Cách làm lò nướng năng lượng mặt trời cho trẻ em (Locally Delicious)
Chúng tôi đang học môn Engr205 Giới thiệu về Thiết kế và làm việc cho Locally Delicious để thiết kế một lò nướng năng lượng mặt trời mà trẻ em từ 8-12 tuổi có thể tự xây dựng và sử dụng. Thiết kế này được thực hiện tại Cal Poly Humboldt ở Hoa Kỳ. Chúng tôi được khuyến khích "suy nghĩ vượt ra ngoài hộp năng lượng mặt trời" và tạo ra thứ gì đó độc đáo hơn hộp đựng giày phủ giấy bạc. Chúng tôi muốn trẻ em suy nghĩ về thức ăn chúng ăn và cách chúng có thể kiểm soát chế độ ăn của mình. Sau khi nghiên cứu về lò nướng năng lượng mặt trời, vật liệu năng lượng mặt trời, khả năng của trẻ em từ 8-12 tuổi và sự truyền nhiệt, chúng tôi đã đưa ra một số thiết kế thay thế. Lò nướng bowling năng lượng mặt trời được chọn làm thiết kế cuối cùng của chúng tôi vì nó đáp ứng tốt nhất các tiêu chí của chúng tôi. Lò nướng bowling năng lượng mặt trời bao gồm hai chiếc bát đặt vào nhau với bát bên trong được sơn đen ở bên ngoài. Mỗi bát được đậy kín bằng nắp hoặc màng bọc thực phẩm. Thiết kế này cũng bao gồm một tấm phản xạ được làm từ hộp các tông và giấy bạc và uốn cong thành hình parabol. Chúng tôi đã thử nghiệm Lò nướng bowling năng lượng mặt trời với trẻ em tại Trường tiểu học Arcata và thấy rằng sản phẩm này cực kỳ thành công. Khi chúng tôi nấu ăn với bọn trẻ lúc 4 giờ chiều và thời tiết u ám với ít nắng, và nhiệt độ ở giữa những năm 50, lò nướng đạt 150 độ F sau nửa giờ. Vì thực phẩm được thiết kế để sử dụng cho lò nướng này là những thực phẩm không cần phải nấu chín để đảm bảo an toàn, nên chúng tôi tin rằng nhiệt độ tối thiểu này là phù hợp. Chúng tôi tin tưởng rằng trong thời tiết tốt hơn, lò nướng sẽ đạt nhiệt độ cao hơn. Lò nướng bowling năng lượng mặt trời kết hợp tất cả các tiêu chí mà khách hàng của chúng tôi, Locally Delicious, yêu cầu, vì vậy hy vọng nó sẽ được đưa vào cuốn sách mới của họ có tên là Lunchbox Envy .
Contents
Lý lịch
Locally Delicious là một tổ chức được thành lập tại Humboldt, CA ở Hoa Kỳ, bởi 5 người phụ nữ tự gọi mình là "the heirloom tomatoes". Mục tiêu của họ là thúc đẩy mọi người ăn thực phẩm địa phương và đưa ra những lựa chọn lành mạnh. Họ đã là những người ủng hộ lâu năm cho lối sống bền vững và đã xuất bản cuốn sách được đánh giá cao của họ có tên là Locally Delicious . Hiện tại, họ đang thực hiện cuốn sách thứ hai có tên là Lunchbox Envy , trong đó mục tiêu là trao quyền cho trẻ em để tự đưa ra lựa chọn thực phẩm lành mạnh và dạy cho chúng ý thức tự trao quyền. Cuốn sách này bao gồm các công thức nấu ăn và dự án đơn giản, ngon miệng, lành mạnh và dễ chế biến. Chúng tôi hy vọng thiết kế của mình sẽ là một phần của cuốn sách này.
Tuyên bố vấn đề và tiêu chí
Thiết kế một lò nướng năng lượng mặt trời mà trẻ em từ 8-12 tuổi có thể tự xây dựng và vận hành. Thức ăn được thiết kế để nấu trong lò nướng này là đồ ăn nhẹ như bánh pizza bagel.
Các tiêu chí này là tiêu chuẩn chúng tôi sử dụng để đánh giá các giải pháp.
Bảng 1 : Tiêu chí, ràng buộc và trọng số của dự án
| Tiêu chuẩn | Hạn chế | Cân nặng |
|---|---|---|
| Trị giá | Chi phí sao chép vật liệu tại nhà không được vượt quá 20 đô la. | 8 |
| Hiệu quả/ Hiệu suất | Lò nướng có khả năng nấu chín thức ăn trong khoảng thời gian 2-3 giờ. | 9 |
| Dễ dàng xây dựng/sử dụng | Các vật liệu phải dễ kiếm và dễ sử dụng. | 8 |
| Thẩm mỹ | Hình dáng của mô hình phải tương đối dễ nhìn. | 3 |
| Sự an toàn | Việc chế tạo và sử dụng lò nướng không gây nguy hiểm cho sức khỏe hoặc gây thương tích nghiêm trọng cho trẻ em. | 10 |
| Độ bền | Lò nướng phải được làm bằng vật liệu bền, ít tạo ra chất thải. | 7 |
| Thiết kế sáng tạo | Lò nướng phải có thiết kế nguyên bản. | 7 |
| Tính linh hoạt | Mô hình phải có khả năng hoạt động trong nhiều điều kiện khí hậu khác nhau. | 8 |
Mô tả dự án cuối cùng
Lò Bowling năng lượng mặt trời bao gồm hai bát kín, một bát nằm bên trong bát kia và một tấm phản xạ parabol. Bát ngoài bằng thủy tinh và bát trong bằng kim loại và được sơn đen ở bên ngoài. Mỗi bát được đậy kín riêng bằng nắp hoặc màng bọc thực phẩm. Tấm phản xạ parabol được làm bằng bìa cứng và giấy bạc. Lò Bowling năng lượng mặt trời được thể hiện trong Hình 1.
Mô tả các thành phần
Bát ngoài Lớp ngoài cùng của Lò Bowling Năng lượng Mặt trời bao gồm một bát thủy tinh hoặc Pyrex khá lớn, đường kính khoảng 15 inch, như trong Hình 2. Một chiếc bát có tay cầm dễ sử dụng hơn, nhưng không bắt buộc. Bạn có thể mua loại bát này ở hầu hết các cửa hàng tạp hóa. Thủy tinh cho phép ánh sáng đi qua, nhưng vì thủy tinh không phải là chất dẫn nhiệt tốt nên nhiệt bị giữ lại bên trong bát. Nhiệt bị giữ lại bên trong bát sẽ làm chín thức ăn.
Bát bên trong Thành phần tiếp theo của Lò Bowling Năng lượng Mặt trời là bát bên trong, được làm bằng kim loại, như trong Hình 3. Đây là dụng cụ nấu ăn và là thứ sẽ nóng lên. Bát này cần phải vừa khít bên trong bát thủy tinh và có khoảng cách từ 1/4" đến 3/4" giữa các bát. Bát thủy tinh bên ngoài cho phép bức xạ từ mặt trời vào bên trong và làm nóng không khí giữa hai bát.
Lớp phủ màu đen trên bát bên trong Bát bên trong được phủ một lớp phủ màu đen, như trong Hình 4. Nếu bát bên trong có nắp trong suốt, nắp này cũng phải được phủ một lớp phủ màu đen. Lớp phủ màu đen hấp thụ nhiệt bên trong bát đó. Sơn bếp nướng hoặc bếp lò màu đen hoạt động tốt nhất khi phủ lớp phủ màu đen vì nó không độc hại khi tiếp xúc với nhiệt độ cao. Lớp phủ màu đen thu thập bức xạ đi qua kính và giúp tăng nhiệt độ môi trường xung quanh trong không khí giữa các bát.
Lớp phủ Thiết kế này hoạt động bằng cách giữ bức xạ đã được hấp thụ từ mặt trời bên trong bát. Điều này được thực hiện bằng cách phủ lớp phủ bát bên trong và bát bên ngoài, như trong Hình 5a và 5b. Lớp phủ làm tăng nhiệt và cho phép nấu chín thực phẩm. Bát bên trong và bát bên ngoài đều cần được phủ, sao cho bát bên trong cùng với lớp phủ của nó được chứa hoàn toàn trong bát thủy tinh lớn hơn. Lớp phủ lý tưởng sẽ là nắp đậy cho mỗi bát, tuy nhiên, nếu không có sẵn, thì việc phủ riêng từng bát bằng màng bọc thực phẩm cũng có tác dụng như một giải pháp thay thế.
Tấm phản xạ Tấm phản xạ được sử dụng để tập trung ánh sáng mặt trời để nấu ăn nhanh hơn và tốt hơn. Tấm phản xạ là hộp các tông được chống đỡ và uốn cong theo hình parabol và được phủ giấy bạc, như trong Hình 6. Hộp các tông có thể tích 18"x18"x18", nhưng kích thước hộp trong phạm vi nửa feet so với kích thước này ở mỗi chiều cũng sẽ phù hợp. Tấm phản xạ phản xạ nhiều bức xạ mặt trời hơn về phía Lò Bowling Năng lượng Mặt trời vì hình dạng cong hướng bức xạ theo các hướng khác nhau.
Trị giá
Giờ thiết kế
Chi phí thiết kế cho biết số giờ mà nhóm của chúng tôi dành cho dự án thiết kế này. Tổng cộng 165 giờ đã được dành cho dự án thiết kế này và phần lớn thời gian thiết kế được dành cho việc thử nghiệm và triển khai giải pháp. Hình 7 cho thấy biểu đồ hình tròn về số giờ dành cho từng phần thiết kế.
Chi phí thực hiện
Bảng 2 cho thấy các vật liệu và chi phí để tạo ra Lò nướng bowling năng lượng mặt trời. Chi phí bán lẻ để mua mọi thứ cần thiết để tạo ra Lò nướng bowling năng lượng mặt trời là 29,94 đô la và số tiền chúng tôi đã chi là 20,97 đô la. Tuy nhiên, vì nhiều vật liệu cần thiết cho thiết kế này có thể tìm thấy xung quanh nhà nên chi phí dự kiến chỉ là 5,99 đô la, đó là chi phí sơn lò nướng màu đen.
Bảng 2 : Bảng chi phí
| Vật liệu | Số lượng | Giá bán lẻ ($) | Chi phí của chúng tôi ($) | Chi phí dự kiến ($) |
|---|---|---|---|---|
| Bát thủy tinh | 1 | 7,99 | 7,99 | tìm thấy ở nhà |
| Nồi nhỏ | 1 | 6,99 | 6,99 | tìm thấy ở nhà |
| Sơn bếp nướng/bếp gas màu đen | 1 bình xịt | 5,99 | 5,99 | 5,99 |
| Giấy gói Saran | 1 cuộn | 1,99 | tìm thấy ở nhà | tìm thấy ở nhà |
| Giấy bạc nhôm | 1 cuộn | 2,99 | 2,99 | tìm thấy ở nhà |
| Băng keo | 1 cuộn | 3,99 | tìm thấy ở nhà | tìm thấy ở nhà |
| Hộp các tông | 1 | tìm thấy ở nhà | tìm thấy ở nhà | tìm thấy ở nhà |
| Tổng chi phí: | 29,94 đô la | 20,97 đô la | 5,99 đô la | |
Chi phí bảo trì
Lò Bowling năng lượng mặt trời rất bền và ít thải ra chất thải. Các vật liệu có thể tái sử dụng, tạo ra chi phí bảo trì thấp. Một thông số kỹ thuật cho thiết kế này là nó cần chịu được ít nhất 3 lần sử dụng và tất cả các vật liệu sẽ bền hơn thế. Cuộn màng bọc thực phẩm và cuộn giấy bạc là những vật liệu duy nhất cần được thay thế, tuy nhiên, một cuộn của mỗi loại sẽ bền hơn 20 lần thử.
Kết quả thử nghiệm
Sau khi thử nghiệm lò nướng với trẻ em tại Trường tiểu học Arcata, chúng tôi kết luận rằng Lò bowling năng lượng mặt trời là một thiết kế hiệu quả để nấu thức ăn cho trẻ em từ 8 đến 12 tuổi. Trẻ em đã vui vẻ nấu ăn bằng năng lượng mặt trời và có thể tạo ra tấm phản xạ và Lò bowling năng lượng mặt trời với sự trợ giúp tối thiểu. Sau khi thử nghiệm hiệu suất của Lò bowling năng lượng mặt trời tại Arcata, CA với nhiệt độ bên ngoài là 57°F, lò đã đạt 150°F sau nửa giờ. Có thể xem thêm kết quả thử nghiệm trong Bảng 3. Vì thực phẩm được thiết kế để sử dụng cho lò nướng này là thực phẩm không cần nấu chín để đảm bảo an toàn nên nhiệt độ này là phù hợp. Ở những khu vực khác có nhiệt độ bên ngoài và ánh sáng mặt trời cao hơn, có thể kết luận hợp lý rằng lò sẽ đạt nhiệt độ cao hơn. Dựa trên kết quả thử nghiệm với Trường tiểu học Arcata, chúng tôi có thể kết luận rằng thiết kế Lò bowling năng lượng mặt trời có thể dễ dàng được trẻ em từ 8 đến 12 tuổi tự tạo và vận hành.
Bảng 3 : Bảng kết quả
| Nhiệt độ bên ngoài | Điều kiện thời tiết | Thời gian | Nhiệt độ lò nướng |
|---|---|---|---|
| 50 độ F | Không thấy mặt trời | 20 phút | 90 độ F |
| 57 độ F | Trời u ám, nắng nhẹ | 18 phút | 140 độ F |
| 57 độ F | Trời u ám, nắng nhẹ | 30 phút | 150 độ F |
Cách xây dựng
Để xem hướng dẫn thực hiện, hãy truy cập: Hướng dẫn sử dụng Solarbowlingoven
Video hướng dẫn
Thảo luận và các bước tiếp theo
Vật liệu cho thiết kế này có thể tìm thấy ở nhiều hộ gia đình và bản thân thiết kế cũng đơn giản, giúp trẻ em có thể tái tạo lại. Ưu điểm của thiết kế này là ít tạo ra rác thải, vật liệu có thể tái sử dụng nhiều lần và chi phí tạo ra lò nướng rất phải chăng. Ngoài ra, dựa trên kết quả thử nghiệm với Arcata Elementary, chúng tôi có thể kết luận rằng thiết kế Lò bowling năng lượng mặt trời có thể dễ dàng được trẻ em từ 8-12 tuổi tự tạo ra và vận hành độc lập. Chúng tôi tin rằng thiết kế phản xạ parabol cũng có thể được trẻ em từ 11-15 tuổi sử dụng trong các lớp toán của chúng. Vì parabol tuân theo phương trình y = mx^2, nên có thể tính toán và triển khai một phản xạ hình parabol hoàn hảo. Những phép tính này có xu hướng quá nâng cao đối với hầu hết trẻ em từ 8-12 tuổi, tuy nhiên, chúng nằm trong khả năng của trẻ em từ 11-15 tuổi.
Các dự án liên quan
Tài liệu tham khảo
http://www.locally-delicious.org/