Sfruttamento del calore, Dean Still

Dean Still and Jim Kness

Aprovecho Research Center

Sfruttamento ottimale delle fonti di calore Cinque metodi ecologici per cucinare

Illustrazioni: Loki Quinnangeles, Cathy White, Shon Lenzo, Lynn Forbes, Amelia Ettinger

Aprovecho è un centro di ricerca, sperimentazione e formazione per tecnologie alternative, ecologicamente sostenibili e culturalmente compatibili. I nostri campi di studio comprendono orticultura organica, forestazione sostenibile, tecniche indigene e tecnologia appropriata.

Il Centro sorge in magnifica posizione nei pressi di Eugene, Oregon, su di un terreno donato di oltre 16 ettari.

Dal 1976, l’Aprovecho Research Center è impegnato nello sviluppo di invenzioni energeticamente efficienti, non inquinanti, relative a temi di attualità, ma adatte ad essere implementate in ogni nazione. Gli attrezzi sono progettati per essere autocostruiti ed auto-riparabili.

Le tecnologie sviluppate sono utilizzate presso il Centro. Gli studenti e il personale sono costantemente impegnati al miglioramento dei progetti ai fini dell’efficienza energetica, facilità d’impiego e utilità generale.

Il Centro è in gran parte finanziato dai suoi programmi di internato che si articolano in tre cicli/anno di dieci settimane ciascuno, con inizio in marzo, giugno e settembre. Tutti i corsi comprendono lezioni teoriche e pratiche per fornire agli studenti di ogni età l’opportunità di vivere e imparare con una comunità di insegnanti dedicati ad un sistema di vita sostenibile e volontariamente semplice.

Sfruttamento ottimale delle fonti di CALORE Seconda edizione, rivista e aggiornata.

By Dean Still and Jim Kness

Indice 4 PREMESSA 4 Risparmiare le risorse di biomassa 7 FORNO SOLARE MARIA TELKES 8 Progettazione di un potente forno solare 10 Costruzione di un forno solare Telkes 16 FORNO SOLARE CONICO 17 Considerazioni sui forni solari 19 STUFA TURBO DI WINIARSKI 19 Costruzione della stufa 22 Costruzione di una stufa con latte di recupero 24 Note sullâ€&#x;efficienza delle stufe 24 CASSE DI COTTURA 26 FORNO TURBO PER PANIFICAZIONE 28 Costruzione di un forno Winiarski

Premessa Questo libretto vuole essere un‟introduzione a metodi di cottura più efficienti usando risorse rinnovabili. Le cinque stufe e forni qui presentati sono progetti ben collaudati, in quanto ognuno di essi è stato costruito, provato e usato presso il nostro Centro. Tutti sfruttano l‟energia solare per la cottura del cibo; alcuni in forma diretta, altri sono progettati per bruciare biomasse, come il legno, che accumulano la luce solare in forma di energia chimica.

preparazione del cibo, la coltivazione agricola, la costruzione di fosse settiche e di cisterne, ecc.

Oggi, i nostri interessi si sono allargati a comprendere anche ricerche in tecnologie solari: dissalatori, essiccatoi, frigoriferi, scalda-acqua e mezzi di cottura.

I progetti di stufe sono diventati assai più efficienti e fanno parte di un “sistema” di cottura che si è evoluto nel corso degli anni.

Ogni nuovo progetto, prima di essere divulgato, viene messo in uso nel Centro per verificarne la validità. L‟attività di Aprovecho è principalmente focalizzata su tecnologie di applicazione domestica ritenendo la cottura dei cibi il lavoro più importante che richiede tecnologia.

Ecco, dunque, cinque “ricette” per preparare i vostri cibi preferiti in modo eco-logico. Gran parte di questi progetti sono realizzati e usati in varie parti del mondo dove ogni cultura ha introdotto piccole variazioni condizionate da abitudini tradizionali locali. In un certo senso, questo processo è molto simile a una ricetta di cucina che viene interpretata da ogni gruppo cultural con deliziose varianti esotiche sul tema.

Vi invitiamo pertanto a realizzare la vostra versione personale di stufa, con cui preparare qualche vostra deliziosa ricetta, e condividere entrambe con amici e vicini in grado di apprezzarle.

La stufa turbo Winiarski.

Risparmiare le risorse di biomassa Aprovecho si occupa di progettare stufe e sistemi di cottura da oltre quindici anni.

Il Centro Ricerche era stato creato vicino a Cottage Grove, Oregon, da consulenti del Peace Corps and di altre Agenzie di assistenza che hanno lavorato per anni oltre oceano per sviluppare nuovi e più efficienti metodi per la

La deforestazione dovuta, in parte, alla necessità di combustibile è una delle principali minacce all‟ecosistema in molti Paesi in via di sviluppo.

La risposta, ovvia, a questo problema è la coltivazione di alberi ad un ritmo maggiore di quello con cui vengono consumati i prodotti forestali. Altrimenti molte nazioni si troveranno senza legna prima ancora che si esaurisca il petrolio!

Nessun mezzo per cucinare è universalmente adattabile a culture e situazioni differenti perché il clima, le risorse e l‟accettazione varia da luogo a luogo.

I progetti che qui presentiamo sono semplici tentativi per conciliare criteri funzionali e risorse disponibili, inclusa la componente umana. Tutti gli schemi proposti sono soggetti ad essere modificati per adattarsi alle singole situazioni. Secondo la filosofia di Aprovecho, è opportune insegnare alle persone a diventare progettisti, non semplici realizzatori. Nessun progetto può considerarsi “tecnologia appropriata” se non modificato con il contributo della gente locale per diventare uno strumento utile in un determinato contesto sociale.

I cinque dispositivi qui illustrati formano un sistema integrato di cottura in grado di offrire agli utilizzatori varie scelte e opzioni.

Ciascun progetto aiuta a cucinare in modo più efficiente, ma l‟uso combinato dei vari mezzi assicura risparmi davvero notevoli.

Nei periodi di sole, è possibile cucinare per mezzo di un potente forno solare con molti riflettori, oppure bollire acqua con un concentratore conico. In mancanza di sole, il che è situazione comune alla nostra latitudine, il personale di Aprovecho cucina per mezzo di stufe turbo, molto efficienti e quasi esenti da fumo.

Forno turbo per panificazione

Ad esempio, una stufa a ridotto consumo di combustibile abbinata ad una scatola termica di cottura può far risparmiare grandi quantità di legna da ardere. Una stufa a legna efficiente, da sola, non può far risparmiare più di 30 o 40 percento di combustibile rispetto a un focolare aperto. L‟uso di una scatola termica di cottura è quindi essenziale.

Questo sistema integrato comprende progetti di facile comprensione e realizzazione.

Nei periodi di sole, è possibile cucinare per mezzo di un potente forno solare con molti riflettori, oppure bollire acqua con un concentratore conico. In mancanza di sole, il che è situazione comune alla nostra latitudine, il personale di Aprovecho cucina per mezzo di stufe turbo, molto efficienti e quasi esenti da fumo.

Cassa termica di cottura

La cottura del pane viene fatta in un forno turbo in grado di cuocere oltre 30kg di pane per volta. (Sia la stufa che il forno sono stati progettati dal Dr. Larry Winiarski).

Le preparazioni bollite, invece, vengono solitamente fatte con l‟uso di scatole di cottura termiche molto ben isolate in cui il cibo viene collocato ad inizio bollitura e continua a bollire senza timore di bruciarlo o di eccedere nella cottura.

In climi soleggiati, la cottura a mezzo di energia solare può risultare la scelta più saggia; tuttavia i forni solare stentano ad essere accettati perché nuovi, lenti e un po‟ limitanti. Iniziare con l‟introduzione di casse termiche di cottura può essere più ragionevole. Comunque, la conoscenza di più tecniche diverse offre la possibilità di optare per la soluzione migliore quando si tratta di conservare risorse naturali, siano esse legna, petrolio o quant‟altro.

Forno solare conico

Dunque, un buon progettista deve riunire in sè doti di ingegnere, antropologo e politico.

Nelle pagine che seguono vengono fornite descrizioni generali per costruire ciascuno dei sistemi proposti.

Ogni progetto è economico e facile da realizzare. Tutti i modelli descritti sono regolarmente in uso presso il il centro Aprovecho e a disposizione dei visitatori.

A voi la libertà di modificare e adattare queste idee alle vostre necessità specifiche e situazioni locali. La soddisfazione che ne trarrete determinerà quanto noi siamo riusciti a produrre una tecnologia appropriata.

Forno solare di Maria Telkes

Forno solare Maria Telkes Il forno solare che raccomandiamo è stato progettato e provato dal Dr. Maria Telkes negli anni ‟50 unitamente a molti altri suoi dispositivi solari.

Questo forno raggiunge facilmente i 150°C e può superare anche 200°C nelle calde giornate estive.

Non è necessario correggere sempre il suo puntamento perché il forno è abbastanza potente da funzionare bene anche quanto non è orientate esattamente verso il sole.

Raccomandiamo di realizzare forni di grandi dimensioni per sfruttare maggiori quantità di energia solare diffusa. Per una facile cottura occorrono un riflettore e un vetro superiore di buone dimensioni.

(Il forno descritto in questo progetto ha una superficie vetrata di 59x66cm, ma ne usiamo anche uno con una finestra di 76x76cm, adatto per latitudini superiori.

Il testo riporta spiegazioni per adattare il progetto a ogni le latitudini.)

Questo forno solare funziona particolarmente bene perché combina alcuni importanti criteri di progettazione: • La scatola è circondata da riflettori che dirigono la luce visibile all‟interno di essa attraverso una copertura in vetro.

(In un giorno di sole, ogni metro quadro di terreno riceve 600-900 Watt di energia solare per ora.)

• La scatola è ben isolate e con buona tenuta d‟aria.

• Il vetro frontale ha un‟inclinazione di 60° per ridurre al minimo l‟ombra interna. Il doppio vetro aiuta molto in quanto la camera d‟aria tra le due lastre aiuta ad isolare l‟interno della scatola.  L‟interno della scatola ha un rivestimento metallico ed è dipinto completamente di nero in modo che la luce solare sia efficacemente assorbita e trasformata in raggi infrarossi, ovvero calore. L‟energia infrarossa è assorbita dal vetro e trattenuta all‟interno della scatola isolata: la dispersione termica è quindi rallentata quanto basta per far aumentare la temperatura interna.  Il recipiente di cottura è posato su di un pavimento metallico nero cosicché il calore penetra al suo interno sia per conduzione (contatto metallo-metallo) che per convezione (contatto aria-metallo).

Progettazione di un potente forno solare Ecco un modo semplice per progettare un forno solare di buon funzionamento: Definire il tipo di cottura che si intende fare normalmente.

Stabilire con quale rapidità si desidera completare la cottura del cibo.

Stabilire quanto calore è necessario per cuocere il cibo. (In termini approssimativi, occorrono circa 95W/h per ogni chilogrammo di cibo da cuocere in tempi normali.)

A seconda della latitudine del luogo, il forno solare riceve 600-900 Watt/ora di energia solare per metro quadro. Vicino all‟equatore l‟energia solare è di 900W/h per diminuire fino a 600W/h ad una latitudine di 45° Nord o Sud. In realtà, solo il 30% di questa energia sarà utilizzata per la cottura del cibo.

Il forno solare andrà quindi dimensionato di conseguenza; per esempio, un forno con 1m2 di superficie riflettente, posto a 45° di latitudine, riceve 630W/h di energia. Con un rendimento del 30%, l‟energia utile per la cottura è di circa 190W/h che, diviso per 95, equivale a poter cuocere in un‟ora 2kg (acqua compresa) di cibo „facile‟. Cibi più duri richiedono proporzionalmente più tempo.

Per costruire un forno solare così potente, occorre che: A) Il vetro sia quanto più possibile perpendicolare alla posizione media del sole.

Con il forno Telkes, orientare il vetro in modo perpendicolare al sole ottimizza l‟efficacia dei pannelli riflettori e assicura il massimo trasferimento di energia all‟interno della scatola.

Per valutare l‟inclinazione del sole rispetto all‟orizzonte, sottrarre la latitudine del luogo da 90°, poi aggiungere 23,5°. Il risultato ottenuto rappresenta l‟altezza massima raggiunta localmente dal sole a mezzogiorno in estate.

Invece, sottraendo 23,5° alla differenza tra 90° e la latitudine si ottiene l‟inclinazione massima del sole al mezzogiorno invernale.

Esempio: in una località a 44° Nord, il sole in estate raggiunge l‟altezza massima di 90°44°+23,5°= 69.5°; in piendo inverno, invece, il sole di mezzogiorno raggiungerà un‟inclinazione di soli 22.5° sull‟orizzonte.

Se si ipotizza di usare il forno solare principalmente in estate, il fronte vetrato andrà disposto a circa 60°. Per la massima resa, il vetro del forno deve essere disposto sempre con l‟inclinazione più favorevole.

B) I pannelli riflettenti sono disposti a 120° rispetto al vetro, ovvero a 30° rispetto ai raggi solari incidenti.

I riflettori sono lunghi circa quanto il pannello di vetro verso cui si affacciano. Una maggior lunghezza otterrebbe solo di riflettere i raggi sul pannello opposto (v. diagramma A).

C) Costruire una scatola quanto più possible coibentata e a tenuta d‟aria, e, se fattibile economicamente, usare un doppio vetro con camera d‟aria per maggior isolamento termico. Ciò è particolarmente utile in climi freddi e ventosi. Una coibentazione fatta con cartone ondulato e fogli d‟alluminio funziona molto bene. Cenere di legna, carbonella, schiuma rigida, ecc. sono altri buoni isolanti.

(Vedere note su coibentazione nella sezione dedicate alle stufe turbo a pagg. 20-23.)

D.) Nel forno tipo Telkes, dipingere l‟interno in nero opaco e usare recipienti di cottura neri appoggiati su fondo metallico nero per trarre calore di conduzione e convezione.

(Le pareti interne della scatola possono anche essere riflettenti per rinviare i raggi solari al recipiente di cottura nero. In alcune situazioni, però, le pareti riflettenti possono riflettere i raggi solari all‟esterno della scatola attraverso il vetro.)

E) Poiché l‟aria calda sale, lo sportello andrebbe teoricamente collocato sul fondo del forno, cosa di per sé complessa. Il forno Telkes ha lo sportello di accesso posteriore.

F) Occorre ricordare che calore e temperature sono due cose differenti. Il calore rappresenta la quantità di Watt disponibili per la cottura.

La temperatura interna alla scatola è il punto in gradi in cui le quantità di calore ricevuto e disperso si equivalgono. Per effettuare la cottura è importante avere una temperatura sufficientemente elevata e una sufficiente quantità di energia termica. Un modello Telkes grande è un forno solare potente.

Modelli con superficie riflettente minore cuociono a temperature inferiori, ma con tempi di cottura più lunghi.

G) Il valore di superficie da moltiplicare per 600-900W/h NON è l‟area complessiva dei riflettori! La superficie da considerare è l‟area di intercettazione dei raggi solari (v. diagramma A).

Il forno Telkes è solo uno fra tanti modelli, ma tutti funzionano allo stesso modo. Ognuno di essi riceve gli stessi 600-900W/h di energia solare, a seconda della latitudine. È facile quindi conoscere in anticipo quanta energia per la cottura è disponibile per ogni modello.

I disegni che seguono indicano come costruire un forno Telkes di dimensioni medio-grandi. La costruzione può essere fatta in compensato o in lamiera, materiali più comuni negli USA e facili da lavorare. È opportuno ricordare che un corpo di stufa/forno di grande massa assorbe molto del calore iniziale altrimenti destinato alla cottura. Stessa considerazione per un recipiente di cottura pesante (v. capitolo “Isolamento e grandi masse in stufe e case, pagg. 22-23). Un forno di piccola massa si riscalda molto più velocemente, mentre uno di massa elevata può essere di aiuto solo fin quando il recipiente è più freddo di esso.

È importante dunque isolare il corpo del forno mediante materiali leggeri ad alto potere isolante o riflettente. Un forno solare costruito con materiali pesanti, ma senza un buon isolamento interno sottrae molta energia alla cottura per riscaldare se stesso. Un forno solare è un dispositivo di potenza relativamente bassa ed è quindi preferibile usare l‟energia solare direttamente senza immagazzinare calore per usi successivi.

La struttura e i pannelli riflettori del forno possono essere costruiti anche con metallo di recupero, quali lattine o contenitori vari cuciti tra loro.

Costruzione di un forno Telkes in compensato Iniziare a costruire la scatola in compensato da 12mm: - tagliare tutti i pezzi illustrati a disegno e smussare a 30° tutti i bordi che andranno a contatto del vetro; - ritagliare lo sportello nella parete di fondo o laterale della scatola; - Unire tra loro tutti i pezzi con colla e chiodi.

La copertura in vetro appoggia sul compensato ed è supportata anche dal materiale isolante che ricopre interamente tutte le pareti interne del legno.

Per la coibentazione, si può fissare una lastra di schiuma rigida alle pareti oppure creare uno strato isolante da 2,5cm formato da fogli alternati di cartone e foglia di alluminio.

Se si opta per la seconda soluzione, è meglio usare collanti a contatto, anziché colla vinilica, in quanto più resistenti all‟umidità.

Per fissare il cartone alle pareti sono utili grosse rondelle con chiodi o viti.

Si ricordi che lo strato isolante delle pareti frontale e posteriore deve essere smussato.

Avvolgere l‟isolamento di cartone con foglio di alluminio con il lato lucido rivolto verso il cibo; confezionare questo „pacchetto‟ in modo quanto più possibile stretto e robusto per proteggere il cartone dall‟umidità.

Costruzione di un forno solare Telkes Costruire per prima la scatola iniziando a tagliare tutti i suoi componenti. In questo caso abbiamo usato compensato da 12mm di spessore.

Parete posteriore

58,5

49,3

Disegni dimensionali ( cm ) dei componenti della scatola e dei riflettori.

Parete frontale

17,8

58,5

48,3 Pavimento

62,55

58,5 Parete laterale (2 pz.) pz.)

16,20 57,2

54,6

Schema di assemblaggio del riflettore

Riflettore (2 pz.)

61

Riflettore laterale

65,4

45,7 61

Riflettore (2 pz.)

61

Riflettore (2 pz.)

61

Vetro 61

66

61

Dipingere l‟interno con vernice nera opaca e lasciare il forno al sole per un paio di giorni a smaltire i gas della vernice prima di iniziarne l‟utilizzo per la cottura.

Le ali del riflettore, anch‟esse in compensato da 12mm, devono essere sostenute con degli appoggi che possono essere fatti in legno.

I pannelli riflettenti incontrano il vetro con un angolo di 120°. Le cerniere hanno il compito di unire tra loro i pannelli riflettenti; esse possono essere fatte in pelle o con pezzi di vecchie camera d‟aria.

La parte interna dei riflettori deve essere rivestita con materiali molto lucidi, quali foglio di alluminio o mylar. Collanti a contatto sono molto adatti per fissarli.

La scatola di cottura lavoro in modo ottimale se chiusa con un doppio vetro; l‟uso di una sola lastra di vetro è anche accettabile.

Il vetro va fissato alla scatola e all‟isolante con un sigillante, preferibilmente silicone.

Il silicone può essere usato anche come distanziatore tra le due lastre di vetro, lasciando un minuscolo foro per consentire all‟aria riscaldata di uscire senza creare pressione tra le lastre.

Il recipiente di cottura (preferibilmente di piccola massa) deve appoggiare su di un foglio di alluminio nero o su di una lastra metallica verniciata di nera. Assicurarsi della buona tenuta dello sportello di accesso e ridurre al massimo le perdite d‟aria! In caso contrario, il forno non può scaldarsi a sufficienza.

Il rispetto di questi criteri costruttivi darà come risultato un forno in grado di funzionare a 150°C anche se pieno di cibo. Nelle giornate più calde i fagioli cuociono velocemente, il pane cuoce e s‟indora, il pollo diventa croccante e le patate si indorano in bolle d‟olio: i risultati saranno sorprendenti!

Ricavare lo sportello nella parete posteriore.

Ricordarsi di the farefront uno smusso di Cut the door out of the back panel.

Remember to bevel and back 30째 sulat bordo superiore delle pareti frontale e posteriore. panels 30 degrees.

pareti e posteriore sono The Le back andfrontale front are nailed onto the bottom fissate al pannello di base.

I fianchi sono fissati (colla e chiodi) alla base e

The sides are nailed onto the bottom, back, alle pareti frontale e posteriore. andfront.

L’isolamento può essere fatto stratificando fogli

L’isolamento può essere formato da strati di di cartone ondulato e fogli di alluminio. cartone ondulato intercalati da fogli d’alluminio.

Lo strato isolante in cartone e alluminio è fissato all’interno della scatola a mezzo di chiodi e grandi rondelle.

Il vetro è incollato sulla parte superiore della scatola mediante sigillante siliconico. Se si usano due lastre di vetro, si può aggiungere un filo di silicone lungo il perimetro con funzione di guarnizione e distanziale.

I supporti in legno per i pannelli riflettenti, inclinati di 120° rispetto al vetro, sono incollati inchiodati alla scatola del forno.

Schema A: confronto fra riflettori con diversa angolazione indicante la quantità di luce solare riflessa nel forno e I vantaggi derivante da un’inclinazione di 30°.

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Forno solare conico I forni Telkes sono eccellenti per arrostire, ma non concentrano abbastanza i raggi solari per compiti più difficili quali far bollire acqua per fare il tè o il caffè.

Per far bollire l‟acqua rapidamente è necessario un forno di forma diversa. Un disco parabolico è in grado di concentrare la luce solare in un solo punto dove l‟acqua arriverebbe all‟ebollizione in tempo assai breve.

Esiste però un‟altra forma in grado di concentrare molto bene i raggi solari pur essendo molto più facile da costruire di una parabola: un cono di 45° di apertura. I coni sono stati usati per più di 100 anni come concentratori solari; sono facile da ottenere e possono essere validi sostituti delle parabole per molte applicazioni.

Il matematico francese, prof. Augustin Mouchot, ha inventato un forno solare conico sin dagli anni 1870. Il modello da lui usato in Africa aveva la forma tronco-conica con un un contenitore metallico racchiuso in vetro nel suo centro. Tale forno concentra la luce lungo una linea che forma l‟asse centrale del cono. Invece, i forni Telkes concentrano i raggi solari su di un piano e le parabole in un sol punto. Anche se le parabole hanno la massima capacità di concentrazione, un cono che focalizzi lungo una linea è sufficiente per un motore a vapore.

Tagliare un settore circolare di lamiera di 105,5°

La facilità di costruzione è il maggior vantaggio di un forno solare conico. Per costruirlo, è sufficiente disegnare un settore circolare con apertura di

105,5° a cui si aggiungono circa 5cm su di un solo lato per la sovrapposizione di giunzione.

Si ritagli il settore e si congiungano i lati per ottenere rapidamente un cono a 45°.

Il cono così ottenuto può essere fissato a due dischi di compensato separati fra loro da due Un recipiente da un litro, forato superiormente, è il contenitore per l‟acqua, trattenuto al centro del forno da un tubo metallico (latta avvolta) in cui si infila per un quarto della propria lunghezza. Recipiente e tubo di sostegno sono racchiusi in un grosso vaso di vetro capovolto che funge da finestra e isolamento. distanziali di 5x10cm.

La struttura di sostegno abbraccia il cono su due fianchi e due grossi bulloni formano l‟asse di rotazione per inclinare il forno perpendicolarmente ai raggi solari.

Forno solare conico

Un recipiente da un litro, forato superiormente, è il bollitore per l‟acqua, trattenuto al centro del forno da un tubo metallico (latta avvolta) in cui si infila per un quarto della propria lunghezza. Recipiente e tubo di sostegno sono racchiusi a loro volta in un grosso vaso di vetro (con tappo a vite) capovolto che funge da finestra e isolamento.

Per trattenere il vaso di vetro, si fissa il suo tappo filettato, unitamente al tubo metallico che sostiene il bollitore) entro un foro ricavato in un pezzo di legno, a sua volta fissato al disco di compensato.

Il vaso di vetro si avvita al suo tappo e può essere asportato – proteggere le mani con guanti o uno strofinaccio! – per accedere al bollitore in esso racchiuso completamente.

Il puntamento del forno conico viene fatto con il “metodo del chiodo”. Un lungo chiodo è fissato sulla base di compensato parallelamente all‟asse centrale del cono: quando il chiodo non proietta più la sua ombra, il forno è puntato esattamente nella direzione dei raggi solari!

Il cono può essere ricavato da un unico foglio di lamiera, oppure anche da varie latte aperte e cucite tra loro e trattenute nella forma conica da stecche di bambù avvolte esteriormente. La superficie riflettente è ottenuta incollando sulla lamiera un foglio di mylar, o un più economico e disponibile foglio di alluminio. Il fissaggio è fatto con collante a contatto.

Il forno conico è utilmente impiegato per bollire rapidamente una piccola quantità di acqua (un litro in circa 12 minuti) per preparare una bevanda calda, té o caffè, senza dover avviare un fuoco.

Per bollire maggiori quantità d‟acqua è preferibile ricorrere a un forno Telkes e attendere pazientemente uno o due ore. Ciò perché il forno conico richiede un costante riposizionamento, ogni 15 minuti, per seguire con precisione il movimento del sole.

Considerazioni sui forni solari Ho lavorato per dieci anni in Messico prima di far parte di Aprovecho a tempo pieno.

Quell‟esperienza mi ha fatto comprendere, tra molte altre realtà, che un dispositivo per quanto un dispositivo possa funzionare bene in teoria, se la gente non lo usa non funziona affatto!! E i forni solari ne sono un buon esempio: in capo ad un anno tutti i forni solari da me costruiti in Messico sono stati abbandonati. Ecco le motivazioni raccolte tra la gente: 1) Cucinare all‟aperto sotto il sole è scomodo e insolito.

2) Il forno è troppo lento e non cuoce i fagioli.

3) Il forno solare non è sempre affidabile e più scomodo che cucinare con legna o gas.

Speravo quindi di trovare un forno solare che fosse più gradito alla gente in Paesi a forte insolazione, come il Messico. Aprovecho ha cercato una soluzione a questo problema sviluppando forni più potenti, veloci quasi come stufe, di forma gradevole e piacevoli da usare: i modelli Telkes e conico soddisfano tutti questi criteri! Il modello conico bolle l‟acqua molto velocemente, ma può essere fastidioso per via del riflesso abbagliante. Il Telkes non ha questo problema perché dirige la luce allo interno della scatola, ma, essendo meno concentrante, richiede molto tempo per portare l‟acqua all‟ebollizione.

Forme diverse sono adatte a impieghi solari differenti: una scatola coperta da un vetro (collettore piano) è ideale per scaldare acqua per usi sanitari. Con l‟aggiunta di alcuni riflettori diventa un forno Telkes rapido.

Un forno conico o parabolico può friggere o bollire velocemente come una stufa, ma per il maggior potere di concentrazione richiede frequenti correzioni di puntamento e può dare problemi con il forte riflesso. A differenza dei modelli conici e parabolici, il tipo Telkes non presenta questo problema in quanto riflette la luce in basso, verso il suo interno.

Un forno Telkes è facile da raccomandare per le sue prestazioni: un tale modello è in uso da diversi anni in Aprovecho ed ha convinto anche uno scettico come me. Comunque, è opportuno considerare tutti i tipi di forni solari perché nessuno può essere considerato “il migliore” in assoluto.

Ovviamente un‟alternativa „solare‟ ai forni è quella di usare dispositivi a biomassa. Il legno e altre piante hanno immagazzinato energia solare diretta in forma chimica tramite il misterioso processo della fotosintesi.

L‟energia solare diretta è diffusa; la legna ha il vantaggio di avere in sé energia in forma concentrate.

Il progetto originale Mouchot

La stufa „turbo‟ di Winiarski Un chilogrammo di legna secca può produrre 4.700 kcal, ovvero 5,5 kW/h quando brucia. La benzina ha un potere calorico appena doppio del legno, ma all‟albero è occorso molto tempo per crescere catturando la luce solare e trasformarla in energia chimica. Gli alberi sono simili a batterie che accumulano energia per decenni. Tale energia è concen-trata nel legno e pronta all‟uso, secondo necessità. Questa “batteria” non perde la sua carica nel tempo, non trasuda acidi sui vostri pantaloni e di solito ha un buon profumo!

Un forno conico da 140cm di diametro concentra circa 1m2 di luce solare sul recipiente di cottura il che, in un giorno di sole, equivale a 600-900 W/h.

Questo valore è circa pari all‟energia contenuta in un piccolo pezzo di legno di 5x10x10cm!

Bruciare legna o qualunque altra biomassa offre, un grande vantaggio rispetto al bruciare prodotti petroliferi. Gli alberi assorbono anidride carbonica dall‟atmosfera durante la crescita e ne rilasciano una uguale quantità bruciando. Invece, bruciare combustibili fossili, formatisi da piante milioni di anni fa, può solo aumentare la quantità di anidride carbonica atmosferica poiché l‟assorbimento fatto dalle piante è avvenuto tanto tempo fa.

Se usato efficientemente, si può cucinare usando rami e rametti senza necessità di bruciare ceppi spaccati e la raccolta di rami caduti dà alla gente legna da ardere senza necessariamente abbattere alberi.

Inoltre, i rami hanno già una dimensione pratica ed evitano la fatica di spezzare dei tronchi. Gli alberi continuano a crescere mentre la gente cucina con la legna.

Il legno è molto concentrato, ma possiamo bruciarlo alla velocità che vogliamo. Al contrario, l‟energia solare è disponibile a dose fissa e può scomparire dietro le nuvole. Da ciò deriva che la legna è un combustibile potente e pratico.

La turbo-stufa del Dr. Larry, grazie alla sua piccola massa, risulta la più efficiente fra tutte quelle da noi usate fino ad ora.

Per tale ragione, noi ora usiamo questo tipo di stufa per cuocere, arrostire, bollire, scaldare l‟acqua e gli ambienti in cui viviamo, ecc.

Le stufe turbo si basano su di una ingegnosa combinazione di principi fisici:  La camera di combustione è isolata allo scopo di mantenere il fuoco a temperature elevate (oltre 600°C) e bruciare la legna in modo completo, riducendo il fumo che è biomassa incombusta.  Le stufe per cucinare hanno piccola massa per sottrarre meno calore alla cottura.  Un camino isolato crea una forte depressione che aiuta la legna a bruciare vivacemente; rende anche più facile l‟uso e l‟accensione della stufa; un camino isolato è assai più efficace di uno non isolato.  La legna brucia all‟estremità e viene sospinta verso il fuoco, il che regola la velocità di combustione riducendo il fumo.  La miscela aria/combustibile è regolata con solo una piccola apertura per l‟ingresso dell‟aria; troppa aria raffredda solo il fuoco.  L‟aria entrante è preriscaldata, specialmente nei modelli con flusso invertito, il che aiuta a mantenere il fuoco oltre i 600°C per una combustione completa.  Una carenatura circonda completamente il recipiente di cottura lasciando solo una piccola intercapedine per il passaggio dei gas caldi che lambiscono il recipiente migliorando notevolmente lo scambio di calore.  La fiamma lambisce fondo e fianchi del recipiente con maggior scambio termico.

 La coibentazione della camera di combustione riduce le perdite di calore.

Poiché la stufa funziona a temperature molto elevate, il fumo prodotto è quasi nullo e si può quindi cucinare sopra la bocca del camino a diretto contatto di fiamma.

La versione guatemalteca della stufa turbo è composta da sei parti, due delle quali ricavate da un qualunque bidone metallico da 20 litri (es.: contenitore di vernici, solventi o altro).

Il bidone costituisce il corpo esterno della stufa. Un piccolo camino (25-30cm ottimale) è ricavato nel nostro modello da tubo di stufa.

In alternativa, si possono usare latte varie o recuperi metallici di maggior spessore.

Si osservi che un camino di lunghezza maggiore riduce il fumo e può essere quindi preferibile.

Costruzione della stufa  Asportare il coperchio del bidone metallico.  Tagliare un foro rotondo da 10cm al centro del coperchio e un altro uguale nel fianco del bidone a circa 2,5cm dal fondo.  Collocare un gomito a 90° per tubo di stufa all‟interno del bidone con la parte più larga sporgente attraverso il foro ricavato nella parete laterale del bidone.

Con due piccoli tagli paralleli praticati nella parte bassa della sporgenza del gomito, ricavare una linguetta da 1cm da ripiegare verso il basso per impedire al tubo di cadere all‟interno del bidone.

Uno spezzone diritto di tubo da stufa da 10cm è innestato sull‟altra estremità del gomito per formare il camino. Esso deve essere tagliato a circa 2,5cm sotto il bordo superiore del bidone. A questo proposito, ricordiamo che un camino corto è più efficiente e consente alla fiamma di lambire il recipiente di cottura; per contro, un camino più lungo riduce la quantità di fumo prodotta.

 Riempire lo spazio tra il camino e il corpo stufa con materiale isolante leggero, ad es.: pomice, vermiculite, perlite, cenere di legna.

Sabbia, terra, cemento, ecc. non sono validi isolanti perché racchiudono poca aria. Noi preferiamo usare cenere perché, se secca, è un ottimo isolante, disponibile ovunque e di costo nullo.  Chiudere il corpo stufa infilando il coperchio sulla parte retta del camino.  Per terminare, costruire una griglia di suppor-to per il recipiente di cottura con tondino di ferro e collocarla sul coperchio della stufa. É anche possibile appoggiare il recipiente direttamente sul coperchio della stufa, ma in tal caso occorre praticare nel coperchio una serie di fori, di area totale pari a quella della bocca del camino, per consentire una libera uscita dei gas di scarico. da inserire nella bocca della camera di combustione per separare la legna dalla presa d‟aria. Tale piano può essere costruito

 Costruire un ripiano da inserire nella bocca della camera di combustione per separare la legna dalla presa d‟aria. Tale piano può essere costruito con la lamiera di una scatoletta tagliata e spianata.  La stufa risulterà assai più efficiente se usata con una carenatura, ovvero un foglio di lamiera, che avvolga il recipiente di cottura per tutta la sua altezza.

Tale carenatura è dimensionata per lasciare un‟intercapedine anulare di 5-6mm attorno al recipiente per consentire il passaggio dei gas caldi che lambiscono i fianchi del recipiente.

La superficie dell‟intercapedine anulare deve essere circa pari all‟area della bocca del camino.  Una carenatura coibentata, formata da una doppia parete riempita di materiale isolante, risulterà ancora più efficiente. con la lamiera di una scatoletta tagliata e spianata.

Isolamento e grandi masse nelle stufe (e nelle case) Il forno solare Telkes diventa molto caldo quasi immediatamente se vuoto e puntato verso il sole, ma richiede assai più tempo per scaldare se pieno di riso e fagioli. Ciò è dovuto al fatto che la massa di cibo e acqua assorbe gran parte del calore iniziale.

Anche una stufa pesante richiede tempo per scaldare perché sabbia, argilla, cemento e terra impiegati per la sua costruzione non sono buoni isolanti.

Questo è il motivo per cui indichiamo di usare isolanti leggeri attorno alla camera di combustione delle nostre stufe per cucinare.

Con isolanti leggeri, il calore prodotto dalla combustione fa il suo lavoro con minor spreco poiché l‟aria in essi intrappolata assorbe poca energia e rallenta la dispersione del calore a vantaggio della cottura.

L‟isolante è l‟aria, mentre il materiale attorno ad essa serve unicamente a trattenerla. Di solito, i materiali assorbono e sottraggono calore quanto maggiore è il loro peso.

Per questa ragione, una stufa turbo da riscaldamento ha una massa elevata e usa materiali pesanti per assorbire e immagazzinare calore che altrimenti sfuggirebbe su per il camino.

Al contrario una stufa turbo per cucinare è di costruzione leggiera per non sottrarre troppo calore al recipiente di cottura, specialmente nella fase iniziale del processo.

La massa è necessaria negli edifici solari per assorbire e accumulare il calore del sole. Una camera vuota, piena d‟aria, non accumula molto, ma una parete in cemento si scalda quanto basta per mantenere il tepore per tutta la notte. Se poi questa camera fosse isolata, si manterrebbe calda ancora più a lungo.

In una casa solare ben concepita, la massa è contenuta all‟interno dell‟edificio ed è isolata a pavimento e nelle pareti esterne.

Una casa costruita con pareti in terra o cemento ha pro-blemi di riscaldamento se non isolata esterna-mente. Occorre infatti una parete in terra spessa 1,20m per uguagliare il potere isolante di un isolante in fibra di vetro di soli 9cm. Per questo motivo, le migliori costruzioni in adobe sono costruite con doppie pareti.

Lo spazio d‟aria tra le pareti agisce da isolante per arrestare la dispersione di calore interno verso l‟esterno. Senza isolamento, non solo occorre molto tempo per riscaldare la massa delle pareti, ma il calore prodotto al suo interno viene sprecato dalla dispersione verso l‟esterno.

Nei climi caldi, ovviamente, le case in adobe non necessitano di doppie pareti. L‟esigenza maggiore nelle zone desertiche è quella di rinfrescare gli ambienti interni e la massa delle pareti in adobe aiuta in questo senso.

Pareti spesse e non isolate, ma in ombra, si mantengono ad una temperatura media giornaliera. Nel deserto la temperatura media può essere molto piacevole, ma in climi freddi e nuvolosi la temperatura è troppo fredda per i suoi abitanti.

Abitazioni di grande massa sono state create anche sotto terra con il vantaggio che la casa tende a mantenersi alla temperatura del suolo di circa 15 °C. Tuttavia, anche questa tipo di case, se non isolata esternamente, richiede sforzi eroici per alzare la sua temperatura interna: il calore generato al suo interno, infatti, cercherà di aumentare la temperatura della Terra!

Costruire una stufa con latte di recupero.

In molte regioni del mondo risulta di grande vantaggio costruire i camini con latte di recupero. La loro durata è alquanto limitata, circa un mese di uso quotidiano, ma facile la loro sostituzione. Naturalmente, è sempre preferibile costruire camere di combustione e camini in terracotta o altri materiali di maggior resistenza.

Come si può vedere dai disegni, si copre il camino con una miscela di argilla (40%) e sabbia (60%). Quando la latta del camino si

brucia, il rivestimento di sabbia/argilla ne fa le veci. L‟isolamento termico è comunque assicurato dalla cenere che riempie lo spazio tra il camino e il corpo esterno della stufa. È possibile costruire in sabbia/argilla pure il corpo esterno a condizione però di mantenere sempre il camino ben isolato con cenere di legna ben asciutta.

La funzione del camino è fondamentale per bruciare il fumo, mantenere vivo il fuoco e dirigere la fiamma alla pentola.

Crimpatura della latta

Creazione della camera di combustione e del camino

Inserimento della camera di combustione e del camino nel corpo stufa

Eventuale rivestimento in sabbia/argilla

Carenatura

Supporto pentola

Camino in latta

Cenere STUFA CON SUPPORTO PENTOLA E CARENATURA

CREAZIONE DEL SUPPORTO PENTOLA Argilla

Cenere

Camino in latta

Supporto legna

STUFA CON CAMINO IN LATTA RIVESTITO CON ARGILLA/SABBIA

Note sull’efficienza delle stufe Durante la prima visita congiunta in un ranch messicano, il Dr. Winiarski mi sorprese dicendo che la stufa turbo non avrebbe poi potuto far risparmiare più di un 30-40% di legna rispetto ai fuochi aperti, così ben fatti dai locali.

Quando le persone sono accorte ed esperte, un fuoco aperto (detto anche fuoco a tre pietre) in casa, o luogo riparato, risulta essere un metodo relativamente efficiente per cucinare.

Anche i metodi tradizionali possono andare assai bene e un focolare aperto, ma riparato, può dimostrarsi più efficiente di una stufa di grande massa. I nuovi metodi non sono necessariamente migliori sotto ogni aspetto.

Dio creò il fuoco, l‟uomo creò le pentole.

Il trucco non sta tanto nel migliorare l‟efficienza di combustione quanto nel migliorare il trasferimento di calore nel recipien-te di cottura. La carenatura attorno alla pen-tola è dunque molto importante, mentre il corpo della stufa protegge le fiamme dal vento per mantenere il fuoco a temperatura elevata per una combustione più completa.

Infine, la forma delle stufe turbo obbliga le persone ad alimentare il fuoco più lentamen-te, diversamente dai focolari aperti dove si tende a creare un fuoco eccessivo per evitare che si spenga più facilmente.

Casse di cottura Nelle giornate senza sole quando si cucina a legna, è possibile risparmiare molta energia facendo uso di casse termiche di cottura (a volte chiamate anche „forni senza fiamma‟).

Dopo aver fatto bollire il cibo per alcuni minuti, la pentola viene collocata dentro una cassa termica per terminare la cottura. Il calore accumulato è sufficiente completare la cottura con un lento bollore.

La cassa termica completa la cottura per noi con grande risparmio di combustibile ed evitandoci il fastidio di sorvegliare la pentola per evitare sovracottura o bruciatura di cibi.

Nel nostro Centro, solitamente prepariamo il pranzo mentre facciamo colazione: portiamo a bollore per breve tempo il riso con fagioli e poi mettiamo il recipiente nella nostra cassa termica da cui il cibo sarà estratto ben caldo e pronto al momento del pranzo. Il risparmio di tempo, di lavoro e di energia è notevole.

Le casse di cottura sono in uso da secoli in diversi Paesi. Esse mantengono il cibo caldo quanto basta (oltre 80 °C) per continuare la cottura.

I criteri costruttivi sono semplici:  assicurarsi di avere un‟ottima coibentazione attorno alla pentola, specialmente sopra e sul fondo;  la pentola deve entrare nella cassa quanto più stretta possibile;  il coperchio della cassa deve assicurare una chiusura a tenuta d‟aria.

Per la coibentazione si possono usare molti materiali: fieno, paglia, pula, grani soffiati, segatura di legno, carta di giornale, lana di roccia, piume, cotone in fiocchi, spugna, ritagli di pelliccia, cenere di legna, carbone vegetale, ecc. Se si usano questi materiali, l‟isolante deve avere uno spessore di 10cm.

Se si usa sughero, cartone ondulato, foglio d‟alluminio, polistirolo, schiuma rigida, ecc., lo spessore può essere ridotto a 5cm.

Una tra le soluzioni più efficaci è quella di riempire lo spazio attorno alla pentola con dei cuscini ben stipati (v. disegno precedente).

Altra semplice soluzione è formata da due scatole, una dentro l‟altra, separate tra loro da materiale isolante.

Un coperchio isolante o un cuscino completano il tutto.

Oppure ancora, possiamo capovolgere la cassa a mo‟ di coperchio su di una base isolante su cui appoggia la pentola. Se questa ultima viene posta su di un sostegno più alto, per esempio un pezzo di compensato, si ottiene una doppia tenuta che impedisce la fuoruscita di aria calda.

Un‟altra soluzione di cassa termica è formata da un doppio sacco in stoffa, imbottito con materiale isolante, con una bocca grande abbastanza per il passaggio della pentola e uno spago per la chiusura.

Una cassa termica di cottura può anche essere semplicemente un buco scavato nel terreno riempito con abbondante materiale isolante.

La pentola vi viene inserita e poi ricoperta con uno spesso strato isolante. Per comodità, il buco può anche essere ricavato in un blocco di sabbia e argilla sollevato dal terreno.

La cottura lenta in una cassa termica richiede da 1,5 a 3 volte il tempo impiegato per cucinare su di una stufa. Il sistema è più valido per grandi che per piccole quantità di cibo. Un coperchio di giuste dimensioni facilita la cottura e, riducendo l‟evaporazione, consente di cuocere cereali con 25% d‟acqua in meno.

Si consiglia di avvolgere la pentola in un telo prima di introdurla nella cassa di cottura.

L‟inquinamento batterico può essere evitato con una bollitura iniziale di almeno 5 minuti, mantenendo sempre la pentola chiusa con coperchio e facendo ribollire brevemente i piatti di carne prima di consumarli.

Dopo un‟esperienza di dieci anni, non è pensabile per noi cucinare senza far uso delle casse di cottura: sono veramente uno di quei rari dispositivi in grado di risparmiare energia e di semplificare la vita allo stesso tempo!

L‟abbinamento stufe turbo-casse di cottura è una combinazione vincente che raccomandiamo vivamente!

Forno turbo per panificazione Nel 1990, con il Dr. Winiarsky abbiamo costruito un forno molto efficiente ancora tuttoggi in uso settimanale per la cottura del pane. Ha una capacità di oltre 20 grosse pagnotte e con soli 5kg di legna si possono cuocere 30kg di pane. È fabbricato in diversi modi con i classici fusti metalli-ci da 200 litri ed è quindi molto economico.

Il primo modello che andiamo a considerare utilizza due fusti. Quello interno contiene il pane, è completamente chiuso, ma con tre sportelli ricavati nella parte frontale.

Quello esterno è rivestito internamente da sei strati di foglia di alluminio separati da una piccola intercapedine d‟aria. Uno spazio di circa 2,5cm separa il secondo fusto da quello interno e consente ai gas caldi della combustione di procedere verso il camino lambendo la camera interna di cottura.

Molti elementi concorrono all‟efficienza di questo forno:  l‟aria calda è in contatto con la base, i fianchi e la parte superiore del fusto che contiene il pane;  l‟aria calda è costretta a salire attraverso un passaggio stretto che aumenta lo scambio termico con il fusto interno;  il fusto interno ha una piccola massa che non sottrae molto calore e gli strati di alluminio all‟esterno riflettono i raggi infrarossi al suo interno;

 la camera di combu-stione, anch‟essa ben coibentata, assicura una combustione completa e riduce la formazione di fumo;  il camino isolato crea una forte depressione e l‟aria è pre-riscaldata prima di arrivare alla camera di combustione.

L‟alimentazione della lena può essere fatta in orizzontale o in verticale; la soluzione verticale ha il duplice vantaggio di migliorare il preriscaldamento dell‟aria e di alimentare il combustibile per gravità.

Il caricamento orizzontale si confà maggiormente alle abitudini della gente ed è meno soggetto a inversioni del tiraggio, mentre il suo rendimento è appena di poco inferiore.

La camera di combustione e la bocca di caricamento si possono ottenere in vari modi (v. disegni). Il forno da noi utilizzato ha una latta da 50 litri per il caricamento del combustibile, il condotto verso la base del fusto interno è rivestito in terracotta e forma la camera di combustione vera e propria, isolata esternamente con granuli di pietra pomice.

Un coperchio metallico, anch‟esso isolato, copre entrambi i fusti, ma sollevato di 2,5cm sopra quello interno per consentire ai gas di scarico di raggiungere il camino senza intoppi. Uno spezzone di tubo da 15cm di diametro fuoriesce a formare la base d‟innesto per il camino.

All‟interno della camera di cottura abbiamo inserito tre ripiani ricavati da dischi di lamiera traforata incastrati elasticamente negli anelli di nervatura del fusto.

I tre fori di accesso sono stati ritagliati e rifiniti con massima cura e sono chiusi da un unico grande sportello, incernierato al fusto esterno. La chiusura avviene per battuta contro una cornice di ferri angolari che tappa l‟intercapedine tra i due fusti.

Questo forno si è rivelato estremamente efficiente e la gente stenta a credere che pochi

pezzi di legno riescano a portare il forno alla temperatura di cottura.

Con un po‟ di pratica diventa facile regolare la temperatura e si possono cuocere grandi quantità di cibo alla volta.

La piccola massa di questo forno consente di raggiungere i 180 °C in venti minuti e riesce a mantiene la temperatura con l‟aggiunta di piccoli rami solamente.

Dopo il successo entusiastico ottenuto anche in Messico, lo raccomandiamo vivamente! .

Costruzione di un forno Winiarski Aprire tre finestre nel fusto da 200 litri.

Mantenere fondo e coperchio.

Rimuovere fondo e coperchio di un fusto da 200 litri. Aprire il fusto longitudinalmente.

Infilare il fusto con le aperture all’interno di quello aperto longitudinalmente.

Il forno può essere posizionato su di una base in mattoni.

Creare un’intercapedine di circa 2,5cm tra i due fusti. Mantenerli separati e in posizione mediante bulloni.

Per proteggere il fusto interno dalla fiamma, imbullonare un disco di ferro sotto la sua base.

L’intercapedine tra i due fusti non deve essere ostruita da questo disco protettivo. Il fusto esterno è appoggiato sul bordo interno della base in mattoni.

Aprire il terzo fusto longitudinalmente.

Aprire un foro da 20cm di diametro nella parte bassa del fusto.

La camera di combustione può anche essere inserita in un terzo fusto da 200 litri.

Inserire un gomito per tubo di stufa nel foro da 20cm; la sua parte superiore termina 5cm sotto il fusto interno di cottura. Riempire lo spazio attorno al gomito con cenere di legna.

SPORTELLO APERTO VISTA INTERNA

Chiudere l’apertura laterale del terzo fusto con un foglio di lamiera avvitato.

VISTA ESTERNA CERNIERE

Particolari costruttivi dello sportello di chiusura delle finestre della camera di cottura.