Rocket stove biomass charcoal/pt

Dados do projeto

Tipo	Fogão foguete
Autores	Hoon Inigualável Mitch Girard
Localização	Arcata , Califórnia Haiti
Estatuto	Prototipado
Feito	Sim
Custo	150 USD
Usos	produzindo carvão
Manifesto OKH	Transferir

Mitch Girard e Hoon Peerless trabalharão em conjunto para pesquisar, conceber, testar e reportar a utilização de briquetes de carvão vegetal de resíduos de biomassa para fogões-foguete no ENGR305 da Cal Poly Humboldt , durante o semestre da Primavera de 2010. Procuraremos conhecimentos sobre o tipo de material de biomassa, agentes de ligação e mecanismos de prensagem de carvão vegetal.

Os recursos externos incluirão provavelmente professores da HSU, recém-licenciados em engenharia da HSU, o Centro de Investigação Aprovecho e afiliados que estão atualmente localizados no Haiti a trabalhar em tecnologia apropriada para as populações locais. O objetivo do projeto é produzir briquetes de carvão vegetal de biomassa e uma prensa, e testar os briquetes utilizando o foguetão Stovetec.

Enunciado do problema

A madeira, o carvão vegetal, a hulha e outras biomassas são utilizadas por cerca de 2,4 mil milhões de pessoas em todo o mundo como o seu principal combustível para cozinhar. ^{[ 1 ]} Nos países em desenvolvimento, estes combustíveis são frequentemente queimados em fogueiras ou em fogões com mau funcionamento. ^{[ 2 ]} Vários fatores destes processos de confeção demonstraram ser prejudiciais para a saúde humana, especialmente atribuídos a doenças respiratórias. O fumo interno emitido por estes combustíveis contém constituintes, incluindo pequenas partículas de fuligem ou poeira, que conseguem penetrar profundamente nos pulmões. Todos os anos, a poluição do ar interior é responsável pela morte de 1,6 milhões de pessoas — uma morte a cada 20 segundos. ^{[ 3 ]} As mulheres e as crianças são as mais envolvidas ou expostas a este ambiente e as mais afectadas. ^{[ 1 ]}

A produção de carvão vegetal tem sido associada a problemas ambientais, como a desflorestação , que aumenta ainda mais outras vulnerabilidades ambientais e sociais. As árvores que crescem mais lentamente; as árvores de madeira nobre produzem carvão da mais alta qualidade, aumentando ainda mais o impacto. ^{[ 1 ]} A madeira ou o carvão vegetal são o principal combustível para cozinhar no Haiti, e esta dependência contribuiu para que apenas 2% das florestas do Haiti permanecessem. ^{[ 4 ]} Em locais como o Haiti , a disponibilidade limitada de madeira significa que a procura de combustível para a recolha consome tempo e energia, provoca condições meteorológicas mais severas, aumenta a vulnerabilidade, reduz a capacidade, custa dinheiro e sobrecarrega ainda mais um recurso já esgotado. Em alguns locais, como no Mali, devido a mudanças nos sectores energético e económico, está a ocorrer uma mudança acentuada da lenha para o carvão vegetal, o que está a levantar preocupações quanto aos recursos locais ^{[ 5 ]}

Existem alternativas à produção de carvão vegetal a partir da madeira; pode ser produzido a partir de qualquer resíduo agrícola apropriado. Podem ser utilizadas várias culturas diferentes, e a disponibilidade local determinará qual delas será utilizada. No Haiti, utiliza-se a cana-de-açúcar seca ou bagaço, pois é um subproduto facilmente disponível na produção de açúcar. Os briquetes de carvão são produzidos pela mistura da biomassa carbonizada com um aglutinante também de uso local; A mistura é depois transformada em briquetes utilizando algum tipo de prensa e deixada secar.

O fogão foguete StoveTec concebido no Centro de Investigação Aprovecho está otimizado para fornecer soluções de baixo custo, baixas emissões e eficiência de combustível. Aumentam a transferência de calor e a eficiência da combustão para uma cozedura mais limpa e eficiente. ^{[ 6 ]} O fogão pode queimar lenha, carvão ou outra biomassa. Os fogões a foguete em uso no Haiti estão a reduzir a quantidade de carvão necessária para cozinhar até 70%. ^{[ 7 ]}

Os nossos objetivos são desenvolver um tipo de máquina de briquetagem eficiente e produtiva, fabricada com materiais disponíveis localmente; testar diferentes materiais de resíduos agrícolas; testar o desempenho da máquina em termos de taxa de compactação, avaliar a firmeza dos briquetes e calcular o seu poder calorífico. ^{[ 8 ]}

Critérios

Os critérios ajudar-nos-ão a julgar melhor o resultado do projeto e as prioridades para o projeto.

Revisão de literatura

Esta é uma revisão da literatura disponível pertinente ao projeto de carvão vegetal de biomassa para fogões Rocket.

Teoria do projecto de fogões

Os principais objetivos técnicos do projeto de fogões são: 

1. Maximizar a eficiência do processo de combustão do combustível
2. Transfira calor da fonte para o alimento à taxa necessária da forma mais eficiente possível. ^{[ 9 ]} 

Introdução aos fogões a carvão

• Embora os fogões a carvão tradicionais sejam geralmente mais eficientes do que os fogões a lenha tradicionais, 60% a 80% da energia é perdida no processo de conversão de madeira em carvão. Devido aos menores custos de transporte, manuseamento e armazenamento por unidade de energia, o carvão vegetal apresenta muitas vantagens económicas em relação à madeira. Queima de forma mais limpa, produzindo menos fumo e exigindo menos esforço para manter uma saída de calor constante. ^{[ 9 ]}
• As orientações de projeto para fogões a carvão diferem das dos fogões a lenha devido a:
  • o combustível contém mais energia por unidade de volume e pode ser compactado firmemente
  • a maior parte da transferência de calor é proveniente do leito de carvão e não das chamas em movimento
  • o combustível só precisa de ser mudado a cada meia hora, ou mais, em vez de a cada 3-10 minutos com fogões a lenha
  • geralmente não há ou há pouco fumo de uma fogueira de carvão, pelo que não são necessárias chaminés ^{[ 9 ]}
• Os fogões a carvão são leves, portáteis, têm uma chama por panela e não têm chaminé. As melhorias de design para aumentar o desempenho da cozedura concentram-se nas alterações no corpo do fogão em torno da caixa de fogo. ^{[ 9 ]}

Componentes básicos de projecto ^{[ 9 ]}

• Entrada de ar primária
• Grelha
• Câmara de combustão
• Assento de panela
• Escudos de pote
• Corpo do fogão 

Teste de fogão ^{[ 9 ]}

• Os testes para revelar informações quantitativas e qualitativas sobre o desempenho do fogão e/ou do combustível abrangerão o seguinte:
  • A quantidade de combustível necessária para cozinhar uma determinada quantidade de alimentos
  • A eficiência térmica (ou Percentagem de Calor Utilizado - PHU) para diferentes taxas de ebulição da água
  • A gama de potência de saída (também expressa como 'taxa de redução')
  • A facilidade de operação
  • Nível de poluição
  • Requisitos de manutenção
  • Estas características serão testadas através de vários testes de fervura e cozedura em água

Materiais Resíduos Agrícolas

Quando medidos em termos de peso, conteúdo energético ou valor nutricional, os resíduos agrícolas são uma componente vital no sistema agrícola rural. São um recurso importante, embora os padrões de produção e utilização sejam muito diferentes entre países e sistemas agrícolas. ^{[ 10 ]} Possíveis resíduos agrícolas para fazer carvão com:

• Bagaço de cana-de-açúcar
• Espiga de milho
• Serragem
• Casca de café
• Casca de coco
• Bambu
• Casca de amendoim
• Casca de arroz

Acesso e Disponibilidade

• A disponibilidade de resíduos agrícolas depende da produção, bem como de factores sociais e económicos
• O acesso é influenciado pela propriedade e pelo estatuto da terra
• A sazonalidade da oferta é um fator importante ^{[ 11 ]}
• Devem ser consideradas algumas instalações de armazenamento para permitir uma operação/abastecimento durante todo o ano ^{[ 10 ]}

Preocupações ambientais

• As duas principais preocupações com a produção de carvão vegetal são a desflorestação e o cultivo intensivo de monoculturas e as questões ambientais relacionadas com a carbonização (i.e., fumo, calor e subprodutos) ^{[ 8 ]}

Briquetagem de carvão

Quatro etapas principais: ^{[ 11 ]}

1. Preparação de finos de carvão
2. Misturando os finos de carvão com um ligante
3. Briquetagem da mistura
4. Secagem dos briquetes

Ligantes

• Os ligantes são necessários quando a pressão produzida pelo equipamento de compactação é demasiado baixa para a "autoaglutinação" ou quando são compactados materiais que não se autoaglutinam, como a palha, o arroz, a casca e o carvão. Os agentes aglutinantes normalmente utilizados incluem amidos de milho, trigo, mandioca, melaço de cana-de-açúcar, alcatrões, pez, resinas, colas, fibras, resíduos de peixe e certas plantas como algas ^{[ 11 ]}
• O efeito da adição de um agente de ligação é aumentar a coesão e reduzir os requisitos de pressão. Os ligantes retêm os componentes por adesão mecânica e química e ocorrem quando as moléculas do ligante aderem a pontos específicos da estrutura molecular do aderente ^{[ 8 ]}
• A mandioca, uma raiz tropical frequentemente utilizada como agente aglutinante, é bastante robusta e pode ser cultivada em solo infértil. Possui também propriedades únicas, como alta viscosidade e resistência ao congelamento ^{[ 8 ]}

Dados

Dados úteis para recolher

• Taxa de compactação
• Firmeza dos Briquetes
• Calor Utilizado ^{[ 8 ]}
• Tempo de queima

Linha do tempo

Durante o semestre da primavera de 2010, os membros do grupo pesquisaram, conceberam, testaram e reportaram este projeto. Abaixo estão as tarefas concluídas com as datas representativas concluídas. As condições meteorológicas eram difíceis em alguns momentos, o que explicava a densidade de trabalho em datas específicas.

• Semana de 7 de março - Receber encomenda de biorresíduos de cana-de-açúcar, comprar aglutinante, construir câmara de queima a partir de um tambor de 55 galões.
• Semana de 7 de março - Colha erva-das-pampas invasora localmente na comunidade.
• Fim de semana de 13 de março - Primeiras rondas de fabrico de carvão.
• 25 de março - Conceber e fabricar uma prensa de carvão com sucata e alguma soldadura.
• 15 a 31 de março - Mais séries de produção de carvão com diversos materiais, aglutinantes e técnicas de prensagem.
• Início de abril - Análise comparativa de dados de execuções anteriores de produção de carvão para determinar as melhores técnicas/materiais.
• Fim de abril - Resultados do projeto discutidos e informação fornecida via appropedia.

Orçamento

Projeto de prensa de briquetes

O Processo

Preparação (varia)

Passos

1

Faça furos na parte inferior do tambor para permitir a circulação de ar durante a queima.

2

Preencha os buracos com biomassa.

3

Com o tambor na posição vertical, encha com cerca de 75% de biomassa.

4

Se utilizar diferentes culturas ou partes de culturas, coloque-as em camadas. Coloque um pedaço grande de madeira no meio para ajudar no fluxo de ar.

5

Coloque o tambor sobre 3 pedras de modo a que o ar flua pelo fundo e a luz venha do fundo.

6

Deixe arder durante 5 a 10 minutos até que o fumo se dissipe ou mude de cor.

7

Fumo ainda opaco...

8

Tornando-se claro...

9

Cubra com a tampa e retire as pedras do fundo enquanto apoia o tambor com o pedaço de madeira grande. Sele o fundo com areia ou terra.

10

Aguarde pelo menos duas horas.

11

Triture o carvão. Há muitas formas de o fazer: colocamos o objeto num saco de plástico e pisamos nele.

12

Aguarde pelo menos duas horas.

Fabrico de briquetes

1

Peneire o carvão triturado para separar pedaços maiores e/ou não carbonizados.

2

Misture o ligante. Usamos farinha de trigo misturada com água. O aglutinante deve ter uma consistência espessa e pegajosa, semelhante a uma papa.

3

Misture o aglutinante e o carvão. Quanto menos aglutinante for necessário, mais ideal será. Uma proporção de 10%-90% seria o ideal e 50%-50% seria demasiado.

4

Faça briquetes utilizando a prensa.

Resultados

Processo de Briquete

Testes de fogão

Testando

Utilização prevista

Este processo e prensa destinam-se a pequenas famílias e/ou comunidades. Existem prensas e moedores que foram feitos para maiores taxas de produção e utilizações industriais. Para uma melhor manutenção da prensa, é ideal limpá-la no final de cada sessão. Pode existir uma entidade principal que produz o carvão e outra que também produz briquetes. Os briquetes podem ser para uso pessoal ou feitos para serem vendidos. Como o conhecimento local e os processos de produção do carvão, bem como o aspeto (menos o formato) são pouco alterados, os briquetes têm maior probabilidade de serem adotados em vez do carvão vegetal comum.

Conclusão

Os nossos testes produziram cerca de 12 briquetes por barril de biomassa.

Demora cerca de 3 horas para fazer o carvão propriamente dito e cerca de 1 hora para fazer os 12 briquetes, incluindo a preparação e a peneiração. Todo o processo demora cerca de 5 a 6 horas, incluindo a preparação e limpeza.

O número de briquetes que podem ser feitos num dia com um barril é de cerca de 24 a 30

Os nossos testes resultaram numa média de 6 briquetes por refeição. Com 3 refeições por dia, são cerca de 18 os briquetes consumidos num dia de combustível.

Estes resultados variam de acordo com a biomassa utilizada e com a eficiência do processo de carbonização.

Ao longo do projeto, enfrentámos muitas restrições, incluindo o tempo, a cultura local e, mais importante, o clima. A recolha de biomassa para queima era bastante simples, mas o processo de secagem era significativamente mais difícil devido à ocorrência constante de chuva e à forte humidade local. A chuva não só dificultou a secagem, como também a queima e a secagem dos briquetes. Os resultados da nossa produção de carvão na maioria dos nossos testes foram ineficientes ou não tiveram sucesso devido à biomassa húmida. A cultura local do Condado de Humboldt está comprometida com o pensamento ambientalmente correto, mas a falta de conhecimento e o uso irregular do carvão tornaram a recolha de informações muito mais difícil. Sem recursos locais, fomos obrigados a confiar na informação referente às abordagens das diferentes culturas sobre a produção de carvão, e não na nossa. Como não existe procura local para este projecto, a utilização de materiais e métodos locais pode agora ser utilizada como modelo para culturas com restrições semelhantes para expandir a esfera de conhecimento em torno do processo. A nossa análise dos dados recolhidos leva-nos a acreditar que a produção familiar única de briquetes para uso pessoal provavelmente não seria eficiente, devido à quantidade de materiais necessários e à mão-de-obra necessária para a produção. Seriam necessários aproximadamente dez bidons de óleo de 55 galões de biomassa não queimada para produzir briquetes para uma pequena família cozinhar durante uma semana (ver cálculos acima). Se o trabalho fosse realizado por um grupo de trabalhadores com acesso a vários bidons de petróleo e a grandes quantidades de biomassa, o tempo gasto na produção poderia ser muito mais eficiente. Os trabalhadores poderiam então concentrar-se apenas na tarefa, e a distribuição dentro da comunidade poderia ser focada de forma a tornar todo o processo o mais eficiente possível, tanto a nível social como económico. Todo o processo foi muito informativo e divertido, com aspetos desafiantes que tiveram de ser ultrapassados ​​ou contornados. O design e a construção da prensa de carvão foram aspetos particularmente divertidos, assim como a queima do produto que passámos tanto tempo a criar! Este foi um ótimo projeto que aborda uma questão de grande importância em todo o mundo, com muitas áreas que poderão ser afetadas num futuro próximo.

Referências

Livros

• Barnard, Geoffrey e Lars Kristoferson. Resíduos agrícolas como combustível no Terceiro Mundo. Relatório Técnico nº 4. Londres: IIED, 1985.
• Barnes, Douglas F. 1994. O que leva as pessoas a cozinhar com fogões de biomassa melhorada?

uma revisão internacional comparativa dos programas de fogões. Washington DC: Banco Mundial.

• Foley, Gerald. 1986 Produção de carvão nos países em desenvolvimento.

Londres: Earthscan, Instituto Internacional para o Ambiente e Desenvolvimento.

• Kristoferson, L.A. e V. Bokalders. Tecnologias de energia renovável. Oxford: Pérgamo, 1986.
• Olá Bill. Fogões a lenha, resíduos e carvão melhorados. Londres: IT Publications, 1987.

Londres: Intermediate Technology Publications.

Revistas

• Antal, Michael J., Eric Croiset, Xiangfeng Dai. Carvão vegetal de biomassa de alto rendimento.

Combustíveis Energéticos 10(3). 652-658 Avanços no aspeto da produção de carvão vegetal de biomassa de alta eficiência, incluindo a redução dos tempos de reação e uma produção mais rápida.

• Bhattacharya, SC, DO Albina, Aung Myint Khaing.
• Efeitos de parâmetros selecionados no desempenho e nas emissões de fogões a biomassa. Biomassa e Bioenergia 23(5). 387-395 O teor de humidade, o tamanho do combustível, o tamanho da panela e o método de ignição são todos comparados com a utilização de três tipos diferentes de fogões para determinar a eficiência.
• Martin, Jorelyn, Razel Mae Pineda, Johnyver Manaay, Sugar Ray Handa e Arnulfo Ocreto. "Design e desenvolvimento de máquina de briquetagem de carvão." USM I&D 16 no. Português 2 (2008): 85-90.

Fontes da Web

• http://www.bioenergylists.org/
• Fogão foguete CCAT
• http://www.biomasscenter.org/

Dados da página

Parte de	Engr305 Tecnologia Apropriada
Palavras-chave	fogão foguete , biomassa , carvão , fogões , biocombustível
ODS	ODS07 Energia acessível e limpa
Autores	Hoon Peerless , Mitch Girard e Lonny Grafman
Licença	CC-BY-SA-3.0
Organizações	Cal Poly Humboldt
Idioma	Inglês (pt)
Traduções	Polaco , Holandês , Turco , Tailandês , Alemão , Indonésio , Espanhol
Relacionado	7 subpáginas , 18 páginas link aqui
Impacto	3.037 visualizações de página ( mais )
Criado	8 de Fevereiro de 2010 por Mitch Girard
Última modificação	18 de Junho de 2024 por Felipe Schenone
Citar como	Hoon Peerless , Mitch Girard , Lonny Grafman (2010–2024). "Fogão foguete a carvão de biomassa" . Apropriação . Consultado em 17 de fevereiro de 2025 .
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