Lò nướng bowling năng lượng mặt trời
Chúng tôi đang tham gia Engr205 Giới thiệu về Thiết kế và đang làm việc cho Locally Delicious để thiết kế một lò nướng năng lượng mặt trời mà trẻ em từ 8-12 tuổi có thể chế tạo và sử dụng độc lập. Thiết kế này diễn ra tại Cal Poly Humboldt ở Hoa Kỳ. Chúng tôi được khuyến khích "nghĩ ra khỏi hộp năng lượng mặt trời" và tạo ra thứ gì đó nguyên bản hơn hộp giày bọc giấy nhôm. Chúng tôi muốn bọn trẻ suy nghĩ về thực phẩm chúng ăn và cách chúng có thể kiểm soát chế độ ăn của mình. Sau khi nghiên cứu về lò nướng năng lượng mặt trời, vật liệu năng lượng mặt trời, khả năng của trẻ em từ 8-12 tuổi và khả năng truyền nhiệt, chúng tôi đã đưa ra một số thiết kế thay thế. Lò nướng bowling năng lượng mặt trời được chọn làm thiết kế cuối cùng của chúng tôi vì nó đáp ứng tốt nhất các tiêu chí của chúng tôi. Lò nướng bowling năng lượng mặt trời bao gồm hai chiếc bát được đặt lồng vào nhau với chiếc bát bên trong được sơn màu đen ở bên ngoài. Mỗi bát được đậy kín bằng nắp đậy hoặc màng bọc thực phẩm. Thiết kế này cũng bao gồm một tấm phản xạ được làm từ hộp các tông và lá nhôm và uốn thành hình parabol. Chúng tôi đã thử nghiệm Lò nướng bowling năng lượng mặt trời với trẻ em tại Trường tiểu học Arcata và kết quả là nó cực kỳ thành công. Khi chúng tôi nấu ăn cùng bọn trẻ lúc 4 giờ chiều và thời tiết u ám, ít nắng và nhiệt độ vào khoảng giữa 50, lò nướng đã đạt tới 150 độ F sau nửa giờ. Vì thực phẩm được thiết kế để sử dụng cho lò này là thực phẩm không cần phải nấu chín để đảm bảo an toàn nên chúng tôi tin rằng nhiệt độ tối thiểu này là phù hợp. Chúng tôi tin tưởng rằng khi thời tiết tốt hơn, lò nướng sẽ đạt nhiệt độ cao hơn. Lò nướng bowling sử dụng năng lượng mặt trời kết hợp tất cả các tiêu chí mà khách hàng của chúng tôi, Locally Delicious yêu cầu, vì vậy hy vọng nó sẽ được đưa vào cuốn sách mới của họ có tên là Lunchbox Envy .
Nội dung
Lý lịch
Locally Delicious là một tổ chức được thành lập tại Humboldt, CA, Hoa Kỳ, bởi 5 phụ nữ tự gọi mình là "cà chua gia truyền". Mục tiêu của họ là khuyến khích mọi người ăn thực phẩm địa phương và đưa ra những lựa chọn lành mạnh. Họ từ lâu đã là những người ủng hộ lối sống bền vững và đã xuất bản cuốn sách được đánh giá cao mang tên Locally Delicious . Họ hiện đang thực hiện cuốn sách thứ hai có tên là Lunchbox Envy , trong đó mục tiêu là trao quyền cho trẻ em tự lựa chọn thực phẩm lành mạnh và dạy chúng ý thức trao quyền cho bản thân. Cuốn sách này bao gồm các công thức và dự án đơn giản, ngon, tốt cho sức khỏe và dễ chế biến. Chúng tôi hy vọng thiết kế của chúng tôi sẽ là một phần của cuốn sách này.
Tuyên bố vấn đề và tiêu chí
Để thiết kế một lò nướng năng lượng mặt trời mà trẻ em từ 8-12 tuổi có thể tự chế tạo và vận hành. Thực phẩm được thiết kế để nấu trong lò này là đồ ăn nhẹ như bánh pizza tròn.
Những tiêu chí này là tiêu chuẩn chúng tôi sử dụng để đánh giá các giải pháp.
Bảng 1 : Tiêu chí, ràng buộc và trọng lượng của dự án
| Tiêu chuẩn | Hạn chế | Cân nặng |
|---|---|---|
| Trị giá | Chi phí sao chép tại nhà của tài liệu không vượt quá 20 USD. | số 8 |
| Hiệu quả/Hiệu quả | Lò nướng có thể nấu thức ăn trong khoảng thời gian 2-3 giờ. | 9 |
| Dễ xây dựng/sử dụng | Nguyên liệu phải dễ kiếm và dễ sử dụng. | số 8 |
| Tính thẩm mỹ | Hình thức của người mẫu phải tương đối vừa mắt. | 3 |
| Sự an toàn | Cấu trúc và cách sử dụng lò không được gây nguy hiểm cho sức khỏe hoặc thương tích nghiêm trọng cho trẻ em. | 10 |
| Độ bền | Lò nướng phải chứa các vật liệu bền để tạo ra ít chất thải. | 7 |
| Thiết kế sáng tạo | Lò nướng phải là một thiết kế ban đầu. | 7 |
| Tính linh hoạt | Mô hình phải có khả năng hoạt động ở các vùng khí hậu khác nhau. | số 8 |
Mô tả dự án cuối cùng
Lò nướng bowling năng lượng mặt trời bao gồm hai chiếc bát kín, một cái ở trong cái kia và một tấm phản xạ parabol. Bát bên ngoài bằng thủy tinh và bát bên trong bằng kim loại và được sơn màu đen ở bên ngoài. Mỗi bát được đóng kín riêng bằng nắp đậy hoặc màng bọc thực phẩm. Gương phản xạ parabol được làm từ bìa cứng và lá nhôm. Lò nướng bowling năng lượng mặt trời được thể hiện trong Hình 1.
Mô tả các thành phần
Bát ngoài Lớp ngoài cùng của Lò nướng bowling năng lượng mặt trời bao gồm một bát thủy tinh hoặc Pyrex khá lớn, đường kính khoảng 15 inch, như trong Hình 2. Bát có tay cầm sẽ dễ thao tác hơn nhưng không cần thiết. Điều này có thể mua ở hầu hết các cửa hàng tạp hóa. Thủy tinh cho phép ánh sáng xuyên qua, nhưng vì nó không phải là chất dẫn nhiệt tốt nên nhiệt bị giữ lại bên trong bát sẽ làm chín thức ăn.
Hình 2: Hình ảnh cho thấy bát thủy tinh bên ngoài có chức năng giữ nhiệtBát trong Bộ phận tiếp theo của Lò nướng bowling năng lượng mặt trời là bát trong, bằng kim loại, như trong Hình 3. Đây là nồi nấu và là vật sẽ nóng lên. Chiếc bát này cần vừa với bên trong bát thủy tinh và có khoảng cách từ 1/4" đến 3/4" giữa các chiếc bát. Bát thủy tinh bên ngoài cho phép bức xạ từ mặt trời vào bên trong và làm nóng vùng trời giữa hai bát.
Hình 3: Hình ảnh minh họa lòng nồi bên trong nơi đặt thức ănLớp phủ màu đen trên tô bên trong Bát bên trong được phủ một lớp phủ màu đen, như trong Hình 4. Nếu tô bên trong có nắp trong thì nắp này cũng phải được phủ một lớp phủ màu đen. Lớp phủ màu đen hấp thụ nhiệt bên trong chiếc bát đó. Sơn bếp hoặc đồ nướng màu đen hoạt động tốt nhất như lớp phủ màu đen vì nó không độc hại khi tiếp xúc với nhiệt độ cao. Lớp phủ màu đen thu thập bức xạ đi qua kính và giúp tăng nhiệt độ môi trường trong không gian giữa các bát.
Hình 4: Hình ảnh hiển thị lớp phủ màu đen ở lòng bátLớp phủ Thiết kế này hoạt động bằng cách giữ bức xạ thu được từ mặt trời bên trong bát. Điều này được thực hiện bằng cách che bát trong và bát ngoài, như trong Hình 5a và 5b. Lớp phủ tăng cường nhiệt và cho phép thức ăn được nấu chín. Mỗi chiếc bát trong và bát ngoài đều cần được đậy lại để bát trong cùng với nắp của nó nằm hoàn toàn trong bát thủy tinh lớn hơn. Lớp phủ lý tưởng sẽ là một cái nắp cho mỗi cái bát, tuy nhiên, nếu không có sẵn, bạn có thể dùng màng bọc saran bọc riêng từng bát.
Hình 5a: Hình ảnh cho thấy nắp tô bên trong và bên ngoài và nắp tô bên trong được phủ một lớp sơn đen
Hình 5b: Hình ảnh cho thấy bát bên trong và bên ngoài được bọc bằng màng bọc saranTấm phản xạ Một tấm phản xạ được sử dụng để tập trung ánh sáng mặt trời để nấu ăn nhanh hơn và tốt hơn. Tấm phản xạ là một hộp các tông được dựng lên và uốn cong theo hình parabol và được bọc trong lá nhôm, như trong Hình 6. Hộp các tông có thể tích 18"x18"x18", nhưng kích thước hộp chỉ bằng nửa hình vuông. foot có kích thước này ở mỗi chiều cũng sẽ hoạt động. Tấm phản xạ phản chiếu nhiều bức xạ mặt trời hơn về phía Lò nướng bowling mặt trời vì hình dạng cong hướng bức xạ từ các hướng khác nhau.
Hình 6: Hình ảnh tấm phản xạ parabolTrị giá
Giờ thiết kế
Chi phí thiết kế cho biết số giờ mà nhóm chúng tôi đã bỏ ra cho dự án thiết kế này. Tổng cộng 165 giờ đã được dành cho dự án thiết kế này và phần lớn thời gian thiết kế được dành cho việc thử nghiệm và triển khai giải pháp. Hình 7 hiển thị biểu đồ hình tròn về số giờ dành cho mỗi phần thiết kế.
Hình 7: Biểu đồ hình tròn về số giờ thiết kế dành cho từng phần thiết kế. (Tổng cộng=165 giờ)Chi phí thực hiện
Bảng 2 cho thấy các vật liệu và chi phí để tạo ra Lò nướng bowling sử dụng năng lượng mặt trời. Chi phí bán lẻ để mua mọi thứ cần thiết để tạo ra Lò nướng bowling sử dụng năng lượng mặt trời là 29,94 USD và số tiền chúng tôi chi ra là 20,97 USD. Tuy nhiên, vì nhiều vật liệu cần thiết cho thiết kế này có thể được tìm thấy xung quanh nhà nên chi phí dự kiến chỉ là 5,99 USD, tức là chi phí cho lớp sơn nướng màu đen.
Bảng 2 : Bảng chi phí
| Vật liệu | Số lượng | Chi phí bán lẻ ($) | Chi phí của chúng tôi ($) | Chi phí dự kiến ($) |
|---|---|---|---|---|
| Bát thủy tinh | 1 | 7,99 | 7,99 | được tìm thấy ở nhà |
| Cái lọ nhỏ | 1 | 6,99 | 6,99 | được tìm thấy ở nhà |
| Sơn bếp/bếp nướng màu đen | 1 bình xịt | 5,99 | 5,99 | 5,99 |
| Saran Bọc | 1 cuộn | 1,99 | được tìm thấy ở nhà | được tìm thấy ở nhà |
| Giấy nhôm | 1 cuộn | 2,99 | 2,99 | được tìm thấy ở nhà |
| băng keo | 1 cuộn | 3,99 | được tìm thấy ở nhà | được tìm thấy ở nhà |
| Thùng các - tông | 1 | được tìm thấy ở nhà | được tìm thấy ở nhà | được tìm thấy ở nhà |
| Tổng chi phí: | $29,94 | $20,97 | 5,99 USD | |
Chi phí bảo trì
Lò nướng bowling sử dụng năng lượng mặt trời rất bền và tạo ra ít chất thải. Các vật liệu có thể tái sử dụng nên chi phí bảo trì thấp. Một thông số kỹ thuật cho thiết kế này là nó phải chịu được ít nhất 3 lần sử dụng và tất cả các vật liệu sẽ tồn tại lâu hơn mức này. Cuộn giấy bọc saran và cuộn giấy nhôm là những vật liệu duy nhất cần được thay thế, tuy nhiên, mỗi cuộn một cuộn sẽ dùng được hơn 20 lần thử.
Kết quả kiểm tra
Sau khi thử nghiệm lò nướng với trẻ em tại Trường tiểu học Arcata, chúng tôi kết luận rằng Lò nướng bowling sử dụng năng lượng mặt trời là một thiết kế hiệu quả để nấu thức ăn cho trẻ từ 8-12 tuổi. Bọn trẻ đã vui vẻ nấu ăn bằng năng lượng mặt trời và có thể tạo ra tấm phản xạ và Lò nướng bowling bằng năng lượng mặt trời với sự trợ giúp tối thiểu. Sau khi thử nghiệm hiệu suất của Lò nướng bowling năng lượng mặt trời ở Arcata, CA với nhiệt độ bên ngoài là 57°F, lò đạt tới 150°F sau nửa giờ. Bạn có thể xem thêm kết quả thử nghiệm trong Bảng 3. Vì thực phẩm được thiết kế để sử dụng cho lò này là thực phẩm không cần phải nấu chín để đảm bảo an toàn nên nhiệt độ này là phù hợp. Ở những khu vực khác có nhiệt độ bên ngoài và ánh nắng cao hơn, có thể kết luận lò sẽ đạt nhiệt độ cao hơn. Dựa trên kết quả thử nghiệm với Trường tiểu học Arcata, chúng tôi có thể kết luận rằng thiết kế Lò nướng bowling năng lượng mặt trời có thể dễ dàng được tạo ra và vận hành độc lập bởi trẻ em từ 8-12 tuổi.
Bảng 3 : Bảng kết quả
| Nhiệt độ bên ngoài | Điều kiện thời tiết | Thời gian | Nhiệt độ lò |
|---|---|---|---|
| 50 độ F | Không nhìn thấy mặt trời | 20 phút | 90 độ F |
| 57 độ F | Trời nhiều mây, nắng nhẹ | 18 phút | 140 độ F |
| 57 độ F | Trời nhiều mây, nắng nhẹ | 30 phút | 150 độ F |
Làm thế nào để xây dựng
Để xem hướng dẫn thực hiện hãy truy cập: Hướng dẫn sử dụng Solarbowlingoven
Video hướng dẫn
Thảo luận và các bước tiếp theo
Chất liệu cho thiết kế này có thể được tìm thấy ở nhiều hộ gia đình và bản thân thiết kế này rất đơn giản nên trẻ em có thể sáng tạo ra nó. Ưu điểm của thiết kế này là tạo ra ít rác thải, nguyên liệu có thể tái sử dụng nhiều lần và chi phí tạo ra lò rất phải chăng. Ngoài ra, dựa trên kết quả thử nghiệm với Trường tiểu học Arcata, chúng tôi có thể kết luận rằng thiết kế Lò nướng bowling năng lượng mặt trời có thể dễ dàng được tạo ra và vận hành độc lập bởi trẻ em từ 8-12 tuổi. Chúng tôi tin rằng thiết kế phản xạ parabol cũng có thể được trẻ em từ 11-15 tuổi sử dụng trong lớp học toán. Vì các parabol tuân theo phương trình y=mx^2 nên một gương phản xạ hình parabol hoàn hảo có thể được tính toán và thực hiện. Những phép tính này có xu hướng quá cao đối với hầu hết trẻ em từ 8-12 tuổi, tuy nhiên, chúng nằm trong khả năng của trẻ từ 11-15 tuổi.
Các dự án liên quan
Người giới thiệu
http://www.locally-delicious.org/