طراحی، ساخت و بررسی تجربی عملکرد اجاق خورشیدی سهموی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• ناصر بهارلو هوره ¹
• علی صادقی ²
• سعید گلشادی ³

¹ گروه حرارت، سیالات و تأسیسات، دانشکده مکانیک دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران،

² گروه حرارت، سیالات و تأسیسات، دانشکده مکانیک دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران.

³ دانشکده شهید مهاجر، دانشگاه فنی و حرفه‌ای استان اصفهان، ایران

10.22067/jacsm.2023.82768.1190

چکیده

با توجه به فراوانی و رایگان بودن انرژی خورشیدی در کشور و مشکلات گازرسانی، اجاق خورشیدی جایگزین بسیار مناسبی جهت پخت غذا به شمار می‌رود. در این مقاله، یک دستگاه اجاق خورشیدی سهموی طراحی، ساخته و آزمایش شد. تجهیزات مورد استفاده در ساخت، شامل دیش سهموی شکل آهنی، آیینه‌ها به منظور بازتاب نور روی نقطه کانونی، قوطی و تسمه آهنی به منظور ساخت فک و پایه نگهدارنده می‌باشد. ازجمله نوآوری دستگاه حاضر می‌توان به استفاده از مواد ارزان‌قیمت، قابلیت بالای ارتقاء و تعمیر، کاربری ساده و استفاده آموزشی و قابلیت تغییر زاویه در هر سه بعد مختصات مکانی اشاره کرد. جهت اطمینان از دقت نتایج، نمودار تکرارپذیری ارائه گردیده و آنالیز عدم قطعیت برای همه پارامترها محاسبه شده‌است. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد ظرف با مقدار آب 5/0 لیتر در مدت‌زمان 20 دقیقه به جوش می‌آید و با مقدار آب 1٫5 لیتر در این مدت‌زمان به دمای 82 درجه سانتی‌گراد می‌رسد. با مقایسه ظرف آلومینیومی و ظرف مسی نتیجه می‌شود در مدت‌زمان 30 دقیقه دمای آب در ظرف مسی به 86 درجه و در ظرف آلومینیومی به 76 درجه سانتی‌گراد می‌رسد. در آزمایش دیگری ظرف آلومینیومی به شکل دودی (مشکی) بررسی شد که مطابق آزمایش، آب در ظرف دودی در مدت‌زمان 25 دقیقه به جوش می‌آید. مطابق تحلیل ترمودینامیکی که برای محاسبه بازده انرژی در همه آزمایش‌ها انجام پذیرفت، ظرف مسی متوسط با درب بسته با بازده 52/18 درصد و ظرف مسی کوچک با درب بسته با بازده 17 درصد، به ترتیب رتبه اول و دوم را دارا هستند.

کلیدواژه‌ها

• انرژی خورشیدی
• اجاق خورشیدی سهموی
• جوش آمدن آب
• بازده انرژی
• ساخت و آزمایش

موضوعات

• انرژی های تجدید پذیر

---

عنوان مقاله [English]

Design, construction and experimental investigation of parabolic solar cooker performance

نویسندگان [English]

• Nasser Baharlou-Houreh ¹
• Ali Sadeghi ²
• saeed golshadi ³

¹ Shahid Rajaee Teacher Training University

² Shahid Rajaee Teacher Training University

³ Faculty of Mohajer, Isfahan Branch, Technical and Vocational University, Isfahan, Iran

چکیده [English]

Considering the abundance and freeness of solar energy in the country and gas supply problems, solar oven is considered a very suitable alternative for cooking food. In this paper, a parabolic solar cooker was designed, built and tested. The equipment used in the construction includes iron parabolic dish, mirrors to reflect light on the focal point, cans and iron belts to make the jaw and support base. Among the innovations of the present device, we can mention the use of cheap materials, the ability to upgrade and repair, simple use and educational use, and the ability to change the angle in all three dimensions of spatial coordinates. To ensure the accuracy of the results, the repeatability chart is presented and the uncertainty analysis is calculated for all parameters. By comparing the aluminum container and the copper container, the result is that the temperature of the water in the copper container reaches 86 degrees and in the aluminum container reaches 76 degrees Celsius in 30 minutes. In another experiment, a smoked (black) aluminum container was checked, and according to the experiment, water in the smoked container boils in 25 minutes. According to the thermodynamic analysis that was done to calculate the energy efficiency in all experiments, the medium copper pot with a closed lid with 18.52% efficiency and a small copper container with a closed lid with 17% efficiency, are ranked first and second respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

• solar energy
• parabolic solar cooker
• water boiling
• energy efficiency
• construction and testing

مراجع

[1]   U. C. Arunachala and A. Kundapur, “Cost-effective solar cookers: A global review,” Sol. Energy, vol. 207, pp. 903-916, (2020)

[2]   M. Hosseinzadeh, S. Alizadeh Momen, S. M. Mirzababaee, H. Zamani and A. Kianifar, “Experimental Investigation of Indoor Cooking Using an Indirect Solar Cooker Integrated with Heat Storage Materials,” Journal of Solid and Fluid Mechanics, vol. 11, no. 3, pp. 207-219, (2021).

[3]   M. Hosseinzadeh, S. M. Mirzababaee and H. Zamani, “Thermodynamic Analysis of an Evacuated Tube Solar Cooker under Different Operating Conditions,” Journal of Solid and Fluid Mechanics, vol. 11, no. 5, pp. 259-268, (2021).

[4]   S. M. M. Ahmed, M. R. Al-Amin, S. Ahammed, F. Ahmed, A. M.Saleque and M. Abdur Rahman, “Design, construction and testing of parabolic solar cooker for rural households and refugee camp,” Sol. Energy, vol. 205, pp. 230-240, (2020).

[5]   R. V. P.Neto, L. G. M.de Souza, J. C.de Lima, L. G. V. M. de Souza and E. V.Mendes, “Theoretical-experimental study of a box-type solar oven made from disused recyclable elements,” Sol. Energy, vol. 230, pp. 732-746, (2021).

[6] R. Senthil, “Enhancement of productivity of parabolic dish solar cooker using integrated phase change material,” Materials Today: Proceedings, vol. 34, pp. 386-388, (2021).

[7]   M. A. Tawfik, A. A. Sagade, R. Palma-Behnke, H. M. El-Shal and W. E. Abd Allah, “Solar cooker with tracking-type bottom reflector: An experimental thermal performance evaluation of a new design,” Sol. Energy, vol. 220, pp. 295-315, (2021)

[8]   G. Coccia, A. Aquilanti, S.Tomassetti, A. Ishibashi and G.Di Nicola, “Design, manufacture and test of a low-cost solar cooker with high-performance light-concentrating lens,” Sol. Energy, vol. 224, pp. 1028-1039, (2021).

[9] N. El Moussaoui, S. Tabli, I. Atmane, Kh. Kassmi, K. Schwarzer, H. Chayeb and N. Bachiri “Feasibility of a new design of a Parabolic Trough Solar Thermal Cooker (PSTC),” Sol. Energy, vol. 201, pp. 866-871, (2020).

[10] H. Khorasanizadeh, M. Sabzpooshani and S. Nazari, “Design, Manufacture and Testing a Solar Bread Cooker with Concentrator,” Modares Mechanical Engineering, vol. 13, no. 13, pp. 1-13, (2014) [In Persian].

[11] F. Zarrinkalam. M. Hosseinzadeh, H. Zamani, S. M. Mirzababaee and A. Faezian, “Experimental Investigation of the Effect of Wind Speed on the Performance of a Portable Parabolic Solar Cooker from Energy and Exergy Viewpoints,” Modares Mechanical Engineering., vol. 20, no. 6, pp. 1525-1532, (2020) [In Persian].

[12] H. Rahimzadeh, M. Nasiri and A. S. Qomi, “Design and construction and thermal investigation of a portable parabolic solar oven,” 27^th Annual International Conference of the Iranian Mechanical Engineers Association, Iran, pp. 3168-3172, April 30, (2019) [In Persian].

[13] A.O. Onokwai, U. C. Okonkwo, C. O. Osueke, C. E. Okafor, T. M. A. Olayanju and S. O. Dahunsi, “Design, modelling, energy and exergy analysis of a parabolic cooker,” Renew Energy, vol. 142, pp. 497-510, (2019).

[14] M. González-Avilés, O. R. Urrieta, I. Ruiz and O.M. Cerutti, “Design, manufacturing, thermal characterization of a solar cooker with compound parabolic concentrator and assessment of an integrated stove use monitoring mechanism,” Energy for Sustainable Development, vol. 45, pp. 135-141, (2018).

[15] A. Regattieri, F. Piana, M. Bortolini, M. Gamberi and E. Ferrari, “Innovative portable solar cooker using the packaging waste of humanitarian supplies,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 57, (2017).

[16] M. Hosseinzadeh, M. Sardarabadi, F. Passandideh, “Nanofluid and Phase Change Material Integrated into a Photovoltaic Thermal System,” Phase Change Materials, Central West Publishing, Australia, pp. 93-127, (2019).

[17] S. K. Shukla, “Comparison of Energy and Exergy Efficiency of Community and Domestic Type Parabolic Solar Cookers,” International Journal of Green Energy, vol. 6, no. 5, pp. 437-449, (2009).

[18] P. M. Cuce, “Box type solar cookers with sensible thermal energy storage medium: A comparative experimental investigation and thermodynamic analysis,” Sol. Energy, vol. 166, pp. 432-440, (2018).

[19] R. J. Moffat, “Describing the uncertainties in experimental results,” Experimental Thermal and Fluid Science., vol. 1, no. 1, pp. 3-17, (1988).

[20] I. L. Pioro, M. Mahdi and R. Popov, “Heat transfer media and their properties,” Handbook of Thermal. Science and. Engineering, pp. 1353-1446, (2018).