Esta estufa de combustible mejorada , o estufa cohete, es el proyecto final de Engr305 en Cal Poly Humboldt . El objetivo del proyecto es construir una estufa cohete de demostración para el Centro del Campus para Tecnología Apropiada en el campus de Cal Poly Humboldt. La estufa cohete servirá como un ejemplo de tecnología y desarrollo de estufas de combustible mejoradas; los estudiantes y el público que visiten el centro aprenderán sobre el diseño, la función y la necesidad de estufas de combustible mejoradas en todo el mundo.
La estufa cohete también permitirá a los residentes del centro cocinar con biomasa tradicional , reduciendo su dependencia de fuentes de energía basadas en el petróleo. Es importante señalar que las estufas cohete están diseñadas para poblaciones de todo el mundo que dependen de la biomasa como combustible para cocinar. El uso de estufas cohete en países desarrollados no es necesario. Los países desarrollados que utilizan métodos de cocina modernos no enfrentan problemas de salud y ambientales relacionados con los métodos de cocina tradicionales. La estufa de combustible mejorada fue diseñada, construida y probada por Daniel Moyer y Tyler Jones.
Las poblaciones dependen cada vez más de la biomasa como combustible para cocinar, lo que dificulta el siguiente paso hacia métodos de cocina modernos. Las poblaciones de los países en desarrollo quieren las mismas estufas modernas, autolimpiantes, de convección y de tiro descendente que se encuentran en los suburbios estadounidenses. Muchas personas sostienen que los métodos de cocina modernos son más apropiados. Los métodos de cocina modernos son eficientes en la conversión de combustible y producen menos partículas atmosféricas, sin embargo, la dependencia del petróleo dificulta la idoneidad de los métodos de cocina modernos.
Las estufas de leña mejoradas son un intento de abordar los efectos ambientales y sociales negativos del incendio de las tres rocas. Las estufas de leña mejoradas aumentan la eficiencia del consumo de combustible y reducen la contaminación liberada en los ambientes de cocina en interiores. Los diseños de estufas de leña mejoradas se construyen con una carcasa de metal y materiales aislantes que encierran el fuego. Las estufas de leña mejoradas mejoran la transferencia de calor y la combustión del combustible, lo que da como resultado una estufa de leña de combustión limpia y eficiente.
Contenido
Diseño
Principios de diseño
- Una estufa cohete bien construida permitirá que el aire circule. Teniendo esto en cuenta, es importante proporcionar un camino uniforme para el aire. La chimenea, la cámara de combustión y el espacio entre las paredes deben tener la misma área de sección transversal.
- Si no circula oxígeno, el fuego se apagará. Al construir la cámara de combustión es necesario colocar un estante para el combustible. De esta manera, el aire fresco entrará por debajo del combustible en llamas.
- La chimenea debe ser corta y llegar justo por encima de la olla de cocción. Esto permite que los gases calientes fluyan más rápidamente a través del sistema.
- El calor se irradiará desde la cámara de combustión. Para mejorar la eficiencia, aísle la zona alrededor de la cámara.
Materiales
Los materiales utilizados en la construcción del cuerpo principal de una estufa cohete están hechos de barriles de metal reciclados. Una vieja lata de aceite de limón fue recortada a las dimensiones adecuadas, convirtiéndose en la base de nuestra olla. La cámara de combustión aislada está compuesta de ladrillos aislantes de cerámica comprados en una tienda local de artículos de cerámica. La cámara se mantiene unida con un revestimiento de metal de acero inoxidable de calibre dieciocho sujeto con herrajes de 3/8 de pulgada. Los herrajes utilizados para construir la estufa cohete incluyen tornillos para máquina, tuercas, arandelas y tornillos para chapa metálica; todos los herrajes utilizados fueron comprados en una ferretería local.
Lista de materiales
| Artículo | Costo |
|---|---|
| Ladrillos cerámicos aislantes | $29,60 |
| Olla de 8 cuartos de galón | $19,99 |
| Cemento de ladrillo cerámico | $3,95 |
| 2 pies cuadrados de chapa metálica | $19,99 |
| Varios: tuercas, tornillos y elementos de fijación | $20.00 |
| Olla de 8 cuartos de galón | $8,49 |
| Tambor de 16 galones | Gratis |
| Total | $84.02 |
Pasos de construcción
La cámara de combustión cuadrada se construyó con ladrillos aislantes. Los ladrillos se cortaron y se les dio forma con una sierra para metales. Se utilizó masilla resistente al calor como sellador.
Un soporte de metal sostiene una caja de chapa que mantiene en su lugar la cámara de combustión. El metal se cortó con tijeras de hojalatero y se sujetó con tornillos en los bordes.
Con un taladro y unas tijeras de hojalatero se corta un cuadrado del cañón que se corresponde con las dimensiones de la carcasa metálica. La carcasa de la cámara de combustión encaja en el orificio, sobresaliendo por ambos lados.
La carcasa está firmemente sujeta a una viga metálica que se extiende a lo largo del cañón. Esta viga está asegurada a ambos lados con soportes en forma de L.
Para aislar la cámara de combustión se vierte vermiculita en el interior del barril. Este material aislante llena el espacio entre la cámara y el barril y llega hasta el borde superior de la cámara.
En la abertura superior de la cámara de combustión construimos un estante de metal. Este estante es circular y encaja perfectamente dentro del barril. Tiene un corte cuadrado que corresponde a la abertura superior de la cámara de combustión. Esto permite que los gases pasen a través de él, pero los sella desde la mitad inferior del barril. El estante está fijado firmemente al exterior del barril con soportes en forma de L y tornillos.
En la mitad superior del barril, construimos una falda que rodea la olla de cocción, dejando un pequeño espacio en la parte inferior y los lados. La falda se construyó a partir de una lata. Usamos tijeras de hojalatero para cortar una abertura cuadrada en la parte inferior para canalizar los gases calientes. La parte superior de la lata se cortó completamente con una sierra de vaivén. La falda se sujeta al estante con tornillos y arandelas.
El recipiente se introduce en una abertura en la parte superior del barril. Aquí hemos cortado un círculo con tijeras de hojalatero y luego hemos doblado con cuidado el metal hacia abajo en ángulo recto utilizando alicates cuadrados y un mazo. De esta manera, el recipiente queda más sellado y la abertura no es irregular ni afilada.
Cortamos un agujero en la parte superior del barril y fijamos una chimenea circular de metal sobre el agujero usando tornillos.
Para utilizar nuestra estufa cohete, queme el combustible dentro de la cámara de combustión y coloque la olla dentro de la falda.
Pruebas
Las pruebas son esenciales para los proyectos de estufas cohete. Las pruebas deben realizarse durante toda la vida útil de un proyecto de estufa. La evaluación de las estufas mejoradas ayuda a determinar si el modelo es comercializable, si los costos de producción son lo más bajos posible y si se necesitan mejoras. "Las pruebas cuidadosas de las estufas han dado como resultado una comprensión más precisa de cómo hacer una mejor estufa. Sin experimentación y pruebas, el desarrollo de una estufa se basa en conjeturas". Los avances técnicos en eficiencia energética por sí solos no garantizarán el éxito. Los programas de estufas deben complementarse con un diseño de proyecto adecuado, una implementación y un apoyo institucional adecuado. Sin pruebas adecuadas, los programas de estufas tendrán expectativas poco realistas sobre la eficiencia de las estufas mejoradas. Los programas de estufas pueden sobrestimar la eficiencia de las estufas mejoradas cuando se prueban en un entorno de laboratorio controlado. Las estufas mejoradas nunca funcionan tan bien en hogares reales. "Los ahorros de combustible que se pueden lograr en un laboratorio a menudo tienen poca relación con los ahorros posibles en condiciones de campo" [1] . Muchos programas de estufas en entornos de laboratorio controlados lograron una reducción del 75% en el consumo de combustible. Tras examinar los primeros programas de estufas, las expectativas de eficiencia energética de las estufas mejoradas se han reducido sustancialmente. "La mayoría de las personas que trabajan en el sector de las estufas ahora coinciden en que una reducción del 50% en el consumo de combustible debe considerarse un logro importante y que deberían conformarse con un ahorro del 25% o incluso menos". [1] Los entornos de laboratorio pueden ser valiosos para el diseño y las pruebas iniciales de estufas mejoradas; las pruebas en condiciones de campo pueden garantizar que el producto final se construya y diseñe correctamente. Producir un diseño de estufa que se ajuste a la cultura local es vital para garantizar el éxito de un programa de estufas.
Tipos de pruebas
Al probar nuestra estufa, queríamos averiguar cuánto tiempo tardaría en hervir el agua y cuánta madera se estaba utilizando. También inspeccionamos las cenizas para determinar si la madera se había quemado por completo. Finalmente, hicimos tres tipos de pruebas.
- Hervimos agua con un arranque en frío y con un arranque en caliente. El arranque en caliente significa que comenzamos la prueba cuando ya había leña ardiendo. La temperatura inicial del agua era de sesenta y tres grados.
- Mantuvimos el agua hirviendo durante 30 minutos. No pusimos en marcha el cronómetro hasta que se consumió toda la madera que había hecho hervir el agua inicialmente. Esto nos dio resultados más precisos.
Resultados
- Se necesitaron 13 minutos y 0,36 libras de madera para calentar cuatro litros de agua a 108 ° F. Esto se hizo desde un comienzo en frío (nada se quemó inicialmente). La temperatura inicial fue de 62 ° F y la temperatura final fue de 170 ° F.
- Partiendo de un arranque en caliente, se necesitaron 10 minutos y 0,56 libras de madera para calentar el mismo volumen de agua a 149 o F. La temperatura inicial fue de 63 o F y la temperatura final fue de 212 o F.
- Partiendo de un arranque en caliente, se necesitaron 11 minutos y 0,72 libras de madera para calentar seis litros de agua a 146 o F. La temperatura inicial fue de 64 o F y la temperatura final fue de 210 o F.
- Para mantener hirvientes seis litros de agua durante media hora se necesitaron 18 libras de madera. La temperatura inicial fue de 212 o F y la temperatura final de 210 o F.
Conclusión
Los resultados de nuestras pruebas demostraron que el proyecto fue un éxito. Lo primero que notamos fue que la circulación del aire es excelente. Nunca tuvimos problemas para que entrara suficiente aire en el fuego o para que el humo saliera de la cámara de combustión. Esto hace que encender el fuego sea muy fácil. Además, nos alegró ver que apenas quedaban cenizas. La madera ardía bien y se quemaba por completo. Aunque la parte superior de la estufa se calienta cuando el fuego arde rápido, la vermiculita hace un muy buen trabajo aislando la parte inferior. La mitad inferior de la estufa nunca se calentó demasiado al tacto y la base misma nunca se calentó. Una vez que el fuego está encendido, hay que cuidarlo con regularidad. Además de añadir leña nueva a medida que el fuego arde, es importante empujar constantemente los trozos de leña hasta el fondo de la cámara. Nuestra estufa es muy eficiente. Para cocinar espaguetis en nuestra estufa se necesitaría aproximadamente medio kilo de leña y tardaría solo unos minutos más que en una estufa normal. Al utilizar mucha leña y crear una gran llama, es posible hervir agua rápidamente. Con menos leña se puede hervir la misma cantidad de agua, pero se tarda más. Se necesita mucha leña para calentar el agua al principio, pero para mantenerla hirviendo se necesita muy poca. Una libra de leña mantendría hirviendo seis litros de agua durante aproximadamente dos horas y media. Cuando nuestra estufa está encendida, la olla y la falda se llenan de hollín. Periódicamente, será necesario limpiar este hollín.
Al construir una estufa cohete, aprendimos algunas cosas importantes. En primer lugar, sería posible construir este tipo de estufa utilizando únicamente materiales reciclados. Los herrajes serían los más difíciles de encontrar. También sería posible construir nuestra estufa cohete sin el uso de herramientas eléctricas. Podríamos haber utilizado un martillo y una estaca en lugar de un taladro. También podríamos haber utilizado una sierra para metales en lugar de una sierra de vaivén. Solo usamos esta herramienta una vez, para cortar la falda. Como anticipamos, la parte superior de la estufa se calentó. Si nuestra estufa se colocara dentro de otro barril y se aislara, sería más fácil de usar. Personalmente, prefiero lidiar con la superficie caliente que poner más trabajo en la estufa. En una situación en la que hubiera niños usando la estufa, el metal caliente podría ser peligroso. Lo único que le falta a nuestra estufa es un estante para apoyar trozos de madera extra largos mientras se queman.
Las poblaciones de todo el mundo seguirán utilizando combustible de biomasa durante un futuro indefinido. El uso de estufas mejoradas puede ayudar a controlar los costos externos tanto para el medio ambiente como para la sociedad humana. "Parece inevitable que se compre y se queme cada vez más combustible de biomasa en estufas compradas". [1] El ahorro de combustible puede no ser el factor impulsor de la adaptación de las estufas mejoradas. Éstas funcionan porque permiten cocinar de forma más rápida, segura y limpia. Las estufas mejoradas protegen a los niños de los peligros de quemaduras por el fuego abierto, reducen las enfermedades respiratorias y queman de forma limpia y sin hollín.
Actualización de septiembre de 2011
El 11 de septiembre, visitamos la estufa cohete en CCAT para ver cómo estaba y actualizar un poco la página. La estufa está en buenas condiciones, pero hay algunas áreas en las que se podría mejorar. La estufa cohete ha pasado por algunos cambios muy menores desde su creación. Recientemente, recibió una nueva capa de pintura. Además, la chimenea se ha alargado considerablemente. Como puede ver en las imágenes anteriores, la chimenea original era bastante corta. La nueva chimenea es mucho más alta y tiene una tapa en la parte superior. También dejamos una pieza informativa laminada para colgar alrededor de la chimenea y que la gente sepa qué es la estufa cohete e información sobre las estufas cohete en general.
Pruebas actualizadas
Nos reunimos con Dan y probamos la estufa. Parecía como si no se hubiera usado en varios años.
- El primer paso fue lavar la olla.
- Luego, juntamos trozos de leña de entre 30 y 45 centímetros de largo. La leña pesaba un total de 200 gramos.
- Después de eso, llenamos la olla con agua y la colocamos en la falda.
- A continuación, empezamos a quemar los trozos de madera en la cámara de combustión. También añadimos hierba muerta a la leña.
- El agua comenzó a hervir rápidamente en 7 minutos y 25 segundos.
- La temperatura del agua se midió en 150 grados Fahrenheit.
Observamos algunas áreas problemáticas. La vermiculita utilizada para aislar la cámara de combustión es vieja y podría reemplazarse. Además, hay pequeños espacios entre la cámara de combustión y la carcasa metálica del barril, lo que puede haber disminuido la concentración del calor alrededor de la olla y la baja temperatura del agua hirviendo. Estos espacios podrían rellenarse fácilmente con algún tipo de sellador resistente al calor. Además, no estaba claro si la adición de la chimenea más larga mejoró el flujo de gases o no. Como se señaló anteriormente, la chimenea debe ser corta, llegando justo por encima de la olla de cocción, por lo que la chimenea alargada podría haber obstaculizado el flujo de gases. Además, es posible que también sea necesario reemplazar los ladrillos de la cámara de combustión. Si esta estufa se usaba de manera constante, probablemente sería una buena idea abordar estos problemas, ya que querría que su estufa estuviera en óptimas condiciones de funcionamiento.
Fig 1: Erik y Dan alimentando la estufa
Fig. 1a: Vista del interior de la bestia
Fig 1b: Lectura de temperatura
Fig. 1c: Vista desde arriba sin la olla
Fig 1d: Información laminada colgando de la estufa
Actualización de octubre de 2014
Actualizado por Jacob Carroll-Johnson y Carlos A. Sanchez
Parecía que la estufa cohete no se había usado en bastante tiempo. Las razones para no usar la estufa cohete son su facilidad de uso. Es difícil de encender y una vez que está encendida es difícil que permanezca encendida. Las bases de las ollas se queman. También se vuelve muy humeante cuando se usa. El clima le ha pasado factura. Me decepcionó que no pudiéramos probarla y ver los resultados reales. Estamos planeando volver para hacer algunas pruebas y ver cómo se compara con cuando se construyó por primera vez. Publicaremos los resultados una vez que hagamos algunas pruebas.
Procedemos con el análisis analítico. Lo primero que notamos fue que la flauta de humo y la información laminada habían desaparecido. El óxido ha hecho mella en la estufa. La parte superior e inferior han sido las más afectadas. Hay algunos agujeros del óxido que atraviesan toda la parte superior. Por lo tanto, pronto habrá que reemplazar la parte superior. La parte inferior también se ha visto afectada. Parece que el óxido se ha comido el metal y ahora es muy fino en la parte inferior. Todavía no hay agujeros, pero tal vez en un futuro cercano. No parece haber mucha continuidad del cohete. Pasando a la cámara de combustión. El sellador resistente al calor que se utilizó para sellar los ladrillos de cerámica ha desaparecido casi por completo. El ladrillo inferior también está en mal estado. Cuando movimos el ladrillo inferior, vimos que solo se movió un gran trozo. También notamos que la parte trasera de la cámara de combustión tenía grietas.
Fig. 1: Vista general
Fig. 1d: Óxido
Fig. 1a: Agujeros de óxido en la parte superior
Fig 1b: Cámara de combustión
Fig. 1c: Grietas en la pared posterior
Véase también
Referencias
- ↑Saltar a:1.0 1.1 1.2 Barnes, Douglas F. "Qué hace que la gente cocine con estufas de biomasa mejoradas". Worldbank.org. Banco Mundial. Web. 3 de octubre de 2011. < http://www-wds.worldbank.org/external/default/WDSContentServer/WDSP/IB/1999/08/15/000009265_3970311122727/Rendered/INDEX/multi_page.txt >.