Kevin i Nick s Papasan solarnim kuhalom
Viši inženjeri znanosti o okolišu Nick Hurn i Kevin Burks stvaraju malo parabolično zrcalno kuhalo kako bi demonstrirali široku upotrebu izmjenične energije u okrugu Humboldt. Dio je nastave ENGR305 u proljeće 2013. u Cal Poly Humboldt i bit će izložen na stalnom postavu u Jefferson Community Centeru u Arcati, Kalifornija. Parabolična kuhala su dizajnirana da iskoriste sunčevu energiju i prenesu je izravno u proces kuhanja sirovina. Služit će kao funkcionalno solarno kuhalo za ručkove i aktivnosti za učenike i osoblje, kao i primjer kreativne upotrebe alternativne energije u kojoj zajednica može uživati.
Sadržaj
Uvod
Kako radi parabolično kuhalo
Društveni centar JeffersonKad smo prvi put prihvatili ovaj projekt, imali smo tri različite mogućnosti dizajna koje smo trebali razmotriti i bili smo u najmanju ruku oduševljeni. Ali na našu sreću, imali smo pomoć Barta Orlanda , lokalnog stručnjaka za solarne štednjake. Prvi dizajn koji smo razmatrali koristio je recikliranu radarsku antenu kao okvir, drugi je bio prijenosno parabolično kuhalo sa sklopivim okvirom, a treći je koristio recikliranu papasan stolicu kao okvir. Razmišljali smo o korištenju reciklirane stolice ili radarske antene jer već postoji inherentan parabolični oblik.
Nakon što smo odlučili da bi naš najizvedivi dizajn bio stolica Papasan, morali smo odlučiti kojom vrstom reflektirajuće površine prekriti stolicu. Morali smo birati između premaza Mylar, slavina od nehrđajućeg čelika ili slavina od poliranog aluminija. Kriteriji našeg projekta usmjereni su na izdržljivost i učinkovitost, pa smo odlučili upotrijebiti polirane aluminijske ploče jer imaju visoku refleksiju, a opet dovoljno izdržljive da se poprave, a ne pokidaju ili potrgaju.
Nakon što je stigao naš polirani aluminijski lim veličine 025", morali smo odlučiti o dizajnu slavina, trokuti poput traka koji bi prekrivali vanjsku stranu stolca kako bi reflektirali sunčevu svjetlost do žarišne točke. Odlučili smo napraviti svoje slavine 8" na debelom kraj i 2" skraćeni kraj s druge strane gdje možemo probušiti i poravnati sve aspekte vijkom.
Nakon što smo dovršili aspekt projekta koji se odnosi na reflektirajuću stolicu, počeli smo s dizajnom tronošca/stalka za roštilj. Razmišljali smo o montiranju sustava nosača izravno na stolicu, ali nas je odvratilo stalno podešavanje za pravilan kut sunca. Umjesto toga, odlučili smo se za sustav stativa napravljen od tri bambusove šipke debljine 1" koje se drže zajedno sa zategnutim recikliranim cijevima za bicikle na vrhu. Na vrhu stativa objesili smo dio lanca od 2 stope s tri druga dijela lanca od 2 stope Ta tri dijela lanca koja smo spojili na našu rešetku za pečenje napravila je ravnu površinu za kuhanje na koju smo mogli staviti razne posude vodu i educirati zajednicu o važnosti održivih načina kuhanja.
Iskaz problema
Cilj ovog projekta je stvoriti parabolično zrcalno kuhalo koje je uspješan primjer načina hvatanja i korištenja sunčeve energije na održiv način. Planiramo to učiniti u dva koraka tako da prvo testiramo najučinkovitiji i najučinkovitiji način izrade štednjaka, a zatim implementiramo ekološki najprihvatljivije građevinske tehnike kako bismo postigli njegovu izradu.
Kriteriji za ocjenu projekta
Za procjenu uspjeha ovog projekta koristit će se sljedeći kriteriji. Nakon razmatranja s klijentom, odredili smo sljedeće kriterije koji su ključni za uspjeh našeg projekta. Ljestvica od 1-10 označava važnost svakog od navedenih kriterija.
| Kriteriji | Ograničenja | Težina (1-10) |
|---|---|---|
| Funkcionalnost | Štednjak mora postići optimalnu temperaturu (TBD) unutar određenog vremena (cca. 2 sata) | 10 |
| Jednostavnost korištenja i sigurnost | Dizajn mora biti jednostavan i prilagođen djeci | 8 |
| Obrazovna vrijednost | Štednjak mora učinkovito pokazati snagu alternativnog solarnog grijanja | 6 |
| Postavljanje i skladištenje | Štednjak mora stati u određeno mjesto za pohranu (približno 4 kvadratne stope) i mora proći kroz navedena dvostruka vrata | 6 |
| Veličina | Mora biti dovoljno velik da učinkovito skuha hranu u relativno kratkom vremenskom razdoblju, a da zadrži mobilnost | 7 |
| Mobilnost | Štednjak moraju moći pomicati 1-2 osobe (tj. kotači, ručke, lagani) | 6 |
| Izdržljivost | Mora funkcionirati više godina u blizini djece i izdržati UV zrake | 8 |
| Proračun | Moramo ostati unutar sredstava našeg proračuna | 8 |
| Inspirativno | Uspješno zaokuplja dječju maštu i nadahnjuje ih da traže daljnje obrazovanje u odgovarajućoj tehnologiji | 8 |
Pregled literature
Oblik
Parabole i paraboloidi su uvijek nešto zabavno za naučiti. Imaju jedinstven oblik koji im daje svojstva koja su prilično zanimljiva. Imaju moć fokusiranja radijskih, svjetlosnih, pa čak i zvučnih valova u jednu žarišnu točku pomoću refleksije. Jedinstveni oblik krivulje daje paraboloidu ovu jedinstvenu karakteristiku. Da bi se pronašla žarišna točka za paraboliod, mora se koristiti jednadžba y = p * x^2, gdje je p konstanta, y je dubina paraboloida, a x je najveći opseg paraboloida. Pomoću ove jednadžbe mogli smo pronaći našu žarišnu točku koja je bila oko 4,5" inča iznad središta našeg paraboloida.
Povijest
Parabolični solarni štednjaci su uređaji dizajnirani za hvatanje izravne sunčeve topline pomoću reflektirajuće površine paraboličnog oblika. Djeluju tako da reflektiraju sunčeve zrake u jednu središnju žarišnu točku stvarajući temperature veće od 500 F koje se koriste za zagrijavanje, kuhanje i pasterizaciju hrane ili vode. Parabolični solarni štednjaci datiraju stoljećima unatrag od civilizacija diljem svijeta. Od Grka, preko Asteka, do starih Kineza i Rimljana, svi su imali verziju. A budući da je sunce jedini izvor goriva koji je potreban za stvaranje topline za korištenje, praktične su za stvaranje i jeftine za rad i održavanje, što ih čini savršenim obrazovnim alatom za održivo kuhanje.
Izgradnja
Izmjerite i ocrtajte aspekte na aluminijskim pločama
Izrežite sve aspekte pomoću Beverly Shear. Ovaj proces oduzima puno vremena jer škare režu samo nekoliko inča po kriški.
Izbušite rupe za pričvršćivanje u gornjim kutovima svih strana. Oni bi trebali biti promjera oko 1/4 inča kako bi se omogućilo lako provlačenje patentnih zatvarača. Izbušite rupu od pola inča na malom kraju stranice kako biste omogućili pričvrsni vijak.
Postavite fasete na stolicu i umetnite sidreni vijak
Polako širite fasete, pazeći da ne ogrebete aluminij. Napomena: ružičasta zaštitna plastika ostaje uključena dok svi aspekti ne budu čvrsto na mjestu.
U svaki kut umetnite vezice i pričvrstite ih na vanjski rub Papasan stolice od bambusa
Uklonite plastiku i provjerite ima li mrlja
Sastavite tronožac. Skupite 3 bambusove motke i postavite zračnice bicikla oko jednog kraja. Nastavite udvostručiti cijevi na sebe dok se ne stegnu. To će omogućiti da se stupovi rašire u tronožac i lako uvuku u obliku snopa.
Objesite lanac s vrha tronošca i pričvrstite bijelu metalnu rešetku s mini karabinerima. Ova rešetka može primiti brojne različite površine za kuhanje.
Kuhajte, kuhajte i palite!
Upute za održavanje
Naš solarni štednjak gradimo imajući na umu održavanje, naš moto je bio jednostavna konstrukcija znači jednostavno održavanje. Postoji vrlo malo pokretnih dijelova na ovom projektu što olakšava održavanje. Glavna briga za održavanje je pravilno skladištenje i čišćenje. Prije svake uporabe polirane aluminijske slavine moraju se polirati. A bez odgovarajućeg skladištenja, kuhalo bi se moglo raspasti za nekoliko godina. Glavne komponente štednjaka su rajsferšlusi, lanac i bambusove šipke. Sve je vrlo jeftino i jednostavno za zamjenu. Imamo i dodatnu aluminijsku slavinu u slučaju oštećenja jedne od originalnih slavina, kao i dodatne zip vezice za donaciju.
Predloženi vremenski okvir
Ovo su okvirni datumi za postizanje svakog cilja.
| Projekt | Započelo | Završetak |
|---|---|---|
| Završetak dizajna | 18. veljače | 26. veljače |
| Nabavite sav potreban materijal | 18. veljače | 05. ožujka |
| Izgradnja | 05. ožujka | 23. ožujka |
| Testiranje | 23. ožujka | 30. ožujka |
| Demonstracija | 02. travnja | 02. travnja |
| Pratiti | 02. travnja | 14. svibnja |
trošak
Ovdje je predložen proračun koji se može sortirati za parabolični štednjak Jefferson Community Center
| Količina | Materijal | Izvor | Trošak ($) | Ukupno ($) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Papasan stolica | Cimer | Donirano | 0,00 |
| 4 | 2' duljine lanca od nehrđajućeg čelika | Ace hardver | 2,51 $/ft | 21.74 |
| 1 | Lonac za demonstraciju kuhanja s poklopcem | Trgovina rabljenom robom | 5.00 | 5.00 |
| 2 | Zračnica bicikla | Stare gume za bicikle u garaži | Pronađeno | 0,00 |
| ~10 | Različiti spojnici/zip vezice | Ace hardver | 21.25 | 21.25 |
| 1 | Bijela metalna rešetka | Trgovina rabljenom robom | 0,67 | 0,67 |
| 3 | Bambusovi stupovi 1" x 8' | Vrtna oprema Mad River | 2.69 | 8.68 |
| 1 | List od reflektirajućeg aluminija - 5' x 8' | AluMet Metal Supply (naručeno online) | 111.04 | 111.04 |
| Ukupni trošak | 168,38 dolara | |||
Zaključak
Rezultati testiranja
Neposredno nakon izrade štednjaka, provedeno je nekoliko testova kako bi se utvrdila učinkovitost parabole.
Inicijalni test
Prvi test bio je jednostavno stavljanje malog svežnja papira u ono za što smo pretpostavili da je žarišna točka da vidimo hoće li se zapaliti. Dimilo se i palilo otprilike 30 sekundi, ali se nikad nije zapalilo. Zatim smo stavili 1 litru vode u lonac koji je visio s tronošca od bambusa. Nakon približno 20 minuta, neki mjehurići su bili vidljivi, ali nije zabilježeno ključanje.
Fino podešavanje
Kako bismo bolje usmjerili antenu prema suncu, upotrijebili smo tehniku "sjene olovkom". To podrazumijeva zavrtanje olovke u pričvrsnu maticu u sredini štednjaka. S olovkom koja je stršila okomito na posudu, stavili smo komad papira s rupom u sredini oko matice tako da je sjena od olovke bila lako vidljiva. To nam je omogućilo da namjestimo štednjak sve dok više nije bila vidljiva sjena, što znači da je bio usmjeren izravno prema suncu.
Završno testiranje
Nakon što su paneli bili temeljito očišćeni i antena usmjerena izravno prema suncu, ponovno smo proveli ista dva testa. Svežanj smeđeg papira veličine limenke sode stavljen je u središte kuhala i za 20 sekundi zapalio se. To znači da je temperatura u žarišnoj točki bila najmanje 451 stupanj F. Drugo, stavili smo 1 litru vode u isti lonac i otkrili da je trebalo 10-15 minuta da proključa.
Buduće testiranje
Further testing will include an infrared temperature gun to accurately measure the focal point temperature. Different cooking mediums, such as skillets, pans, and dutch ovens, will also be tried to determine which cooks food/water most efficiently.
Discussion
After final testing we can safely assume that the cooker is capable of producing temperatures well in excess of 450 degrees F. The focal point of the cooker is approximately the size of a softball, thus cooking with a small to medium pan or pot is most efficient. The most important part of the cooking surface is that the bottom be black. Lighter, reflective surfaces do not absorb as much heat, thus food will not cook nearly as efficiently. This project was very enjoyable to work on and we look forward to inspiring and educating others.
Lessons learned
- ALWAYS watch for stray rays of light, they can and will start a fire, the more concave the dish, the less the concern.
- ALWAYS wear UV protective eye wear when working with sun light and reflective materials.
- Try to find a pot with a black bottom, greatly increases cooking temp for pan. If not, Black Tempera paint applied to the bottom of the pan will help greatly
- ALWAYS store with something covering it or upside down, stray sun can find them
- Constant adjustment is necessary as the sun tracks across the sky
- Wind can cause chain to sway and rob cooking surface of heat
- Make sure parental supervision is given if in the presence of kids
- Perfect conditions are hard to find
- Works best when sun directly over head(full sun)
Next steps
Developed mainly as an inspirational tool, the parabolic cooker will be used in demonstrations and educational events.
Arcata Plaza
To reach the widest audience possible, we plan to display the cooker during several of Arcata's Farmer's Market events on the Arcata plaza. These demonstrations will show the cooker in action as it cooks food and boils water. Pamphlets or informational signage will be prepared to further the public's knowledge on cooking with solar energy. Additionally, warning signs will be prepared to ensure onlookers are protected from the bright reflections that can escape the parabola.
Jefferson Community Center
After several plaza demonstrations, the Jefferson Community Center in Eureka, California has agreed to permanently house the parabolic cooker. They plan to use the cooker in demos and for community events held at the center. The cooker will serve mainly as an inspirational tool for the center's youth, sparking an interest in sustainable and renewable energy in future environmental scientists.
Improved Designs
Tijekom procesa izgradnje primijetili smo nekoliko područja za poboljšanje u budućim projektima. Umjesto korištenja stolice od bambusa papasan kao okvira, aluminijske strane mogle bi se povezati pomoću malog užeta ili užeta. Taj bi se konop provlačio kroz rupe izbušene na gornjim uglovima svake strane i kada bi se čvrsto povukao, prisilio bi sredinu strana da se izvije, stvarajući samostalnu paraboličnu antenu. Ovaj model ima brojne implikacije, budući da bi bio prenosiv, lagan i manji, što ga čini savršenim za putovanja.
Tim
- Kevin Burks - četvrta godina studija znanosti o okolišu s naglaskom na energiju i klimu i sporedna studija geoprostornih znanosti na Cal Poly Humboldt
- Nick Hurn - četvrta godina studija znanosti o okolišu s naglaskom na energiju i klimu na [[Cal Poly Humboldt
Vidi također
- Projekti s Bartom
- Složeni parabolični koncentratori
- Složeni parabolični reflektori za solarne štednjake
- Parabolični solarni štednjaci
