CCAT rocket stove/it

Questa stufa a combustibile migliorata , o stufa a razzo, è il progetto finale per Engr305 presso la Cal Poly Humboldt . L'obiettivo del progetto è costruire una stufa a razzo dimostrativa per il Campus Center for Appropriate Technology nel campus della Cal Poly Humboldt. La stufa a razzo servirà da esempio di tecnologia e sviluppo di stufe a combustibile migliorate; studenti e pubblico che visiteranno il centro potranno apprendere il design, il funzionamento e la necessità di stufe a combustibile migliorate in tutto il mondo.

La stufa a razzo consentirà inoltre agli abitanti del centro di cucinare con biomassa tradizionale , riducendo la loro dipendenza dalle fonti energetiche derivate dal petrolio. È importante notare che le stufe a razzo sono progettate per le popolazioni di tutto il mondo che dipendono dalla biomassa come combustibile per cucinare. L'uso di stufe a razzo nei paesi sviluppati non è necessario. I paesi sviluppati che utilizzano metodi di cottura moderni non devono affrontare i problemi di salute e ambiente legati ai metodi di cottura tradizionali. La stufa a combustibile migliorata è stata progettata, costruita e testata da Daniel Moyer e Tyler Jones.

Le popolazioni fanno sempre più affidamento sulla biomassa come combustibile per cucinare, ostacolando così il passaggio successivo verso metodi di cottura moderni. Le popolazioni dei paesi in via di sviluppo desiderano le stesse cucine moderne, autopulenti, a convezione e con aspirazione discendente che si trovano nelle periferie americane. Molti sostengono che i metodi di cottura moderni siano più appropriati. I metodi di cottura moderni sono efficienti nella conversione del combustibile e producono meno particolato atmosferico, tuttavia la dipendenza dal petrolio ne ostacola l'adeguatezza.

Le stufe da cucina migliorate rappresentano un tentativo di affrontare gli effetti negativi ambientali e sociali del fuoco a tre rocce. Le stufe migliorate aumentano l'efficienza del consumo di combustibile e riducono l'inquinamento rilasciato negli ambienti di cottura interni. I modelli di stufe a combustibile migliorate sono realizzati con un involucro metallico e materiali isolanti che racchiudono il fuoco. Le stufe a combustibile migliorate migliorano il trasferimento di calore e la combustione del combustibile, dando vita a una stufa a legna efficiente e pulita.

progettazione

Principi di progettazione

1. Una stufa a razzo ben costruita permetterà all'aria di circolare. Per questo motivo, è importante garantire un percorso uniforme per l'aria. Il camino, la camera di combustione e la fessura della gonna dovrebbero avere tutti la stessa sezione trasversale.
2. Se non c'è circolazione di ossigeno, il fuoco si spegnerà. Quando si costruisce la camera di combustione, è necessario prevedere un ripiano per il combustibile. In questo modo, l'aria fresca verrà aspirata sotto il combustibile in fiamme.
3. La canna fumaria dovrebbe essere corta, arrivando appena sopra la pentola. Questo permette ai gas caldi di fluire più rapidamente attraverso il sistema.
4. Il calore si irradia dalla camera di combustione. Per una maggiore efficienza, isolare l'area circostante la camera.

materiali

I materiali utilizzati per la costruzione del corpo principale di una stufa a razzo sono ricavati da barili di metallo riciclati. Una vecchia lattina di olio al limone è stata tagliata alle dimensioni appropriate, diventando la nostra base per la pentola. La camera di combustione isolata è composta da mattoni isolati in ceramica acquistati presso un negozio di ceramiche locale. La camera è tenuta insieme da una piastra metallica in acciaio inossidabile calibro 18 fissata con ferramenta da 3/8 di pollice. La ferramenta utilizzata per costruire la stufa a razzo include viti per metallo, dadi, rondelle e viti per lamiera; tutta la ferramenta utilizzata è stata acquistata presso un negozio di ferramenta locale.

distinta base

fasi di costruzione

1

La camera di combustione quadrata è stata costruita con mattoni isolanti. I mattoni sono stati tagliati e sagomati con un seghetto. Come sigillante è stato utilizzato stucco resistente al calore.

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Una staffa metallica sostiene un involucro di lamiera che tiene in posizione la camera di combustione. Il metallo è stato tagliato con delle cesoie da lattoniere e fissato con viti ai bordi.

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Con un trapano e una cesoia per lamiera si ricava dalla canna un quadrato corrispondente alle dimensioni del rivestimento metallico. Il rivestimento della camera di combustione si inserisce nel foro, sporgendo su entrambi i lati.

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L'involucro è saldamente fissato a una trave metallica che attraversa la canna. Questa trave è fissata su entrambi i lati con staffe a L.

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Per isolare la camera di combustione, viene versata della vermiculite nel barile. Questo isolante riempie lo spazio tra la camera e il barile e arriva fino al bordo superiore della camera.

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All'apertura superiore della camera di combustione abbiamo costruito un ripiano metallico. Questo ripiano è circolare e si adatta perfettamente all'interno della canna. Presenta un taglio quadrato corrispondente all'apertura superiore della camera di combustione. Questo consente il passaggio dei gas, ma li isola dalla metà inferiore della canna. Il ripiano è fissato saldamente all'esterno della canna con staffe a L e viti.

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Nella metà superiore del barile, abbiamo costruito una gonna. Questa gonna circonda la pentola, lasciando un piccolo spazio sul fondo e sui lati. La gonna è stata realizzata con una lattina. Abbiamo usato delle cesoie per latta per praticare un'apertura quadrata sul fondo per incanalare i gas caldi. La parte superiore della lattina è stata tagliata completamente con una sega circolare. La gonna è fissata al ripiano con viti e rondelle.

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Il vaso viene inserito in un'apertura nella parte superiore della canna. Qui abbiamo ritagliato un cerchio con delle cesoie da lattoniere e poi abbiamo piegato con cura il metallo ad angolo retto usando una pinza quadrata e un martello. In questo modo il vaso è perfettamente sigillato e l'apertura non risulta frastagliata o tagliente.

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Abbiamo praticato un foro nella parte superiore della botte e abbiamo fissato un camino circolare in metallo sopra il foro utilizzando delle viti.

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Per utilizzare la nostra stufa a razzo, brucia il combustibile all'interno della camera di combustione e posiziona la pentola all'interno della gonna.

di prova

I test sono essenziali per i progetti di stufe a razzo. I test dovrebbero essere effettuati durante l'intero ciclo di vita di un progetto di stufa. La valutazione delle stufe migliorate aiuta a determinare se il modello è commercializzabile, se i costi di produzione sono il più bassi possibile e se sono necessari miglioramenti. "Test accurati delle stufe hanno portato a una comprensione più accurata di come realizzare una stufa migliore. Senza sperimentazione e test, lo sviluppo di una stufa si basa su congetture". I progressi tecnici nell'efficienza energetica da soli non garantiranno il successo. I programmi per stufe devono essere integrati da un'adeguata progettazione, implementazione e un adeguato supporto istituzionale. Senza test adeguati, i programmi per stufe avranno aspettative irrealistiche sull'efficienza delle stufe migliorate. I programmi per stufe possono sovrastimare l'efficienza delle stufe migliorate quando testate in un ambiente di laboratorio controllato. Le stufe migliorate non hanno mai avuto altrettanto successo nelle famiglie reali. "Il risparmio di carburante che si può ottenere in laboratorio spesso ha poca relazione con i risparmi possibili in condizioni sul campo" ^{[ 1 ]} . Molti programmi per stufe in ambienti di laboratorio controllati hanno ottenuto una riduzione del 75% del consumo di carburante. Dopo aver esaminato i primi programmi di stufe, le aspettative di efficienza energetica per le stufe migliorate sono state notevolmente ridotte. "La maggior parte delle persone nella comunità delle stufe concorda ora sul fatto che una riduzione del 50% del consumo di combustibile dovrebbe essere considerata un risultato importante e che dovrebbe accontentarsi di un risparmio del 25% o anche meno". ^{[ 1 ]} Gli ambienti di laboratorio possono essere preziosi per la progettazione e i test iniziali di stufe migliorate; i test sul campo possono garantire che il prodotto finale sia costruito e progettato correttamente. Produrre un progetto di stufa che aderisca e si conformi alla cultura locale è fondamentale per garantire il successo di un programma di stufe.

Tipi di test

Nel testare la nostra stufa, volevamo scoprire quanto tempo ci sarebbe voluto per far bollire l'acqua e quanta legna veniva utilizzata. Abbiamo anche ispezionato la cenere per verificare se la legna fosse completamente bruciata. Alla fine abbiamo eseguito tre tipi di test.

1. Abbiamo fatto bollire l'acqua con un avvio a freddo e uno a caldo. Con "avvio a caldo" intendiamo dire che abbiamo iniziato il test quando la legna era già accesa. La temperatura iniziale dell'acqua era di 18°C.
2. Abbiamo mantenuto l'ebollizione per 30 minuti. Non abbiamo avviato il cronometro finché tutta la legna che inizialmente aveva portato l'acqua a ebollizione non si è consumata. Questo ci ha dato risultati più accurati.

risultati

1. Ci sono voluti 13 minuti e 0,36 libbre di legna per riscaldare quattro litri d'acqua a 108 ^° F. Questo è stato fatto partendo da un inizio a freddo (inizialmente non bruciava nulla). La temperatura iniziale era di 62 ^° F e quella finale di 170 ^° F.
2. Partendo da un avvio a caldo, ci sono voluti 10 minuti e 0,56 libbre di legna per riscaldare lo stesso volume di acqua a 149 ^° F. La temperatura iniziale era di 63 ^° F e quella finale di 212 ^° F.
3. Partendo a caldo, ci sono voluti 11 minuti e 0,72 libbre di legna per riscaldare sei litri d'acqua a 146 ^° F. La temperatura iniziale era di 64 ^° F e quella finale di 210 ^° F.
4. Per mantenere in ebollizione sei litri d'acqua per mezz'ora ci volevano 18 libbre di legna. La temperatura iniziale era di 212 ^° F e quella finale di 210 ^° F.

Conclusione

I risultati dei nostri test hanno dimostrato il successo del progetto. La prima cosa che abbiamo notato è stata l'eccellente circolazione dell'aria. Non abbiamo mai avuto problemi a immettere aria sufficiente nel fuoco o a far uscire il fumo dalla camera di combustione. Questo rende l'accensione del fuoco molto semplice. Inoltre, siamo stati lieti di vedere che non rimaneva quasi cenere. La legna bruciava a temperature elevate e bruciava completamente. Sebbene la parte superiore della stufa si surriscaldi quando il fuoco brucia velocemente, la vermiculite svolge un ottimo lavoro isolando la parte inferiore. La metà inferiore della stufa non è mai diventata troppo calda al tatto e la base stessa non si è mai scaldata. Una volta acceso il fuoco, è necessario mantenerlo acceso regolarmente. Oltre ad aggiungere nuova legna man mano che il fuoco brucia, è importante spingere costantemente i pezzi ardenti fino in fondo alla camera di combustione. La nostra stufa è molto efficiente. Per cuocere gli spaghetti nella nostra stufa ci vorrebbe circa mezzo chilo di legna e ci vorrebbero solo pochi minuti in più rispetto a una stufa normale. Utilizzando molta legna e creando una fiamma vivace, è possibile far bollire l'acqua rapidamente. Con meno legna, si può far bollire la stessa quantità d'acqua, ma ci vuole più tempo. Inizialmente ci vuole molta legna per riscaldare l'acqua, ma per mantenerla bollente ne basta pochissima. Mezzo chilo di legna basterebbe a far bollire sei litri d'acqua per circa due ore e mezza. Quando la nostra stufa è accesa, la pentola e la gonna si riempiono di fuliggine. Periodicamente, sarà necessario pulirla.

Costruire una stufa a razzo ha insegnato alcune cose importanti. Innanzitutto, sarebbe possibile costruire questo tipo di stufa utilizzando solo materiali riciclati. La ferramenta sarebbe la più difficile da trovare. Sarebbe anche possibile costruire la nostra stufa a razzo senza l'uso di utensili elettrici. Avremmo potuto usare un martello e un chiodo invece di un trapano. Avremmo anche potuto usare un seghetto invece di un seghetto alternativo. Abbiamo usato questo attrezzo solo una volta, per tagliare la gonna. Come previsto, la parte superiore della stufa si è surriscaldata. Se la nostra stufa fosse stata posizionata all'interno di un altro barile e isolata, sarebbe stata più facile da usare. Personalmente, preferirei avere a che fare con la superficie calda piuttosto che impegnarmi ulteriormente nella stufa. In una situazione in cui ci fossero bambini che usano la stufa, il metallo caldo potrebbe essere pericoloso. L'unica cosa che manca alla nostra stufa è un ripiano su cui appoggiare i pezzi di legna più lunghi mentre bruciano.

Le popolazioni di tutto il mondo continueranno a utilizzare combustibili a biomassa per un futuro indefinito. L'uso di stufe migliorate può contribuire a controllare i costi esterni sia per l'ambiente che per la società umana. "Sembra inevitabile che una quantità crescente di combustibile a biomassa verrà acquistata e bruciata in stufe già pronte". ^{[ 1 ]} Il risparmio di combustibile potrebbe non essere il fattore determinante nell'adozione di stufe migliorate. Le stufe migliorate funzionano perché rendono la cottura più rapida, sicura e pulita. Le stufe migliorate proteggono i bambini dai pericoli delle ustioni causate dal fuoco aperto, riducono le malattie respiratorie e bruciano in modo pulito e senza fuliggine.

Aggiornamento di settembre 2011

Logan Ward ed Erik Rasmussen

L'11 settembre abbiamo visitato la stufa a razzo al CCAT per controllare come stava e aggiornare un po' la pagina. La stufa è in discrete condizioni, ma ci sono alcuni aspetti che potrebbero essere migliorati. La stufa a razzo ha subito alcune piccole modifiche dalla sua creazione. Di recente, è stata ridipinta. Inoltre, la canna fumaria è stata notevolmente allungata. Come potete vedere dalle foto precedenti, la canna fumaria originale era piuttosto corta. La nuova canna fumaria è molto più alta e ha un tappo sulla parte superiore. Abbiamo anche lasciato un foglietto informativo plastificato da appendere intorno alla canna fumaria per far sapere a tutti cos'è la stufa a razzo e informazioni sulle stufe a razzo in generale.

test aggiornata

Abbiamo incontrato Dan e abbiamo provato la stufa. Sembrava che non fosse stata usata da diversi anni.

• Il primo passo è stato lavare la pentola
• Poi abbiamo raccolto pezzi di legna da ardere lunghi da 30 a 45 cm. La legna da ardere pesava in totale 200 g.
• Dopodiché abbiamo riempito la pentola con acqua e l'abbiamo messa nella gonna
• Poi abbiamo iniziato a bruciare i pezzi di legna nella camera di combustione. Abbiamo anche aggiunto erba secca alla legna da ardere.
• L'acqua raggiunse rapidamente l'ebollizione in 7 minuti e 25 secondi.
• La temperatura dell'acqua è stata misurata a 150 gradi Fahrenheit.

Abbiamo riscontrato alcuni problemi. La vermiculite utilizzata per isolare la camera di combustione è vecchia e potrebbe essere sostituita. Inoltre, ci sono piccole fessure tra la camera di combustione e la cassa metallica del barile, che potrebbero aver ridotto la concentrazione del calore attorno alla pentola e la bassa temperatura dell'acqua bollente. Queste fessure potrebbero essere facilmente riempite con un sigillante resistente al calore. Inoltre, non era chiaro se l'aggiunta di una canna fumaria più lunga migliorasse o meno il flusso dei gas. Come accennato in precedenza, la canna fumaria dovrebbe essere corta, arrivando appena sopra la pentola, quindi la canna fumaria più lunga potrebbe aver effettivamente ostacolato il flusso dei gas. Inoltre, anche i mattoni nella camera di combustione potrebbero dover essere sostituiti. Se questa stufa venisse utilizzata in modo costante, sarebbe probabilmente una buona idea affrontare questi problemi, poiché si desidera che la stufa sia in perfette condizioni di funzionamento.

Aggiornamento di ottobre 2014

Aggiornato da Jacob Carroll-Johnson e Carlos A. Sanchez

Sembrava che la stufa a razzo non fosse stata usata da un bel po' di tempo. Le ragioni per cui non la uso sono semplici. È difficile da accendere e, una volta accesa, è difficile mantenerla accesa. Il fondo delle pentole si brucia. Inoltre, fa molto fumo quando la si usa. Il tempo ha avuto il suo peso. Ero deluso di non aver potuto provarla e vedere i risultati reali. Stiamo pensando di tornare a fare qualche test e vedere come si confronta con quando è stata costruita per la prima volta. Pubblicheremo i risultati non appena avremo eseguito i test.

Procediamo con l'analisi analitica. La prima cosa che abbiamo notato è che il tubo di scarico del fumo e le informazioni laminate erano spariti. La ruggine ha preso il sopravvento sulla stufa. La parte superiore e inferiore sono state le più colpite. Ci sono alcuni fori causati dalla ruggine che attraversano tutta la parte superiore. Quindi la parte superiore dovrà essere presto sostituita. Anche la parte inferiore è stata colpita. Sembra che la ruggine abbia corroso il metallo, e ora è molto sottile nella parte inferiore. Nessun foro per ora, ma forse nel prossimo futuro. Non sembra esserci molta continuità nel razzo. Passiamo alla camera di combustione. Il sigillante resistente al calore utilizzato per sigillare i mattoni di ceramica è quasi completamente sparito. Anche il mattone inferiore è in cattive condizioni. Quando abbiamo mosso il mattone inferiore, abbiamo visto che solo un grosso pezzo si muoveva. Abbiamo anche notato che la parte posteriore della camera di combustione presentava delle crepe.

Vedi anche

• Centro di ricerca Aprovecho
• La stufa a razzo di Larry Winiarski
• Stufa a razzo WaterPod

Riferimenti