Das Paraboloid ist eine interessante Form mit einigen erstaunlichen Eigenschaften. Es hat die Fähigkeit, Licht, elektronische Wellen, Schall usw. auf seinen Brennpunkt im Zentrum zu konzentrieren. Um den Brennpunkt eines Paraboloids zu finden, muss man die Formel verwenden:j=P∗X2{\displaystyle y=p*x^{2}}
Parabolkocher werden seit Jahrhunderten verwendet. Die Idee, Licht mithilfe gekrümmter Spiegel zu konzentrieren, wurde von den Griechen, Azteken, Inkas, Römern und Chinesen entwickelt. Die Inkas verwendeten Bronze und Gold für ihre Spiegel und bauten mehrere Stockwerke hohe Gebäude. Diese Technologie scheint in allen Zivilisationen etwa zur gleichen Zeit aufgetaucht zu sein. Man geht davon aus, dass Archimedes die Technologie W nutzte , um Syrakus 212 v. Chr. vor einfallenden römischen Flotten zu verteidigen.
Inhalt
Mein Parabol-Solarkocher
Eine kurze Beschreibung
Zunächst war ich für alles offen, was den Bau eines Solarkochers betraf . Ich dachte daran, meinen Paraboloiden aus Lehm zu bauen und dann kleine Glasstücke hineinzustecken, wie ich es bei anderen gesehen hatte. Es ist jedoch sehr zeitaufwändig, das Lehmmaterial zu sammeln und daraus einen Paraboloiden zu bauen, ganz zu schweigen von einem, dessen Fokus genau ist. Eine gespendete Schüssel wäre machbar gewesen, hätte aber nicht die Heizkapazität gehabt, die ich wollte, also machte ich mich auf die Suche nach einer anderen Schüssel. Als ich eines Tages bei Arcata Scrap and Salvage herumstöberte , stieß ich auf eine alte Satellitenschüssel aus Maschendraht und wusste, dass ich meinen Kocher gefunden hatte. Mein Mentor Bart Orlando und ich schleppten sie zur Bike Library, wo mein Kocher Gestalt annahm.
Standort und Hilfe
Der Großteil der Konstruktion und Tests fand in der Arcata Bike Library mit Hilfe von Bart Orlando statt . Den Großteil des Blechschneidens erledigte ich jedoch im HSU-Skulpturenlabor. Wir verwendeten dort auch die pedalbetriebenen Werkzeuge, um den montierten Grill zu konstruieren.
Verwendete Materialien
- Satellitenschüssel (6 Fuß Durchmesser)
- Aluminiumblech
- Rohrleitungen
- Eine Fahrradfelge
- Aluminiumnieten und Unterlegscheiben
- Schrauben und Muttern
Verfahren
Die Grundidee bestand darin, eine Satellitenschüssel zu verwenden und Aluminiumblech daran zu nieten. Dies liegt daran, dass eine Satellitenschüssel bereits eine Paraboloidform mit einem ziemlich genauen Fokus hat. Das Aluminiumblech sollte in dreieckige Stücke geschnitten und dann an 3-5 Stellen für die Nieten gebohrt werden. Sie sollten sich der Form des Paraboloids anpassen und die Integrität des Brennpunkts nicht beeinträchtigen. Wir wollten, dass das Aluminium so exakt wie möglich ist, um sicherzustellen, dass es genug Licht reflektiert, um ein paar Kartoffeln zu braten. Ich wollte mit meinem Herd mehr machen, als nur Wasser zu kochen.
Der Grill mit heißer Platte sollte aus Rohren und Fahrradfelgen gebaut werden. Wir würden die Enden der Rohre flach drücken, um sie leichter am Mittelrohr und den Felgen befestigen zu können, und dann alles zusammenschrauben. Wir entschieden, dass eine kardanische Aufhängung für dieses Projekt am besten geeignet wäre, damit wir die Pfanne (oder den Topf) in jede gewünschte Richtung bewegen könnten, um optimales Sonnenlicht zu erhalten. Dies ist ein schwierigeres Design, aber es gibt der Pfanne mehr Freiheit und eine höhere Heizleistung.
Wir begannen das Projekt mit dem Testen einer Schüssel, die Bart in der Bike Library hatte. Sie war leicht länglich und nicht stark konkav, also beschlossen wir, zu testen, wie genau der Fokus war. Ich klebte ein paar Mylar-Stücke darauf und Bart und ich nahmen sie mit in die Sonne. Es stellte sich heraus, dass die Schüssel aufgrund ihrer länglichen Form viele Brennpunkte hatte. Ich musste mich auf die Suche nach einer anderen Schüssel machen, wenn ich damit Essen braten wollte. Die, die wir hatten, reichte einfach nicht aus. Dann machte ich mich auf den Weg zu Arcata Scrap and Salvage und fand die perfekte Schüssel für mein Projekt.
Endgültige Konstruktion
Vorbereitung
Wir begannen damit, den Mittelpunkt der Schüssel zu zerlegen. Aus der Mitte ragte eine merkwürdige Stange, die nicht zu unserem Design passte . Wir holten eine Schleifmaschine heraus und sägten das Metall durch, damit wir das Rohr in einen Grillrost verwandeln konnten. Da die Stange in der Nähe der Basis gebogen war, dachten wir, dass sie für unser Design vielleicht nicht geeignet wäre. Glücklicherweise stellten wir fest, dass wir die Stange entfernen konnten, indem wir eine Schraube an der Basis lösten, sodass sie einfach herausgleiten konnte. Später konnten wir eine längere Stange finden, aber zu diesem Zeitpunkt wollten wir die verwenden, die mit der Schüssel geliefert wurde. Wir mussten auch eine Reihe verschiedener Rohre und Gegenstände entfernen, die aus der Rückseite der Schüssel ragten. Sie halfen dabei, die Schüssel im Gleichgewicht zu halten, wurden für unser Design jedoch nicht benötigt. Danach war die Schüssel bereit für die Umgestaltung.
Der Hot Plate Grill
Der nächste Schritt war die Konstruktion eines Grills mit heißer Platte. Der ursprüngliche Brennpunkt lag irgendwo zwischen 27 und 31 Zoll, aber wir haben den genauen Wert vergessen. Um die Halterung herzustellen, mussten wir wissen, wie lang sie sein musste, also beschloss ich, den theoretischen Brennpunkt mithilfe der folgenden Formel zu ermitteln:X2=4∗P∗j{\displaystyle x^{2}=4*p*y}
Bohren von Löchern in die Leitung mithilfe der Pedalkraft.
Stellen Sie sicher, dass das Rohr im richtigen Winkel gebogen ist.
Verkleinerung der Montagestange.
Nun müssen wir nur noch alles zusammenschrauben.
Das Hochglanzfinish
Bart hatte einen Haufen Bleche besorgt, die er für ein früheres Projekt verwenden wollte, entschied aber, dass meine Schale sie gebrauchen könnte. Es gab nicht genug zugeschnittene Stücke, um die gesamte Oberfläche der Schale abzudecken, und ich musste einige Reste Aluminiumblech ins HSU- Skulpturenlabor bringen, um sie in dreieckige Formen zu schneiden. Nach dem Schneiden mussten sie für das Nieten vorbereitet werden. Es dauerte etwa eine halbe Stunde, um Löcher in alle Stücke zu bohren, und sie waren schnell bereit, an der Schale befestigt zu werden. Während wir die Stücke an ihren Platz legten, bemerkten wir, dass die Löcher, die wir gebohrt hatten, nicht immer mit dem Muster des Netzes übereinstimmten, und es gab Bereiche, in denen das Netz mit Stücken aus massivem Metall bedeckt war. Diese Bereiche mussten unterschiedlich behandelt werden. In einigen Bereichen konnten wir Löcher durch das Metall bohren, um die Nieten zu besorgen, und in anderen entwickelten wir eine Möglichkeit, die Stücke mit einem dünnen Draht zu befestigen. Ich nahm eine Büroklammer, die ich auf dem Boden fand, und steckte sie durch das Loch und dann durch das Netz etwas oberhalb des Dreiecks. Mit einer Zange verdrehte ich die Enden der Büroklammer, um das Metall fest zu greifen; das funktionierte ganz gut. Ich konnte auch Nieten mit einem größeren Greifbereich bekommen, was bei den dickeren Bereichen half. Nachdem alle Teile festgenietet waren, bemerkten wir, dass da eine Lücke war – es war nicht genug Blech da, um die ganze Schale abzudecken. Ich bohrte noch ein paar Löcher in die Reststücke, die ich hatte, und konnte sie an der Schale befestigen. Es ist immer noch eine kleine Lücke, aber das ist wirklich egal, da die Schale so groß ist und das meiste davon sowieso beschichtet ist. Der letzte Schritt bestand darin, das Aluminium zu polieren, um eine schöne Oberfläche zu erhalten.
Mentor: Bart Orlando.
Das Endprodukt
Jetzt ist die Schüssel bereit zum Kochen. Sie könnte etwas Glanz mit Citra-Sol oder etwas Ähnlichem vertragen, aber auch ohne Glanz wird der Fokus ziemlich heiß. Um die Schüssel aufzustellen, müssen wir sie nur an etwas anlehnen. Auf der Rückseite befindet sich eine Halterung, die im Boden verankert werden kann. Dafür müsste ich ein langes Rohrstück mit einem Durchmesser von etwa 3 1/2 Zoll und einer Dicke von mindestens 1/4 Zoll finden.
Das Endprodukt.
Der fertige Plattengrill.
Testen
Mein Solarkocher eignet sich hervorragend zum Kochen von vegetarischen Burgern und Bohnen. Um 13:00 Uhr heizt sich die Schale auf 204 ° C (400 °F) auf. Gegen 14:00-15:00 Uhr heizt sich die Schale auf 176 °C (350 ° F) auf. Ich habe festgestellt, dass das Essen auf dem Kocher nicht so leicht anbrennt. Wenn ich etwas vergessen habe, das gerade kocht, bewegt sich die Sonne am Himmel. Dadurch wird die Hitze im Brennpunkt automatisch reduziert. Die Speisen sind karamellisiert, aber es ist schwer, etwas anzubrennen.
Endgültige Kosten
| Menge | Materialien | Quelle | Kosten ($) | Gesamt ($) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Satellitenschüssel | Arcata Schrott und Bergung | 40 | 40 |
| 1 | Nieten und Unterlegscheiben | Hensel Ace Hardware | 25 | 25 |
| 1 | Andere Teile | Gespendet | 0 | 0 |
| Gesamtkosten | 65 | |||
Alles andere hatten wir in der Fahrradbibliothek herumliegen und war kostenlos (also Schrauben und Muttern, Fahrradfelgen, Rohre, Werkzeuge). Bart gab mir Blech, das er für eine andere Schale verwenden wollte, damit ich meine eigene machen konnte.
Schlussfolgerungen
Wenn man zum ersten Mal einen Solarkocher baut, lernt man viel über die Methoden und Materialien, die man beim Bau verwenden sollte. Der nächste Kocher, den ich baue, wird wahrscheinlich viel einfacher sein, da ich das schon durchgemacht habe. Das nächste Mal würde ich für die Hochglanzoberfläche leichteres Aluminium verwenden. Die Schale ist für ihre Größe relativ leicht, aber es ist sicherlich schwierig, sie alleine zu handhaben. Ich würde auch eine Schale ohne Verstärkungsstrukturen in Betracht ziehen. Sie störten beim Nieten und ließen das Aluminium an einigen Stellen nicht befestigen. Um genau zu sein, muss die Hochglanzoberfläche die gesamte Oberfläche der Schale bedecken. Dies erhöht die Wärmekapazität. Aber angesichts der Größe meiner Schale glaube ich nicht, dass sie Probleme haben wird, hohe Temperaturen zu erreichen. Und das ist auch nicht der Fall. Ich habe in den letzten Tagen damit Mittagessen gekocht, ohne dass das Aluminiumblech poliert wurde.
Diskussion
Dieses Projekt war das Coolste, was ich das ganze Jahr gemacht habe. Essen mit meinem Solarkocher zu kochen ist das beste Gefühl der Welt. Es ist cool zu sehen, dass etwas, das ich selbst geschaffen habe, so gut funktioniert. Was ich noch hinzufügen möchte, ist eine Halterung für die Rückseite der Schüssel. Ich kann sie an einen Stuhl oder ähnliches lehnen, aber wenn ich sie in einem steilen Winkel aufstellen muss, könnte es etwas schwieriger werden. Das ist also etwas, worüber ich nachdenken muss, aber im Moment habe ich nachmittags viel Spaß beim Kochen von Gardenburgern und Bratkartoffeln.
Dinge, die Sie beachten sollten/Häufige Fehler, die Sie vermeiden sollten
- Achten Sie auf Streulichtstrahlen, die von Ihrem Herd ausgehen. Wenn Sie nicht aufpassen, könnten diese möglicherweise einen Brand auslösen. Wenn Ihre Schale eher konkav ist, ist das kein großes Problem, aber je flacher die Schale ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass Streulichtstrahlen auftreten.
- Tragen Sie beim Kochen eine Sonnenbrille, da die Hitze sehr hell wird und Ihre Augen dies kaum ertragen können.
- Verwenden Sie einen gusseisernen oder einen anderen schwarzen Kochtopf/eine andere schwarze Pfanne. Jede andere Farbe könnte das Licht reflektieren und das ist nicht das, was Sie wollen. Das Schwarz absorbiert das Licht und erhöht die Temperatur im Topf/in der Pfanne.
Ähnliche Projekte
Siehe auch
- Zusammengesetzte parabolische Konzentratoren
- Zusammengesetzte Parabolreflektoren für Solarkocher
- Parabolische Solarkocher
- So konstruieren Sie ein Paraboloid: Erstellen Sie das erforderliche Diagramm zum Konstruieren eines Paraboloids aus einer ebenen Fläche unter Berücksichtigung des Abstands vom Scheitelpunkt zum Brennpunkt.