Kevin và Nick bên bếp năng lượng mặt trời Papasan
Chuyên ngành Khoa học Môi trường cấp cao Nick Hurn và Kevin Burks đang chế tạo một chiếc bếp gương parabol nhỏ để chứng minh việc sử dụng rộng rãi năng lượng luân phiên ở Hạt Humboldt. Nó là một phần của lớp ENGR305 Mùa xuân 2013 tại Cal Poly Humboldt và sẽ được trưng bày cố định tại Trung tâm Cộng đồng Jefferson ở Arcata, California. Bếp parabol được thiết kế để khai thác năng lượng mặt trời và truyền trực tiếp vào quá trình nấu nguyên liệu thô. Nó sẽ phục vụ như một bếp năng lượng mặt trời phục vụ bữa trưa và các hoạt động cho học sinh và nhân viên cũng như là một ví dụ về cách sử dụng năng lượng thay thế một cách sáng tạo để cộng đồng thưởng thức.
Nội dung
Giới thiệu
Bếp Parabol hoạt động như thế nào
Trung tâm cộng đồng JeffersonKhi lần đầu tiên thực hiện dự án này, chúng tôi đã có ba cơ hội thiết kế khác nhau để xem xét và ít nhất phải nói rằng chúng tôi đã rất choáng ngợp. Nhưng may mắn thay, chúng tôi đã nhận được sự giúp đỡ từ Bart Orlando , một chuyên gia địa phương về bếp năng lượng mặt trời. Thiết kế đầu tiên mà chúng tôi xem xét là sử dụng đĩa radar tái chế làm khung, thiết kế thứ hai là bếp parabol di động có khung có thể thu gọn và thiết kế thứ ba là sử dụng ghế papasan tái chế làm khung. Chúng tôi đang xem xét việc sử dụng một chiếc ghế hoặc đĩa radar tái chế vì vốn có hình dạng parabol.
Khi chúng tôi đã quyết định rằng thiết kế khả thi nhất của mình sẽ là Ghế Papasan, tiếp theo chúng tôi phải quyết định loại bề mặt phản chiếu nào để bọc ghế. Chúng tôi phải lựa chọn giữa lớp phủ Mylar, vòi thép không gỉ hoặc vòi nhôm đánh bóng. Tiêu chí dự án của chúng tôi tập trung vào độ bền và hiệu quả, vì vậy chúng tôi quyết định sử dụng các tấm nhôm đánh bóng vì chúng có độ phản chiếu cao nhưng đủ bền để hàn gắn và không bị rách hoặc rách.
Sau khi tấm nhôm đánh bóng.025" của chúng tôi xuất hiện, chúng tôi phải quyết định thiết kế vòi của mình, các mảnh hình tam giác sẽ bao phủ bên ngoài ghế để phản chiếu ánh sáng mặt trời đến tiêu điểm. Chúng tôi quyết định làm vòi dày 8" một đầu và một đầu cắt ngắn 2" ở phía bên kia, nơi chúng ta có thể khoan xuyên qua và căn chỉnh tất cả các mặt bằng bu lông.
Sau khi hoàn thành khía cạnh ghế phản chiếu của dự án, chúng tôi bắt đầu thiết kế giá ba chân/giá nướng. Chúng tôi đã nghĩ đến việc gắn hệ thống giá đỡ trực tiếp lên ghế, nhưng việc điều chỉnh liên tục để có góc chiếu nắng thích hợp đã ngăn cản chúng tôi. Thay vào đó, chúng tôi sử dụng một hệ thống ba chân được làm từ ba thanh tre dày 1 inch được giữ cùng với các ống xe đạp tái chế được siết chặt ở phía trên. Từ đỉnh của giá ba chân, chúng tôi treo một đoạn dây xích dài 2 ft và treo ba đoạn dây xích dài 2 ft khác. ra khỏi chuỗi đó. Ba đoạn dây xích đó mà chúng tôi kết nối với giá nướng để tạo thành một bề mặt nấu phẳng, linh hoạt để đặt nhiều loại chảo lên. Với một số điều chỉnh và thử nghiệm, chúng tôi đã có thể hiệu chỉnh bếp năng lượng mặt trời của mình để đốt giấy, đun sôi nước và giáo dục cộng đồng về tầm quan trọng của thực hành nấu ăn bền vững.
Báo cáo vấn đề
Mục tiêu của dự án này là tạo ra một chiếc bếp gương parabol, một ví dụ thành công về cách thu và sử dụng năng lượng mặt trời một cách bền vững. Chúng tôi dự định thực hiện điều này theo hai bước bằng cách trước tiên thử nghiệm cách chế tạo bếp hiệu quả và hiệu quả nhất, sau đó thực hiện các kỹ thuật xây dựng thân thiện với môi trường nhất để tạo ra bếp.
Tiêu chí đánh giá dự án
Các tiêu chí sau đây sẽ được sử dụng để đánh giá sự thành công của dự án này. Sau khi thảo luận với khách hàng, chúng tôi xác định các tiêu chí sau đây rất quan trọng cho sự thành công của dự án. Thang điểm từ 1-10 biểu thị tầm quan trọng của từng tiêu chí được liệt kê.
| Tiêu chuẩn | Hạn chế | Trọng lượng (1-10) |
|---|---|---|
| Chức năng | Bếp phải đạt nhiệt độ tối ưu (TBD) trong khoảng thời gian nhất định (khoảng 2 giờ) | 10 |
| Dễ sử dụng và an toàn | Thiết kế phải đơn giản và thân thiện với trẻ em | số 8 |
| Giá trị giáo dục | Bếp phải chứng minh hiệu quả sức mạnh của hệ thống sưởi bằng năng lượng mặt trời thay thế | 6 |
| Vị trí và lưu trữ | Bếp phải vừa với khu vực bảo quản được chỉ định (khoảng 4 ft. vuông) và vừa với cửa đôi được chỉ định | 6 |
| Kích cỡ | Phải đủ lớn để nấu thức ăn một cách hiệu quả trong khoảng thời gian tương đối ngắn mà vẫn duy trì khả năng di chuyển | 7 |
| Tính cơ động | Bếp phải di chuyển được từ 1-2 người (tức là có bánh xe, tay cầm, trọng lượng nhẹ) | 6 |
| Độ bền | Phải hoạt động trong nhiều năm xung quanh trẻ em và chịu được tia UV | số 8 |
| Ngân sách | Phải nằm trong khả năng ngân sách của chúng tôi | số 8 |
| truyền cảm hứng | Nắm bắt thành công trí tưởng tượng của trẻ và truyền cảm hứng cho chúng tìm kiếm nền giáo dục nâng cao về công nghệ phù hợp | số 8 |
Phê bình văn học
Hình dạng
Parabol và Paraboloid luôn là điều thú vị để tìm hiểu. Chúng có hình dạng độc đáo mang lại cho chúng những đặc tính khá thú vị. Chúng có khả năng tập trung sóng vô tuyến, ánh sáng và thậm chí cả sóng âm thanh vào một tiêu điểm bằng cách sử dụng sự phản xạ. Hình dạng độc đáo của đường cong mang lại cho paraboloid đặc điểm độc đáo này. Để tìm tiêu điểm của parabol, người ta phải sử dụng phương trình y = p * x^2, trong đó p là hằng số, y là độ sâu của paraboloid và x là chu vi tối đa của paraboloid. Với phương trình này, chúng ta có thể tìm được tiêu điểm cách tâm paraboloid khoảng 4,5 inch.
Lịch sử
Bếp năng lượng mặt trời parabol là thiết bị được thiết kế để thu nhiệt trực tiếp từ mặt trời bằng cách sử dụng bề mặt phản chiếu hình parabol. Chúng hoạt động bằng cách phản chiếu tia nắng mặt trời vào một tiêu điểm trung tâm, tạo ra nhiệt độ vượt quá 500 F dùng để đun nóng, nấu và thanh trùng thực phẩm hoặc nước. Bếp năng lượng mặt trời Parabol có niên đại từ nhiều thế kỷ trước các nền văn minh trên toàn thế giới. Từ người Hy Lạp, người Aztec, người Trung Quốc cổ đại và người La Mã, họ đều có một phiên bản. Và vì mặt trời là nguồn nhiên liệu duy nhất cần thiết để tạo ra nhiệt để sử dụng nên chúng rất thiết thực để tạo ra và vận hành và bảo trì không tốn kém, khiến chúng trở thành một công cụ giáo dục hoàn hảo để nấu ăn bền vững.
Sự thi công
Đo và vạch các mặt trên tấm nhôm
Cắt bỏ tất cả các mặt bằng cách sử dụng Beverly Shear. Quá trình này tốn nhiều thời gian vì lưỡi cắt chỉ cắt được vài inch trên mỗi lát.
Khoan lỗ gắn ở các góc trên cùng của tất cả các mặt. Chúng phải có đường kính khoảng 1/4 inch để cho phép dây buộc có thể dễ dàng trượt qua. Khoan một lỗ nửa inch ở đầu nhỏ của mặt để cho phép bu lông neo.
Đặt các mặt trên ghế và lắp bu lông neo
Từ từ xòe các mặt ra, cẩn thận không làm xước nhôm. Lưu ý: nhựa bảo vệ màu hồng được giữ nguyên cho đến khi tất cả các mặt được đặt chắc chắn.
Chèn dây buộc ở mỗi góc và gắn vào viền tre bên ngoài của khung ghế Papasan
Loại bỏ nhựa và kiểm tra xem có vết bẩn nào không
Lắp ráp chân máy. Bó 3 cọc tre lại và đặt săm xe đạp quanh một đầu. Tiếp tục gấp đôi các ống lại cho đến khi chặt lại. Điều này sẽ cho phép các cực mở rộng thành giá ba chân và dễ dàng rút xuống thành dạng bó.
Treo dây xích từ đầu giá ba chân và gắn lưới kim loại màu trắng bằng móc treo mini. Lưới này sẽ chứa nhiều bề mặt nấu ăn khác nhau.
Nấu, đun sôi và đốt cháy!
Cac hương dân bảo tri
Chúng tôi chế tạo bếp năng lượng mặt trời với mục tiêu bảo trì, phương châm của chúng tôi là xây dựng đơn giản có nghĩa là bảo trì đơn giản. Có rất ít bộ phận chuyển động trong dự án này khiến việc bảo trì trở nên dễ dàng. Mối quan tâm chính của việc bảo trì là bảo quản và làm sạch thích hợp. Trước mỗi lần sử dụng, vòi nhôm đánh bóng phải được đánh bóng. Và nếu không được bảo quản đúng cách, bếp có thể hỏng sau vài năm. Bộ phận chính của bếp là dây buộc, dây xích và thanh tre. Tất cả đều rất rẻ và dễ thay thế. Chúng tôi cũng có thêm một vòi nhôm đề phòng trường hợp một trong các vòi ban đầu bị hư hỏng và cũng có thêm dây buộc zip để quyên góp.
Dòng thời gian đề xuất
Đây là những ngày dự kiến hoàn thành từng mục tiêu.
| Dự án | Đã bắt đầu | Hoàn thành |
|---|---|---|
| Hoàn thiện thiết kế | 18 tháng 2 | 26 tháng 2 |
| Có được tất cả các vật liệu cần thiết | 18 tháng 2 | 05 tháng 3 |
| Sự thi công | 05 tháng 3 | 23 tháng 3 |
| Kiểm tra | 23 tháng 3 | 30 tháng 3 |
| Biểu tình | 02 tháng 4 | 02 tháng 4 |
| Theo sát | 02 tháng 4 | 14 tháng 5 |
Trị giá
Đây là ngân sách có thể sắp xếp được đề xuất cho Bếp parabol của Trung tâm Cộng đồng Jefferson
| Số lượng | Vật liệu | Nguồn | Chi phí ($) | Tổng cộng ($) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Ghế Papasan | Bạn cùng phòng | Đã quyên góp | 0,00 |
| 4 | Chiều dài 2' của xích thép không gỉ | Phần cứng Ace | 2,51$/ft | 21,74 |
| 1 | Nồi trình diễn nấu ăn có nắp | Cửa hàng tiết kiệm | 5 giờ 00 | 5 giờ 00 |
| 2 | Ống trong xe đạp | Lốp xe đạp cũ trong gara | Thành lập | 0,00 |
| ~10 | Các đầu nối/dây buộc khác nhau | Phần cứng Ace | 21h25 | 21h25 |
| 1 | Lưới kim loại màu trắng | Cửa hàng tiết kiệm | 0,67 | 0,67 |
| 3 | Cọc Tre 1" x 8' | Cung cấp vườn sông Mad | 2,69 | 8,68 |
| 1 | Tấm nhôm phản quang - 5' x 8' | Cung cấp kim loại AluMet (đặt hàng trực tuyến) | 111.04 | 111.04 |
| Tổng chi phí | $168,38 | |||
Phần kết luận
Kết quả kiểm tra
Ngay sau khi chế tạo bếp, một số thử nghiệm đã được thực hiện để xác định tính hiệu quả của parabol.
Thử nghiệm ban đầu
Thử nghiệm đầu tiên chỉ đơn giản là đặt một bó giấy nhỏ vào nơi mà chúng tôi cho là tiêu điểm để xem liệu nó có bốc cháy hay không. Nó bốc khói và cháy thành than trong khoảng 30 giây nhưng không bao giờ bốc cháy. Tiếp theo, chúng tôi cho 1 lít nước vào một cái chậu được treo lơ lửng dưới chân tre. Sau khoảng 20 phút, có thể nhìn thấy một số bong bóng nhưng không thấy sôi.
Tinh chỉnh
Để hướng đĩa về phía mặt trời tốt hơn, chúng tôi đã sử dụng kỹ thuật "bóng bút chì". Điều này đòi hỏi phải vặn bút chì vào đai ốc cố định ở giữa nồi. Với cây bút chì dán vuông góc với đĩa, chúng tôi đặt một mảnh giấy có lỗ ở giữa xung quanh đai ốc để dễ dàng nhìn thấy bóng của bút chì. Điều này cho phép chúng tôi điều chỉnh bếp cho đến khi không nhìn thấy bóng, nghĩa là bếp hướng thẳng vào mặt trời.
Kiểm tra cuối cùng
Sau khi các tấm đã được làm sạch hoàn toàn và đĩa hướng thẳng vào mặt trời, chúng tôi chạy lại hai thử nghiệm tương tự. Một bó giấy màu nâu có kích thước bằng lon soda được đặt ở giữa bếp và trong vòng 20 giây, nó bốc cháy. Điều này có nghĩa là nhiệt độ tại tiêu điểm ít nhất là 451 độ F. Thứ hai, chúng tôi đặt 1 pint nước vào cùng một nồi và nhận thấy rằng phải mất 10-15 phút để đun sôi.
Thử nghiệm trong tương lai
Thử nghiệm sâu hơn sẽ bao gồm súng đo nhiệt độ hồng ngoại để đo chính xác nhiệt độ tiêu điểm. Các phương tiện nấu khác nhau, chẳng hạn như chảo, chảo và lò nướng kiểu Hà Lan, cũng sẽ được thử để xác định loại nào nấu thức ăn/nước hiệu quả nhất.
Cuộc thảo luận
Sau thử nghiệm cuối cùng, chúng tôi có thể giả định một cách an toàn rằng bếp có khả năng tạo ra nhiệt độ vượt quá 450 độ F. Tâm điểm của bếp có kích thước xấp xỉ bằng một quả bóng mềm, do đó nấu bằng chảo hoặc nồi cỡ nhỏ đến vừa là hiệu quả nhất . Phần quan trọng nhất của bề mặt nấu là phần đáy có màu đen. Các bề mặt phản chiếu, nhẹ hơn không hấp thụ nhiều nhiệt, do đó thức ăn sẽ không được nấu chín hiệu quả. Dự án này rất thú vị khi thực hiện và chúng tôi mong muốn truyền cảm hứng và giáo dục những người khác.
Bài học kinh nghiệm
- LUÔN LUÔN để ý những tia sáng lạc lối, chúng có thể và sẽ bắt lửa, đĩa càng lõm thì càng ít lo ngại.
- LUÔN đeo kính bảo vệ mắt khỏi tia UV khi làm việc với ánh nắng mặt trời và các vật liệu phản chiếu.
- Cố gắng tìm loại nồi có đáy màu đen, giúp tăng nhiệt độ nấu chảo lên đáng kể. Nếu không, sơn Black Tempera bôi lên đáy chảo sẽ giúp ích rất nhiều
- LUÔN cất giữ với vật gì đó che hoặc lộn ngược, ánh nắng lạc có thể tìm thấy chúng
- Cần phải điều chỉnh liên tục khi mặt trời di chuyển trên bầu trời
- Gió có thể làm xích lắc và làm mất nhiệt bề mặt nấu
- Đảm bảo có sự giám sát của cha mẹ nếu có sự hiện diện của trẻ em
- Điều kiện hoàn hảo rất khó tìm
- Hoạt động tốt nhất khi có ánh nắng trực tiếp trên đầu (mặt trời đầy đủ)
Bước tiếp theo
Được phát triển chủ yếu như một công cụ truyền cảm hứng, bếp parabol sẽ được sử dụng trong các cuộc trình diễn và sự kiện giáo dục.
Trung tâm thương mại Arcata
Để tiếp cận lượng khán giả rộng nhất có thể, chúng tôi dự định trưng bày bếp trong một số sự kiện Chợ Nông sản của Arcata trên quảng trường Arcata. Những phần trình diễn này sẽ cho thấy bếp hoạt động như thế nào khi nấu thức ăn và đun sôi nước. Các tờ rơi hoặc bảng thông tin sẽ được chuẩn bị để nâng cao kiến thức của công chúng về nấu ăn bằng năng lượng mặt trời. Ngoài ra, các biển cảnh báo sẽ được chuẩn bị để đảm bảo người xem được bảo vệ khỏi những phản xạ sáng có thể thoát khỏi hình parabol.
Trung tâm cộng đồng Jefferson
Sau nhiều cuộc biểu tình ở quảng trường, Trung tâm Cộng đồng Jefferson ở Eureka, California đã đồng ý đặt vĩnh viễn chiếc bếp hình parabol. Họ dự định sử dụng bếp này trong các buổi trình diễn và cho các sự kiện cộng đồng được tổ chức tại trung tâm. Bếp sẽ chủ yếu phục vụ như một công cụ truyền cảm hứng cho thanh thiếu niên của trung tâm, khơi dậy sự quan tâm đến năng lượng bền vững và tái tạo trong các nhà khoa học môi trường trong tương lai.
Thiết kế cải tiến
Trong quá trình xây dựng, chúng tôi đã lưu ý một số lĩnh vực cần cải thiện trong các dự án trong tương lai. Thay vì sử dụng ghế papasan bằng tre làm khung, các mặt nhôm có thể được kết nối bằng dây hoặc dây thừng nhỏ. Dây này sẽ dệt qua các lỗ được khoan ở các góc trên cùng của mỗi mặt và khi được kéo chặt sẽ buộc phần giữa của các mặt cong ra ngoài, tạo ra một đĩa parabol độc lập. Mô hình này có nhiều ý nghĩa vì nó có thể di động, nhẹ và nhỏ hơn, khiến nó trở nên hoàn hảo khi đi du lịch.
Đội
- Kevin Burks - Chuyên ngành Khoa học Môi trường năm thứ tư với sự nhấn mạnh vào Năng lượng và Khí hậu và chuyên ngành Khoa học không gian địa lý tại Cal Poly Humboldt
- Nick Hurn - Chuyên ngành khoa học môi trường năm thứ tư với trọng tâm là năng lượng và khí hậu tại [[Cal Poly Humboldt
Xem thêm
- Dự án với Bart
- Bộ tập trung parabol phức hợp
- Bộ phản xạ parabol phức hợp cho bếp năng lượng mặt trời
- Bếp năng lượng mặt trời parabol
