CCAT rocket stove/Piec rakietowy CCAT

Ten Ulepszony Piec Paliwowy , zwany również Piec Rakietowy, jest projektem końcowym w ramach projektu Engr305 na Cal Poly Humboldt . Celem projektu jest zbudowanie demonstracyjnego pieca rakietowego dla Centrum Technologii Odpowiednich na terenie kampusu Cal Poly Humboldt. Piec rakietowy będzie przykładem ulepszonej technologii i rozwoju pieców paliwowych; studenci i zwiedzający centrum dowiedzą się o konstrukcji, działaniu i zapotrzebowaniu na ulepszone piece paliwowe na całym świecie.

Piec rakietowy umożliwi mieszkańcom ośrodka gotowanie z wykorzystaniem tradycyjnej biomasy , zmniejszając ich zależność od paliw ropopochodnych. Należy zauważyć, że piece rakietowe są zaprojektowane dla populacji na całym świecie, które wykorzystują biomasę jako paliwo do gotowania. Korzystanie z pieców rakietowych w krajach rozwiniętych nie jest konieczne. Kraje rozwinięte, stosujące nowoczesne metody gotowania, nie borykają się z problemami zdrowotnymi i środowiskowymi związanymi z tradycyjnymi metodami gotowania. Ulepszony piec został zaprojektowany, zbudowany i przetestowany przez Daniela Moyera i Tylera Jonesa.

Społeczeństwa w coraz większym stopniu polegają na biomasie jako paliwie do gotowania, co utrudnia kolejny krok w kierunku nowoczesnych metod gotowania. Mieszkańcy krajów rozwijających się chcą mieć te same nowoczesne, samoczyszczące, konwekcyjne piece z opadającym strumieniem powietrza, jakie można znaleźć na amerykańskich przedmieściach. Wiele osób twierdzi, że nowoczesne metody gotowania są bardziej odpowiednie. Nowoczesne metody gotowania charakteryzują się efektywnym przetwarzaniem paliwa i wytwarzają mniej cząstek stałych, jednak zależność od ropy naftowej utrudnia ich stosowanie.

Ulepszone piece kuchenne stanowią próbę rozwiązania problemu negatywnego wpływu pożaru na środowisko i społeczeństwo. Ulepszone piece zwiększają efektywność zużycia paliwa i redukują zanieczyszczenia emitowane do pomieszczeń, w których gotuje się posiłki. Ulepszone piece na paliwo stałe posiadają metalową obudowę i materiały izolacyjne otaczające palenisko. Ulepszone piece na paliwo stałe poprawiają wymianę ciepła i spalanie paliwa, co skutkuje wydajnym i czystym piecem na drewno.

1. Dobrze skonstruowany piec rakietowy zapewni cyrkulację powietrza. Mając to na uwadze, ważne jest zapewnienie równomiernego przepływu powietrza. Komin, komora spalania i szczelina między płaszczem a kominem powinny mieć taki sam przekrój.
2. Bez cyrkulacji tlenu ogień będzie się dusił. Podczas budowy komory spalania konieczne jest zapewnienie półki na paliwo. W ten sposób świeże powietrze będzie zasysane pod palące się paliwo.
3. Komin powinien być krótki, sięgający tuż nad garnek. Dzięki temu gorące gazy mogą przepływać szybciej przez system.
4. Ciepło będzie promieniować z komory spalania. Aby zwiększyć wydajność, zaizoluj komorę.

Materiały użyte do budowy korpusu pieca rakietowego pochodzą z beczek z recyklingu metalu. Stara puszka po olejku cytrynowym została przycięta do odpowiednich wymiarów, stając się naszą osłoną. Izolowana komora spalania składa się z ceramicznych cegieł izolacyjnych zakupionych w lokalnym sklepie z artykułami ceramicznymi. Komora jest połączona blachą ze stali nierdzewnej o grubości 18 mm, mocowaną za pomocą okuć 3/8 cala. Okucia użyte do budowy pieca rakietowego obejmują śruby maszynowe, nakrętki, podkładki i blachowkręty; wszystkie wykorzystane przez nas okucia zostały zakupione w lokalnym sklepie z narzędziami.

1

Kwadratową komorę spalania zbudowano z cegieł izolacyjnych. Cegły cięto i kształtowano piłą do metalu. Jako uszczelnienie zastosowano żaroodporną szpachlę.

2

Metalowy wspornik podtrzymuje blaszaną obudowę, która utrzymuje komorę spalania na miejscu. Blachę wycięto nożycami do blachy i przykręcono śrubami na krawędziach.

3

Wiertło i nożyce do blachy służą do wycięcia z lufy kwadratu odpowiadającego wymiarom metalowej obudowy. Obudowa komory spalania pasuje do otworu, wystając z obu stron.

4

Obudowa jest solidnie przymocowana do metalowej belki, która rozciąga się w poprzek lufy. Belka ta jest mocowana z obu stron za pomocą wsporników L.

5

Wermikulit wsypuje się do lufy w celu izolacji komory spalania. Izolacja ta wypełnia przestrzeń między komorą a lufą i sięga aż do górnej krawędzi komory.

6

W górnym otworze komory spalania zamontowaliśmy metalową półkę. Półka jest okrągła i idealnie pasuje do wnętrza lufy. Ma kwadratowe wycięcie odpowiadające górnemu otworowi komory spalania. Umożliwia to przepływ gazów, ale jednocześnie odcina je od dolnej połowy lufy. Półka jest solidnie przymocowana do zewnętrznej strony lufy za pomocą wsporników kątowych i śrub.

7

W górnej połowie beczki zbudowaliśmy fartuch. Otacza on garnek, pozostawiając niewielką szczelinę na dnie i bokach. Fartuch został wykonany z puszki. Za pomocą nożyc do blachy wycięliśmy kwadratowy otwór w dnie, aby umożliwić przepływ gorących gazów. Górną część puszki całkowicie rozcięliśmy piłą tarczową. Fartuch jest przymocowany do półki za pomocą śrub i podkładek.

8

Garnek wkłada się do otworu w górnej części beczki. W tym przypadku wycinamy okrąg nożycami do blachy, a następnie ostrożnie wyginamy metal pod kątem prostym za pomocą szczypiec i młotka. W ten sposób garnek jest dodatkowo uszczelniony, a otwór na niego nie jest ostry ani poszarpany.

9

Wycięliśmy otwór w górnej części beczki i przymocowaliśmy do niego okrągły metalowy komin za pomocą śrub.

10

Aby użyć naszego pieca rakietowego, spal paliwo w komorze spalania i umieść garnek wewnątrz spódnicy.

Testowanie jest niezbędne w przypadku projektów pieców rakietowych. Testowanie powinno odbywać się przez cały okres eksploatacji projektu pieca. Ocena ulepszonych pieców pomaga określić, czy model nadaje się do sprzedaży, czy koszty produkcji są jak najniższe i czy konieczne są ulepszenia. „Dokładne testowanie pieców pozwoliło nam lepiej zrozumieć, jak stworzyć lepszy piec. Bez eksperymentów i testów rozwój pieca opiera się na domysłach”. Sam postęp techniczny w zakresie efektywności energetycznej nie zapewni sukcesu. Programy dotyczące pieców muszą być uzupełnione odpowiednim projektowaniem, wdrażaniem i odpowiednim wsparciem instytucjonalnym. Bez odpowiednich testów, programy dotyczące pieców będą miały nierealistyczne oczekiwania co do efektywności ulepszonych pieców. Programy dotyczące pieców mogą przeceniać efektywność ulepszonych pieców testowanych w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Ulepszone piece nigdy nie sprawdzają się tak dobrze w rzeczywistych gospodarstwach domowych. „Oszczędności paliwa, które można osiągnąć w laboratorium, często mają niewiele wspólnego z oszczędnościami możliwymi w warunkach terenowych” ^{[ 1 ]} . Wiele programów dotyczących pieców w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych osiągnęło 75% redukcję zużycia paliwa. Po przeanalizowaniu wczesnych programów dotyczących pieców, oczekiwania dotyczące efektywności paliwowej ulepszonych pieców znacznie spadły. „Większość osób w społeczności pieców zgadza się obecnie, że 50% zmniejszenie zużycia paliwa należy uznać za duże osiągnięcie, a oszczędności na poziomie 25% lub nawet niższym powinny być satysfakcjonujące”. ^{[ 1 ]} Badania laboratoryjne mogą być cenne przy projektowaniu i wstępnym testowaniu ulepszonych pieców; testy w warunkach terenowych pozwalają zagwarantować, że produkt końcowy zostanie zbudowany i zaprojektowany prawidłowo. Stworzenie projektu pieca, który jest zgodny z lokalną kulturą i do niej dostosowany, ma kluczowe znaczenie dla powodzenia programu pieców.

Testując nasz piec, chcieliśmy dowiedzieć się, ile czasu zajmie zagotowanie wody i ile drewna zostanie zużyte. Sprawdziliśmy również popiół, aby upewnić się, czy drewno uległo całkowitemu spaleniu. Ostatecznie przeprowadziliśmy trzy rodzaje testów.

1. Gotowaliśmy wodę na zimno i na gorąco. Ciepły start oznacza, że ​​rozpoczęliśmy test, gdy drewno już się paliło. Temperatura początkowa wody wynosiła sześćdziesiąt trzy stopnie.
2. Utrzymywaliśmy wrzenie wody przez 30 minut. Nie uruchamialiśmy zegara, dopóki całe drewno, które początkowo doprowadziło wodę do wrzenia, się nie wypaliło. Dzięki temu uzyskaliśmy dokładniejsze wyniki.

1. ^{Ogrzanie czterech litrów wody do temperatury 40°C (108 °} F) zajęło 13 minut i 0,36 funta drewna. Rozpoczęto od zimnego startu (na początku nic się nie paliło). Temperatura początkowa wynosiła 16°C (62 ^° F), a końcowa 77°C (170 ^° F).
2. Rozgrzanie gorącego pieca zajęło 10 minut i wymagało zużycia 0,56 funta drewna, aby ogrzać tę samą objętość wody do temperatury 149 ^° F. Temperatura początkowa wynosiła 63 ^° F, a końcowa 212 ^° F.
3. Rozgrzanie sześciu litrów wody do temperatury 146 ^° F zajęło 11 minut i wymagało zużycia 0,72 funta drewna. Temperatura początkowa wynosiła 64 ^° F, a końcowa 210 ^° F.
4. Aby utrzymać sześć litrów wody w stanie wrzenia przez pół godziny, potrzeba było 18 funtów drewna. Temperatura początkowa wynosiła 212 ^° F, a końcowa 210 ^° F.

Wyniki naszych testów potwierdziły sukces projektu. Pierwszą rzeczą, którą zauważyliśmy, była doskonała cyrkulacja powietrza. Nigdy nie mieliśmy problemu z doprowadzeniem wystarczającej ilości powietrza do paleniska ani z cofaniem się dymu z komory spalania. Dzięki temu rozpalenie ognia było bardzo łatwe. Cieszył nas również fakt, że nie było prawie żadnego popiołu. Drewno paliło się mocno i całkowicie. Chociaż górna część pieca nagrzewała się, gdy ogień płonął szybko, wermikulit doskonale izolował spód. Dolna część pieca nigdy nie była zbyt gorąca, by jej dotknąć, a samo dno nigdy się nie nagrzewało. Po rozpaleniu ognia należy go regularnie doglądać. Oprócz dokładania drewna w trakcie palenia się, ważne jest, aby stale dopychać płonące kawałki do komory spalania. Nasz piec jest bardzo wydajny. Do ugotowania spaghetti w naszym piecu potrzeba około pół kilograma drewna i trwało to tylko kilka minut dłużej niż na zwykłym piecu. Używając dużej ilości drewna i tworząc duży płomień, można szybko zagotować wodę. Przy mniejszej ilości drewna można zagotować tę samą ilość wody, ale trwa to dłużej. Początkowo potrzeba dużo drewna, aby podgrzać wodę, ale utrzymanie jej wrzenia wymaga bardzo mało drewna. Jeden funt drewna wystarczyłby do utrzymania sześciu litrów wody w stanie wrzenia przez około dwie i pół godziny. Gdy piec się pali, garnek i fartuch pokrywają się dużą ilością sadzy. Okresowo konieczne będzie czyszczenie tej sadzy.

Budując piec rakietowy, nauczyliśmy się kilku ważnych rzeczy. Po pierwsze, możliwe byłoby zbudowanie tego typu pieca wyłącznie z materiałów pochodzących z recyklingu. Osprzęt byłby najtrudniejszy do znalezienia. Możliwe byłoby również zbudowanie naszego pieca rakietowego bez użycia elektronarzędzi. Moglibyśmy użyć młotka i gwoździa zamiast wiertarki. Moglibyśmy również użyć piły do ​​metalu zamiast piły tarczowej. Użyliśmy tego narzędzia tylko raz, do wycięcia osłony. Zgodnie z przewidywaniami, górna część pieca nagrzewała się. Gdybyśmy umieścili nasz piec w innej beczce i zaizolowali go, byłby bardziej przyjazny dla użytkownika. Osobiście wolałbym mieć do czynienia z gorącą powierzchnią niż wkładać więcej pracy w piec. W sytuacji, gdy z pieca korzystałyby dzieci, gorący metal mógłby być niebezpieczny. Jedyne, czego brakuje naszemu piecowi, to półka na bardzo długie kawałki drewna, na których można by odłożyć je podczas palenia.

Ludzie na całym świecie będą nadal korzystać z paliwa biomasowego w nieskończoność. Wykorzystanie ulepszonych pieców może pomóc w kontrolowaniu kosztów zewnętrznych, zarówno dla środowiska, jak i dla społeczeństwa. „Wydaje się nieuniknione, że coraz większa ilość paliwa biomasowego będzie kupowana i spalana w zakupionych piecach”. ^{[ 1 ]} Oszczędności paliwa mogą nie być czynnikiem decydującym o adaptacji ulepszonych pieców. Ulepszone piece działają, ponieważ sprawiają, że gotowanie jest szybsze, bezpieczniejsze i czystsze. Ulepszone piece chronią dzieci przed poparzeniami otwartym ogniem, zmniejszają ryzyko chorób układu oddechowego oraz spalają się czysto i bez sadzy.

Logan Ward i Erik Rasmussen

11 września odwiedziliśmy piec rakietowy w CCAT, aby sprawdzić, jak się sprawuje i nieco zaktualizować stronę. Piec jest w przyzwoitym stanie, ale jest kilka miejsc, w których można by go ulepszyć. Piec rakietowy przeszedł kilka drobnych zmian od momentu powstania. Niedawno otrzymał nową warstwę farby. Znacznie wydłużono również komin. Jak widać na poprzednich zdjęciach, oryginalny komin był dość krótki. Nowy komin jest znacznie wyższy i ma nasadkę na górze. Zostawiliśmy również laminowaną tabliczkę informacyjną, którą można powiesić wokół komina, aby ludzie dowiedzieli się, czym jest piec rakietowy i jakie są ogólne informacje o piecach rakietowych.

Spotkaliśmy się z Danem i przetestowaliśmy piec. Wyglądał, jakby nie był używany od kilku lat.

• Pierwszym krokiem było umycie garnka
• Następnie zebraliśmy kawałki drewna opałowego o długości od 30 do 45 cm. Drewno opałowe ważyło łącznie 0,44 funta.
• Potem napełniliśmy garnek wodą i umieściliśmy go w spódnicy
• Następnie zaczęliśmy spalać kawałki drewna w komorze spalania. Dodaliśmy też do podpałki suchą trawę.
• Woda zagotowała się w ciągu 7 minut i 25 sekund.
• Zmierzona temperatura wody wynosiła 150 stopni Fahrenheita.

Zaobserwowaliśmy kilka problematycznych obszarów. Wermikulit użyty do izolacji komory spalania jest stary i nadaje się do wymiany. Ponadto występują niewielkie szczeliny między komorą spalania a metalową obudową beczki, które mogły zmniejszyć koncentrację ciepła wokół garnka i niską temperaturę wrzącej wody. Szczeliny te można łatwo wypełnić jakimś rodzajem żaroodpornego uszczelniacza. Nie było również jasne, czy dodanie dłuższego komina poprawiło przepływ gazów, czy nie. Jak wspomniano wcześniej, komin powinien być krótki, sięgający tuż nad garnek, więc wydłużony komin mógł w rzeczywistości utrudniać przepływ gazów. Ponadto cegły w komorze spalania również mogą wymagać wymiany. Jeśli ten piec był regularnie używany, prawdopodobnie dobrym pomysłem byłoby zajęcie się tymi kwestiami, ponieważ chcesz, aby Twój piec był w doskonałym stanie technicznym.

• 
  Rys. 1: Erik i Dan karmią piec
• 
  Rys. 1a: Widok wnętrza bestii
• 
  Rys. 1b: Odczyt temperatury
• 
  Rys. 1c: Widok z góry bez garnka
• 
  Rys. 1d: Laminowane informacje zawieszone na piecu

Zaktualizowane przez Jacoba Carrolla-Johnsona i Carlosa A. Sancheza

Wyglądało na to, że piecyk rakietowy nie był używany od dłuższego czasu. Powodem nieużywania piecyka rakietowego jest jego prostota obsługi. Trudno go rozpalić, a po zapaleniu trudno utrzymać go w płomieniach. Dna garnków się przypalają. Podczas używania mocno dymi. Pogoda mocno na niego wpłynęła. Byłem rozczarowany, że nie mogliśmy go przetestować i zobaczyć rzeczywistych rezultatów. Planujemy wrócić, aby przeprowadzić testy i porównać go z tym, jak działa od momentu, gdy został zbudowany. Opublikujemy wyniki po przeprowadzeniu testów.

Przechodzimy do analizy analitycznej. Pierwszą rzeczą, którą zauważyliśmy, było to, że komin dymowy i laminowane informacje zniknęły. Rdza poczyniła swoje szkody na piecu. Góra i dół zostały najbardziej uderzone. Na górze są dziury od rdzy przechodzące przez całą górę. Więc góra wkrótce będzie musiała zostać wymieniona. Dół również został uszkodzony. Wygląda na to, że rdza zjadła metal i teraz jest bardzo cienki u dołu. Na razie nie ma dziur, ale może w niedalekiej przyszłości. Wydaje się, że nie ma zbyt dużej ciągłości rakiety. Przechodzimy do komory spalania. Żaroodporny uszczelniacz, który był używany do uszczelniania cegieł ceramicznych, zniknął prawie całkowicie. Dolna cegła również jest w złym stanie. Kiedy poruszyliśmy dolną cegłą, zobaczyliśmy, że poruszył się tylko jeden duży kawałek. Zauważyliśmy również, że tylna część komory spalania miała pęknięcia.

• 
  Rys. 1: Widok ogólny
• 
  Rys. 1d: Rdza
• 
  Rys. 1a: Otwory rdzy na górze
• 
  Rys. 1b: Komora spalania
• 
  Rys. 1c: Pęknięcia tylnej ściany

• Centrum Badawcze Aprovecho
• Piec rakietowy Larry'ego Winiarskiego
• Piecyk rakietowy WaterPod