How to make a "Sunbrella" solar cooker/es

Un paraguas cuando llueve, una cocina solar parabólica cuando hace sol... ¡un Sunbrella!

La energía utilizada para cocinar convencionalmente proviene de diversas fuentes: madera, gas, petróleo, carbón, electricidad, etc. Si bien la cocina solar parece ser una categoría independiente, es la base de todas las demás. La energía del sol impulsó el crecimiento de los árboles; las plantas y los animales enterrados en el fondo del océano hace cien millones de años se descompusieron anaeróbicamente para producir petróleo crudo [1] ...

La diferencia entre usar técnicas convencionales, como madera, petróleo y gas, y usar energía solar pura radica en el número de transferencias que la energía debe experimentar (además del subproducto de su uso, por supuesto). Al usar gas, por ejemplo, el sol brilla, el árbol crece, el animal come, los hongos se alimentan, el gas se quema y luego la olla se calienta. Al usar energía solar pura, como con una cocina solar, el sol brilla… y luego la olla se calienta. Simple, directo y aparentemente mucho más eficiente para cocinar alimentos para el consumo humano.

Diseños de cocinas solares

De cocina solar

Las cocinas solares son concentradores solares que sacrifican la precisión y la eficiencia en aras de la facilidad de construcción y el uso de materiales de fácil acceso. Se utilizan geometrías inexactas que permiten alcanzar temperaturas de ebullición del agua o de horneado del pan. Algunos cálculos relevantes para el diseño de cocinas solares con reflectores paraboloidales se pueden encontrar en la páginade cálculos relacionados con el sol .

Existe una amplia gama de diseños de cocinas solares, cada una con sus propios costos, beneficios y condiciones óptimas. Algunos ejemplos...

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  Cocina con panel solar: Simplemente una caja recortada con lámina pegada a los lados. Proyecto de ejemplo: Matemático mecánico para paraboloides.
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  Cocina solar de caja: Un panel de vidrio crea un efecto invernadero. Ejemplo de proyecto: Proyecto de investigación sobre cocinas solares de caja.
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  Cocina solar de cesta: Una cocina solar de caja culturalmente apropiada. Ejemplo de proyecto: Cocina solar parabólica de cesta de sauce.
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  Cocina solar satelital: Su forma parabólica concentra la luz solar en un único punto. Ejemplo de proyecto: Cocina solar con forma de silla Papasan.
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  Cocina solar parabólica: Armado por niños mediante fórmulas matemáticas. Proyecto de ejemplo: Cómo hacer un horno solar para niños (Locally Delicious)
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  Cocina solar con sombrilla: Las sombrillas suelen ser cónicas, pero pueden llegar a ser muy parecidas a una parábola. Proyecto de ejemplo: Cómo hacer una cocina solar "Sunbrella".
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  Cocina solar de neumáticos: un sándwich de neumáticos negros reciclados para un gran aislamiento y ahorro

de fondo

Los reflectores parabólicos [2] concentran la luz solar en un punto focal. Cuanto más precisa sea la forma, más preciso será el enfoque. Cuando una cocina solar parabólica no se orienta correctamente, el punto focal se dispersa, creando una reflexión parabólica fuera del eje. Por lo tanto, es necesario ajustar las cocinas solares parabólicas con frecuencia para mantener el enfoque en su lugar. Este enfoque genera temperaturas muy altas, ideal para zonas como el condado de Humboldt, donde el sol no es muy fuerte ni directo [3] .

Las oportunidades abundan

Como estudiante de Tecnología Apropiada en Cal Poly Humboldt en la primavera de 2009, con acceso a increíbles recursos humanos ( Bart Orlando y Lonny Grafman), no podía imaginar un mejor momento o lugar para diseñar, construir, probar y disfrutar cooperativamente una cocina solar con sombrilla.

En cada ángulo de este proyecto se presentan increíbles oportunidades de crecimiento, ya que puedo…

• Establecer conexiones y amistades con miembros de la comunidad.
• Trabaje en cooperación con profesores y estudiantes increíbles.
• Ampliar mi conocimiento sobre las formas de utilizar la energía del sol.
• Refrescar mis conocimientos de matemáticas y aprender a aplicarlos a la ingeniería.
• Reciclar materiales para otra generación
• Aprovechar los recursos de información del colectivo tecnológico apropiado
• Integrar la responsabilidad social, económica y ecológica en un proyecto de bricolaje
• Crear una página web wiki
• Inspirar a otros a hacer lo mismo y reconocer su abundancia de oportunidades.

Este proyecto fue verdaderamente posible gracias al único e inigualable Bart Orlando . Bart es un visionario de la tecnología apropiada que, entre muchas otras cosas, convierte artículos comunes en cocinas solares. Es mentor y trabaja con estudiantes en el área de Humboldt para diseñar y crear tecnologías innovadoras como la Cocina Solar de Canasta Parabólica para culturas no industrializadas y la Cocina Solar de Silla Papasan para culturas industrializadas. Es un maestro de corazón y crea exhibiciones educativas y demostraciones dondequiera que va, desde eventos y escuelas hasta mercados de agricultores y cooperativas. Su misión es reducir los impactos negativos en la salud y el medio ambiente del uso de madera y otros métodos convencionales de cocina y hacer que la cocina solar sea accesible para todos... que cocinan alimentos. ☺ Gracias, Bart, por tu dedicado trabajo, orientación y amistad. Se pueden ver más ejemplos de proyectos de AT que Bart ha imaginado en línea en Proyectos con Bart [4] .

Este proyecto se inspiró en otro Sunbrella fabricado en 2000. ¡Gracias a todos los que documentan su trabajo en línea!

Diseño

Un paraguas es una herramienta sumamente apropiada en el condado de Humboldt, al igual que una cocina que utiliza un recurso limpio y renovable. Por eso, decidimos combinar ambos para crear un aparato increíble: un paraguas bajo la lluvia, una cocina solar bajo el sol... ¡una Sunbrella!

Criterios

Las pautas que usamos al diseñar Sunbrella, así como las que nos permiten evaluar nuestro éxito, conforman nuestros criterios. También puedes considerarlos como objetivos...

• Eficaz : puede cocinar alimentos y hervir agua.
• Seguro - Es estable mientras se cocina
• Portátil : se puede plegar lo suficientemente bien para transportarlo y almacenarlo de manera eficiente.
• Funcional : puede soportar el uso bajo la lluvia sin sufrir daños.
• Durable : puede soportar usos repetidos como cocina.
• Simple : es fácil de entender, usar y construir.
• Económico : utiliza materiales reutilizados/reciclados y genera pocos residuos.
• Atractivo : despierta interés y pensamiento y es estéticamente agradable.

' Marco

El marco es como el esqueleto; es lo que mantiene la forma parabólica de la cocina. Como nuestro marco es un paraguas, buscamos por todas partes uno que tuviera el tamaño, la forma y el mango adecuados.

• Tamaño : Cuanto mayor sea el diámetro de una cocina parabólica, más rayos de sol se reflejan en el foco. Calculamos que una sombrilla con un diámetro de entre 127 y 152 cm sería la más adecuada, ya que queremos poder alimentar y mantener secas a varias personas, a la vez que transportar la Sunbrella fácilmente.
• Forma : La mayoría de los paraguas no son exactamente parabólicos, sino catenarios o cónicos . El número de paneles que componen un paraguas determina la suavidad de su forma tridimensional, así que cuantos más, mejor para un paraboloide. Nuestro objetivo era que nuestro paraguas tuviera al menos 12 paneles.
• Mango : Los extremos del mango son lo realmente importante: el mango y la punta. Un mango recto nos pareció más compacto y nos ofrecía más posibilidades para los utensilios de cocina. La punta juega un papel fundamental en el montaje del Sunbrella, por lo que queríamos una que fuera larga y resistente.

Tras varias semanas buscando por la región de Humboldt, decidimos comprar un paraguas en eBay: uno blanco de 152 cm de diámetro, 16 paneles, con mango recto y una punta de 6 cm que sobresale del mango (lo que lo hace muy resistente). Aproximadamente una semana antes de terminar, encontramos el paraguas perfecto, casi idéntico a este, pero mejor porque es de color arcoíris, con mango y varillas plateadas (en lugar de negras) y un punto focal más alto. Verás fotos de ambos en esta página.

Reflectores

Los reflectores son lo que, como seguramente podrán adivinar, refleja los rayos del sol. Existen muchos materiales disponibles en el mercado con distintos grados de reflectividad, durabilidad, precio, etc. En 2008, otro estudiante de Ingeniería 305 elaboró ​​una excelente tabla comparativa de reflectores. Idealmente, se cosería permanentemente a los paneles un material similar a la tela con una densidad de hilos muy alta, como el lamé líquido, para facilitar su instalación. Este material no era fácil de conseguir, pero sí se encuentra en el mercado*, así que decidimos crear reflectores individuales que se colocaran sobre los paneles cuando se usaran como cocina y se guardaran cuando no se usaran. Nos decidimos por el mylar y el acetato de celulosa.

• Mylar : Película de poliéster con un 98 % de reflectividad. Presenta un color uniforme, estabilidad dimensional, alta resistencia al calor y no se desgarra. [5]
• Acetato de celulosa : Parece plástico, es fácil de cortar y flexible. El CA se fabrica a partir de pulpa de madera y puede compostarse e incinerarse. Además, tiene baja retención térmica, es hipoalergénico y resistente al moho. [6]

Construcción

Construir los reflectores requirió mucho tiempo y esfuerzo. Tuvimos que probar varias veces para encontrar el tamaño adecuado; no fue tan fácil como parece. Descubrimos que los paneles de la sombrilla no se podían cubrir con reflectores de triángulo isósceles debido a la curvatura, que dejaba un espacio entre los reflectores en el centro al arquearlos para ajustarse a la curva. Así que decidimos ensanchar los ángulos del triángulo y dejar que uno de los lados, por debajo del ángulo más agudo, se extendiera hacia el siguiente panel.

1. Mida el ancho de un panel individual (más algunos más para obtener un promedio) en el plano del borde y el punto medio, la longitud radial total, la longitud radial entre el plano del borde y el punto medio, y la longitud radial entre el plano del borde y la longitud deseada de los reflectores (dejamos 4 pulgadas desde el vértice del paraguas).
2. En un trozo grande de cartón, trace una línea (cerca de un lado) del ancho del plano del borde. Desde el punto medio de esa línea, trace una línea perpendicular igual a la longitud radial completa, marcando en esa línea el punto donde se encuentra el punto medio y la longitud deseada del reflector.
3. En el punto medio, dibuje una línea centrada (su intersección en su punto medio) paralela a la línea del plano del borde con la longitud del ancho del punto medio.
4. Con una regla (o cualquier borde recto largo), conecte el extremo de la línea del plano del borde con el extremo de la línea del punto medio del mismo lado de la línea radial completa. Trace la línea desde el plano del borde hasta la intersección con la línea radial completa. (Si no se intersecan, no hay problema). Repita con los demás extremos.
5. Dibuje una línea paralela a la línea del plano del borde en el punto radial donde se encuentra la longitud deseada del reflector. Ahora debería tener un trapezoide con la altura de la longitud deseada del reflector y la base de la longitud de la línea del plano del borde.
6. Coloque una lámina de acetato de celulosa con un lado y una esquina alineados con la línea del plano del borde y uno de sus extremos (respectivamente). Fije firmemente la lámina en su lugar para poder cortar el trapezoide con un cúter.
7. Desliza el trapezoide en una sección del panel. Comprueba cómo queda alineada la pieza y haz las correcciones necesarias. En nuestra sombrilla, un lado queda perfectamente alineado, mientras que el otro sobresale hacia la sección adyacente cerca del centro. Nos gusta esto porque ayuda a sujetar ese extremo en el siguiente panel.
8. Continúe hasta que todos los paneles estén llenos.
9. Para el mylar, cree una plantilla que sea idéntica a las piezas cortadas de acetato de celulosa, excepto que deje un centímetro aproximadamente en uno de los bordes largos y en el borde del plano del borde para que el acetato de celulosa sobresalga.
10. Pegue con cinta el mylar al acetato de celulosa a aproximadamente 1 centímetro por debajo del borde del plano del aro.

Stand

El soporte es la base de la cocina solar. Es fundamental que sea fácilmente ajustable para que la cocina solar pueda seguir la dirección del sol con mínimas interrupciones en el proceso de cocción. Obviamente, el soporte también debe ser lo suficientemente resistente y estar bien fijado al suelo para sostener la sombrilla Sunbrella con los alimentos.

Hicimos una lluvia de ideas sobre varios diseños diferentes para el stand, dos de los cuales realmente probamos:

• Estaca : Este diseño actúa como una extensión de la punta de la sombrilla. Atornillamos una estaca larga a un tubo de cobre largo, lo suficientemente flexible como para ajustarse manualmente, pero lo suficientemente resistente como para mantener su forma mientras sujeta la sombrilla. La estaca se clava firmemente en la tierra y luego la punta de la sombrilla se fija al extremo del tubo de cobre. Se necesita algún tipo de soporte para evitar que la estaca gire libremente en la tierra, como cuerdas elásticas también fijadas a ambos lados.
• Trípode : Los trípodes son ideales para el soporte de una cocina solar, ya que tienen una buena base y se ajustan y fijan fácilmente en cualquier dirección. Diseñamos una interfaz donde la sombrilla se fija al trípode mediante una placa de aluminio, tubos, soportes y goma. Esta interfaz se atornilla donde normalmente se atornilla una cámara y se sujeta firmemente a la Sunbrella. Para construir esta interfaz, tuvimos la suerte de conocer a alguien con acceso a una máquina para trabajar el hierro que podía cortar y perforar la lámina de aluminio con facilidad. ¡Gracias, John Davis de Solar Racks en Arcata!

Utensilios de cocina

Los utensilios de cocina facilitan la cocción de los alimentos, incluyendo una olla, su base e idealmente un cortavientos (y, por supuesto, una batidora y un agarrador). Normalmente, las cocinas solares parabólicas no tienen un eje que atraviese el punto focal. Esto presenta algunos desafíos, pero a la vez fomenta la creatividad.

• Olla : Puede ser cualquier cosa, como una sartén, un plato o un frasco. Sea lo que sea, debe ser negra, ya que absorbe todo el espectro de luz. Al elegir el tamaño de la olla, es importante considerar el tamaño del punto focal (es decir, su enfoque real) y su ubicación. Dado que el área focal de nuestra sombrilla (que no era precisamente un punto) estaba sobre las vigas, necesitábamos colocar la olla lo más abajo posible. Decidimos usar un molde para pastel Bunt, que es una olla con forma de dona y un cono hueco en el centro. Esta olla se desliza perfectamente sobre el asa y el eje, acomodándose en las vigas. Como el fondo de la olla se calienta mucho, decidimos usar dos moldes para pastel Bunt, uno dentro del otro con un poco de espacio entre ellos, para evitar que se queme la comida y permitir la convección.
• Base : La base es el soporte o soporte de la olla. Debe soportar la alta temperatura de la olla y el máximo peso posible cuando esté llena de comida. En el caso de la Sunbrella, las vigas de refuerzo sirven como base, pero como también son negras, tuvimos que protegerlas del calor intenso. Cubrimos las vigas con papel aluminio, colocamos un molde para tarta debajo y pegamos un bloque de madera envuelto en papel aluminio con forma de dona debajo de la olla.
• Escudo : Una especie de parabrisas transparente que deja un pequeño espacio entre él y la olla, lo que permite que la olla absorba los rayos del sol pero evita que el viento la enfríe por convección.

de contenedor

Como la sombrilla no siempre tiene que ser una Sunbrella, sería conveniente tener un almacenamiento práctico para los reflectores y otros componentes. Decidimos usar un trozo de tubo de PVC con dos tapones. Cortamos una cuña de espuma para asegurar la sombrilla dentro del tubo. Los reflectores simplemente se envuelven en tela y se introducen fácilmente. Se han surgido más ideas para el contenedor, que se pueden encontrar en la sección "Más información".

Materiales y costos

Herramientas

• Gobernante
• vara de medir
• Tijeras
• Cuchillo multiusos
• Alicates
• Tijeras de corte
• Cartulina
• Guantes
• Gafas de sol
• Computadora portátil
• Cámara
• Radio

de implementación

Configuración

Instalar la Sunbrella es increíblemente sencillo y solo le toma a una persona unos 10 minutos. Es tan fácil como...

Una vez instalados todos los reflectores, tenga cuidado con la reflexión parabólica fuera del eje. Esta dispersión de la luz podría dañar los ojos o incluso provocar un incendio si hay materiales inflamables cerca. Cuando no utilice la cocina, oriéntela 180 grados fuera del eje o cúbrala con una sábana.

Cocinando

¡Ahora viene la parte divertida! Experimenta horneando, friendo, salteando... Busca consejos y recetas geniales de cocina solar en internet y en libros para inspirarte.

Be sure to always wear UV protective sunglasses when using the Sunbrella and have pot holders and towels handy while cooking. Also, keep an eye on how illuminated the pot is... parabolic solar cookers need to be adjusted every 15 minutes or so to keep an accurate focus on the Sun.

Takedown

Turn the Sunbrella away from the Sun and undo what you just did... simple!Be sure to take care of the reflectors. Stack them together, leaving the cellulose acetate side up on both ends for protection, and wrap in cloth. Storing the Sunbrella in the container is pretty intuitive, but just in case you were wondering...

Evaluation

So, in the end, how well did we satisfy our criteria? Though I don't want to be making excuses, time constraints were the number one reason for hasty decisions that didn't necessarily fit our criteria... but we tried!

• Effective? - Yes, we successfully baked cookies and a cake. Unfortunately, we have yet to test boiling water because we have not figured out how to keep condensation from forming on the shaft and dripping down onto the Sunbrella reflectors. We will keep an update on our testing.
• Safe? - Yes, the Sunbrella has yet to ignite black construction paper (though we don't doubt it could in mid summer), and the tripod is very stable. However, the off-axis parabolic reflection needs to be watched out for, since it could hurt someone's vision. Also, both mylar and cellulose acetate are flamible.
• Portable? - Yes, the Sunbrella's container takes up about 2-3 closed umbrella's worth of space and is lightweight. A smaller tripod is needed, however, as the one we had access to is too bulky for easy transport.

• Functional? - Yes, because the reflectors are taken out when not in use, the umbrella functions just like any other one.
• Durable? - Yes and no, since though we have used the Sunbrella many times already, we are finding that the mylar is scratching where the reflectors slip under the ribs and contact the tabs.
• Simple? - Yes, amazingly simple!
• Economical? - Yes and no, as we did buy quite a few new materials, including the umbrella, mylar, and cellulose acetate. The mylar will also need to be replaced after a while. But, at least it's main input (Sun rays) is free, abundant, and clean!
• ¿ Atractivo? - ¡Sí, me parece precioso! Combina elementos comunes que todos reconocen, como un paraguas y un trípode, en algo que (casi) todos necesitan: ¡una cocina! Además, los dos colores de los paraguas, blanco y arcoíris, tienen el potencial de generar un gran debate sobre la luz solar y el espectro cromático.

En general, ¡un maravilloso paso hacia una vida de bajo impacto y de "hazlo tú mismo"!

adicional

Un proyecto nunca termina, ya que siempre hay infinitas maneras de mejorar y adaptar una tecnología. Nos divertimos imaginando algunas posibilidades para llevar la Sunbrella (como decían los Merry Pranksters) ¡¡¡MUY LEJOS!!!

• El contenedor puede diseñarse para aprovechar también los rayos del sol mediante tubos negros diseñados para contener agua caliente. Mientras se usa la Sunbrella, el contenedor puede llenarse de agua y dejarse al sol, ¡proporcionando una ducha caliente después de una comida caliente!
• Las tapas de los extremos del contenedor se pueden llenar con vasos concéntricos para vajilla.
• Se podría conectar una antena receptora de satélite al eje del Sunbrella para telecomunicaciones.

¡Por favor agrega (y prueba!) tus visiones!

Revisión de la literatura

• Radabaugh, Joseph M. 1998. "La Llama del Cielo: Una Guía para Cocinas Solares". Oregón: Home Power Publishing.
  • El libro describe los beneficios ambientales y sociales de las cocinas solares, varios diseños y experimentos diferentes e instrucciones sobre cómo construir el horno solar SunStar, así como consejos de cocina y cómo producir el kit SunStar para enviar a otros.
• Halacy, Beth y Dan, eds. 1992. "Cocinando con el sol: Cómo construir y usar cocinas solares". California: Morning Sun Press.
  • Este libro detalla cómo construir una placa calefactora solar y un horno solar, con pautas de uso y muchas recetas.
• Martin, Rachel y otros. « Diseño de hornos solares para su uso en países en desarrollo ». 2006. Revista Internacional de Aprendizaje-Servicio en Ingeniería 2, n.º 1: 78-91. http://www.ijsle.org/ (consultado el 10 de febrero de 2009).
  • Profesores y estudiantes combinaron pruebas de laboratorio realizadas en la Universidad de Cornell con investigación de campo realizada en Nicaragua para comprender lo que se necesita para diseñar hornos solares para su uso en el mundo en desarrollo.
• Paredes, Juan Francisco. 2006. " Barbacoa solar portátil : Una cocina parabólica portátil construida con una sombrilla". The Solar Cooking Archive. http://www.solarcooking.org/ (consultado el 10 de febrero de 2009).
  • Instrucciones sobre cómo construir una cocina solar con una sombrilla, cartón aluminizado y un trípode.

Información de contacto

• Teri Grunthaner — Conducta y Socioeconomía, Cal Poly Humboldt '11 tlg49@humboldt.edu
• Bart Orlando — Biología Médica, UC Irvine '82 bart6591@yahoo.com

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