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

26/04/2018 Liceo Classico "Mamiani" di Pesaro 1
Sentinelle dell'Energia
“A SCUOLA DI CUCINA SOLARE”
LEZIONE DI TEORIA

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

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?

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:

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.

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;

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;

Presentazione
dell'associazione

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

Il progetto “A scuola di cucina solare”
1 Lezione di teoria in classe
1 prova pratica di cucina

Introduzione alla cucina solare

(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

(1) Che cos'è la cucina solare?
(b) Pratica di cucina che utilizza
come fonte di energia la
radiazione solare

(2) Quali sono i benefici
ambientali della cucina solare?

(2) Quali sono i benefici
ambientali della cucina solare?
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.

(3) Quanto vale (in W) la potenza della
radiazione solare alle soglie dell'atmosfera
terrestre per m2 di superficie?
(a) in media circa 150 W/m2
(b) in media circa 20'200 W/m2
(c) in media circa 1'300 W/m2

(3) Quanto vale (in W) la potenza della
radiazione solare alle soglie dell'atmosfera
terrestre per m2 di superficie?
(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.

(4) Come si comporta la radiazione solare
all'interno dell'atmosfera terrestre?
(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

(4) Come si comporta la radiazione solare
all'interno dell'atmosfera terrestre?
(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.

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

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)

Le componenti della radiazione solare
Radiazione solare diretta
Radiazione solare riflessa
top dell'atmosfera
Radiazione solare diffusa
Forno solare

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

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

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)

Ora capiamoci di più!

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;

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.

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.

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.

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

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

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.

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

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

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.

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.

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!

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!!

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).

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

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;

Le nostre esperienze di cucina solare
https://www.grupposelene.net/cucina-solare/

Vantaggi e svantaggi della cucina solare

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

Anticipazioni della
lezione pratica

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.

Sentinelle dell'Energia
Tel: 3407711315
grupposelene@gmail.com

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