PAPEL TÉCNICO #36
UNDERSTANDING FOGÕES SOLARES
E FORNOS
Por
Thomas Bowman
os Revisores Técnicos
MIKOS FABERSUNNE
Gary Flomenhoft
John Furber
John Yellot
Published Por
VITA
1600 Bulevar de Wilson, Apartamento 500,
Arlington, Virgínia 22209 E.U.A.
Tel: 703-276-1800 * Fac-símile:
703/243-1865
Internet: pr-info@vita.org
Understanding Fogões Solares e Fornos
ISBN: 0-86619-247-6
[C] 1985, Voluntários em Ajuda Técnica,
PREFACE
Este papel é um de uma série publicada por Voluntários dentro Técnico
Ajuda para prover uma introdução a estado-de-o-arte específica
tecnologias de interesse para pessoas em países em desenvolvimento.
É pretendida que os documentos são usados como diretrizes para ajudar
pessoas escolhem tecnologias que são satisfatório às situações deles/delas.
Não é pretendida que eles provêem construção ou implementação
são urgidas para as Pessoas de details. que contatem VITA ou uma organização semelhante
para informação adicional e ajuda técnica se eles
achado que uma tecnologia particular parece satisfazer as necessidades deles/delas.
Foram escritos os documentos na série, foram revisados, e foram ilustrados
quase completamente por VITA Volunteer os peritos técnicos em um puramente
basis. voluntário Uns 500 voluntários eram envolvidos na produção
do primeiro emitiram 100.titles, enquanto contribuindo aproximadamente
5,000 horas do time. deles/delas o pessoal de VITA incluiu Maria Giannuzzi
como editor, Suzanne Brooks que controla typesetting e plano, e
Margaret Crouch como gerente de projeto.
O autor deste papel, VITA Thomas E Voluntário. Bowman, é
O professor e Cabeça do Departamento de Engenharia Mecânico a
o Instituto de Flórida de Tecnologia em Melbourne, Florida. O
revisores também são os voluntários de VITA.
Mikos Fabersunne é um mecânico
engenheiro empregou com o Escritório de Avaliações de Energia para
o Estado de Califórnia em Sacramento.
Gary Flomenhoft é um
engenheiro de teste sênior com TRW em Redondo Beach, California. John
D. Furber é o Presidente de Corporação de Software de Vale Agradável
e Tecnologia de Energia de Luz estrelada em Aptos, Califórnia.
John Yellot
é Professor Emeritus da Faculdade de Arquitetura no Arizona
Universidade estatal, e opera John Yellot Engineering os Sócios,
uma empresa de engenharia consultora que especializa no uso e
controle de energia solar.
VITA é uma organização privada, sem lucro que apóia as pessoas
trabalhando em problemas técnicos em países em desenvolvimento.
ofertas de VITA
informação e ajuda apontaram a ajudar os indivíduos e
grupos para selecionar e tecnologias de instrumento destinam o deles/delas
situations. VITA mantém um Serviço de Investigação internacional, um
centro de documentação especializado, e uma lista computadorizada de
voluntário os consultores técnicos; administra projetos de campo a longo prazo;
e publica uma variedade de manuais técnicos e documentos.
UNDERSTANDING FOGÕES SOLARES
Por VITA Thomas E Voluntário.
Bowman
INTRODUÇÃO DE I.
Em muitas regiões equatoriais, árvores nativas e arbustos estão estando cortados
a uma taxa alarmante conhecer as demandas crescentes para agrícola
terra, indústria, e fuelwood e carvão.
O ambiental
conseqüências deste desmatamento são severas, enquanto variando de terra
erosão e clima muda a inundar e a destruição de
farmland. Moreover, encolhendo materiais de madeira mau isso as pessoas,
tenha que gastar mais tempo e energia na procura por cozinhar combustível.
Uma alternativa é usar querosene, gasolina, ou liquified
petróleo gas. Mas estes são importadas freqüentemente (conseqüentemente caro)
e os transportando a áreas remotas é normalmente difícil.
A próxima alternativa óbvia é usar o sol, particularmente em
regiões equatoriais onde energia solar é abundante.
However,
embora foram desenvolvidos fogões solares executáveis, muitos têm
limitations. sério por exemplo, com exceção do indireto
fogões, a maioria só pode ser usada ao ar livre e durante o dia (e
freqüentemente só quando o sol é alto), a maioria tem que ser ajustada todo
10-15 minutos para manter passo com o sol comovente, e a maioria é
satisfatório só para arte culinária lenta e guisando.
além disso, alguns
desígnios podem acomodar só uma panela cozinhando.
Desde então até mesmo o melhor não é tão rápido quanto fogões que usam convencional
combustíveis, eles são muito satisfatórios junto com tradicional
métodos, (i.e., usando um fogão solar durante o dia e um combustível-queimando
fogão à noite, conservando combustível assim e ajudando
alivie o problema de desmatamento).
HISTÓRIA DE FOGÕES SOLARES
Pesquisa e desenvolvimento de fogões solares começaram mais de 100 anos
AGO. W. Adams de Bombay, Índia, projetou um entre 1876 que isso consistiu
de um forno octogonal, copo-incluso cercado por copo
espelhos que colecionaram a luz solar e dirigiram isto no
enclosure. O palmo da beira de refletor era 71 cm.
O Adams informou que cozinhou " as rações de sete soldados...
em
duas horas, em janeiro ". (Sol Cozinha Ltd., um fabricante de
fogões solares nos Estados Unidos, está comercializando agora um semelhante
fogão que tem um documento anexo um pouco menor e refletor maior
(94 cm).
Um dos primeiros fogões solares indiretos (permitindo arte culinária a
noite e em lugar fechado) foi projetada por Dr. Charles Greely Abbot de
o Smithsonian Institute. Isto usou óleo quente em metal estreito
entubando para levar o calor do coletor solar para um separou
aqueça tanque de armazenamento, e de lá para o fogão.
A arte culinária
elemento consistiu em uma espiral apertada de cobre que entuba por
o qual o óleo quente fluiu antes de voltar ao tanque de armazenamento.
Também, em 1981, Dr. Chang Cantar-Ying da Pesquisa de Energia Solar
Laboratório em Comida de Chen, Hunan, informou aqueles " vários tipos de solar
foram desenvolvidos " fogões e milhares estavam operando dentro
China. rural desenvolvida no laboratório dele era um dirigir-focalizando
fogão que estava sendo vendido fora da China em 1981 para $150.00
() norte-americano Alguns também foram exibidas no pavilhão de China ao
A Feira de 1982 mundo em Knoxville, Tennessee.
Durante os recentes 1950s, foram inventados dois tipos primários: (1) o
fogão dirigir-focalizando no qual uma panela é apoiada ao focal
ponto de um parabólico (ou próximo semelhante em forma) refletor; e
(2) o forno de Telkes no qual cozinhando panelas são colocadas dentro um
forno separado, um de de quem paredes consiste em uma janela, normalmente,
dobrar-vítreo, cercou por uma ordem de refletores planos.
Os fogões dirigir-focalizando são tipicamente o menos caro para
construa e alcance os tempos de arte culinária mais rápidos (pelo menos para pequeno
quantidades de comida) . fornos de Telkes são muito mais caros para
construa aparte da área de refletor grande e dois pedaços grandes de
copo para a janela, o forno requer interno e exterior
metal de folha encaixota, isolamento de alto-temperatura e um door. Compared
a dirigir-focalizar fogões, porém, estes fornos são mais fáceis
usar, cozinheiro maiores quantias de comida, proteja de soprar
sujeira, e mantém isto warm. que Eles também podem operar para períodos longos
sem manutenção.
De 1957 até algum tempo nos anos sessenta, mais de 200 que dirigir-focalizam
foram testados fogões no México.
Designed e desenvolveu ao
Universidade de Wisconsin, eles tiveram refletores de plástico rígidos com
filmes refletivos uniram às superfícies dianteiras.
O mecânico
fracassos que se apareceram durante os primeiros testes foram corrigidos por
redesigning. Mas embora próspero, esses que usaram isto consideraram
isto como há pouco uma novidade, e depois de alguns meses, voltou o deles/delas
methods. tradicional foram localmente-construídos Os fogões nos últimos testes
com conchas de poliéster, reforçou com pano de musselina e
aniagem, e vários refletores de copo pequenos colaram à frente
surface. Mas esses só eram usados até os espelhos de copo caia
fora.
Tentativas para introduzir fogões solares provavelmente no México falharam para
várias razões:
o A necessidade penosa para substituir tudo ou parte periodicamente
da superfície refletiva do fogão solar, se plástico
anulam ou copo pieces. Also que estes materiais eram
não disponível localmente e exigido uma certa habilidade para
instalam.
o Algumas características operacionais dos fogões solares
(i.e., a necessidade para atenção freqüente enquanto cozinhando,
Exposição de da panela de arte culinária para assoar pó e lixa,
e falta de armazenamento de calor) era sem atrativo.
o combustíveis de arte culinária Alternativos, como querosene e madeira,
esteja na ocasião prontamente disponível.
o Eles não tinham sido tradicionalmente usados e eles não puderam
seja limpado com areia!
Nos recentes 1950s e cedo anos sessenta, duas companhias na Índia,
fabricada um número grande de dirigir-focalizar fogões solares
equipada com refletores parabólicos feitos de polido e anodized
alumínio que significou eles não precisaram dos tubos substituídos como
often. Mas muitos na Índia recusaram cozinhar ao ar livre por causa de
saúdes e regiões religiosas.
Como a introdução de fogões solares no México e Índia em cima de
20 anos atrás, tecnologia de arte culinária solar não mudou muito dentro
o caso de dirigir-focalizar fogões.
Porém, o que mudou
é que as pessoas em países em desenvolvimento já podem não ter
escolha mas os adotar porque combustíveis de arte culinária tradicionais são
disappearing. Indeed, há áreas grandes onde localmente-disponível
materiais combustíveis simplesmente não existem mais, e
onde combustíveis petróleo-baseados não estão facilmente disponíveis.
II. DESIGN VARIAÇÕES
Em geral, fogões solares entram em três categorias:
(1)
fogões dirigir-focalizando, (2) fogões de forno, e (3) indireto
fogões.
FOGÕES DIRIGIR-FOCALIZANDO
Um fogão dirigir-focalizando usa um refletor para focalizar luz solar
diretamente sobre uma panela de arte culinária escura que está suspensa ou fixa
em um posto ao foco.
consiste em um ou mais
refletores e um vigamento que apóiam o refletor e
o pot. que foram inventados Numerosos arranjos deste fogão
permitir inclinar o refletor sempre apontar para o
ponha ao sol, com a panela que permanece ao foco.
Podem ser usados tipos vários de refletores:
o uma concha de plástico, parabólico ou esférico em corte transversal,
enfileirou com um filme de plástico refletivo como
aluminou Mylar, poliéster aluminado, ou refletivo
acrílico (por exemplo, Scotchcal ");
o uma concha de plástico, como descrita acima, com um mosaico de
que espelhos de copo pequenos colaram ao interior;
o tipos vários de barro ou concha de cerâmica, forrado com um
filme refletivo ou espelhos de copo pequenos;
o uma concha tecida (cesta " de " sol), alisou no lado de dentro
com mache de papier e forrado com um filme refletivo;
o que fabricações de papelão várias enfileiraram com refletivo
filmam;
o conchas de espuma rígidas várias, forrado com filmes refletivos;
o uma lente de Fresnel-tipo na que consiste de uma série
que hardboard concêntrico toca, forrado com um refletivo
filmam (*);
o uma concha de alumínio girada, polido e anodized;
o um tecido dobradiço e dispositivo de metal bem parecido para um
guarda-chuva grande, com um filme refletivo no lado de dentro;
o uma ou duas ordens fã-amoldadas de metal individual
Refletores de , projetados para se desmoronar em um pacote compacto,;
o uma ordem fixa de indivíduo que focaliza refletores como
que raspa espelhos.
(*) VITA pode prover planos detalhados para este sistema.
Vários esquemas foram inventados para fazer conchas de refletor dentro
o campo, mas todo o silêncio requer os artesãos altamente-qualificados para
produza uma superfície precisa.
(Fábrica-produziu conchas, se
plástico injeção-moldado, fibra de vidro moldada, alumínio girado, ou
algum outro material, deveria ser considerada sempre que possível.)
O refletor, se estiver em um pedaço, deveria ser aproximadamente 1.0 a 1.5
metros em diâmetro para permitir a arte culinária de moderadamente grande
quantias de food. Se está em vários pedaços, a área total,
deva ser comparable. Embora cozinhando com muitos refletores menores
teve segundo notícias êxito, refletores pequenos significam
menos comida pode ser cozinhada e condições de luz solar devem ser mais
favorável.
Embora algum do fogão dirigir-focalizando projeta ofereça bom
desempenho a comparativamente baixo custo inicial, eles têm um número
de faltas e considerações de desígnio especiais:
o que A panela de arte culinária é exposta a muitos perigos, enquanto incluindo
que assoa areia e sujeira, crianças jogando, maltratando,
etc.
o Direct-focusing fogões são muito menos versátil que
Fornos de .
Por exemplo, Eles não podem ser usados para cozinhar dois
dishes ao mesmo tempo, ou manter comida Arte culinária de warm.
é terminado em uma única panela.
o A carga de vento no refletor de um dirigir-focalizar
Fogão de pode ser bastante alto devido ao tamanho grande do
reflector. Therefore que deve ser levado cuidado no desígnio
de forma que o fogão não derrubará facilmente.
o que Os materiais usaram em alguns desígnios, como hardboard,
ou papelão, deteriore se manteve ao ar livre.
o Os filmes refletivos mais velhos limitaram vidas quando
partiu ao ar livre, como faz os adesivos os continham
colocam.
A necessidade para substituição freqüente destes
filmes refletivos e aumentos de adesivos o operando
valeu e faz isto comparável para isso de um querosene
Fogão de .
Thus longe, Scotchcal " parece trabalhar muito melhor.
o que filmes Todo refletivos arranham facilmente, e por conseguinte
deve ser limpado muito cuidadosamente.
o Em alguns casos, dirigir-focalizando fogões com longo focal
comprimentos de podem ferir os olhos.
o Desde dirigir-focalizar fogões usam só o sol é direto
Raios de , eles trabalham pobremente em dias nebulosos, e um transcurso de nuvem
virará em cima temporariamente " fora " o fogão.
Generally, dirigir-focalizando fogões precisam ser ajustadas
cada 10 a 20 minutos para enfrentar o sol.
o Alumínio refletores, o único realmente permanente
Solução de , deveria ser electropolished (ou, ao mesmo
menos, máquina poliu) obter reflectivity bom, e
Anodized de para manter o reflectivity. deles/delas fogões Solares
equipou com refletores de alumínio resulte em inicial alta
Custos de compararam a desígnios que usam refletivo
filma.
o Applying um filme refletivo para um duplamente-curvado (combinação
Curvatura de ) superfície requer um nível alto de skill. O
Filme de deve ele cuidadosamente cortada em muitos pedaços pequenos,
provido à concha, e hipotecado evitar bolhas e
outro imperfections. Even que aplica um filme para um apartamento
Superfície de requer prática considerável e paciência.
Figure 1 espetáculos um fogão dirigir-focalizando que consiste de um parabólico
26p06.gif (486x486)
prato.
FOGÕES DE FORNO
Um forno solar é uma caixa separada com uma cobertura vítrea que cozinha
comida pelo " efeito estufa ".
Luz solar de entra no forno
pela vitrificação e calores a escuridão dentro de paredes e cozinhando
vessels. desde que o calor não pode escapar pelo copo, o
forno vai mesmo hot. Mirrors ao redor da janela envie mais até mesmo
luz solar no forno.
<FIGURA 2>
26p07.gif (486x486)
Fogões de forno são mais versáteis que dirigir-focalizando fogões
porque eles ou podem usar direto ou podem difundir sunlight. O
temperatura que pode exceder 200 [graus] C (328 [graus] F) quando refletores são
usado, está quente bastante para quase qualquer amável de cozinhar exclua fritando.
Além disso, podem ser lento-cozinhadas muitas comidas sem ajustar o
fogão para localizar o sol comovente.
Fornos solares tendem a ser pesado e mais estável em vento.
Eles também
retenha calor mais muito tempo que dirigir-focalizando fogões.
por exemplo, um
fogão corretamente projetado com uma cobertura separada pode reter
temperaturas de 150 [graus] C (238 [graus] F) durante uma hora depois que sunset. Bricks,
pedras, e outras mídia de armazenamento de calor também podem ser colocadas dentro o
forno para reter calor até mais longo, embora eles causam o forno
aquecer mais lentamente inicialmente.
Uma variedade larga de fogões de forno foi desenvolvida em cima do
years. que Esses descritas nesta seção se agrupam em três
categorias de acordo com as relações de concentração deles/delas:
(1) baixo-concentração
fornos, (2) fornos de médio-concentração, e (3)
fornos de alto-concentração.
A relação de concentração é a relação do total interceptada
área de luz solar entrante para a área do forno window. Para
exemplo, se o fogão inteiro, inclusive refletores, é visto por
o sol como um 1.0 metro objeto quadrado, e a janela é um quadrado,
50 cm em um lado, a relação de concentração seria quatro.
(O
definição assume que o forno é projetado e montou corretamente,
de forma que toda a luz solar que bate os refletores é refletida
pela janela.)
Fornos de baixo-concentração
Fornos de baixo-concentração são esses com relações de concentração de
um (nenhum refletor) ou ligeiramente maior, mas menos que two. Em
esta categoria, o general mais importante digita de fogões de forno
é fogões de caixa e fogões de cova.
Encaixote fogões. Fogões de caixa são caixas rasas que sentam apartamento no
fundamente, normalmente separou, com único-camada ou dobrar-camada
copo covers. Sometimes, um espelho de único-avião é usado
aumente a quantia de luz solar que entra na janela.
A caixa não é inclinada para enfrentar o sol normalmente, e conseqüentemente um
refletor grandemente pode aumentar a quantia de sol que entra o
fogão quando o sol é baixo no céu, embora o máximo
aumento só é aproximadamente diretamente em cima 60 por cento com o sol.
Reduzir perda de calor dos lados, é normalmente razoavelmente a caixa
raso, e os tipos de panelas e outros artigos que podem ser colocadas
no forno está limitado como resultado da baixa concentração
relação.
A menos que um refletor seja usado e moveu seguir o sol, uma caixa,
fogão só será efetivo quando o sol for mais que 60 [graus] sobre
o horizon. Dentro de aproximadamente 5 [graus] para 10 [graus] do equador, poderia ser
durante o meio do dia sempre que os brilhos de sol.
Às 30 [graus]
latitude que só poderia ser usado de sobre 21 de março a setembro
21 (ou vice-versa no hemisfério sulista), se aproxime o começo
ou fim deste período, o período diariamente utilizável seria mesmo
short. Como um assunto prático, o uso de um fogão de caixa horizontal
sem um refletor seria limitada a latitudes tropicais, e
até mesmo lá outras formas de cozinhar ainda poderiam ser necessárias durante
uma parte do ano com exceção desse viver dentro de aproximadamente 1,000
quilômetros (km) do equador.
O mais distante do equador,
o mais útil um refletor.
Em continente a China, esta limitação foi superada usando caixa
fogões inclinaram a ângulos fixos.
que O interior de tais fogões é
evidentemente um pouco complicado, com fileiras de pequeno horizontal
shelves. O ângulo de toldo fixo ainda meios que o fogão vai
execute bem para algumas posições de sol e não para outros, da mesma maneira que um
caixa horizontal vai mas sem a latitude limitations. Embora
muito mais barato a construção que a maioria outros, fogões de caixa devem
só seja considerada onde as limitações deles/delas não são critical. O
encaixote pode ser feito de madeira, plywood, papelão inferior, etc.,
contanto um " grau " exterior é usado e o exterior da caixa
é bem painted. O fundo e lados da caixa deveriam ser mesmos
bem separada (são discutidos materiais isolantes em Seção
III) e uma bandeja preta provido sobre o isolamento, preferivelmente,
apoiada bastante por clipes ou parênteses nos lados da caixa
que descansando diretamente no isolamento.
que A cobertura de copo deve
provavelmente seja provido com uma armação e manivelas fazer isto mais fácil para
erga em e off. UM trinco bem-próprio para segurar a cobertura e o
encaixote junto é altamente desejável.
Cova cookers. Pit fogões são covas cavadas no chão e forrado
com material isolante como madeira lasca ou cascas de arroz.
O
forno isto pode ser uma caixa ou panela de barro, etc., com uma cobertura de copo.
Estes são até mais fáceis construir que fogões de caixa porque eles fazem
não requeira uma caixa separada.
However, as limitações que aplicam,
também encaixotar fogões aplicam a estes, e eles não podem ser movidos
ao redor seguir o sol.
Fornos de médio-concentração
Fornos de médio-concentração são esses com relações de concentração
entre dois e five. Os dois tipos gerais melhor-conhecidos de solar
fornos--o Adams fogões e fornos de Telkes--entre nesta categoria.
O documento anexo de forno em um forno de Telkes é composto de paredes separadas
e uma cobertura dianteira transparente (como um fogão de caixa a não ser que isto
é tridimensional), considerando que em um Adams fogão, o forno,
documento anexo é transparente com exceção de um separou surface. atrás Dentro
ambos os tipos, a superfície transparente é rodeada através de refletores.
Figure 3 é uma ilustração do Adams original ao redor da que fogão construiu
26p10a.gif (486x486)
1878. Figura 4 espetáculos que um forno de Telkes construiu na Flórida
26p10b.gif (540x540)
Instituto de Tecnologia (AJUSTE) em 1980.
Para desempenho bom com qualquer digite, o forno inteiro e
refletor que aponta mais ou menos na direção de deve ser continuado
o sun. que O forno pode precisar ser movido como muito como uma vez todo 10
minutos ou o menos uma vez cada 60 a 90 minutos, dependendo em,
o desígnio do forno e a posição do sol.
Poderiam ser inventadas outras configurações que produziria fornos
com relações de concentração de dois a cinco.
(médio-concentração Todo existente
podem ser descritos fornos solares como ou Adams
fogões ou fornos de Telkes.)
O Adams fogão, (embora um pouco mais caro que uma caixa
fogão), pode ser usada depois (ou mais cedo) pelo dia, e a mais alto
latitudes, desde que pode ser apontado ao sol.
Seu relativamente
relação de concentração alta também significa alcança mais alto
temperaturas e pode ser usada em esfrie ou dias frios; semelhantemente, o
vento é menos provável impedir isto alcançar arte culinária
temperatures. que não é como fácil de construir como um fogão de caixa, mas
muito mais fácil que um forno de Telkes ou um fogão dirigir-focalizando, e
também deva ter um mais baixo custo material que um forno de Telkes,
especialmente se o documento anexo de copo para o espaço de arte culinária pode ser
massa-produced. (Se o documento anexo de copo tem que ser feito dentro o
campo que usa pedaços de copo plano, poderia ser melhor considerar um
tipo diferente de fogão. ) também deveria ser se lembrado de que
o documento anexo de copo se põe bastante quente, e deve ser controlada enquanto
hot. O único acesso para a comida que está cozido está removendo o
documento anexo de copo e substituindo isto então.
Como o forno de Telkes, o Adams fogão é longe mais fácil a use se
provido com uma prateleira oscilante em qual colocar a comida.
Prateleiras ajustáveis que podem ser fixadas em ângulos vários não são
muito satisfatório, especialmente se o ângulo de toldo do fogão
continua mudando para seguir o sol.
UMA prateleira oscilante manterá o
comida de derramar durante movimentos razoavelmente secundários do
fogão, sem necessidade por abrir o documento anexo aquecido.
A maior desvantagem do Adams fogão é o pequeno
space. Thus cozinhando, o forno de Telkes pode ser preferível, apesar de
seu cost. mais alto Com o forno de Telkes, é necessário construir
um forno e uma ordem de refletor, e então os ajustou junto.
O forno deveria ter calor paredes internas resistentes (i.e., folha
metal) com isolamento entre as paredes internas e exteriores, um
janela grande em um lado, e uma porta no outro, fazendo isto
bastante complexo construir; os serviços de uma loja de metal de folha são
quase essential. A janela é grande, e precisa ser forte
(duas camadas) ou quebrará facilmente.
Attaching o indivíduo
refletores diretamente para o forno, de forma que eles cerque a janela,
é normalmente insatisfatório devido a ambos o vento carrega no
refletores, e os inchaços diários normais e batidas.
Instead, o
deveriam ser prendidos refletores a uma estrutura de metal de folha separada
com um anel exterior endurecendo.
Durabilidade é importante em um forno de Telkes porque um de seu a maioria
características atraentes são que pode ser usado todo o dia, arrastou
ao redor seguir o sol, e inclinou de horizontal a amanhecer
para vertical ao meio-dia e atrás para horizontal no evening. Porque
tem um interior espaçoso, tende a ser grande.
Mas podem
resista muito abuso.
Um das razões principais o forno de Telkes é talvez o mais mais
tipo caro para construir é porque a área total de refletivo
material é muito maior que em qualquer outro fogão para um determinado
total de luz solar colecionou.
(Isto é por causa do pequeno
ângulo--30 [degrees]--entre a luz solar entrante e o refletor se aparece.)
Por outro lado, é um fogão extremamente versátil
que pode acomodar várias panelas grandes de comida, lata, uma vez
aqueça uma panela de cozinhar óleo a 230 [graus] C, pode manter um pouco de comida morno enquanto
outros estão cozinhando, e isso pode manter comida esquente bem no
noite se uma manta é drapejada em cima da janela.
Ao construir um forno de Telkes, há dois caminhos a fracasso:
(1) fazendo para o forno o parente muito grande para o tamanho da janela
e refletores; e (2) usando materiais, inclusive isolamento,
isso não pode resistir temperaturas altas.
Relativo ao tamanho de
o forno, a preocupação primária está bastante com área de superfície de total
que com volume. é então essencial para projetar um forno
isso faz o possível uso mais eficiente de seu interior
volume. ao mesmo tempo, entretanto, é útil para poder inclinar
o forno para cima e para baixo enfrentar o sol comovente sem derramar o
comida que é cooked. Isto pode ser feita instalando uma bandeja que
balanços em e fora do forno.
Porém, Note que pode ser
difícil satisfazer ambos a necessidade por área de parede mínima e o
precise para uma prateleira oscilante.
Fornos de alto-concentração
Fornos de alto-concentração são esses com relações de concentração
maior que five. Tais relações são obtidas elevando o
fornos em cima de focalizar refletores ou ordens de refletores.
Focalizando
refletores normalmente usados em um forno solar têm uma curvatura simples,
resultando em um foco de linha, desde que o objetivo é aquecer o
dentro do forno em lugar de um objetivo específico.
Se uma ordem de
refletores planos são usados, cada refletor normalmente está aproximadamente o
mesmo tamanho como a janela, e a relação de concentração teórica
é então igual ao número de refletores.
(O
relações de concentração percebidas em prática são mais baixas, porque quando
o sol é alto no céu o forno lança uma sombra em alguns do
refletores, e quando é baixo a área projetada do
refletores são mais baixos que a área atual.)
O fogão mostrado em Figura 5 que foi desenvolvida a AJUSTE usa um
26p13.gif (600x600)
único refletor parabólico com seu vértice perto da extremidade traseira,
girada sobre o centro de um transcurso de círculo pelos fins de
a parábola e o foco.
Even a baixos ângulos de sol, um
refletor projetou ao longo destas permanências de linhas mais íntimo para o chão
e mais íntimo a uma linha vertical pela janela de forno que vá
seja o caso com um refletor simétrico ou um eixo de pivô mais alto, como
no design. Hence de Prata, mais energia entra no forno desde o
janela é longa e estreita, e está ao fundo do forno, o
foco é uma linha afiada para uma posição de refletor e um mais largo
enfileire para outras posições.
Em operação, o forno inteiro é virado periodicamente aproximadamente um
eixo vertical para enfrentar o sol, enquanto o refletor só é
inclinada para seguir mudanças ao sol elevação.
Próprio refletor
ângulo é indicado pelo local da linha focal luminosa em
a janela, e é mantida deixando o refletor descansar
contra uma vara de apoio ajustável.
A janela é larga bastante permitir periódico em lugar de contínuo
ajuste do refletor.
que O refletor é tipicamente
ajustada de forma que a linha focal está a uma extremidade da janela (o
foco está na extremidade de parte de trás pela manhã, e na extremidade dianteira
pela tarde) . Como o sol sobe ou jogos com o refletor
estacionário entre ajustes, a linha focal que é mesma
luminoso e conseqüentemente facilmente vista, move pela janela.
Quando isto
alcances a extremidade oposta, o refletor deveria ser ajustado
mova o foco atrás à extremidade original.
Ajuste de é tipicamente
precisada cada 10 a 15 minutos.
O refletor quase pode ser feito dentro tantos modos diferentes quanto o
refletores usaram nos fogões focalizando diretos descritos mais cedo.
Sua curvatura é simples, assim uma única folha de metal fará.
Como ambos a área de janela e o refletor é muito menor
para um determinado tamanho de forno que no forno de Telkes, o custo material
é less. Os materiais para o próprio forno é essencialmente o
mesmo como em um forno de Telkes, e a armação pode ser construída razoavelmente
barato em a maioria dos países em desenvolvimento, entretanto as habilidades precisaram
construa é um pouco mais alto por causa da necessidade para um
refletor com precisão configurado.
Also, é um pequeno mais fácil para
use que um forno de Telkes, desde que o forno fica horizontal, abre dentro
uma " moda normal " com uma porta dobrada, vertical, fica situado fora
o chão e está aquecido de abaixo em lugar de sobre.
a Maioria de
as vantagens do forno de Telkes relativo a dirigir-focalizar
fogões também aplicam a este desígnio.
However, não executa
como também um forno de Telkes de tamanho comparável porque o forno
sombras separam do refletor.
Also, o tamanho do refletor é
limitou porque deve poder clarear o chão como balança.
O mais alto o forno relativo ao chão, o maior o
refletor pode ser e o mais alto será a temperatura alcançada
pelo forno.
O forno solar mostrado em Figura 6, também projetada a AJUSTE, era
26p15.gif (600x600)
projetada para superar esta limitação em tamanho de refletor.
Here,
refletores individuais giram sobre o próprio eixo central deles/delas e são
controlada por acoplamentos apropriados um único operando
lever. para seguir o sol, o forno inteiro é girado e o
alavanca operacional é movida para trocar o remendo de luz refletida
da concha de forno sobre a janela.
Se os refletores individuais
é plano, podem ser usados espelhos de copo; se eles estão curvados, menos,
são precisados de refletores porque eles podem ser maiores.
No posterior
caso, cada refletor deveria ter um corte transversal circular, com um
rádio duas vezes a distância do refletor para o window. O
precise para forma de refletor precisa é muito menos crítico que em
o caso de único-refletor porque os refletores individuais são
menor.
Uma comparação dos dois desígnios de fogão de AJUSTE indica que o
versão de multi-refletor tem muito desempenho mais alto, mas ao
custo de maior complexidade e muitos mais partes de mudança.
Total
custo material do fogão de multi-refletor também é um pouco
mais alto que o outro desígnio de AJUSTE, embora ainda abaixa que isso
de um forno de Telkes comparável.
Ambas as versões de AJUSTE são mais difíceis
construir que um forno de Telkes.
Neither estes nem fornos de Telkes
pode ser construída no campo.
Building fogões de AJUSTE também requerem
uma imprensa de broca e muitas medidas cuidadosas que não são
precisada para Telkes ovens. Compared a dirigir-focalizar fogões (e
com exceção dos refletores), fornos de AJUSTE podem ser robustos e podem requerer
pouca manutenção.
De todos os fogões solares, são provavelmente o AJUSTE e fornos de Telkes
o mais fácil para usar e o mais versátil.
As temperaturas de
mais de 200 [graus] C que um forno de Telkes grande é capaz de alcançar tenha
não alcançada em fogões de AJUSTE de altura razoável, mas um
Fogão de AJUSTE pode alcançar aproximadamente 150 [graus] C que é adequado para a maioria
purposes. FIT que só deveriam ser considerados fogões se seminário local
instalações estão disponíveis para a construção deles/delas.
FOGÕES INDIRETOS
Estes são os únicos fogões solares Nos que podem ser usados indoors. um
fogão indireto, o documento anexo onde a comida está cozida não faz
receba energia solar diretamente.
Instead, um coletor solar,
separe da câmara de arte culinária, recebe luz solar para aquecer um
trabalhando fluido--um óleo vegetal ou água.
O quente
fluido viaja então por um tubo para aquecer o documento anexo de arte culinária.
Em 1964, Whillier do Instituto de Pesquisa de Cinta, construiu um
fogão indireto que consiste em um tubo de finned horizontal ao
foco de um refletor circular-cilíndrico estacionário, conectado,
a um fim para um fogão de dobrar-caldeira.
Water no tubo ferve,
vapor enviando para o fogão donde condensa no lado de fora
a arte culinária pot. A área de abertura do refletor era 1.3
metros quadrados.
Um dos desígnios posteriores deles/delas consistiu em um prato plano estacionário
coletor solar inclinou a uns 45 [graus] ângulo, com uma dobrar-caldeira,
fogão montou em cima do coletor (veja Figura 7).
Nisto
26p17.gif (437x437)
projete, cozinhe em vapor do coletor sobe para o fogão onde alguns
fugas e o resto condensa e corre atrás ao coletor.
Porém, quando foram instaladas vinte destes em uma escola no Haiti
nos cedo 1970s, foi desmantelada a maioria eventualmente quando eles
não trabalhou properly. (Dr. Erich Farber da Universidade de
Porém, relatórios de Flórida dos que ele está usando vários atualmente
estes fogões com resultados muito bons.)
Fogões indiretos têm muitas desvantagens.
Por exemplo, Se um
fogão indireto usa vapor de pressão atmosférico como um funcionamento
fluido, o máximo possível temperatura de arte culinária está abaixo o
ponto de ebulição de água, e assim só é satisfatório para lento
cozinhando e stewing. Moreover, a caixa de arte culinária separada é
small. Isto limita o tamanho da panela e a quantia de comida
isso pode ser cooked. E porque fogões solares mais indiretos são
unidades imóveis, eles não podem ser ajustados para localizar o sun. Como um
resulte, eles são úteis só parte do dia.
Finally, eficiente,
plano chapeie os coletores solares são difíceis de embutir o campo,
e alguns componentes importantes (por exemplo copo de baixo-ferro) não é
prontamente disponível em quantidades pequenas.
que Estes coletores também usam
mais copo que outros fogões solares.
por outro lado, se o
plano chapeie o coletor solar é comprado como uma unidade, enquanto construindo o
resto do fogão é relativamente simples e barato.
III. DESIGNING O DIREITO DE FOGÃO SOLAR PARA VOCÊ
COMPARAÇÃO SUMÁRIA DE FOGÕES SOLARES
Os tipos de fogão principais previamente discutidos têm vantagens e
desvantagens que podem ser resumidas como segue:
o Direct-focusing que fogões oferecem para temperaturas de arte culinária altas
a um relativamente baixo custo, but têm vários
prejudica para uso cotidiano como os meios primários de
que cozinha meals. Eles também são insatisfatórios dentro ventoso
condiciona, ou em sunlight. nebuloso Alguns desígnios são satisfatórios
para construção de em-local, mas tipicamente tem alto
Manutenção de costs. Shop-built que deveriam ser considerados refletores
se a todos os Trabalhadores de feasible. que constroem estes
Fogões de deveriam ter um nível bastante alto de habilidade.
o Caixa e fogões de cova são baratos e fáceis construir,
e é fogões efetivos dentro da gama limitada deles/delas.
Ey de não acomodam panelas de arte culinária grandes, e não pode
seja usado em áreas longe do equador ou no cedo
Manhã de ou fim de tarde, embora este posterior dois
Problemas de podem ser aliviados modificando o básico
design. Trabalhador habilidades não precisam ser tão alto quanto com outro
digita de fogões.
o O Adams fogão é provavelmente adaptável para em-local
Construção de se um documento anexo de forno de suave-copo pode ser
mass-produced (reduzir custos unitários), e distribuiu.
que oferece para desempenho bom e para simplicidade a um custo
um pouco mais alto que um fogão de caixa, mas abaixa que a maioria
outro forno-tipo que cookers. Trabalhador habilidades requeridas são
comparable para o fogão de caixa, e menos que para outro
forno-tipo fogões ou cookers. dirigir-focalizando que é
também é satisfatório para uma gama extensiva de latitudes e
resistem condições, e é menos afetado por ventoso
condiciona que alguns outros tipos.
o que fornos de Telkes geralmente oferecem para o desempenho mais alto de
quaisquer dos fogões de forno, mas também tem o mais alto
cost. Building material a pessoa regularmente requer o
conserta de um metal de folha shop. Eles podem ser mesmos
durável e versátil, e trabalha bem em uma variedade de
arejam e condições de tempo, latitudes, e tempos de
Dia de .
O documento anexo de arte culinária é maior e mais fácil usar
que o de um Adams fogão, mas não como fácil usar como
que esses acharam em fogões de alto-concentração.
o Alto-concentração fornos solares separam o forno de
o refletor, fazendo muito o forno mais fácil usar.
custo Material também é mais baixo que um forno de Telkes, mas
mais alto que a maioria do outro types. As desvantagens primárias
são a maior complexidade deles/delas relativo para outro solar
Fogões de , e a necessidade para um shope de metal de folha e
Ferramentas elétricas de para construction. a gama extensiva deles/delas de
Utilidade de compara isso de fornos de Telkes, a não ser que
que eles não fazem para uso efetivo de luz solar difusa.
However, melhorias de desígnio adicionais podem aliviar alguns
das dificuldades de construção.
o que fogões solares Indiretos têm como a vantagem principal deles/delas
a possibilidade de cooking. em recinto fechado Eles também são robustos
e estábulo e pouco afetou através de vento e frio
weather. Mas, eles provavelmente não deveriam ser considerados
bom-qualidade de unless, loja-construída plano chapeie solar
Coletores de são available. com exceção do coletor,
eles são fáceis construir e são baixo em cost. material Se
Vapor de é as mídia de aquecimento, eles têm muito baixo máximo
temperatures (i.e., eles não podem ferver água ou fritura
Comidas de ) . a Maioria dos desígnios pode ser usada só parte do dia
desde que eles não podem ser girados para enfrentar o sol.
USO DE RECURSOS LOCAIS
Desígnios de fogão mais solares requerem material isolante, e ou
copo reflete ou refletores de alumínio polidos.
Estes artigos,
porém, raramente é achada em áreas rurais, e freqüentemente deve ser
imported. Muitos desígnios de fogão também usam aço ou folha de alumínio
metal ou aço estrutural ou alumínio que normalmente são
disponível só em cidades maiores e cidades.
Hardware de , como nozes,
e parafusos, dobradiças, rodas, e porta pega, também é freqüentemente
requerida em muitos desígnios.
As habilidades precisadas construir a maioria destes fogões incluem básico
folha metal dobrando, cortando e soldando, perfurando buracos, etc.
Mas até mesmo trabalhadores experimentados por padrões locais podem precisar de fim
supervisão para se mostrar um artigo que é pouco conhecido a eles.
Alguns desígnios, especialmente esses de dirigir-focalizar fogões, fazem
uso de materiais indígenas como bambu, e local faz tal
como cesta-fazendo e cerâmica.
Mas estes desígnios ainda requerem
filmes refletivos importados e adesivos, desde usar qualquer coisa,
menos que o melhor resultará em mais manutenção e diminuirá
performance. é certamente mais fácil de importar filme refletivo
que alumínio refletivo, importando entretanto o posterior pode ser
mais barato no final das contas se requer menos habilidades especiais para
construção e menos manutenção.
Embora pode ser possível usar materiais indígenas para
isolamento, (barro, areia, sujeira, pedra, tijolos, etc.) a maioria faz
insulators. pobre Alguns materiais inorgânicos para os que podem ser usados
inclua pedra vulcânica e tuff.
Como uma regra de dedo polegar, qualquer
material inorgânico non-metálico de peso leve provavelmente é um
isolamento térmico efetivo.
Typically, tal testamento de material,
se apareça poroso ou espumoso.
Materiais isolantes orgânicos como cascas de arroz, papel rasgado,
papelão, madeira lasca, ou latido de árvore é melhor, mas a maioria precisa
seja mantida seque e isto é freqüentemente difícil.
E enquanto cortiça é um
material isolante excelente que é impérvio a umidade, isto,
possa não poder resistir temperaturas de arte culinária altas.
Batts de fibra de vidro, um do mundo está prontamente disponível
materiais isolantes comerciais, parece ser limitada a um máximo
temperatura de cerca de 150 [graus] C, e tem pequeno ou nenhuma resistência para
moisture. E enquanto as fibras eles deveriam ser bem bons para
sobre 450 [graus] C, e não é afetado por umidade, eles são difíceis
trabalhar com no estado natural deles/delas e as qualidades isolantes deles/delas
está desapontando.
Urethane espumam, ou na forma de tábuas ou como um espuma-em-lugar
equipamento, é um dos melhores materiais isolantes geralmente usada dentro o
Estados Unidos por causa de sua baixa condutividade térmica.
Mas
fabricantes de ponto de espuma de urethane fora isto têm um superior
limite de temperatura de cerca de 150 [graus] C, e a temperatura alta isto
emite vapors. venenoso também é bastante caro,
especialmente em forma de equipamento.
Tábua de amiantos comum tem um limite de temperatura muito alto, mas um
condutividade térmica cinco ou seis vezes mais alto que fibra de vidro
board. também vale aproximadamente cinco vezes como muito e posa um
periculosidade séria.
Tijolo refratário, um tijolo poroso de peso leve, duas vezes tão bom quanto amiantos
suba a bordo, não é muito cheaper. Cálcio silicate é mais barato e um
isolador melhor, mas está sujeito a dano de água.
Compared para
tábua de fibra de vidro, sua condutividade é aproximadamente 50 por cento mais alto e
seu custo sobre duas vezes como alto, mas seu limite de temperatura superior é
não um problema nada.
" Foamglas, " outro material isolante que pode ser fabricado,
de copo desperdício em uma loja muito simples, é muito mais barato que
silicate de cálcio, com um ligeiramente melhor (abaixe) térmico
condutividade e quase como alto uma temperatura de máximo.
que também é
non-tóxico, não afetou por umidade, e tem rigidez boa
e compressive strength. Sua superfície áspera, preta também é um bem
absorvente de sunlight. que A desvantagem principal é que tudo
isso toca esfrega fora partículas ásperas, arenosas.
Um experimental
forno foi construído completamente de foamglas, sem partes de metal.
BALANÇA
Assim longe, nenhuma tentativa foi feita projetar e teste mesmo
fogões solares grandes que poderiam ser usados por várias famílias ou um
village. inteiro Até este trabalho é empreendido, é difícil para
especule como o desígnio de fogões muito grandes diferiria de
ovens. Perhaps menor que poderiam ser construídas plataformas especiais para dar
acesso para fornos longe sobre o chão, etc. However, distinto pequeno
unidades de único-família, fornos grandes seriam duros mover a menos que
eles poderiam ser girados por plataformas giratórias que descansam em pedestais fixos.
POSSÍVEIS PROBLEMAS PARA CONSIDERAR
Tão longe nós limitamos nossa discussão aos problemas técnicos
e economias de tipos vários de fogões solares.
Mas eles devem
também seja socialmente aceitável.
Em um senso, os problemas de
aceitação social é exagerada freqüentemente, porque se a necessidade é
grande bastante e os fogões solares são bastante bons, eles serão
accepted. por outro lado, entretanto, fogões solares têm ainda
muitas imperfeições técnicas que requerem correção se eles são
ser aceitada em qualquer cultura.
Um problema com fogões solares é que eles não trabalham quando o
sol não faz shine. There é muita diferença entre nosso
percepções do tempo em qualquer local particular, e isso que
o tempo de fato is. que Muitas áreas não são tão ensolarado quanto eles podem
pareça.
Outro problema com fogões solares--ou, quanto ao assunto, qualquer novo
pedaço de equipamento--é isso em muitas partes do mundo,
especialmente as áreas rurais de países em desenvolvimento, um solar
fogão tende ser tirado de serviço para períodos longos, até mesmo,
embora possa ter sofrido só problemas secundários.
fogões Solares
provavelmente não será introduzida prosperamente em números grandes dentro
quaisquer destes países a menos que um time de técnicos de fogão solares
pode ser formada e pode ser mantida, até mesmo se eles fazem nada além de
aperte parafusos, pivôs de óleo, e janelas limpas e refletores.
Idealmente, estes técnicos deveriam saber onde todos o solar
fogões em qualquer determinado distrito são, inspecione cada um regularmente,
reponha em serviço se não estiver sendo usado, conserte até mesmo
se está sendo usado, e lembra o usuário de alguns dos fundamentos de
usando e mantendo isto.
MARKETING/DISSEMINATION
Há muitos problemas que bloqueiam a introdução difundida de
cookers. solar para superar estes problemas, um fogão solar,
comercializando e programa de disseminação deveria adotar vários
estratégias.
Primeiro, promotores de fogões solares têm que fazer os usuários potenciais atento
das limitações destes dispositivos, e enfatiza que eles são
pretendida complementar, não substitua, tradicional combustível-ardente
stoves. ao mesmo tempo, fogões solares deveriam ser introduzidos com
variedades combustível-eficientes de fogões que queimam madeira, carvão, ou
outros combustíveis tradicionais como parte de um plano global para reduzir combustível
consumption. fogões de incendiar-barro Portáteis e outras alternativas
poderia ser incorporada em tal um plano.
para o que O ponto importante é
enfatize a natureza complementar destas tecnologias, e
treinamento de conduta adequadamente.
Segundo, os promotores têm que prestar mais atenção a prover bem
desígnios e materiais melhores.
Desígnios de deveriam ser tecnicamente
soe, enquanto incorporando resultados de pesquisa de recente decades. Eles
também tenha que ser apropriado para a geografia local, mercado,
condições, cozinhando tradições, etc. UMA única mudança em desígnio ou
materiais podem afetar desempenho significativamente.
por exemplo, um
projeto de forno solar em Lesoto teve problemas porque exposição
para o sol a pintura preta causou no interior para dar comida um
taste. estranho que O problema poderia ter sido evitado se outro
tipo de pintura tinha sido usado.
Este exemplo ilustra a terceira consideração para a qual é
tenha certeza há bastante materiais de qualidade para cobrir ambos
necessidades de construção originais e peças sobressalente.
para fazer isto,
promotores podem ter que comprar materiais a taxas de tamanho alcançar o
economias necessárias de balança.
esmalte preto Longo-duradouro, para
exemplo, poderia ter que ser costume feito e poderia importar, e vai
tenha que ser trazida em quantidade para reduzir custos unitários.
Quarto, um fogão solar que é ambos efetivo e bem durável é
provavelmente longe muito caro para essas pessoas que precisam isto most. Assim,
promotores têm que desenvolver sistemas melhores ou desígnios para habilitar solar
fornos para ficar mais competitivo economicamente, e ajudar os usuários
faça o investimento de capital precisou os obter.
No outro
dê, fogões solares que estão fora freqüentemente determinados tendem ser considerados
como worthless. Isto parece ser um problema que os sociólogos,
economistas, cientistas políticos, e outro deveria estar agarrando,
não só com respeito a fogões solares mas todas as tecnologias novas.
Fogões solares fariam um valioso caso de teste negociando com
este problema, desde que eles são envolvidos assim de perto com um de
vida a maioria das necessidades básicas, contudo eles são além normalmente distante
a extensão do que o usuário individual poderia se trazer,
até mesmo com help. externo E finalmente, esses que promovem fornos solares,
se expatria ou os cidadãos locais, deveria os usar cozinhar
o próprio meals. diário deles/delas é importante para criar uma imagem popular
aquela arte culinária solar é moderna e prestigiosa.
FUTURO DE IV. DA TECNOLOGIA
Atualmente, muitos dos desígnios de fogão solares mais promissores existem
só como protótipos, normalmente construiu em laboratórios universitários para
purposes. experimental como resultado, eles não foram projetados para ser
produzida eficazmente em números grandes.
A próxima especialização
passo tecnológico que deve ser dado totalmente está redesenhando
estes fogões do ponto de vista de manufacturability.
Melhorias em termos de simplicidade, cozinhando eficiência, e facilidade
de uso também deveria ser feita.
OS PROVEDORES DE E FABRICANTES DE FOGÕES SOLARES
PROVEDORES
Casa de Russcar
3908 Franklin Street ocidental
Richmond, Virgínia 23221 E.U.A.
(Product: desígnio suíço concentrator solar)
Uso solar Agora, Inc.
Encaixote 306
420 Rua de Tiffin oriental
Bascom, Ohio 44809 E.U.A.
(Product: Direct-focusing e fogões de forno)
FABRICANTES
Clevlab, Inc.,
Encaixote 2647
Littleton, Colorado 80161 E.U.A.
(Products: fornos Solares e híbridos)
Et de Etampes Mecanique
L. Serafini
9 CH du Centurião
CH-1227 CAROUGE-GENEVE
SUÍÇA
(Product: desígnio suíço concentrator solar)
Empreendimentos de Kerr, inc.
P.O. Box 27417
Tempa, Arizona 85281 E.U.A.
(Product: Fornos de Caixa Solares)
Sol Cozinha, Ltd.
11806 nortes Sobressaem Passeio
Colinas de fonte, Arizona 85268 E.U.A.
(Adams-tipo de Product: fogões solares)
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