mate en el
fondo interior de la caja pequeña. Se puede emplear, por ejemplo,
las bandejas desechables de aluminio fino flexible que venden en
los supermercados pintada de negro.
Esta superficie metálica hará las veces de absorvedor
transformando la radiación solar en energía calorífica
Paso 6:
Colocar la caja del
horno ( la caja grande) boca arriba y rellenar el espacio entre las
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paredes de las dos cajas con las bolitas de unicel. Sirve también
cualquier otro material que sea aislante térmico (planchas de
unicel, lana de roca.etc). Una vez rellenados todos los huecos,
cerrar las tapas con cinta adhesiva.
Este aislante térmico sirve para que no se disperse el calor
que se ha contentrado en el interior del horno.
Paso 7:
Para confeccionar la tapa se utilizar la lámina de cartón
marcando sobre ella los bordes exteriores e interiores de las
paredes del horno.
Se dobla y corta como aparece en el dibujo formando una tapa
que ajuste con el horno y dejando a su vez una tapa abatible.
Forrar la tapa abatible con papel de aluminio por su parte
interna .Pegar el plástico transparente en la cara interior de la
tapa.. Esta tapa abatible no dará acceso al interior del horno, sólo
permitirá una vez retirada que entre la luz atravesando la lámina
de plástico transparente colocada en la parte interna de la tapa.
Con la colocación de la lámina de plástico se consigue el efecto
invernadero en el interior del horno.
2.3. Instrucciones de uso
Para cocinar basta con colocar una olla de color negro mate con la
comida sin cocer en el interior del horno solar y sacar este al aire
libre los días soleados. Deberá de orientarse el horno hacia el
ecuador ( Norte en el emisferio Sur y Sur en el hemisferio Norte )
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para captar más luz a lo largo del día en los casos en los que no se
pueda o quiera vigilar del horno durante la cocción. Si es posible
permanecer cerca del horno durante la cocción es interesante
corregir la posición del horno para orientarlo hacia el sol en su
movimiento aparente por el cielo para conseguir que en todo
momento entre la mayor cantidad de luz posible a su interior. Sin
embargo con una orientación hacia el ecuador se conseguirá de
todas maneras una buena cocción de los alimentos.
Con cualquier tipo de objeto ( pudiéndose confeccionar unas
varillas de alambre), la tapa abatible deberá sostenerse con la
inclinación adecuada para que refleje mayor cantidad de luz solar
al interior de la caja (se sabrá que ocurre esto porque el interior se
ilumina más). De esta manera se hace mas efectiva la captación de
energía solar y se alcanzan mayores temperaturas.
Tarda aproximadamente el doble de tiempo en cocinar que una
estufa convencional pero con gasto cero en combustible. Cuanto
más cantidad de alimentos se cocinen a la vez en el horno, mas
altas temperaturas se alcanzarán. Para lograr el mismo efecto
cocinando una cantidad pequeña de alimentos se pueden colocar
cacerolas con agua en el interior del horno.
Puede alcanzar temperaturas superiores a los 100 grados
centígrados, con lo que se deberá manejar con cuidado las ollas
(los mangos de las ollas estarán extremadamente calientes)
Se puede cocinar cualquier tipo de alimento, con la ventaja de que
nunca se quemarán ni se pegarán a la olla. También es posible
potabilizar el agua siempre que la contaminación no sea de origen
químico.
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2.4. ¿ como funciona un horno solar?
El primer panel forrado de papel aluminio, encontrado
Inclinadamente a un lado de la caja refleja la luz y la rebota hacia el
interior de la caja donde se va concentrando el calor poco a poco
hasta generar una considerable cantidad de calor en donde se van a
poner a calentar los alimentos, los paneles forrados de aluminio en
el interior de la caja también rebotan los rayos solares provocando
un mayor calentamiento, el vidrio hace que el calor se concentre y
no salga y el color negro de toda la caja hace que se atraiga
rápidamente el calor y eleve su temperatura.
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A. Ventajas y desventajas del horno solar.
Ventajas:
El horno solar es una alternativa para disminuir el consumo de
artículos contaminantes como los hidrocarburos que producen
gases como el dióxido de carbono y el metano.
Es de bajo costo, se puede usar casi en cualquier parte del mundo
y utiliza materiales sencillos
Produce una gran cantidad de calor la cual llega a cocer verduras
o arroz y hasta pude hornear pan.
Es muy usado en países pobres como Nepal donde no hay
estufas o panilla.
No contamina pues funciona a base de rayas solares y no emite
desechos de hidrocarburos, dióxido de carbono o metano.
Desventajas.
Tarda de 2 a 3 horas en cocinar los alimentos.
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No tiene la misma capacidad y tecnología que las estufas
actuales.
Para las amas de casa seria un desperdicio de tiempo pues
necesitan rapidez a la hora de hacer la comida.
La temperatura del horno solar depende de la intensidad de los
rayos solares por lo que no se podría usar muy bien en los días de
invierno.
2.5. Efecto invernadero.
La atmósfera de la Tierra está compuesta de muchos gases. Los
más abundantes son el nitrógeno y el oxígeno (este último es el
que necesitamos para respirar). El resto, menos de una centésima
parte, son gases llamados "de invernadero". No los podemos ver ni
oler, pero están allí. Algunos de ellos son el dióxido de carbono, el
metano y el dióxido de nitrógeno.
En pequeñas concentraciones, los gases de invernadero son
vitales para nuestra supervivencia. Cuando la luz solar llega a la
Tierra, un poco de esta energía se refleja en las nubes; el resto
atraviesa la atmósfera y llega al suelo. Gracias a esta energía, por
ejemplo, las plantas pueden crecer y desarrollarse.
Pero no toda la energía del Sol es aprovechada en la Tierra; una
parte es "devuelta" al espacio. Como la Tierra es mucho más fría
que el Sol, no puede devolver la energía en forma de luz y calor.
Por eso la envía de una manera diferente, llamada "infrarroja". Un
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ejemplo de energía infrarroja es el calor que emana de una estufa
eléctrica antes de que las barras comiencen a ponerse rojas.
Los gases de invernadero absorben esta energía infrarroja como
una esponja, calentando tanto la superficie de la Tierra como el
aire que la rodea. Si no existieran los gases de invernadero, el
planeta sería, cerca de 30 grados más frío de lo que es ahora. En
esas condiciones, probablemente la vida nunca hubiera podido
desarrollarse. Esto es lo que sucede, por ejemplo, en Marte.
En el pasado, la Tierra pasó diversos periodos glaciales. Hoy día
quedan pocas zonas cubiertas de hielo. Pero la temperatura
mediana actual es solo 4 ºC superior a la del ultimo periodo glacial,
hace 18000 años.
Marte tiene casi el mismo tamaño de la Tierra, y está a una
distancia del Sol muy similar, pero es tan frío que no existe agua
líquida (sólo hay hielo), ni se ha descubierto vida de ningún tipo.
Esto es porque su atmósfera es mucho más delgada y casi no
tiene gases de invernadero. Por otro lado, Venus tiene una
atmósfera muy espesa, compuesta casi en su totalidad por gases
de invernadero. ¿El resultado? Su superficie es 500ºC más
caliente de lo que sería sin esos gases.
Por lo tanto, es una suerte que nuestro planeta tenga la cantidad
apropiada de gases de invernadero.
El efecto de calentamiento que producen los gases se llama efecto
invernadero: la energía del Sol queda atrapada por los gases, del
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mismo modo en que el calor queda atrapado detrás de los vidrios
de un invernadero.
En el Sol se producen una serie de reacciones nucleares que
tienen como consecuencia la emisión de cantidades enormes de
energía. Una parte muy pequeña de esta energía llega a la Tierra,
y participa en una serie de procesos físicos y químicos esenciales
para la vida.
Prácticamente toda la energía que nos llega del Sol está
constituida por radiación infrarroja, ultravioleta y luz visible.
Mientras que la atmósfera absorbe la radiación infrarroja y
ultravioleta, la luz visible llega a la superficie de la Tierra. Una parte
muy pequeña de esta energía que nos llega en forma de luz visible
es utilizada por las plantas verdes para producir hidratos de
carbono, en un proceso químico conocido con el nombre de
fotosíntesis. En este proceso, las plantas utilizan anhídrido
carbónico y luz para producir hidratos de carbono (nuevos
alimentos) y oxígeno. En consecuencia, las plantas verdes juegan
un papel fundamental para la vida, ya que no sólo son la base de
cualquier cadena alimenticia, al ser generadoras de alimentos sino
que, además, constituyen el único aporte de oxígeno a la
atmósfera.
En la fotosíntesis participa únicamente una cantidad muy pequeña
de la energía que nos llega en forma de luz visible. El resto de esta
energía es absorbida por la superficie de la Tierra que, a su vez,
emite gran parte de ella como radiación infrarroja. Esta radiación
infrarroja es absorbida por algunos de los componentes de la
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atmósfera (los mismos que absorben la radiación infrarroja que
proviene del Sol) que, a su vez, la remiten de nuevo hacia la
Tierra. El resultado de todo esto es que hay una gran cantidad de
energía circulando entre la superficie de la Tierra y la atmósfera, y
esto provoca un calentamiento de la misma. Así, se ha estimado
que, si no existiera este fenómeno, conocido con el nombre de
efecto invernadero, la temperatura de la superficie de la Tierra
sería de unos veinte grados bajo cero. Entre los componentes de
la atmósfera implicados en este fenómeno, los más importantes
son el anhídrido carbónico y el vapor de agua (la humedad), que
actúan como un filtro en una dirección, es decir, dejan pasar
energía, en forma de luz visible, hacia la Tierra, mientras que no
permiten que la Tierra emita energía al espacio exterior en forma
de radiación infrarroja.
A partir de la celebración, hace algo más de un año, de la Cumbre
para la Tierra, empezaron a aparecer, con mayor frecuencia que la
habitual en los medios de comunicación, noticias relacionadas con
el efecto invernadero. El tema principal abordado en estas noticias
es el cambio climático. Desde hace algunas décadas, los
científicos han alertado sobre los desequilibrios medioambientales
que están provocando las actividades humanas, así como de las
consecuencias previsibles de éstos.
En lo que respecta al efecto invernadero, se está produciendo un
incremento espectacular del contenido en anhídrido carbónico en
la atmósfera a causa de la quema indiscriminada de combustibles
fósiles, como el carbón y la gasolina, y de la destrucción de los
bosques tropicales. Así, desde el comienzo de la Revolución
Industrial, el contenido en anhídrido carbónico de la atmósfera se
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ha incrementado aproximadamente en un 20 %. La consecuencia
previsible de esto es el aumento de la temperatura media de la
superficie de la Tierra, con un cambio global del clima que afectará
tanto a las plantas verdes como a los animales. Las previsiones
más catastrofistas aseguran que incluso se producirá una fusión
parcial del hielo que cubre permanentemente los Polos, con lo que
muchas zonas costeras podrían quedar sumergidas bajo las
aguas. Sin embargo, el efecto invernadero es un fenómeno muy
complejo, en el que intervienen un gran número de factores, y
resulta difícil evaluar tanto el previsible aumento en la temperatura
media de la Tierra, como los efectos de éste sobre el clima. Aún
cuando no es posible cuantificar las consecuencias de éste
fenómeno, la actitud más sensata es la prevención. El obtener un
mayor rendimiento de la energía, así como el utilizar energías
renovables, produciría una disminución del consumo de
combustibles fósiles y, por lo tanto, de nuestro aporte de anhídrido
carbónico a la atmósfera. Esta prevención también incluiría la
reforestación, con el fin de aumentar los medios naturales de
eliminación de anhídrido carbónico. En cualquier caso, lo
importante es ser conscientes de cómo, en muchas ocasiones,
nuestras acciones individuales tienen influencia tanto sobre la
atmósfera como sobre la habitabilidad del planeta.
Algunos de los gases que producen el efecto invernadero, tienen
un origen natural en la atmósfera y, gracias a ellos, la temperatura
superficial del planeta a permitido el desarrollo de los seres vivos.
De no existir estos gases, la temperatura media global seria de
unos 20ºC bajo cero, el lugar de los 15ºC sobre cero de que
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actualmente disfrutamos. Pero las actividades humanas realizadas
durante estos últimos siglos de revoluciones industriales, y
especialmente en las ultimas décadas, han disparado la presencia
de estos gases y han añadido otros con efectos invernadero
adicionales, además de causar otros atentados ecológicos.
Es un hecho comprobado que la temperatura superficial de la
Tierra está aumentando a un ritmo cada vez mayor. Si se continúa
así, la temperatura media de superficie terrestre aumentara 0,3ºC
por década. Esta cifra, que parece a simple vista no excesiva,
puede ocasionar, según los expertos grandes cambios climáticos
en todas las regiones terrestres. La década de los años ochenta a
sido la más calurosa desde que empezaron a tomar mediciones
globales de la temperatura y los científicos están de acuerdo en
prever que, para el año 2020, la temperatura haya aumentado en
1,8ºC.
Para comprender el efecto invernadero es necesario describir
brevemente como funciona el balance de energía de nuestro
sistema climático:
Balance De Energía En Nuestro Sistema Climático
De cada 100 unidades del flujo total de radiación solar (o de onda
corta) que llega al tope de la atmósfera, 23 unidades son
absorbidas por ésta: el O3 estratosférico y el vapor de agua
troposférico absorben 19 unidades, y el agua líquida en las nubes
4 unidades. La superficie de los océanos y los continentes
absorben 46 unidades. Las 31 unidades restantes son reflejadas
hacia el espacio exterior: las nubes reflejan 17 unidades, la
superficie del planeta 6 unidades, y los gases que componen la
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atmósfera dispersan hacia el espacio exterior 8 unidades. Estas
últimas 31 unidades no participan en los procesos e interacciones
del sistema climático. La energía absorbida por éste (69 unidades)
es convertida en calor, movimiento de la atmósfera y de los
océanos (energía cinética), y energía potencial.
2.6. Conclusiones.
El horno solar es una alternativa para disminuir el uso de
hidrocarburos que sueltan gran cantidad de contaminantes y dañan
la capa de ozono, es una fuente alternativa de energía al usar la
energía solar para cocinar los alimentos, es de bajo costo, los
materiales son muy sencillos de obtener y es muy eficaz pues con
una buena tecnología aplicada, buena elaboración y condiciones
de uso llega alcanzar grandes cantidades de calor, lo único que
nos hace falta es promoverlo en PERÚ y todo el mundo pues
disminuiría la cantidad de contaminación expulsada al aire y la
disminución de quema de combustibles.
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2.7. bibliografía.
Acosta Rubio, José. Energía solar: utilización y aprovechamiento.
Madrid: Editorial Paraninfo, 1983. Obra de carácter divulgativo.
Centro de Estudios de la Energía Solar. La energía solar:
aplicaciones prácticas. Sevilla: Promotora General de Estudios,
1993. Obra sobre las distintas aplicaciones de la energía solar.
Martínez López, Fernando. La energía solar como alternativa
energética. Cartagena: F. Cantón Editores, 1995. Obra de carácter
divulgativo.
Fisher, Marshall. La capa de ozono. La Tierra en peligro. Madrid:
McGraw-Hill - Interamericana de España, 1993. Obra divulgativa
sobre el deterioro de la capa de ozono.
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