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Manuale per la costruzione e l'utilizzo del forno solare a pannello Copenhagen economico

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Indicazioni passo passo per costruire un forno solare a pannello Copenhagen, ideato da Sharon Clausson e informazioni principali per il suo corretto utilizzo

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Manuale per la costruzione e l'utilizzo del forno solare a pannello Copenhagen economico

  1. 1. ISTRUZIONI PER LA COSTRUZIONE DEL FORNO A PANNELLO COPENHAGEN CON MATERIALI ECONOMICI E INDICAZIONI DI BASE PER IL SUO UTILIZZO Versione del manuale: edizione del maggio 2018 Licenza: il manuale è rilasciato con licenza Creative Commons Attribuzione - Condividi allo stesso modo 3.0 Italia (CC BY – SA 3.0 IT). Per maggiori informazioni, si veda https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/it/deed.it.
  2. 2. INTRODUZIONE Il forno solare Copenhagen, ideato da Sharon Clausson (http://solarcooking.wikia.com/wiki/Copenhagen), è un forno solare del tipo a pannello, facile da costruire e abbastanza potente per cuocere il riso e i legumi, per lessare le verdure, per cuocere la pasta (non è semplicissimo ma è fattibile) e i sughi. Con il forno è possibile raggiungere temperature massime a vuoto comprese fra i 130° C e i 190° C, a seconda che come materiale riflettente si utilizzi dell'alluminio da cucina o del mylar. Questo significa che non sempre è possibile realizzare cotture da forno, che in genere richiede temperature di almeno 160° C – 180° C, ma con la pratica potrete trovare delle soluzioni che vi permettano anche questo tipo di cottura! In questo manuale, vi daremo le istruzioni per costruire ed utilizzare un forno Copenhagen realizzato con materiali poveri. Il vantaggio è sicuramente l'economicità del prodotto, lo svantaggio è una potenza inferiore rispetto a soluzioni ottenute utilizzando dei materiali più efficienti. Infatti, abbinando questi materiali poveri con una pentola scura dotata di coperchio, racchiusa all'interno di un coperchio di vetro trasparente (ad esempio, una insalatiera a testa in giù), è possibile raggiungere temperature massime a vuoto di 130° C. L'immagine a fianco mostra il modello che vi insegneremo a costruire, con all'interno la pentola scura con coperchio di vetro trasparente e con una insalatiera a testa in giù. Se volete condividere con noi le vostre sperimentazioni o ricette di cucina solare, potete mandarcele per mail a grupposelene@gmail.com, oppure potete segnalarle nella nostra pagina facebook “Sentinelle dell'energia – Selene”, oppure potete condividerle in rete nella pagina facebook “CUOCHI SOLARI ITALIANI”, grazie!
  3. 3. Costruzione e assemblaggio del forno a pannello Copenhagen con materiali poveri Componenti del forno a pannello Copenhagen (1) Nr 4 “petali” di materiale riflettente da 50 cm x 50 cm, o anche di dimensioni leggermente inferiori, realizzabili con cartoncino sottile, nastro adesivo trasparente e alluminio da cucina. Al posto dell'alluminio, è possibile impiegare anche un foglio di materiale plastico riflettente a specchio (es. materiale doppio strato con polistirolo e Mylar), che ha un costo più elevato. (2) Base di cartone da 30 cm x 30 cm, o anche di dimensioni leggermente inferiori; (3) Nr 4 mollette per il cartone; (4) Spago per collegare i petali alla base e per il trasporto in spalla del forno; ISTRUZIONI PER LA COSTRUZIONE 1. Con l'aiuto di un righello o di una riga a T, disegnate quattro quadrati da 50 cm x 50 cm che faranno da petali per il forno solare. Se il cartoncino o il foglio di materiale riflettente a disposizione non vi consentono di arrivare a 50 cm, vanno bene anche dimensioni inferiori, ad esempio 45 cm x 45 cm. Se volete risparmiare soldi nel cartone, potete chiedere a degli esercizi commerciali di donarvelo. Ad esempio nei supermercati è possibile trovare il cartone che si usa per separare le file di bottiglie d'acqua vendute su bancali, che tipicamente è un cartone sottile e abbastanza flessibile, dunque adatto per il nostro forno. Per una maggiore flessibilità e per curare di più l'aspetto estetico possiamo comprare del cartoncino colorato sottile (da almeno 300 grammi). Quello recuperato dai supermercati potrebbe essere un po' meno flessibile e richiedere quindi che siamo noi ad applicargli manualmente la curvatura giusta quando montiamo il forno. Figura 1a. Utilizzo della riga a T per ritagliare i petali da 50 cm per 50 cm. Figura 1b. Particolare della riga a T in corrispondenza dei 50 cm. Figura 1c. Uno dei quattro petali del forno solare a pannello Copenhagen. 2. Allo stesso modo, per realizzare la base, disegnate sul cartone un quadrato da 30 cm x 30 cm. La base deve essere più resistente rispetto ai petali, quindi il cartone che impiegate potrebbe essere quello degli scatoloni di cartone ad onda singola rinforzata o ancora meglio a doppia onda. 3. Utilizzando delle forbici resistenti, ritagliate i cinque quadrati che avete disegnato prima, quattro più sottili per i petali e uno più spesso per la base. Per il cartone a doppia onda, può essere preferibile usare un taglierino, che si consiglia di passare più volte sul cartone in modo da poter effettuare il taglio. 4. Prendete l'alluminio da cucina e ritagliatene tanti pezzi quanti servono per coprire i quattro petali e la base realizzati ai punti precedenti.
  4. 4. Se si comprano i rotoli di alluminio da cucina standard, che hanno un'altezza inferiore a 30 cm, per ogni petalo (e anche per la base) serviranno due pezzi di rettangoli di alluminio, che in parte andranno ripiegati nella faccia posteriore del petalo (e della base), per poi essere fissati con del nastro adesivo (figure 4a e 4b). Il nastro adesivo andrà posto anche nella linea di interfaccia fra i due pezzi di alluminio presenti nella parte frontale del petalo (figura 4c). Figura 4a. Particolare relativo all'altezza del rotolo di alluminio e all'altezza dei petali del forno solare. Figura 4b. Particolare relativo al fissaggio dell'alluminio nella parte posteriore dello scotch utilizzando il nastro adesivo. Figura 4c. Particolare relativo al fissaggio del nastro adesivo all'interfaccio fra i due pezzi di alluminio. 5. Ora presentate la base quadrata sopra i quattro petali di alluminio, in modo che questa si trovi perfettamente al centro e che sia ruotata di quarantacinque gradi rispetto alle direzioni dei lati dei petali, come potete vedere nella fotografia riportata qui sotto: Figura 5. Il posizionamento della base rispetto ai petali del forno solare al fine di praticare correttamente i fori di assemblaggio. 6. Poi sulla base quadrata, segnate con una penna gli otto punti in cui andrete a praticare i fori per legare tra di loro con lo spago i petali alla base. Per individuare la posizione dei fori, disegnate con una penna le due diagonali della base quadrata, trovando così il centro della base. Poi dovrete andare ai vertici della base quadrata e, per ciascun vertice, segnare due punti distanti 7 cm dal vertice e 4,5 cm a destra e a sinistra dalla diagonale. Potete capire meglio il tutto guardando le fotografie sottostanti. Con l'aiuto delle forbici, praticate i fori negli 8 punti della base quadrata appena segnati. Figura 6a. Il disegno delle diagonali della base quadrata. Figura 6b. Gli 8 punti segnati nella base quadrata.
  5. 5. 7. Presentate quindi nuovamente la base al centro dei quattro petali e, con una penna, segnate gli 8 punti corrispondenti anche nei quattro petali. Al proposito, si consiglia di numerare i petali e di indicare il numero ad essi corrispondente anche nella base, nel punto in cui i petali vanno a poggiare su di essa. Con l'aiuto delle forbici, praticate quindi i fori anche nei quattro petali. Figura 7a. Posizionamento della base al centro dei quattro petali per individuare gli 8 punti dei petali su cui praticare i fori per l'assemblaggio. Figura 7b. Particolare relativo alla numerazione dei petali e della base per un corretto posizionamento dei fori di base e petali. 8. Ora dovete legare i petali alla base. Per farlo, da un rotolo di spago (consigliamo, se disponibile, lo spago di canapa realizzato in Italia) tagliate un filo di spago lungo 130 cm. Subito dopo applicate del nastro adesivo alle estremità dello spago al fine di rafforzarlo. Passate quindi lo spago nei fori della base e dei petali per unirli tra loro. Figura 8a. Spagio lungo 130 cm. Figura 8b. Nastro adesivo applicato all'estremità dello spago. Figura 8c. Posizioniamo i petali e la base per iniziare l'assemblaggio. Figura 8d. Cominciamo a passare lo spago tra i fori, facendo base-petalo (dal basso verso l'alto) e petalo-base (dall'alto verso il basso). Figura 8e. Proseguiamo con il passaggio dello spago tra la base e i petali. Figura 8f. Al termine dell'assemblaggio, leghiamo lo spago vicino a un foro in modo da rendere più salda la tenuta. 9. A questo punto il forno è pronto e potete fissare i petali nella posizione giusta utilizzando delle mollette. Se avete utilizzato del cartone un po' meno flessibile per realizzare i petali, questo è il momento per curvarlo. Quando curvate i petali, potete fare in modo che formino un triangolo in corrispondenza alla superficie in cui aderiscono alla base. Avrete realizzato il vostro forno solare, bravi!
  6. 6. Nel collegare i petali, il consiglio è di fare in modo di tenere il petalo posteriore più dritto, mentre il petalo anteriore, che “guarda il sole”, può essere inclinato un po' più in basso. Questo ci permette di ottimizzare la quantità di radiazione solare che viene captata dal forno. In generale, l'apertura dei petali deve comunque essere regolata in funzione dell'altezza del sole all'orizzonte, che dipende dal periodo dell'anno e dall'ora del giorno. Con un po' di pratica ed esperienza capiremo quale sia la posizione migliore per i petali! Figura 9a. Vista laterale del forno solare montato con le mollette. Figura 9b. Vista frontale del forno solare montato con le mollette. 10. Al fine di rendere il forno facilmente trasportabile, potete slegare lo spago e smontare i petali dalla base e poi potete praticare altri quattro fori in ciascuno dei quattro petali. In particolare, in ciascun petalo, segnate tre fori distanti 4 cm dai vertici lungo le diagonali. A questo punto, potete posizionare i quattro petali uno sopra l'altro e poi sopra di essi potete mettere la base in modo da far si che due dei suoi 8 fori combacino con due dei fori dei quattro petali. Con lo spago da 130 cm unite i quattro petali e la base. Figura 10a. Disegniamo i 4 fori per il trasporto del forno solare. Figura 10b. Con lo spago da 130 cm, leghiamo tra di loro i 4 petali alla base in corrispondenza di due fori e poi fissiamo meglio la base passando a incrocio in altri suoi fori. L'ultima cosa che vi rimane da fare è tagliare altri due pezzi di spago lunghi almeno 160 cm, anch'essi opportunamente rafforzati alle estremità con del nastro adesivo. Ciascuno di questi verrà fatto passare in due dei quattro fori praticati vicino ai vertici dei quattro petali, in modo da creare delle bretelle per il nostro zaino temporaneo. In alternativa, potremo portare il forno anche a tracolla. Le figure 10a, 10b e 10c mostrano quanto appena indicato. Nelle figure si possono notare più spaghi rispetto ai soli tre della presente descrizione, perché le fotografie fanno riferimento ad un modello in cui è stato impiegato un numero maggiore di spaghi più corti rispetto all'unico spago da 130 cm
  7. 7. impiegato nella presente descrizione e già mostrato nella figura 10b. L'uso di un solo spago risulta più vantaggioso in termini di praticità, in particolare per quanto riguarda i tempi per il montaggio e lo smontaggio del forno. Figura 10c. Particolare relativo al forno assemblato per il trasporto, con le bretelle laterali pronte per il trasporto a zaino. Figura 10d. Il forno trasportato a zaino. Figura 10e. Altro particolare del forno trasportato a zaino. I recipienti per la cottura Per cucinare con il forno solare Copenhagen, potete utilizzare una pentola scura dotata di coperchio (meglio se anch'esso scuro, ma va bene anche un coperchio in vetro trasparente), il tutto racchiuso all'interno di una cupola di vetro trasparente, che può essere ottenuta ad esempio mettendo a testa in giù una insalatiera. In alternativa, potete utilizzare anche i classici barattoli in vetro della marmellata. Noi li abbiamo utilizzati per cuocere il riso e per lessare le verdure e devo dire che hanno funzionato bene! Indicazioni di cucina con un po' di matematica e fisica Per poter cucinare i pasti, occorre sapere quale sia la temperatura di lavoro richiesta dalla ricetta di nostro interesse. Ad esempio, le cotture da forno, richiedono in genere temperature superiori ai 160° - 180° C, al fine di permettere quell'effetto di croccantezza e di doratura degli alimenti dovuto alla reazione chimica (nota come reazione di Maillard) fra zuccheri e proteine che a temperature più basse avrebbe dei tempi molto più lunghi, con il rischio di non ottenere la croccantezza desiderata. Oppure, per cucinare la pasta, è necessario che l'acqua raggiunga una temperatura superiore a 80° C, temperatura alla quale avviene la destrutturazione e idratazione degli amidi presenti nella pasta. Per questo tipicamente noi mettiamo la pasta nell'acqua quando questa ha raggiunto l'ebollizione, che avviene a 100 ° C, tenuto conto anche del fatto che l'aggiunta del cibo all'acqua fa diminuire la temperatura di quest'ultima. In ogni caso, sia che cuociamo la pasta, sia che cuociamo delle verdure o un altro cibo, l'aggiunta di un alimento alla pentola fa abbassare la temperatura massima che può raggiungere il nostro forno solare. La diminuzione della temperatura è tanto maggiore quanto maggiore è la quantità di cibo che mettiamo a cuocere.
  8. 8. In altre parole, il cibo sottrae potenza al forno e se ne mettiamo troppo, rischiamo di non raggiungere le temperature che ci servono per cucinare! Con il modello di forno solare Copenhagen realizzato con materiali poveri, abbiamo verificato che è possibile ad esempio cuocere 300 g di riso in una pentola scura (con coperchio e cupola trasparente) contenente 500 ml di acqua, oppure 150 g di pasta corta sempre in 500 ml di acqua, oppure 300 g di verdure (patate, melanzane, zucchine, peperoni, …). I tempi di cottura sono di circa 1h – 1h 30', a seconda del periodo dell'anno e dell'ora del giorno. Per l'ora del giorno, si consiglia di cucinare tra le 10:00 e le 15:00. Se vogliamo capire il perché delle quantità di cibo sopra indicate o se vogliamo calcolare le quantità di cibo anche per altri alimenti, possiamo procedere alternativamente in due modi. Il primo è un modo più pratico, il secondo è un modo più teorico. Di seguito cerchiamo di spiegare entrambe le modalità. Per altre informazioni al riguardo, potete visitare il nostro sito alla pagina https://www.grupposelene.net/forni-solari-a-pannello-2/ e in particolare nei box “Approfondimento di teoria”, dove stiamo aggiornando un foglio di calcolo per aiutarvi a effettuare i calcoli sulle temperature raggiunte dal forno solare! Nel modo pratico dobbiamo innanzitutto conoscere la temperatura che ci serve per cuocere l'alimento. Ad esempio, per le verdure, possiamo considerare i 100° C come una buona temperatura di cottura. Quindi possiamo mettere il nostro forno solare al sole con un termometro all'interno e attendere che raggiunga la temperatura massima. La temperatura massima viene raggiunta quando notiamo che nell'arco di dieci minuti la temperatura non aumenta più- A questo punto, possiamo aggiungere il nostro cibo, ad esempio le verdure e vedere dopo poco più di dieci minuti di quanto si abbassa la temperatura del forno solare. Ad esempio, potremmo notare che il forno solare senza cibo raggiunge i 130 ° C e con l'aggiunta di 300 g di cibo si porta a 100 ° C. In questo caso allora avremo constatato che 300 grammi di cibo sono una quantità di verdure idonea ad essere cucinata con il nostro forno solare! Nel modo teorico possiamo ricorrere ad una serie di equazioni matematiche per stimare la quantità di cibo che possiamo cuocere. Anche nel modo teorico comunque dovremo fare qualche rilevazione sperimentale per trovare alcuni dati che andremo ad inserire nelle nostre equazioni. Possiamo riconoscere che dopo 22-30 minuti i forni hanno pressoché raggiunto la loro temperatura massima. Questa temperatura varia nel corso dell'anno in funzione dell'intensità della radiazione solare e della temperatura ambiente. La radiazione solare varia ad ogni ora del giorno, come mostrato nel grafico seguente. Però possiamo prendere il valore medio della radiazione solare fra le 10 e le 15 e così possiamo calcolare la temperatura massima raggiunta dal forno solare in ogni mese dell'anno in questa fascia oraria, ovviamente considerando anche un valore medio di temperatura al variare del mese.
  9. 9. Per calcolare le temperature massime del forno solare, poi, dobbiamo usare le seguenti equazioni all'equilibrio: (a) Q = m*cp*∆T (b) Q = Pirr*eta*A*t dove (a) è l'equazione fondamentale della calorimetria (b) è l'equazione che descrive il calore fornito dalla radiazione solare Q è il calore che serve per generare l'aumento di temperatura desiderato e si esprime in Joule; m è la massa di tutto quello che viene posto a scaldare nel forno solare (pentola, coperchio, insalatiera di vetro, aria, cibo, acqua, termometro da forno) e si esprime in kg; cp è il calore specifico di tutta la massa m e rappresenta il calore che deve essere dato alla massa m per aumentare di 1° C la propria temperatura; cp si esprime in J/(kg*°C); ∆T è la differenza fra la temperatura iniziale della massa m, che in genere corrisponde alla temperatura ambiente (Tamb) e la temperatura finale che vogliamo raggiungere (Tf), ad esempio la temperatura massima del forno solare. In altre parole ∆T = Tf – Tamb. ∆T si esprime in °C; Pirr è l'intensità della radiazione solare e si esprime in W/(m2) o in J/(s*m2); eta è l'efficienza ottica del forno solare ed è un parametro adimensionale; A è l'area di apertura del nostro forno solare ed è uguale a 0,25 m2; t è il tempo necessario per produrre il calore Q desiderato e si esprime in secondi; Nota: Pirr può essere recuperato da dati statistici (ad esempio, dal sito pvgis della Commissione europea al seguente link http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis.html), oppure può essere misurato sperimentalmente. A Pesaro, l'Osservatorio Valerio del Comune di Pesaro (http://www.comune.pesaro.pu.it/turismo/da-vedere-in-citta/luoghi-darte-e-di- cultura/musei/musei/osservatorio-valerio/) misura la radiazione solare e la temperatura nella nostra città. Dall'equazione a, se conosco m e cp (su internet è possibile trovare siti che riportano tabelle relative al calore specifico degli alimenti) e calcolo ∆T misurando la temperatura massima raggiunta dal forno solare, posso ricavare Q. Dall'equazione b, se conosco Pirr (da misurazioni sperimentali o da dati statistici) e ho misurato A e t, posso ricavare eta. A questo punto, per ogni mese dell'anno, conoscendo Tamb e Pirr, posso ricavare il valore di Tf. (c) Tf = Tamb + (Pirr*eta*A*t)/(m*cp)
  10. 10. Esercizio. Vi proponiamo quindi un semplice esercizio che potete fare per calcolare la temperatura massima del vostro forno solare. L'esercizio vi chiede di calcolare la temperatura massima del forno solare fra le ore 10:00 e le 14:00 di una giornata di cielo sereno nei diversi mesi dell'anno conoscendo i valori di Tamb, m*cp, Pirr, eta e A, secondo quanto riportato di seguito. Tabella dei valori di Tamb (valori medi nelle ore 10-14) Gen Feb Mar Apr Mag Giug Lug Ag Sett Ott Nov Dic 9° C 9,5° C 12,5° C 17,5° C 21,5° C 26° C 29,8° C 29,2° C 24,1° C 18,5° C 14° C 9° C m*cp m*cp = m_insalatiera*cp_insalatiera + m_pentola * cp_pentola + m_coperchio*cp_coperchio + m_termometro* cp_termometro + m_aria*cp_aria = 1734,30 J/°C Tabella dei valori di Pirr (valori medi in condizioni di cielo “medio”), espressi in W/(m2*°C) Gen Feb Mar Apr Mag Giug Lug Ag Sett Ott Nov Dic 400 550 680 760 820 860 930 890 750 590 460 430 Eta = 0,98, A = 0,25 m2, t = 25 min = 1500 secondi Sulla base dei dati e delle equazioni sopra riportate, completare la tabella delle temperature massime Tabella delle temperature massime Gen Feb Mar Apr Mag Giug Lug Ag Sett Ott Nov Dic Ricette Per ora non abbiamo tantissime ricette, però alcune si! Potete trovarle sulla pagina del nostro sito dedicata ai forni a pannello (https://www.grupposelene.net/forni-solari-a-pannello-2/), andando sul box “ricette di cucina” di ciascun forno.
  11. 11. APPUNTI
  12. 12. SEGUITE LE NOSTRE ATTIVITA' DI CUCINA SOLARE SU: 1. https://www.grupposelene.net/cucina-solare/; 2. http://solarcooking.wikia.com/wiki/Sentinelle_dell'Energia; 3. Pagina facebook Sentinelle dell'energia – Selene Sul nostro sito internet, trovate tutte le informazioni sulle nostre attività e sulle risorse economiche su cui si basano. In particolare, potete vedere http://www.grupposelene.net/trasparenza-associazione/. Inoltre, potete sostenerci con una donazione andando sulla home page del nostro sito internet e premendo sul pulsante “Donazione” presente in fondo alla pagina. Grazie!

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