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A Scuola di Cucina Solare - Lezione Teorica "Mamiani" Scienze Umane Pesaro

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Lezione teorica sulla cucina solare per gli studenti del Liceo "Mamiani" Scienze Umane di Pesaro. Vantaggi e svantaggi della cucina solare, tipi di forni solari e principio di funzionamento, prestazioni dei forni solari.

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A Scuola di Cucina Solare - Lezione Teorica "Mamiani" Scienze Umane Pesaro

  1. 1. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 1 Sentinelle dell'Energia “A SCUOLA DI CUCINA SOLARE” LEZIONE DI TEORIA
  2. 2. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 2 Indice ● Prime domande sulla cucina solare ● Presentazione dell'associazione ● Introduzione alla cucina solare ● Ora capiamoci di più! ● Esperienze nel mondo e indicazioni utili ● Anticipazioni della lezione pratica ● Ringraziamenti
  3. 3. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 3 Prime domande sulla cucina solare A che ci serve conoscere la cucina solare? La cucina solare è utile per l'ambiente? Ci sono delle possibilità di lavoro nel campo della cucina solare?
  4. 4. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 4 A che ci serve conoscere la cucina solare? A che ci serve conoscere lo studio di funzione in matematica? A che ci serve conoscere la legge fondamentale della calorimetria in fisica? Quando facevo il liceo classico come voi, ci capitava di fare queste domande ai professori di matematica e scienze. Una risposta per me è che molti di voi in ambito lavorativo potranno trovarsi a dover utilizzare le conoscenze di matematica e fisica acquisite a scuola. Conoscere la cucina solare a partire dai principi fisici su cui si basa e dalle equazioni che permettono di descriverla, può essere quindi un buon esempio di come sia importante la teoria studiata a scuola per quello che poi andremo a fare praticamente e nell'ambito lavorativo. Questa domanda può essere collegata alle seguenti altre domande:
  5. 5. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 5 La cucina solare è utile per l'ambiente? La cucina solare ci permette di risparmiare nei consumi di gas e elettricità per cucinare e quindi ci permette di ridurre l'emissione di gas a effetto serra e di altri inquinanti prodotti quando cuciniamo. I benefici ambientali comunque sono relativamente piccoli, soprattutto rispetto a quelli che potremmo ottenere riducendo i consumi domestici necessari per riscaldare la casa. I benefici ambientali possono essere rilevanti nei Paesi in via di sviluppo, dove spesso le famiglie più povere cucinano utilizzando legna, carbone vegetale, kerosene e letame. Ridurre il consumo di legna permette di limitare anche la deforestazione, che incide anch'essa sull'aumento dell'effetto serra.
  6. 6. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 6 Ci sono delle possibilità di lavoro nell'ambito della cucina solare? Prima abbiamo detto che la cucina solare può avere un valore didattico importante. Per quanto riguarda invece le opportunità di lavoro, queste non sono tante, soprattutto in Italia. Però possiamo riconoscere che: - un cuoco o un ristoratore potrebbero pensare di aprire un ristorante stagionale dove si cucini utilizzando i forni solari, da soli o in abbinamento ad altre cucine che funzionano a fonte rinnovabile (ad esempio alimentate a biogas); - in Italia e in Europa ci sono alcune aziende che producono e commercializzano i forni e le cucine solari;
  7. 7. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 7 Ci sono delle possibilità di lavoro nell'ambito della cucina solare? Prima abbiamo detto che la cucina solare può avere un valore didattico importante. Per quanto riguarda invece le opportunità di lavoro, queste non sono tante, soprattutto in Italia. Però possiamo riconoscere che: - la cucina solare si presta bene a fare attività di animazione con i bambini in cui si insegna loro a cucinare con il sole! - nei Paesi in via di sviluppo, la cucina solare può essere una fonte di lavoro che permette anche di apportare benefici importanti all'ambiente;
  8. 8. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 8 Presentazione dell'associazione
  9. 9. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 9 Chi siamo Piccola associazione ambientalista di Pesaro 35 soci, di tutte le età Ci occupiamo di molti temi tra cui: Energie rinnovabili, efficienza energetica, ecologia (rispetto dell'ambiente) e riduzione della povertà Sito internet: www.grupposelene.net Pagina cucina solare: https://www.grupposelene.net/cucina-solare/ Facebook: Sentinelle Dell'energia – Selene Twitter: @grupposelene You Tube: Gruppo SELENE Mail: grupposelene@gmail.com, Tel: 3407711315
  10. 10. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 10 Il progetto “A scuola di cucina solare” 1 Lezione di teoria in classe 1 prova pratica di cucina
  11. 11. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 11 Introduzione alla cucina solare
  12. 12. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 12 (1) Che cos'è la cucina solare? Domande per iniziare (a) Pratica di cucina che fanno dei cuochi molto simpatici e divertenti (b) Pratica di cucina che utilizza come fonte di energia la radiazione solare (c) Pratica di cucina che si realizza meglio nei giorni di sole
  13. 13. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 13 (1) Che cos'è la cucina solare? (b) Pratica di cucina che utilizza come fonte di energia la radiazione solare Domande per iniziare
  14. 14. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 14 (2) Quali sono i benefici ambientali della cucina solare? Domande per iniziare
  15. 15. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 15 (2) Quali sono i benefici ambientali della cucina solare? Domande per iniziare Riduzione delle emissioni di gas a efetto serra e di altre emissioni inquinanti legate al consumo di elettricità e gas in cucina. Se usiamo i forni solari 30 volte in un anno, possiamo risparmiare 3 mc di gas naturale e ridurre le emissioni di gas serra corrispondenti. Ad esempio, se tutte le famiglie di Pesaro cucinassero per 30 volte in un anno con i forni solari, contribuirebbero al 2% dell'obiettivo fissato dal Comune di Pesaro con il Piano d'Azione per l'Energia Sostenibile per ridurre le emissioni di gas climalteranti cittadine del 23% rispetto al 2005. Nei Paesi in via di sviluppo, la cucina solare permette di ridurre il consumo di legna per cucinare e quindi di ridurre la deforestazione.
  16. 16. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 16 (3) Quanto vale (in W) la potenza della radiazione solare alle soglie dell'atmosfera terrestre per m2 di superficie? Domande per iniziare (a) in media circa 150 W/m2 (b) in media circa 20'200 W/m2 (c) in media circa 1'300 W/m2
  17. 17. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 17 (3) Quanto vale (in W) la potenza della radiazione solare alle soglie dell'atmosfera terrestre per m2 di superficie? Domande per iniziare (c) in media circa 1'300 W/m2 La potenza della radiazione solare, ovverosia la quantità di energia solare, per unità di tempo (s) e di superficie (m2 ) che arriva alle soglie dell'atmosfera terrestre vale in media 1367 W/m2 ed è detta costante solare.
  18. 18. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 18 (4) Come si comporta la radiazione solare all'interno dell'atmosfera terrestre? Domande per iniziare (a) viene potenziata e concentrata dall'atmosfera in uno spazio più piccolo (b) viene attenuata e in parte è diffusa e riflessa (c) viene concentrata dall'atmosfera in uno spazio più piccolo e in parte viene riflessa
  19. 19. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 19 (4) Come si comporta la radiazione solare all'interno dell'atmosfera terrestre? Domande per iniziare (b) viene attenuata e in parte è diffusa e riflessa Attraversando l'atmosera terrestre, la radiazione solare viene attenuata e quindi l'energia radiante che arriva al suolo è minore della costante solare. Inoltre, l'interazione con l'atmosfera fa si che la radiazione solare venga suddivisa in una componente diretta, una diffusa e una riflessa.
  20. 20. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 20 Confronto fornelli a gas - sole 800 W/m2 Da 800 W (piccoli) a 1 kW, 1,5 kW, 2 kW, 3 kW ma l'efficienza è del 50% - 65% Per concentrarla in uno spazio più piccolo in cui cucinare, usiamo i forni e le cucine solari! La potenza (in ingresso) fornita dal sole La potenza che ci da il sole è poco concentrata Potenza (in ingresso) dei fornelli a gas
  21. 21. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 21 La variazione oraria e mensile della potenza (in ingresso) fornita dal sole Radiazione solare oraria media mensile (W/m2), fonte dati PVGIS (http://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/tools.html). Altre informazioni su https://www.grupposelene.net/impianti-fotovoltaici/, al box “Dall'energia del sole alla produzione dell'impianto fotovoltaico”. Ordinate (y) Potenza media della radiazione solare (W/m2)
  22. 22. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 22 Le componenti della radiazione solare Radiazione solare diretta Radiazione solare riflessa top dell'atmosfera Radiazione solare diffusa Forno solare
  23. 23. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 23 Quali raggi solari usiamo nella cucina solare? Soprattutto i raggi diretti Scaldano direttamente la pentola (cucine a parabola), oppure scaldano la camera o il contenitore dove avviene la cottura del cibo (forni a scatola e a pannello) Raggi diffusi e riflessi usati poco quasi solo per aumentare la temperatura vicino al forno (temperatura ambiente) e quindi vicino alla pentola
  24. 24. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 24 Quali temperature per la cottura degli alimenti? ● Pasta e riso 80° C -100 ° C ● Uova 65° C (alla coque morbide) – 85° C (sode) ● Patate arrosto almeno 180 ° C ● Verdure lesse o al vapore 100 ° C ● Verdure alla griglia almeno 180° C
  25. 25. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 25 Come sono fatti i forni e le cucine solari? Esistono 3 tipi di forni e cucine solari: Forni a scatola (es. Heaven's Flame) Cucine a parabola Forni a pannello (es Copenhagen)
  26. 26. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 26 Ora capiamoci di più!
  27. 27. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 27 Premessa In tutti i forni e le cucine solari, abbiamo un bilancio di potenza dato da: Pin = Pdiss + Pabs (1) Pin = Potenza entrante, ovverosia potenza proveniente dalla radiazione solare; (2) Pdiss = Potenza dissipata dal forno verso l'ambiente esterno; (3) Pabs = Potenza assorbita dal cibo, dalla pentola e dalla camera di cottura per raggiungere la temperatura di cottura;
  28. 28. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 28 Premessa (1) Potenza entrante (Pin), ovverosia potenza proveniente dalla radiazione solare. Per ipotesi consideriamola costante. La potenza entrante serve per riscaldare il forno e per cuocere il cibo.
  29. 29. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 29 Premessa (2) Potenza dissipata dal forno (Pdiss) verso l'ambiente esterno. Aumenta all'aumentare della temperatura interna del forno: Pdiss = k*ΔT, k dipende da conducibilità termica, superficie e spessore, ΔT = Tf - Tamb è la differenza fra la temperatura finale interna e la temperatura esterna al forno.
  30. 30. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 30 Premessa (3) Potenza assorbita dal cibo, dalla pentola e dalla camera di cottura (Pabs) per raggiungere la temperatura di cottura. Diminuisce all'aumentare della temperatura del forno: Pabs = (m1*cp1*ΔT1 + m2*cp2*ΔT2+ … + m_n*cp_n*ΔT_n)/t, m è la massa dell'elemento considerato (cibo, pentola, camera di cottura), cp è il suo calore specifico ΔT = Tf-Tamb è la differenza fra la sua temperatura finale e la temperatura esterna al forno, t è il tempo necessario per portare tutti i corpi alla temperatura finale desiderata Assorbendo potenza, il cibo prima si riscalda e poi si cuoce.
  31. 31. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 31 Premessa Quindi in pratica il sole fa aumentare la temperatura interna del forno (o della pentola nel caso di cucina solare) e cuoce il cibo. Questo aumento di temperatura fa aumentare anche le dissipazioni di calore verso l'esterno e quindi il forno si scalda più lentamente. Ad un certo punto la potenza proveniente dal sole sarà uguale a quella dissipata dal forno e quindi il forno avrà raggiunto la sua temperatura massima. http://solarcooking.wikia.com/wiki/File:Pejack_on_solar_cooker_technology.pdf
  32. 32. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 32 Il forno a scatola Pannelli riflettenti Isolante termico (es. giornale, sughero, ecc) Pentola scura griglia scura Vetro trasparente Pareti interne scure o riflettenti Temperature: 100 ° C – 240 ° C Effetto serra ! Dipende molto dalla temperatura ambiente Istruzioni di costruzione: https://www.grupposelene.net/forni-solari-a-scatola/ Prezzo: pochi euro se autocostruito, altrimenti 210 – 370 euro a seconda del modello
  33. 33. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 33 Effetto serra L'effetto serra permette al forno a scatola di aumentare la propria temperatura interna. I raggi solari sono assorbiti dalla pentola scura, dal fondo scuro e eventualmente dalle pareti scure. Quindi vengono convertiti in infrarossi e rimangono intrappolati nella scatola (il vetro è opaco per la radiazione infrarossa). Così piano piano la scatola si riscalda. 30° C 60° C 90° C 100° C 5 minuti 10 minuti 20 minuti 30 minuti I valori di temperatura e di tempo sono solo indicativi, ciascun modello di forno a scatola ha le proprie prestazioni.
  34. 34. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 34 La potenza disponibile in un forno a scatola La potenza disponibile in un forno a scatola dipende da: - estensione della superficie vetrata captante; - vetro singolo, doppio vetro o triplo vetro (radiazione solare e isolamento); - estensione della superficie dei pannelli riflettenti; - isolamento delle pareti e del fondo del forno a scatola (Pdiss); - quantità di cibo posto in cottura (Pabs); A seconda delle caratteristiche sopra elencate, un forno a scatola può raggiungere una potenza di 100 W, 200 W, 700 W. Per esempi di modelli di forno a scatola da 100-150 W, 200 W e 700 W, vedi: http://digilander.libero.it/giannicrovatto/index.htm
  35. 35. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 35 Forno a pannello (o ibrido) Pannelli riflettenti per concentrare i raggi solari. Pentola scura e chiusura trasparente (in plastica o in vetro) per effetto serra. Temperatura 100° C – 195° C. Più facili da costruire. Istruzioni di costruzione: https://www.grupposelene.net/forni-solari-a- pannello-2/ Prezzo: pochi euro se autocostruito, altrimenti circa 40 euro
  36. 36. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 36 Forno solare Copenhagen Copenhagen Solar Cooker Light Inventore: Sharon Clausson (Stati Uniti d'America) Dimensioni nostro modello: petali 50 cm x 50 cm; base 30 cm x 30 cm; mollette e lacci; Temperature 100° C – 140° C (fino a 190° C); Potenza in ingresso 140 W – 180 W.
  37. 37. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 37 Cucina a paraboloide (a parabola) Concentra i raggi nel punto focale. Temperature da 100° C a 400° C e oltre. Si può cuocere di tutto e anche friggere! Attenzione a non scottarsi nel punto focale e a non rovinarsi la vista. Prezzo: pochi euro se autocostruito, altrimenti da 16 euro (Alibaba Cina) a circa 300 euro.
  38. 38. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 38 La concentrazione istantanea dei raggi solari In un concentratore solare, i raggi in un dato istante di tempo vengono riflessi e concentrati in un punto o in una superficie molto piccola Centinaia e centinaia di gradi!
  39. 39. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 39 La potenza in ingresso in una cucina a parabola La potenza in ingresso Pin di una cucina solare a parabola è data da: Pin = Pirr * A * f, dove - Pirr, potenza media della radiazione solare nelle ore considerate → W/m2; - A, superficie di apertura della parabola (raggio*raggio*pi); - f, efficienza ottica della superficie riflettente; Es. Aap = 0,5*0,5*pi = 0,785 m2; eta = 0,85 (alluminio lucidato) ; Ws = 800 W/m2; Pin = 800 * 0,785 * 0,85 = 533,8 W Con una parabola di 2 m di diametro, abbiamo 1067,6 W!!
  40. 40. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 40 Dalla potenza in ingresso alla potenza di cottura La potenza di cottura in un forno solare è minore della potenza in ingresso, perché una parte di essa viene dissipata verso l'ambiente esterno. Abbiamo visto che in un forno a scatola le dissipazioni termiche dipendono dall'isolamento delle pareti e del fondo della scatola e dall'isolamento del vetro di chiusura (meglio doppio o triplo vetro). In un forno a pannello, dipendono dal sistema pentola scura più contenitore trasparente di chiusura. In una cucina solare a parabola, dipendono dal sistema pentola scura più eventuale copertura isolante attorno alla pentola (isolamento applicato raramente).
  41. 41. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 41 Esperienze nel mondo e indicazioni utili Immagine tratta da flickr, “Solar Cooker 350eARTh Cape Town, South Africa”: https://www.flickr.com/photos/350org/5211792738, rilasciata con licenza CC BY-NC-SA 2.0
  42. 42. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 42 Impiego professionale dei forni solari Sul sito del Solar Cookers International Network sono riportati diversi esempi di applicazioni pratiche di cucina solare. Tra queste, vi sono: - i ristoranti e altre attività di cucina solare http://solarcooking.wikia.com/wiki/Solar_restaurants_and_bakeries; - la produzione e la vendita di forni solari http://solarcooking.wikia.com/wiki/Category:Manufacturers_and_vendors; - l'utilizzo dei forni solari nei campi rifugiati https://www.slideshare.net/Sentinelle_dell_Energia/sentinelle-dellenergia- forni-solari-per-i-campi-rifugiati-e-per-lindia; http://solarcooking.wikia.com/wiki/Refugee_camps; - altri esempi di attività imprenditoriali http://solarcooking.wikia.com/wiki/Business_development;
  43. 43. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 43 Le nostre esperienze di cucina solare https://www.grupposelene.net/cucina-solare/
  44. 44. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 44 Vantaggi e svantaggi della cucina solare
  45. 45. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 45 Vantaggi e svantaggi della cucina solare VANTAGGI SVANTAGGI Risparmio energia e riduzione deforestazione Tutela dell'ambiente Risparmio denaro Possibilità di lavoro Cottura a bassa potenza più salutare Possibilità autocostruzione con materiali poveri o di recupero Cucina solo quando c'è il sole (tranne per modelli innovativi e tecnologicamente avanzati) Cucina all'aperto (alcuni modelli anche alla finestra e al terrazzo) Alcuni modelli poco potenti, quindi tempi di cottura più lunghi Quando è freddo, alcuni modelli non si possono utilizzare Alcuni modelli ingombranti Per famiglie numerose, usare più forni o fare più cotture consecutive
  46. 46. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 46 Anticipazioni della lezione pratica
  47. 47. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 47 Cosa faremo nella lezione pratica (1) Esercizio di calcolo relativo al riscaldamento di 1 litro di acqua con il forno solare Calcolo dell'energia necessaria per riscaldare un litro di acqua (legge fondamentale della calorimetria), bilancio di potenza di un forno solare e calcolo del tempo necessario per portare a 100° C la temperatura di 1 litro di acqua scaldata con il forno solare. (2) Dimostrazione pratica di riscaldamento di 1 litro di acqua con un forno a pannello di tipo Copenhagen Descrizione dell'utilizzo del forno solare a pannello di tipo Copenhagen. (3) Semplici ricette di cucina solare Presentazione di alcune semplici ricette di cucina solare con rimando al nostro sito internet per altre informazioni.
  48. 48. 26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 48 Sentinelle dell'Energia Tel: 3407711315 grupposelene@gmail.com

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