How to make a small parabolic solar cooker (Jefferson Community Center)/it
Gli studenti senior di Scienze ambientali Nick Hurn e Kevin Burks stanno creando un piccolo fornello a specchio parabolico per dimostrare gli ampi usi dell'energia alternata nella contea di Humboldt. Fa parte di una classe ENGR305 della primavera 2013 presso la Cal Poly Humboldt e sarà esposto in modo permanente al Jefferson Community Center di Arcata, California. I fornelli parabolici sono progettati per sfruttare l'energia del sole e trasferirla direttamente nel processo di cottura delle materie prime. Fungerà da fornello solare funzionante per pranzi e attività per studenti e personale, nonché da esempio di un uso creativo dell'energia alternativa di cui la comunità potrà godere.
Introduzione
Quando abbiamo iniziato questo progetto, avevamo tre diverse opportunità di design da considerare e siamo rimasti sopraffatti, per usare un eufemismo. Ma per nostra fortuna, abbiamo avuto l'aiuto di Bart Orlando , un esperto locale di cucine solari. Il primo design che abbiamo preso in considerazione è stato quello di usare un'antenna radar riciclata come telaio, il secondo è stato una cucina parabolica portatile con un telaio pieghevole e il terzo è stato quello di usare una sedia papasan riciclata come telaio. Stavamo pensando di usare una sedia riciclata o un'antenna radar per via della loro forma parabolica intrinseca.
Una volta deciso che il nostro progetto più fattibile sarebbe stata la Papasan Chair, abbiamo dovuto decidere con quale tipo di superficie riflettente ricoprirla. Abbiamo dovuto scegliere tra un rivestimento in Mylar, rubinetti in acciaio inossidabile o rubinetti in alluminio lucidato. I nostri criteri di progetto si concentrano su durata ed efficienza, quindi abbiamo deciso di utilizzare fogli di alluminio lucidato perché sono altamente riflettenti ma abbastanza resistenti da poter essere riparati e non strappati o lacerati.
Una volta che è arrivato il nostro foglio di alluminio lucidato da 0,025", abbiamo dovuto decidere i nostri design per i rubinetti, i triangoli sottili che avrebbero coperto l'esterno della sedia per riflettere la luce del sole sul punto focale. Abbiamo deciso di realizzare i nostri rubinetti da 8" sull'estremità spessa e da 2" sull'estremità troncata dall'altro lato, dove possiamo forare e allineare tutte le sfaccettature con un bullone.
Una volta completato l'aspetto riflettente della sedia del progetto, abbiamo iniziato con il design del treppiede/griglia. Abbiamo pensato di montare un sistema di rastrelliere direttamente sulla sedia, ma la regolazione costante per l'angolazione corretta del sole ci ha scoraggiati. Invece, abbiamo optato per un sistema di treppiede fatto di tre aste di bambù spesse 1 pollice tenute insieme con tubi di bicicletta riciclati serrati nella parte superiore. Dalla parte superiore del treppiede, abbiamo appeso una sezione di catena di 2 piedi con altre tre sezioni di catena di 2 piedi appese a quella catena. Abbiamo collegato quei tre pezzi di catena alla nostra griglia creando una superficie di cottura piana e maneggevole su cui appoggiare un assortimento di padelle. Con alcune regolazioni e test, siamo stati in grado di calibrare la nostra cucina solare per bruciare carta, far bollire l'acqua e istruire la comunità sull'importanza di pratiche di cottura sostenibili.
Enunciato del problema
L'obiettivo di questo progetto è creare una cucina a specchio parabolico che sia un esempio riuscito di come catturare e utilizzare l'energia solare in modo sostenibile. Abbiamo intenzione di farlo in due fasi, prima testando il modo più efficiente ed efficace di costruire la cucina, poi implementando le tecniche di costruzione più ecologiche per realizzarla.
Criteri di valutazione del progetto
I seguenti Criteri saranno utilizzati per valutare il successo di questo progetto. Dopo aver discusso con il cliente, abbiamo determinato che i seguenti criteri sono critici per il successo del nostro progetto. La scala da 1 a 10 indica l'importanza di ciascun criterio elencato.
| Criteri | Vincoli | Peso (1-10) |
|---|---|---|
| Funzionalità | La pentola deve raggiungere una temperatura ottimale (TBD) entro un certo tempo (circa 2 ore) | 10 |
| Facilità d'uso e sicurezza | Il design deve essere semplice e adatto ai bambini | 8 |
| Valore educativo | La cucina deve dimostrare in modo efficace la potenza del riscaldamento solare alternativo | 6 |
| Posizionamento e stoccaggio | La cucina deve essere posizionata in un'area di stoccaggio designata (circa 4 piedi quadrati) e deve passare attraverso le doppie porte specificate | 6 |
| Misurare | Deve essere abbastanza grande da cucinare efficacemente il cibo in un periodo di tempo relativamente breve, mantenendo comunque la mobilità | 7 |
| Mobilità | La cucina deve poter essere spostata da 1-2 persone (ad esempio ruote, maniglie, peso leggero) | 6 |
| Durata | Deve funzionare per diversi anni in presenza di bambini e resistere ai raggi UV | 8 |
| Bilancio | Dobbiamo restare nei limiti del nostro budget | 8 |
| Ispirazione | Cattura con successo l'immaginazione dei bambini e li ispira a cercare ulteriore istruzione nella tecnologia appropriata | 8 |
Rassegna della letteratura
La forma
Parabole e paraboloidi sono sempre qualcosa di divertente da imparare. Hanno una forma unica che conferisce loro proprietà piuttosto interessanti. Hanno il potere di focalizzare onde radio, luminose e persino sonore in un punto focale usando la riflessione. La forma unica della curva conferisce al paraboloide questa caratteristica unica. Per trovare il punto focale del paraboloide, si deve usare l'equazione y = p * x^2, dove p è la costante, y è la profondità del paraboloide e x è la circonferenza massima del paraboloide. Con questa equazione, siamo stati in grado di trovare il nostro punto focale che era circa 4,5 pollici sopra il centro del nostro paraboloide.
La storia
Le cucine solari paraboliche sono dispositivi progettati per catturare il calore diretto del sole utilizzando una superficie riflettente a forma parabolica. Funzionano riflettendo i raggi del sole in un punto focale centrale creando temperature superiori a 500 F utilizzate per riscaldare, cucinare e pastorizzare cibo o acqua. Le cucine solari paraboliche risalgono a molti secoli fa alle civiltà di tutto il mondo. Dai Greci, agli Aztechi, agli antichi Cinesi e Romani, tutti avevano una versione. E poiché il sole è l'unica fonte di combustibile necessaria per creare calore da utilizzare, sono pratiche da creare ed economiche da utilizzare e mantenere, il che le rende uno strumento educativo perfetto per una cucina sostenibile.
Costruzione
Misurare e tracciare le sfaccettature su fogli di alluminio
Tagliare tutte le sfaccettature usando le forbici Beverly. Questo processo richiede molto tempo perché le forbici tagliano solo diversi pollici per fetta.
Praticare dei fori di fissaggio negli angoli superiori di tutte le sfaccettature. Dovrebbero avere un diametro di circa 1/4 di pollice per consentire alle fascette di scorrere facilmente. Praticare un foro di mezzo pollice all'estremità piccola della sfaccettatura per consentire il bullone di ancoraggio.
Posizionare le sfaccettature sulla sedia e inserire il bullone di ancoraggio
Distribuisci lentamente le sfaccettature, facendo attenzione a non graffiare l'alluminio. Nota: la plastica protettiva rosa viene lasciata finché tutte le sfaccettature non sono saldamente in posizione.
Inserire le fascette in ogni angolo e fissarle al bordo esterno in bambù della struttura della sedia Papasan
Rimuovere la plastica e ispezionare eventuali imperfezioni
Assemblare il treppiede. Avvolgere i 3 pali di bambù e posizionare le camere d'aria della bici attorno a un'estremità. Continuare a piegare le camere d'aria su se stesse finché non sono strette. Ciò consentirà ai pali di espandersi in un treppiede e di ritrarsi facilmente in forma di fascio.
Sospendere la catena dalla parte superiore del treppiede e fissare la griglia metallica bianca con mini moschettoni. Questa griglia può contenere numerose superfici di cottura diverse.
Cuocere, bollire e bruciare!
Istruzioni per la manutenzione
Costruiamo la nostra cucina solare tenendo a mente la manutenzione, il nostro motto era semplice costruzione significa semplice manutenzione. Ci sono pochissime parti mobili in questo progetto rendendo la manutenzione un gioco da ragazzi. La preoccupazione principale per la manutenzione è la corretta conservazione e pulizia. Prima di ogni utilizzo, i rubinetti in alluminio lucidato devono essere lucidati. E senza una corretta conservazione, la cucina potrebbe rompersi in pochi anni. I componenti principali della cucina sono le fascette, la catena e le aste di bambù. Tutto molto economico e facile da sostituire. Abbiamo anche un rubinetto in alluminio extra in caso di danni a uno dei rubinetti originali e fascette extra da donare.
Cronologia proposta
Queste sono le date indicative per il completamento di ciascun obiettivo.
| Progetto | Iniziato | Completamento |
|---|---|---|
| Completamento del progetto | 18 febbraio | 26 febbraio |
| Acquisisci tutto il materiale necessario | 18 febbraio | 05 marzo |
| Costruzione | 05 marzo | 23 marzo |
| Prova | 23 marzo | 30 marzo |
| Dimostrazione | 02 aprile | 02 aprile |
| Seguito | 02 aprile | 14 maggio |
Costo
Ecco il budget ordinabile proposto per il Jefferson Community Center Parabolic Cooker
| Quantità | Materiale | Fonte | Costo ($) | Totale ($) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Sedia Papasan | Compagno di stanza | Donato | 0,00 |
| 4 | Catena in acciaio inossidabile lunga 2 piedi | Asso Hardware | 2,51$/piede | 21.74 |
| 1 | Pentola per dimostrazione di cucina con coperchio | Negozio dell'usato | 5,00 | 5,00 |
| 2 | Camera d'aria per bicicletta | Vecchi pneumatici di bici in garage | Trovato | 0,00 |
| ~10 | Vari connettori/fascette | Asso Hardware | 21.25 | 21.25 |
| 1 | Griglia in metallo bianco | Negozio dell'usato | 0,67 | 0,67 |
| 3 | Pali di bambù 1" x 8' | Forniture per il giardino del fiume Mad | 2.69 | 8.68 |
| 1 | Foglio di alluminio riflettente - 5' x 8' | AluMet Metal Supply (ordinato online) | 111.04 | 111.04 |
| Costo totale | $168,38 | |||
Conclusione
Risultati dei test
Subito dopo la costruzione della cucina, vennero effettuati diversi test per determinare l'efficacia della parabola.
Test iniziale
Il primo test consisteva semplicemente nel posizionare un piccolo fascio di carta in quello che pensavamo fosse il punto focale per vedere se si sarebbe incendiato. Ha fumato e carbonizzato per circa 30 secondi, ma non si è mai acceso. Poi, abbiamo messo 1 pinta di acqua in una pentola sospesa al treppiede di bambù. Dopo circa 20 minuti, erano visibili alcune bolle, ma non è stata registrata alcuna ebollizione.
Ritocchi
Per orientare meglio il piatto verso il sole, abbiamo utilizzato la tecnica "pencil shadow". Questa prevede di avvitare una matita nel dado di fissaggio al centro della pentola. Con la matita che sporge perpendicolarmente al piatto, abbiamo posizionato un pezzo di carta con un foro al centro attorno al dado in modo che l'ombra della matita fosse facilmente visibile. Questo ci ha permesso di regolare la pentola fino a quando non era più visibile alcuna ombra, il che significa che era puntata direttamente verso il sole.
Test finale
Una volta puliti a fondo i pannelli e puntato il piatto direttamente al sole, abbiamo ripetuto gli stessi due test. Un fascio di carta marrone delle dimensioni di una lattina di soda è stato posizionato nel punto focale della cucina e in 20 secondi era in fiamme. Ciò significa che la temperatura nel punto focale era di almeno 451 gradi F. In secondo luogo, abbiamo messo 1 pinta d'acqua nella stessa pentola e abbiamo scoperto che ci sono voluti 10-15 minuti per farla bollire.
Test futuri
Ulteriori test includeranno una pistola termica a infrarossi per misurare con precisione la temperatura del punto focale. Saranno inoltre provati diversi mezzi di cottura, come padelle, tegami e forni olandesi, per determinare quale cucina cibo/acqua in modo più efficiente.
Discussione
Dopo il test finale possiamo tranquillamente supporre che la pentola sia in grado di produrre temperature ben superiori a 450 gradi F. Il punto focale della pentola è approssimativamente delle dimensioni di una palla da softball, quindi cucinare con una padella o pentola piccola o media è più efficiente. La parte più importante della superficie di cottura è che il fondo sia nero. Le superfici più chiare e riflettenti non assorbono molto calore, quindi il cibo non cuocerà in modo altrettanto efficiente. È stato molto piacevole lavorare a questo progetto e non vediamo l'ora di ispirare e istruire gli altri.
Lezioni apprese
- FATE SEMPRE attenzione ai raggi di luce vaganti, possono innescare un incendio; più il piatto è concavo, minore è il problema.
- Indossare SEMPRE occhiali con protezione UV quando si lavora a contatto con la luce solare e materiali riflettenti.
- Prova a trovare una pentola con il fondo nero, aumenta notevolmente la temperatura di cottura della padella. In caso contrario, la vernice Black Tempera applicata sul fondo della padella aiuterà molto
- Conservare SEMPRE con qualcosa che lo copra o capovolto, il sole può trovarli
- È necessaria una regolazione costante mentre il sole attraversa il cielo
- Il vento può far oscillare la catena e privare la superficie di cottura del calore
- Assicurarsi che ci sia la supervisione dei genitori in presenza di bambini
- Le condizioni perfette sono difficili da trovare
- Funziona meglio quando il sole è direttamente sopra la testa (pieno sole)
Prossimi passi
Sviluppato principalmente come strumento di ispirazione, il fornello parabolico verrà utilizzato in dimostrazioni ed eventi didattici.
Piazza Arcata
Per raggiungere il pubblico più vasto possibile, abbiamo in programma di esporre la cucina durante diversi eventi del Farmer's Market di Arcata nella piazza di Arcata. Queste dimostrazioni mostreranno la cucina in azione mentre cucina cibo e fa bollire l'acqua. Saranno preparati opuscoli o segnaletica informativa per accrescere la conoscenza del pubblico sulla cucina con l'energia solare. Inoltre, saranno preparati cartelli di avvertimento per garantire che gli spettatori siano protetti dai riflessi luminosi che possono sfuggire alla parabola.
Centro comunitario Jefferson
Dopo diverse dimostrazioni in piazza, il Jefferson Community Center di Eureka, California, ha accettato di ospitare in modo permanente la cucina parabolica. Hanno in programma di utilizzare la cucina in dimostrazioni e per eventi comunitari tenuti presso il centro. La cucina servirà principalmente come strumento di ispirazione per i giovani del centro, suscitando l'interesse per l'energia sostenibile e rinnovabile nei futuri scienziati ambientali.
Design migliorati
Durante il processo di costruzione abbiamo notato diverse aree di miglioramento nei progetti futuri. Invece di usare la sedia papasan in bambù come telaio, le sfaccettature in alluminio potrebbero essere collegate usando una piccola corda o cordino. Questo cordino si intreccierebbe attraverso i fori praticati negli angoli superiori di ogni sfaccettatura e, quando tirato stretto, costringerebbe le parti centrali delle sfaccettature a piegarsi, creando un piatto parabolico autonomo. Questo modello ha numerose implicazioni, in quanto sarebbe portatile, leggero e più piccolo, il che lo rende perfetto per i viaggi.
Squadra
- Kevin Burks - Quarto anno di Scienze ambientali con specializzazione in energia e clima e specializzazione in Scienze geospaziali presso Cal Poly Humboldt
- Nick Hurn - Quarto anno di Scienze Ambientali con specializzazione in Energia e Clima presso [[Cal Poly Humboldt
Vedi anche
- Progetti con Bart
- Concentratori parabolici composti
- Riflettori parabolici composti per cucine solari
- Cucine solari paraboliche
