How to make a small parabolic solar cooker (Jefferson Community Center)/es
Nick Hurn y Kevin Burks, estudiantes de último año de Ciencias Ambientales, están creando una pequeña cocina de espejo parabólico para demostrar los amplios usos de la energía alternativa en el condado de Humboldt. Forma parte de una clase de ENGR305 de la primavera de 2013 en Cal Poly Humboldt y se exhibirá de forma permanente en el Centro Comunitario Jefferson en Arcata, California. Las cocinas parabólicas están diseñadas para aprovechar la energía del sol y transferirla directamente al proceso de cocción de la materia prima. Servirá como una cocina solar funcional para almuerzos y actividades para los estudiantes y el personal, así como un ejemplo de un uso creativo de la energía alternativa para que la comunidad disfrute.
Introducción
Cuando asumimos por primera vez este proyecto, teníamos tres oportunidades de diseño diferentes para considerar y estábamos abrumados por decir lo menos. Pero afortunadamente para nosotros, tuvimos la ayuda de Bart Orlando , un experto local en cocinas solares. El primer diseño que consideramos fue usar una antena parabólica reciclada como marco, el segundo fue una cocina parabólica portátil con un marco plegable y el tercero fue usar una silla papasan reciclada como marco. Estábamos considerando usar una silla o una antena parabólica recicladas debido a su forma parabólica inherente.
Una vez que decidimos que nuestro diseño más factible sería la silla Papasan, tuvimos que decidir con qué tipo de superficie reflectante cubriríamos la silla. Tuvimos que elegir entre un revestimiento de Mylar, grifos de acero inoxidable o grifos de aluminio pulido. Nuestros criterios de proyecto se centran en la durabilidad y la eficiencia, por lo que decidimos utilizar láminas de aluminio pulido porque son muy reflectantes pero lo suficientemente duraderas como para repararse y no rasgarse ni romperse.
Una vez que llegó nuestra lámina de aluminio pulido de 0,025", tuvimos que decidir los diseños de los grifos, los triángulos en forma de astilla que cubrirían el exterior de la silla para reflejar la luz del sol hacia el punto focal. Decidimos hacer nuestros grifos de 8" en el extremo grueso y un extremo truncado de 2" en el otro lado donde podemos perforar y alinear todas las facetas con un perno.
Una vez que completamos el aspecto de la silla reflectante del proyecto, comenzamos con el diseño del trípode/rejilla para parrilla. Pensamos en montar un sistema de rejilla directamente sobre la silla, pero el ajuste constante para el ángulo adecuado del sol nos disuadió. En cambio, nos decidimos por un sistema de trípode hecho con tres varillas de bambú de 1" de espesor unidas con tubos de bicicleta reciclados apretados en la parte superior. Desde la parte superior del trípode, colgamos una sección de 2 pies de cadena con otras tres secciones de 2 pies de cadena colgando de esa cadena. Esos tres trozos de cadena los conectamos a nuestra rejilla para parrilla, creando una superficie de cocción plana y maniobrable para colocar una variedad de sartenes. Con algunos ajustes y pruebas, pudimos calibrar nuestra cocina solar para quemar papel, hervir agua y educar a la comunidad sobre la importancia de las prácticas de cocina sostenibles.
Planteamiento del problema
El objetivo de este proyecto es crear una cocina de espejo parabólico que sea un ejemplo exitoso de las formas de captar y utilizar la energía del sol de manera sostenible. Planeamos hacerlo en dos pasos: primero, probando la forma más eficiente y efectiva de construir la cocina y, luego, implementando las técnicas de construcción más respetuosas con el medio ambiente para lograr su creación.
Criterios de evaluación de proyectos
Los siguientes criterios se utilizarán para evaluar el éxito de este proyecto. Después de deliberar con el cliente, determinamos que los siguientes criterios son fundamentales para el éxito de nuestro proyecto. La escala del 1 al 10 indica la importancia de cada criterio enumerado.
| Criterios | Restricciones | Peso (1-10) |
|---|---|---|
| Funcionalidad | La olla debe alcanzar una temperatura óptima (TBD) dentro de un tiempo determinado (aproximadamente 2 horas) | 10 |
| Facilidad de uso y seguridad | El diseño debe ser sencillo y adecuado para los niños. | 8 |
| Valor educativo | La cocina debe demostrar de manera efectiva el poder de la calefacción solar alternativa. | 6 |
| Colocación y almacenamiento | La cocina debe caber en un área de almacenamiento designada (aproximadamente 4 pies cuadrados) y pasar por las puertas dobles especificadas. | 6 |
| Tamaño | Debe ser lo suficientemente grande como para cocinar alimentos de manera efectiva en un período de tiempo relativamente corto y al mismo tiempo mantener la movilidad. | 7 |
| Movilidad | La cocina debe poder ser movida por 1 o 2 personas (es decir, ruedas, manijas, peso ligero) | 6 |
| Durabilidad | Debe funcionar durante varios años cerca de niños y soportar los rayos UV. | 8 |
| Presupuesto | Debemos mantenernos dentro de los límites de nuestro presupuesto. | 8 |
| Inspirador | Capta con éxito la imaginación de los niños y los inspira a buscar una mayor educación en tecnología apropiada. | 8 |
Revisión de la literatura
La Forma
Las parábolas y los paraboloides son siempre algo divertido de aprender. Tienen una forma única que les da propiedades bastante interesantes. Tienen el poder de concentrar ondas de radio, luz e incluso sonido en un punto focal mediante la reflexión. La forma única de la curva le da al paraboloide esta característica única. Para encontrar el punto focal del paraboloide, se debe utilizar la ecuación y = p * x^2, donde p es la constante, y es la profundidad del paraboloide y x es la circunferencia máxima del paraboloide. Con esta ecuación, pudimos encontrar nuestro punto focal, que estaba aproximadamente 4,5 pulgadas por encima del centro de nuestro paraboloide.
La Historia
Las cocinas solares parabólicas son dispositivos diseñados para captar el calor directo del sol mediante una superficie reflectante de forma parabólica. Funcionan reflejando los rayos del sol en un punto focal central, lo que genera temperaturas superiores a los 500 F que se utilizan para calentar, cocinar y pasteurizar alimentos o agua. Las cocinas solares parabólicas se remontan a muchos siglos atrás en civilizaciones de todo el mundo. Desde los griegos hasta los aztecas, pasando por los antiguos chinos y romanos, todos tenían una versión. Y dado que el sol es la única fuente de combustible necesaria para crear calor para su uso, son prácticas de crear y económicas de operar y mantener, lo que las convierte en una herramienta educativa perfecta para la cocina sostenible.
Construcción
Medir y trazar facetas en láminas de aluminio
Corte todas las facetas con la tijera Beverly. Este proceso lleva mucho tiempo, ya que la tijera solo corta varios centímetros por rebanada.
Perfore orificios para los accesorios en las esquinas superiores de todas las facetas. Estos deben tener aproximadamente 1/4 de pulgada de diámetro para permitir que las bridas se deslicen fácilmente. Perfore un orificio de media pulgada en el extremo pequeño de la faceta para permitir el perno de anclaje.
Coloque las facetas en la silla e inserte el perno de anclaje.
Despliegue lentamente las facetas, teniendo cuidado de no rayar el aluminio. Nota: se deja el plástico protector rosa hasta que todas las facetas estén bien colocadas en su lugar.
Inserte bridas en cada esquina y fíjelas al borde exterior de bambú del marco de la silla Papasan.
Retire el plástico e inspecciónelo para detectar posibles imperfecciones.
Arma el trípode. Haz un manojo con los tres palos de bambú y coloca las cámaras de aire de la bicicleta alrededor de un extremo. Sigue doblando los tubos sobre sí mismos hasta que queden bien apretados. Esto permitirá que los palos se expandan hasta formar un trípode y se retraigan fácilmente hasta formar un manojo.
Cuelgue la cadena de la parte superior del trípode y fije la rejilla de metal blanca con mini mosquetones. Esta rejilla sujetará distintas superficies de cocción.
¡Cocinar, hervir y quemar!
Instrucciones de mantenimiento
Construimos nuestra cocina solar teniendo en cuenta el mantenimiento. Nuestro lema era que una construcción sencilla significa un mantenimiento sencillo. Hay muy pocas piezas móviles en este proyecto, lo que hace que el mantenimiento sea muy sencillo. La principal preocupación en cuanto al mantenimiento es el almacenamiento y la limpieza adecuados. Antes de cada uso, se deben pulir los grifos de aluminio pulido. Y sin un almacenamiento adecuado, la cocina podría desmoronarse en unos pocos años. Los componentes principales de la cocina son las bridas, la cadena y las varillas de bambú. Todos son muy económicos y fáciles de reemplazar. También tenemos un grifo de aluminio adicional en caso de que se dañe uno de los grifos originales, y bridas adicionales para donar también.
Cronología propuesta
Estas son las fechas tentativas para la finalización de cada objetivo.
| Proyecto | Comenzó | Terminación |
|---|---|---|
| Finalización del diseño | 18 de febrero | 26 de febrero |
| Adquirir todos los materiales necesarios | 18 de febrero | 05 de marzo |
| Construcción | 05 de marzo | 23 de marzo |
| Pruebas | 23 de marzo | 30 de marzo |
| Demostración | 02 de abril | 02 de abril |
| Hacer un seguimiento | 02 de abril | 14 de mayo |
Costo
Aquí está el presupuesto ordenado propuesto para la cocina parabólica del Centro Comunitario Jefferson
| Cantidad | Material | Fuente | Costo ($) | Total ($) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Silla Papasan | Compañero de cuarto | Donado | 0.00 |
| 4 | Cadena de acero inoxidable de 2 pies de largo | Hardware de Ace | 2,51$/pie | 21,74 |
| 1 | Olla para demostración de cocina con tapa | Tienda de segunda mano | 5.00 | 5.00 |
| 2 | Cámara de aire para bicicleta | Neumáticos de bicicleta viejos en el garaje | Encontró | 0.00 |
| ~10 | Varios conectores/bridas | Hardware de Ace | 21.25 | 21.25 |
| 1 | Rejilla de metal blanca | Tienda de segunda mano | 0,67 | 0,67 |
| 3 | Postes de bambú de 1" x 8' | Suministros para jardinería de Mad River | 2.69 | 8.68 |
| 1 | Lámina de aluminio reflectante - 5' x 8' | Suministro de metal AluMet (pedido en línea) | 111.04 | 111.04 |
| Costo total | $168,38 | |||
Conclusión
Resultados de las pruebas
Inmediatamente después de la construcción de la cocina, se realizaron varias pruebas para determinar la eficacia de la parábola.
Prueba inicial
La primera prueba consistió simplemente en colocar un pequeño paquete de papel en lo que supusimos que era el punto focal para ver si se encendía. Echó humo y se carbonizó durante aproximadamente 30 segundos, pero nunca se encendió. A continuación, pusimos 1 pinta de agua en una olla que estaba suspendida del trípode de bambú. Después de aproximadamente 20 minutos, se vieron algunas burbujas, pero no se registró ebullición.
Sintonia FINA
Para orientar mejor la antena hacia el sol, empleamos la técnica de la "sombra de lápiz". Esto implica enroscar un lápiz en la tuerca de fijación en el centro de la olla. Con el lápiz sobresaliendo perpendicularmente a la antena, colocamos un trozo de papel con un agujero en el medio alrededor de la tuerca para que la sombra del lápiz fuera fácilmente visible. Esto nos permitió ajustar la olla hasta que no se viera ninguna sombra, es decir, hasta que apuntara directamente al sol.
Prueba final
Una vez que los paneles se limpiaron a fondo y la antena se apuntó directamente al sol, realizamos las mismas dos pruebas nuevamente. Se colocó un paquete de papel marrón del tamaño de una lata de refresco en el punto focal de la olla y en 20 segundos se incendió. Esto significa que la temperatura en el punto focal era de al menos 451 grados F. En segundo lugar, colocamos 1 pinta de agua en la misma olla y descubrimos que tardaba entre 10 y 15 minutos en hervir.
Pruebas futuras
Se realizarán más pruebas con una pistola de temperatura infrarroja para medir con precisión la temperatura del punto focal. También se probarán distintos medios de cocción, como sartenes, cacerolas y hornos holandeses, para determinar cuál cocina los alimentos y el agua de manera más eficiente.
Discusión
Después de las pruebas finales, podemos suponer con seguridad que la olla es capaz de producir temperaturas muy superiores a los 450 grados F. El punto focal de la olla es aproximadamente del tamaño de una pelota de béisbol, por lo que cocinar con una olla o sartén pequeña o mediana es más eficiente. La parte más importante de la superficie de cocción es que la parte inferior sea negra. Las superficies más claras y reflectantes no absorben tanto calor, por lo que los alimentos no se cocinarán con la misma eficiencia. Fue muy agradable trabajar en este proyecto y esperamos inspirar y educar a otros.
Lecciones aprendidas
- SIEMPRE esté atento a los rayos de luz dispersos, pueden provocar un incendio y cuanto más cóncavo sea el plato, menor será la preocupación.
- SIEMPRE use protección ocular contra rayos UV cuando trabaje con luz solar y materiales reflectantes.
- Intente encontrar una olla con fondo negro, ya que aumenta considerablemente la temperatura de cocción de la olla. Si no es así, aplicar pintura témpera negra en el fondo de la olla será de gran ayuda.
- Guárdelos SIEMPRE con algo que los cubra o boca abajo, el sol puede alcanzarlos.
- Es necesario un ajuste constante a medida que el sol avanza por el cielo.
- El viento puede hacer que la cadena se balancee y robe el calor de la superficie de cocción.
- Asegúrese de que haya supervisión de los padres si hay niños en presencia.
- Las condiciones perfectas son difíciles de encontrar
- Funciona mejor cuando el sol está directamente sobre la cabeza (pleno sol).
Próximos pasos
Desarrollada principalmente como una herramienta inspiradora, la cocina parabólica se utilizará en demostraciones y eventos educativos.
Plaza Arcata
Para llegar a la mayor audiencia posible, planeamos exhibir la cocina durante varios eventos del Mercado de Agricultores de Arcata en la plaza de Arcata. Estas demostraciones mostrarán la cocina en acción mientras cocina alimentos y hierve agua. Se prepararán folletos o carteles informativos para ampliar el conocimiento del público sobre cómo cocinar con energía solar. Además, se prepararán carteles de advertencia para garantizar que los espectadores estén protegidos de los reflejos brillantes que pueden escapar de la parábola.
Centro comunitario de Jefferson
Después de varias demostraciones en plazas, el Centro Comunitario Jefferson en Eureka, California, ha acordado albergar de forma permanente la cocina parabólica. Tienen previsto utilizarla en demostraciones y eventos comunitarios que se celebren en el centro. La cocina servirá principalmente como herramienta de inspiración para los jóvenes del centro, despertando el interés por la energía sostenible y renovable en los futuros científicos ambientales.
Diseños mejorados
Durante el proceso de construcción, notamos varias áreas de mejora para proyectos futuros. En lugar de utilizar la silla papasan de bambú como marco, las facetas de aluminio podrían conectarse utilizando una cuerda o cordón pequeño. Este cordón pasaría por los agujeros perforados en las esquinas superiores de cada faceta y, al tensarlo, obligaría a que las mitades de las facetas se arquearan hacia afuera, creando una antena parabólica independiente. Este modelo tiene numerosas implicaciones, ya que sería portátil, liviano y más pequeño, lo que lo haría perfecto para viajar.
Equipo
- Kevin Burks - Estudiante de cuarto año de Ciencias Ambientales con énfasis en Energía y Clima y especialización en Ciencias Geoespaciales en Cal Poly Humboldt
- Nick Hurn - Estudiante de cuarto año de Ciencias Ambientales con énfasis en Energía y Clima en [[Cal Poly Humboldt
Véase también
- Proyectos con Bart
- Concentradores parabólicos compuestos
- Reflectores parabólicos compuestos para cocinas solares
- Cocinas solares parabólicas
