Charcoal Cooler/it
Un refrigeratore a carbone utilizza il principio del raffreddamento evaporativo per mantenere una temperatura interna fresca per la refrigerazione e la conservazione degli alimenti. Il dispositivo è costruito da un telaio in legno aperto con lati riempiti di carbone, che viene mantenuto costantemente umido. Quando l'aria calda e secca scorre attraverso il carbone umido, l'acqua evapora nell'aria e si raffredda. I principi di base del trasferimento di calore e massa sono alla base della funzione del refrigeratore a carbone. È stato sviluppato un modello analitico semplificato in Engineering Equation Solver (EES) per determinare la funzionalità del refrigeratore a carbone per una varietà di condizioni esterne e variabili di progettazione. Si è scoperto che le dimensioni del refrigeratore hanno un impatto minimo sulla temperatura interna mantenuta, tuttavia le condizioni ambientali influenzano significativamente la funzionalità del dispositivo. È stato costruito un prototipo di refrigeratore per sviluppare istruzioni di costruzione dettagliate. Il lavoro futuro su questo progetto includerà il test del prototipo per la convalida del modello. Il modello EES, il file CAD e i documenti PDF stampabili sono disponibili in Documenti aggiuntivi .
Contenuto
Bisogno di sviluppo
Il raffreddamento evaporativo può essere utilizzato per soddisfare due principali esigenze di sviluppo: raffreddamento degli spazi ( aria condizionata ) e refrigerazione . Il refrigeratore a carbone soddisfa l'esigenza di refrigerazione in aree in cui l'elettricità non è disponibile.
La refrigerazione degli alimenti è un metodo per rallentare la crescita dei batteri e prolungare la durata di conservazione. I frigoriferi tipici sono mantenuti a circa 2-3 gradi Celsius e possono prolungare la durata di conservazione dei prodotti di settimane. [1]
Nei climi caldi dove l'elettricità non è disponibile, la refrigerazione degli alimenti è un'esigenza di sviluppo. In Sudan, ad esempio, i pomodori durano solo 2 giorni sotto il sole cocente. [2] La conservazione dei raccolti tramite refrigerazione può aiutare contro la fame e la carestia nei paesi in via di sviluppo mantenendo gli alimenti freschi più a lungo. Nelle aree senza elettricità, la refrigerazione è particolarmente impegnativa e ha portato alla progettazione di una varietà di dispositivi di refrigerazione alimentati dal calore, tra cui i refrigeratori evaporativi . Sebbene questi dispositivi non siano in genere in grado di mantenere temperature di 2-3 gradi Celsius, possono essere significativamente più freddi della temperatura ambiente e persino cali moderati possono prolungare significativamente la durata di conservazione dei prodotti. Ad esempio, se conservati utilizzando un dispositivo di raffreddamento evaporativo simile, la durata dei pomodori può essere estesa da 2 a 20 giorni. [2] Il raffreddamento evaporativo ha un ulteriore vantaggio nell'aumentare il contenuto di umidità dell'aria, impedendo al cibo di seccarsi e prolungando ulteriormente la durata di conservazione. [3]
La refrigerazione è importante anche per la conservazione di vaccini e medicinali , tuttavia il necessario abbassamento e controllo della temperatura rendono il raffreddamento evaporativo inadatto a questa applicazione.
Limitazioni climatiche
Come discusso più avanti nei principi di ingegneria, il potenziale per il raffreddamento evaporativo dipende dalla differenza tra le temperature del bulbo umido e del bulbo secco dell'aria. L'aria umida ha un'elevata umidità relativa e non tanta capacità di evaporare l'umidità. Man mano che l'umidità relativa dell'aria aumenta, le prestazioni del sistema diminuiranno, limitandone l'applicazione in climi umidi. Il raffreddamento evaporativo è più efficace nei climi in cui l'umidità relativa è inferiore al 30%. [4] Man mano che l'umidità aumenta, la capacità di raffreddamento diminuisce e la differenza di temperatura tra l'esterno e l'interno della camera diminuisce. Per verificare se il raffreddamento evaporativo sarà efficace, la temperatura del bulbo umido può essere misurata posizionando un panno umido all'estremità di un termometro e agitandolo nell'aria. [3] La temperatura letta dal termometro è la temperatura minima teorica che può essere raggiunta tramite il raffreddamento evaporativo.
Inoltre, il raffreddamento evaporativo deve essere utilizzato in aree in cui è disponibile acqua. A seconda delle condizioni e delle dimensioni del refrigeratore, il dispositivo può utilizzare 20-70 litri di acqua al giorno quando funziona in modo efficace.
Principi scientifici
Il raffreddamento evaporativo si basa sul principio che l'acqua necessita di energia termica per evaporare. In climi caldi e relativamente secchi, l'evaporazione dell'acqua in aria calda e secca può creare un effetto di raffreddamento, adatto per il condizionamento o la refrigerazione degli spazi. Il calore rimosso da uno spazio a causa dell'evaporazione dell'acqua è dato dall'equazione 1.
Q˙=Me˙He{\displaystyle {\dot {Q}}={\dot {m_{e}}}h_{e}}
Q è il calore rimosso in kW,Me˙{\displaystyle {\dot {m_{e}}}}
- Temperatura ambiente
- Umidità ambientale
- Superficie
- Media evaporativi
- Movimento dell'aria (naturale o artificiale)
Per massimizzare gli effetti di raffreddamento, queste variabili devono essere ottimizzate per una determinata applicazione.
Psicrometria
L'evaporazione, il processo di trasformazione dell'acqua da liquido a gas, richiede calore dall'ambiente circostante. Le proprietà psicrometriche dell'aria umida, così come i principi del trasferimento di calore e massa, si applicano all'evaporazione dell'acqua per il raffreddamento. Comprendere le proprietà dell'aria umida è fondamentale per comprendere come funziona il raffreddamento evaporativo.
L'aria umida è aria composta da vapore acqueo e aria secca. La pressione totale dell'aria è la somma delle pressioni parziali del vapore acqueo e dell'aria secca, come mostrato dall'equazione 2.
P=PUN+Pla{\displaystyle P=P_{a}+P_{v}}
L'aria satura è una miscela di aria secca e vapore acqueo saturo. Quando l'aria è satura, la pressione di vapore P v è uguale alla pressione di saturazione P v,max dell'acqua alla temperatura dell'aria. Poiché la pressione di saturazione aumenta con la temperatura, l'aria a una temperatura più alta ha la capacità di trattenere più umidità.
L'umidità si riferisce alla quantità di umidità nell'aria e può essere espressa in due modi. L'umidità relativa, equazione 3, è il rapporto tra l'umidità nell'aria e l'umidità nell'aria satura alla stessa temperatura.
RH=PlaPla,MUNX{\displaystyle RH={\frac {P_{v}}{P_{v,max}}}}
L'umidità relativa è quindi funzione sia della temperatura che del contenuto di umidità.
L'umidità assoluta è il rapporto tra la massa d'acqua e la massa d'aria secca ed è data dall'equazione 4.
ω=MlaMUN=0,622PlaP−Pla{\displaystyle \omega ={\frac {m_{v}}{m_{a}}}=0,622{\frac {P_{v}}{P-P_{v}}}}
L'umidità assoluta è quindi solo una funzione del contenuto di umidità.
La forza motrice dietro l'evaporazione dell'aria è la differenza di pressione del vapore tra l'aria e l'acqua. L'aria a temperatura più alta e umidità relativa più bassa è in grado di evaporare più umidità rispetto all'aria fredda o umida. Il potenziale di evaporazione è proporzionale alla differenza tra le temperature di bulbo secco e di bulbo umido. La temperatura di bulbo secco misura la temperatura del flusso d'aria mentre la temperatura di bulbo umido è rappresentativa sia della temperatura che dell'umidità. La temperatura di bulbo umido può essere misurata posizionando un panno umido all'estremità di un termometro e lasciando passare aria su di esso mentre si legge la temperatura. L'umidità relativa e l'umidità assoluta possono quindi essere determinate da un grafico psicometrico .
Evaporazione
L'evaporazione è il cambiamento di stato tra un liquido e un gas. Per acqua e aria, l'evaporazione comporta la vaporizzazione dell'acqua liquida in un flusso di aria umida. Ai fini del modello Charcol Cooler, sono stati presi in considerazione due casi semplificati di trasferimento di massa: evaporazione da una superficie ed evaporazione attraverso un mezzo di trasferimento.
Evaporazione da una superficie
Una semplice correlazione empirica può essere utilizzata per stimare il tasso di evaporazione dell'acqua da una superficie. La Figura 1 mostra uno schema.
L'equazione 5 fornisce la correlazione empirica per il tasso di evaporazione m e in kg/h. [6]
Me˙=UN(25+19EioioND)(ωSUNT−ω){\displaystyle {\dot {m_{e}}}=A(25+19V_{vento})(\omega _{sat}-\omega )}
ωSUNT{\displaystyle \omega _{sat}}
Evaporazione attraverso un mezzo di trasferimento
Molte unità di raffreddamento evaporativo fanno passare l'aria attraverso un tampone poroso imbevuto che viene mantenuto rifornito di acqua. La Figura 2 mostra uno schema.
L'efficienza evaporativa del mezzo è data dall'equazione 6. [7]
eFF=T1−T2T1−TioeTBiolB,1{\displaystyle eff={\frac {T_{1}-T_{2}}{T_{1}-T_{bulbo umido,1}}}}
Dovrebbe essere possibile raggiungere un'efficienza del 60-90%; tuttavia i valori di efficienza per supporti specifici possono essere determinati sperimentalmente. [3] Un bilancio energetico sul flusso d'aria fornisce la velocità di evaporazione, espressa nell'equazione 7.
(HUN2+ω2Hio2)=(ω2−ω1)HF+(HUN1+ω1Hio1){\displaystyle (h_{a2}+\omega _{2}h_{w2})=(\omega _{2}-\omega _{1})h_{f}+(h_{a1}+\omega _{1}h_{w1})}
h a è l'entalpia dell'aria secca, h w è l'entalpia del vapore acqueo e h f è l'entalpia del liquido saturo alla temperatura dell'acqua nel tampone. La velocità di evaporazione può quindi essere determinata dall'equazione 8.
Me˙=MUNioR˙(ω2−ω1){\displaystyle {\dot {m_{e}}}={\dot {m_{aria}}}(\omega _{2}-\omega _{1})}
MUNioR˙{\displaystyle {\dot {m_{aria}}}}
Trasferimento di calore fondamentale
Il calore viene trasferito tramite conduzione, convezione e radiazione. Spesso gli effetti della radiazione possono essere ignorati, poiché sono piccoli se confrontati con altre forme di trasferimento di calore. La conduzione avviene attraverso una superficie solida ed è data dall'equazione 9.
Q˙=ioUNT(ΔT){\displaystyle {\dot {Q}}={\frac {kA}{t}}(\Delta T)}
Q˙{\displaystyle {\dot {Q}}}
La convezione avviene quando un fluido passa sopra un oggetto solido ed è data dall'equazione 10.
Q˙=HUN(T−T∞){\displaystyle {\dot {Q}}=hA(T-T_{\infty })}
h è il coefficiente di convezione, A è l'area, T è la temperatura dell'oggetto solido eT∞{\displaystyle T_{\infty }}
Costruzione del dispositivo
È stato costruito un prototipo di refrigeratore a carbone. I materiali utilizzati e le istruzioni di costruzione dettagliate sono riportati di seguito. Il prototipo di refrigeratore a carbone era 1 piede x 1 piede x 1 piede, ma le istruzioni dovrebbero essere valide indipendentemente dalle dimensioni del dispositivo. Uno dei vantaggi di questo dispositivo è che è versatile e può essere realizzato con molti materiali disponibili, pertanto si consigliano delle sostituzioni.
Un PDF stampabile contenente materiali, dettagli costruttivi e istruzioni per l'uso del refrigeratore è incluso nelle Risorse aggiuntive .
Materiali richiesti
| Materiale | Immagine | Alternare | Costo approssimativo ($ CA) |
|---|---|---|---|
| Legno 12 piedi di legname da 1 cm x 2 cm |  | È possibile utilizzare legno di altre dimensioni. Anche il bambù o qualsiasi altro materiale strutturale funzionerà. | $2/3ft ($8 in totale) |
| Rete metallica per polli Sono necessari circa 10 piedi quadrati |  | $8/rotolo | |
| Tessuto Tela o tela di juta: sono necessari circa 12 piedi quadrati |  | È possibile utilizzare un altro tipo di tessuto assorbente. | $1/12 piedi quadrati |
| Chiodi Chiodi da finitura e da carpenteria |  | Le viti possono essere usate al posto dei chiodi da carpenteria. Se disponibili, una pistola sparachiodi e delle graffette per sostituire i chiodi di finitura renderebbero la costruzione molto più semplice. Se necessario, si possono usare spago o corda per legare insieme la struttura. | $2/pacchetto |
| Carbone Circa 4 kg | | Un altro materiale assorbente sarà sufficiente purché consenta la circolazione dell'aria, possa contenere una quantità sostanziale di umidità e possa essere contenuto all'interno della struttura del frigorifero. [3] | $ 10/pacchetto |
| 2 Cerniere |  | $3/pacchetto | |
| Pannello solido 1 pezzo, circa 1 piede x 1 piede (dimensioni della base del frigorifero) |  | Per sostituire la tavola è possibile utilizzare bambù intrecciato o canne. | 1$ |
| Tubo flessibile in plastica di circa 10 piedi 1/2-1 pollice di diametro |  | In alternativa, se il tubo non è disponibile, è possibile posizionare delle lattine sulla parte superiore del refrigeratore. Questa modifica verrà discussa più avanti nelle istruzioni di costruzione. | $ 7,60/10 piedi (5/8" D) |
| Legami Circa 8 dispositivi di legatura in plastica |  | Una buona alternativa alle cravatte è lo spago o la corda. | $2/pacchetto |
| Un secchio di qualsiasi dimensione |  | Si può usare qualsiasi dispositivo che possa contenere acqua. Se si usano lattine al posto del tubo, il secchio non è necessario. | 5 dollari |
| Attrezzi Sono necessari un martello, una sega e delle forbici o un tronchese |  | Si può usare un cacciavite se si sostituiscono le viti ai chiodi. Una pistola sparachiodi può aiutare nella costruzione. Se si usa lo spago per legare insieme la struttura, non è necessario un martello. |
Il costo totale dei materiali è quindi di $ 48,00 . Il costo può essere ridotto utilizzando materiali alternativi o riciclati.
Scegli le dimensioni (lunghezza, larghezza e altezza) e taglia il legno. Il dispositivo richiede 2 pezzi di ciascuna lunghezza e larghezza e 8 di altezza.
Tagliare la tela di juta e la rete metallica per adattarle alle quattro cornici create. Ciò dovrebbe corrispondere a pezzi di circa 1 piede x 1 piede. Sono necessari 8 pezzi di tela di juta e 9 pezzi di rete metallica.
Ora dovrebbe esserci:
Fissare la tela di iuta e la rete metallica ai due lati rimanenti all'esterno della borsa frigo.
Fissare le cerniere alla parte aperta del frigorifero.
Legare l'estremità del tubo. Versare un po' d'acqua nel tubo per assicurarsi che la legatura sia sufficiente a bloccare l'estremità del tubo. Se la legatura non è sufficiente, è necessario utilizzare un tappo per impedire all'acqua di scorrere attraverso il tubo. Se il tubo non è disponibile e vengono utilizzate le lattine, queste possono essere fissate alla parte superiore del telaio, con dei fori praticati con dei chiodi nelle cavità del carbone. Se si utilizza questo metodo, si raccomanda che le lattine abbiano dei coperchi per impedire l'evaporazione dell'acqua dalla superficie delle lattine.
Disporre del tessuto o dei nastri intrecciati sulla parte superiore della scatola e fissarli in posizione.
Attacca l'estremità libera del tubo alla base di un secchio elevato. Quando il secchio si riempie d'acqua, l'acqua gocciolerà nelle cavità, inumidendo il carbone e il tessuto.
Funzionamento del dispositivo
I prodotti possono essere posizionati sullo scaffale o sul fondo del refrigeratore. Il dispositivo deve essere posizionato all'ombra con un lato rivolto verso il vento. È possibile utilizzare anche la circolazione artificiale dell'aria con un ventilatore. È richiesta pochissima manutenzione, tuttavia quando viene costruito per la prima volta, il refrigeratore deve essere monitorato per garantire un'efficace umidificazione del carbone.
Sviluppo del modello
È stato sviluppato un modello EES del refrigeratore a carbone per determinare l'effetto di varie variabili di progettazione e condizioni ambientali. Il refrigeratore a carbone è stato modellato come un volume di controllo con una faccia normale al vento ambientale. Il file EES è disponibile per il download in Documenti aggiuntivi . La Figura 3 mostra uno schema del sistema modellato.
Figura 3: Schema del modello del refrigeratore a carbone
Per l'analisi sono state fatte le seguenti ipotesi:
- Le condizioni sono allo stato stazionario
- Il refrigeratore verrà posizionato in una zona ombreggiata e gli effetti delle radiazioni saranno trascurabili
- La parte superiore e inferiore del refrigeratore sono isolate (nessun trasferimento di calore)
- Il calore di vaporizzazione dell'acqua è costante e 2270 kJ/kg
- All'interno del refrigeratore non viene generato calore
- L'intero sistema funziona a pressione atmosferica (101,325 kPa)
- Il carbone viene mantenuto costantemente umido (flusso d'acqua = tasso di evaporazione)
Il trasferimento di calore attraverso ciascun lato del refrigeratore è stato considerato individualmente ed è spiegato di seguito.
Il modello è disponibile per il download in Documenti aggiuntivi . La vista diagramma del modello consente all'utente di immettere le condizioni ambientali (T, RH, velocità del vento), l'efficienza evaporativa e le dimensioni del refrigeratore e fornisce in output le condizioni interne e le velocità di trasferimento del calore.
Lato 1
Il lato anteriore del refrigeratore può essere modellato come flusso d'aria attraverso un tampone umido. La Figura 2, sopra, è quindi uno schema del flusso d'aria attraverso la parte anteriore del refrigeratore. Si applicano le equazioni elencate in Evaporazione attraverso un mezzo di trasferimento . Il trasferimento di caloreQ1˙{\displaystyle {\dot {Q_{1}}}}
Lati 2 e 3
I lati 2 e 3 del refrigeratore hanno la stessa velocità di trasferimento del calore, tuttavia, a differenza del lato 1, la velocità di trasferimento del calore dipende da più fattori rispetto alla velocità di evaporazione. La figura 4 mostra uno schema della parete laterale vista dall'alto.
Come mostrato nella figura, c'è convezione sulla superficie, così come perdita di calore per evaporazione dall'interno della parete. Si è ipotizzato che l'evaporazione avvenga solo sulle superfici interna ed esterna della parete, e che possa essere modellata usando l'equazione 5, la correlazione per l'evaporazione della superficie libera.
I coefficienti di convezione sono stati calcolati utilizzando la correlazione empirica per la convezione forzata su una piastra piana con un flusso di calore costante, come indicato dall'equazione 11. [8]
HBio=Nio=0,0308Re4/5PR1/3{\displaystyle {\frac {hb}{k}}=Nu=0,0308Re^{4/5}Pr^{1/3}}
Nu è il numero di Nusselt W, Re è il numero di Reynolds W e Pr è il numero di Prandtl W.
Applicando le ipotesi indicate, la parete è stata modellata utilizzando una rete di resistenza termica, come mostrato di seguito nella figura 5.
Come è evidente dalla figura, affinché il calore venga rimosso dall'interno del dispositivo, la somma del calore evaporativo rimosso deve essere maggiore del calore aggiunto dalla convezione. Il coefficiente di conduzione per il carbone è stato assunto essere lo stesso del legno, circa 0,16 W/mK. [9]
Lato 4
La parte posteriore del refrigeratore consente un flusso d'aria costante attraverso il dispositivo e può raffreddare ulteriormente il flusso d'aria se l'aria non è satura. L'evaporazione causerebbe l'uscita di aria più fredda dal dispositivo, ma avrebbe poco o nessun effetto sulla temperatura all'interno del refrigeratore. Si è ritenuto che il trasferimento di calore attraverso la faccia posteriore del refrigeratore a carbone fosse trascurabile e non è stato considerato nel modello. Il design di questa faccia posteriore è ulteriormente discusso nelle raccomandazioni di progettazione.
Analisi del modello
Utilizzando il modello analitico descritto in Sviluppo del modello , sono stati analizzati i parametri di progettazione per determinare le prestazioni del dispositivo in diverse condizioni.
La velocità di trasferimento del calore (Q˙{\displaystyle {\dot {Q}}}
In questa figura sono illustrate due osservazioni interessanti. Innanzitutto, il calore rimosso dal lato 1 (rivolto verso il vento) è significativamente maggiore del calore rimosso dai lati del dispositivo. Pertanto, per l'analisi si è ipotizzato che la temperatura all'interno del refrigeratore sia costante e una funzione dell'evaporazione attraverso la parte anteriore del refrigeratore. L'evaporazione sui lati del refrigeratore sostanzialmente "annulla" il calore che altrimenti verrebbe aggiunto all'interno per convezione. Con questo effetto, le pareti laterali agiscono essenzialmente per isolare il dispositivo. Il dispositivo funzionerebbe in modo comparabile con pareti laterali isolate (utilizzando una schiuma o un materiale isolante equivalente). L'isolamento delle pareti ridurrà significativamente la quantità di acqua utilizzata, tuttavia l'orientamento del dispositivo diventerebbe una considerazione primaria. Questa idea è ulteriormente discussa nelle raccomandazioni di progettazione.
La figura 6 mostra inoltre che il calore rimosso dalla superficie frontale aumenta con la temperatura, il che è spiegato dall'aumento della velocità di evaporazione con la temperatura.
La temperatura all'interno della camera è stata esaminata in funzione delle condizioni ambientali (temperatura e umidità). La figura 7 mostra il grafico.
La temperatura interna raffreddata è quindi molto più bassa per condizioni con bassa umidità relativa. Mentre la velocità di trasferimento del calore aumenta con la temperatura (come mostrato dalla figura 6), la temperatura interna è più bassa con temperature ambiente più basse perché la caduta di temperatura richiesta non è così grande. Ad alta umidità, il dispositivo non fornisce abbastanza raffreddamento per refrigerare con successo i prodotti. Affinché la temperatura interna sia inferiore a 20 gradi Celsius, l'umidità deve essere inferiore a 0,5.
Per le cifre precedenti, l'efficienza evaporativa è stata assunta pari a 0,75. Dovrebbe essere possibile raggiungere un valore di 0,6-0,9 con il carbone. [3] La figura 8 mostra l'effetto dell'efficienza evaporativa sulla temperatura interna.
Una maggiore efficienza evaporativa può aumentare significativamente la capacità di raffreddamento del refrigeratore. In futuro si dovrebbe lavorare per determinare i fattori che influenzano questo parametro e come ottimizzare al meglio l'efficienza del mezzo di carbone.
Infine, è stata esaminata la velocità di evaporazione attraverso ciascun lato del contenitore in funzione delle condizioni ambientali. La figura 9 mostra la velocità di evaporazione attraverso la parte anteriore (lato 1) e la figura 10 mostra la velocità di evaporazione attraverso i lati (2 e 3).
Dalle figure, è evidente che l'evaporazione attraverso la faccia anteriore della scatola è significativamente più alta rispetto alle facce rimanenti. Questa osservazione è correlata alla progettazione del dispositivo, poiché l'acqua dovrebbe fluire nei lati del carbone con la stessa rapidità con cui evapora. Pertanto, la portata d'acqua nella faccia anteriore del dispositivo dovrebbe essere significativamente più alta rispetto ai lati rimanenti. Questo concetto è discusso ulteriormente nelle raccomandazioni di progettazione.
Raccomandazioni di progettazione
Sulla base della costruzione del prototipo e dell'analisi del modello, vengono fornite le seguenti raccomandazioni per la progettazione del dispositivo di raffreddamento:
- La portata dell'acqua nel refrigeratore è un parametro importante che dipende dalle condizioni ambientali e dai tubi o dalle lattine utilizzati. La portata deve essere uguale alla velocità di evaporazione per garantire che l'acqua non fuoriesca dal refrigeratore e che il carbone non si secchi. Si raccomanda di rendere i fori nei tubi sul lato anteriore del dispositivo più grandi e più vicini tra loro rispetto agli altri due lati.
- A seconda della disponibilità di carbone, la faccia posteriore del refrigeratore non richiede il mezzo di carbone poiché l'evaporazione da questa faccia non contribuisce all'effetto di raffreddamento. Potrebbe tuttavia essere utile includere carbone su tutti i lati in modo che l'orientamento e la direzione del vento non siano importanti.
- Le pareti laterali del dispositivo potrebbero essere isolate per ridurre l'uso di acqua richiesto. L'uso di un materiale isolante disponibile all'interno del telaio in legno impedirebbe il trasferimento di calore tramite convezione, ma non richiederebbe l'evaporazione. Se le pareti laterali sono isolate, l'orientamento del dispositivo è molto importante, poiché il dispositivo NON funzionerà se il vento non è incidente sulla faccia anteriore. Se è disponibile una ventola elettrica per generare un flusso d'aria forzato in una direzione controllata, si consiglia di isolare le pareti laterali. Se il dispositivo deve utilizzare il flusso d'aria naturale dal vento, l'utente può isolare le pareti laterali ma deve mantenere il dispositivo per garantire un orientamento corretto nonostante i modelli di vento mutevoli.
- Le lattine o il secchio d'acqua devono essere coperti per evitare l'evaporazione nell'ambiente.
- Attraverso il modello è stato scoperto che le dimensioni del refrigeratore non influenzano molto le prestazioni. Tuttavia, alcune delle ipotesi del modello non sono vere con grandi dimensioni. Basandosi puramente sulla costruzione, è più facile costruire un refrigeratore a forma di cubo poiché tutti i pezzi di legno possono essere tagliati alla stessa dimensione.
Analisi dei costi
È stata eseguita una semplice analisi economica (utilizzando cifre canadesi) per determinare il costo del dispositivo nel corso della sua vita utile. I costi dei materiali sono indicati sopra in Materiali richiesti .
Si prega di notare che i costi iniziali, la manodopera e le tariffe dipendono molto dalla posizione.
Primi costi:
| Articolo | Costo per unità | No. Unità | Costo totale |
| Materiali | |||
| $48,00 | |||
| Lavoro | $ 9,50/ora [10] | 3 | $28,50 |
| Totale | $76,50 |
|---|
Costi operativi:
| Articolo | Costo per unità | No. Unità | Costo totale |
| Acqua | 0,86/1000 litri [11] | 100L/giorno* | $0,086/giorno |
- *This is a conservative estimate as water use depends greatly on the climate. Future work can address modeling this water use as a function of climate and geography.
The cost is highly dependent on the cost of water and labour for the given region. Alternative materials and lower labour costs can significantly reduce the first cost of the device. Additionally, the cost of water is region dependent, and should be calculated for the specific region the device is to be used. The above "operational costs" are merely an example. The operational costs shown do not include the labour costs of traveling to collect the water, which may be non-trivial in some regions.
Additional Documents
- Media:CC ConstructionInstructions.pdf - Printable version of the detailed instructions for device construction
- Media:CC Science Model.pdf - Printable version of the scientific principles, model development, and model analysis
- http://sketchup.google.com - The software is available for download
References
- ↑ "Fruits and Vegetables: Optimal Storage Conditions." Engineering Toolbox 2005. Accessed Online: April 8th 2010. Available <http://www.engineeringtoolbox.com/fruits-vegetables-storage-conditions-d_710.html>
- ↑ Jump up to: 2.0 2.1 "How a zeer pot fridge makes food last longer." Practical Action 2009. Accessed Online April 8th 2010. Available: <http://practicalaction.org/?id=zeerpots>
- ↑ Jump up to: 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Rusten, Eric. "Understanding Evaporative Cooling." VITA 1985. Accessed Online: April 8th 2010. Available: <http://www.fastonline.org/CD3WD_40/VITA/EVAPCOOL/EN/EVAPCOOL.HTM>
- ↑ Moran, M. J., Shapiro, H. N. Fundamentals of Engineering Thermodynamics. Ed. 6. John Wiley & Sons Inc. USA: 2008. P. 686.
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