Recensione Sistema di cottura modulare ad alcool efficiente e leggero open flame e donut

Vista la versatilità dei fornelli ad alcool aperti (non pressurizzati) ispirato anche dal nostro @paiolo mi sono costruito un set modulare, leggero ed efficiente che posso utilizzare da una moka singola a un pentolone con tre litri e più di acqua. Il fornello così fatto soddisfa qualsiasi esigenza di cottura e l'ho pensato soprattutto per cucinare durante le avventure con la famiglia ma è altrettanto valido per cucinare per una persona sola.

Nella ricerca del set ideale ho avuto modo di provare diverse dimensioni di scatoline di alluminio per contenere l'alcool. Dall'alto in basso: 30ml, 80ml e 250ml.

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Ho riempito l'interno delle scatole con strisce di carbon felt tagliate a misura e arrotolate (per maneggiare il carbon felt ho utilizzato dei guanti in lattice):

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Ottenendo questo risultato:

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Ho costruito un supporto per la pentola leggero e molto robusto per reggere grandi pentole di acqua (ci ho fatto salire sopra mia figlia di 15 kg senza il minimo cedimento) ma anche adatto per una moka singola. Così ho ideato questo modello di supporto che presenta i vantaggi di essere leggero (56 grammi), resistente, adatto per pentole di qualsiasi dimensione, stabile in quanto basso e largo, pieghevole e non scivoloso grazie alle tre gambe terminali appuntite.

Per costruire il supporto ho utilizzato:
  • Due pezzi di fil di ferro zincato da 2,5 mm di diametro lunghi 42,1 cm.
  • Un pezzo di fil di ferro zincato da 2,5 mm di diametro lungo 40,4 cm.
  • Tre pezzi di tubo di alluminio lunghi 5,2 cm da 8 mm di diametro esterno e 6 mm di diametro interno.
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Ho indicato sui fili di ferro le seguenti misure che corrispondono ai punti in cui li ho piegati:
  • fili da 42,1 cm:
    • 4,7 cm
    • 13,0 cm
    • 5,7 cm
    • 13,0 cm
    • 5,7 cm
  • filo da 40,4 cm:
    • 3,0 cm
    • 13,0 cm
    • 5,7 cm
    • 13,0 cm
    • 5,7 cm
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Il filo da 2,5 mm è bello tosto, per piegarlo in modo ottimale mi sono aiutato con pinza e pappagallo:

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Di seguito la sequenza di piegatura per la realizzazione del supporto:

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Il supporto aperto. Prima di chiuderlo ho segnato con un pennarello indelebile il fil di ferro libero con il braccio a 90° corto, sarà questo, insieme al suo opposto, che andrà tirato per smontare il supporto.

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Il supporto chiuso:

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Girandolo nella parte inferiore si notano le tre gambe appuntite che aiutano il supporto a rimanere in posizione anche se il fondo è scivoloso.

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Il supporto piegato:

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Costruito il supporto e i fornelletti non resta che provarli. Li ho provati singolarmente uno per uno e in alcune combinazioni che mi sembravano migliori costruendo ulteriori due fornelletti con due scatole da 80 ml.

Ecco alcune combinazioni. Utilizzando i coperchi in vario modo per le diverse dimensioni dei fornelli e le diverse posizioni si ottiene sempre la stessa distanza tra superficie del fornello e pentole pari a 25 mm, distanza ottimale trovata da @paiolo nelle sue prove.

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Aggiungo un ulteriore esperimento ispirato dai commenti degli utenti sulla discussione. Ho costruito un fornello a ciambella utilizzando un contenitore da 250 ml e uno da 80 ml tagliandoli e incollandoli con colla bicomponente resistente al calore fino a 100°C (teoricamente la parte bassa del fornello non dovrebbe mai raggiungere questa temperatura in quanto la temperatura di ebollizione dell'alcol in condizioni standard è di 78°C. Le prove successive hanno confermato la resistenza della colla che ha retto).
Di seguito qualche foto della costruzione.

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A incollaggio terminato resta solo da inserire il carbon felt.

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Utilizzando due contenitori concentrici il fornello può essere chiuso da entrambe le aperture, interna ed esterna, con i coperchi dei rispettivi contenitori, anche se la chiusura interna resta un po' più difficoltosa a causa del carbon felt a filo dell'apertura più grande (si potrebbe a tale scopo dotare il coperchio interno di una "linguetta" avvitata che faciliti l'inserimento e l'estrazione del coperchio). Nella tabella sottostante delle prove riporto una delle prove che ho fatto con questo fornello alla quarta riga della tabella, mentre in fondo riporto le foto del fornello accesso.

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Riporto le specifiche fisiche misurate dei quattro fornelletti singoli:

Specifiche fornelli30 ml80 ml250 ml250/80
ciambella
peso a vuoto con coperchio [g]12297362
peso coperchio [g]471118
peso alcool massimo [g]2578223120
peso fornello pieno di alcool [g]37107296182
diametro [mm]43629562 (interno)
95 (esterno)
circonferenza [mm]135195298493
(somma della
circonferenza
interna ed
esterna)
superficie interna [mm²]1452301970884069
altezza interna [mm]21314040
volume [ml]3094284163
durata fiamma [minuti]20405025


Le condizioni delle prove eseguite dentro casa:

Condizioni proveValore
Temperatura aria20 °C
Temperatura fornello
al momento di
ciascuna accensione
20 °C
Pressione atmosferica1025 mb tutte le prove tranne la terza che era 1012 mb e la quinta che era 1018 mb
Altitudine s.l.m.80 m
Velocità vento0 km/h (non ho utilizzato il paravento)
Materiale pentolaalluminio
(pentolino Trangia per le prove con mezzo litro di acqua e pentola Alluflon da 22 cm di diametro per le prove con 2 o 3 litri di acqua)
Utilizzo coperchio pentolasi
Distanza tra fornello e pentola25 mm tutte le prove tranne la quarta che era 20 mm


Per i calcoli della potenza erogata dai fornelli ho utilizzato il potere calorifico dell'alcool etilico a 90° alla temperatura di 20°C che è pari a 6,944 kWh/kg (per ottenere la potenza in kW del fornello basta moltiplicare questa costante per i kg di alcool consumato e dividerla per il tempo in ore in cui rimane acceso il fornello).
Per i calcoli della potenza teorica necessaria a scaldare l'acqua, ai fini del calcolo del rendimento (Potenza effettiva del fornello / Potenza teorica per scaldare l'acqua), ho utilizzato il calore specifico dell'acqua che è pari a 0,001162778 kWh/kg°C (per ottenere la potenza in kW necessaria a portare l'acqua da una temperatura a un'altra basta moltiplicare questa costante per i kg di acqua utilizzata e per la differenza di temperatura dell'acqua finale-iniziale e dividerla per il tempo in ore in cui il fornello rimane acceso).
Le due costanti sopra riportate le troverete espresse in altre unità di misura, le ho convertite io per ottenere più velocemente entrambe le potenze in kW.

Riporto ora la tabella che riassume le prove che ho fatto.
Le misure le ho fatte con bilancia e termometro di precisione.
La durata delle prove si intende dall'accensione del fornello già posizionato sotto la pentola al raggiungimento della temperatura finale dell'acqua, tranne per l'ultima prova che corrisponde alla fine della completa fuoriuscita del caffè.

ProvaFornelloalcool consumato [kg]durata prova [min:sec]potenza erogata [kW]peso acqua [kg]temperatura iniziale acqua [°C]temperatura finale acqua [°C]Potenza necessaria [kW]Rendimento
12 fornelli 80 + fornello 300,09221:201,803141000,84446,96%
23 fornelli 800,09518:502,103141000,95645,48%
33 fornelli 800,09315:552,433131001,14446,99%
4fornello 250/80 ciambella0,08715:552,283121001,15750,81%
5fornello 250/80 ciambella0,08614:402,443131001,24250,82%
6bruciatore a gas grande di casa al massimo--13:204,00 (dai dati tecnici del fornello)3
14
1001,35033,75%
7fornello 300,0139:200,580,5141000,32155,39%
8fornello 800,0146:300,900,5141000,46251,43%
9fornello 2500,0155:101,210,5141000,58148,00%
10fornello 2500,07832:001,023141000,56255,39%
11fornello 2500,05322:300,982141000,53354,34%
12fornello 30 (caffè con moka piccola)0,0047:000,24--14100----


Considerazioni finali:
  • Utilizzando tre fornelli da 80 ml si ottiene una potenza paragonabile a quella di un fornello a gas grande di casa al massimo della potenza.
  • Utilizzando due fornelli da 80 ml e un fornello da 30 ml quest'ultimo si spegne circa al raggiungimento dell'ebollizione di 3 litri di acqua. I due fornelli da 80 ml sono sufficienti per mantenere la temperatura. In alternativa, per la massima velocità di ebollizione si possono utilizzare tre fornelli da 80 ml e spegnerne uno quando l'acqua bolle.
  • La potenza erogata dal fornello ad alcool aperto è proporzionale alla lunghezza della sua circonferenza e non alla sua superficie. Per questo ad esempio due fornelli la cui somma delle superfici è uguale alla superficie di un fornello più grande saranno insieme più potenti di quest'ultimo da solo. Questo è il motivo che mi ha fatto abbandonare immediatamente l'idea del fornello enorme da 250 ml.
  • Il rendimento diminuisce all'aumentare del diametro del fornello.
  • Il rendimento aumenta all'aumentare della durata della prova.
  • Il rendimento del fornello di casa è più basso di quanto mi aspettavo ma le ragioni potrebbero essere due: la potenza dichiarata è superiore a quella effettiva e/o c'è stata una maggiore dispersione di calore considerando che ho utilizzato il bruciatore grande a tripla corona.
  • Il fornello a ciambella 250/80 ha una potenza più che doppia rispetto al suo analogo fornello 250 non a ciambella permettendo di bollire 3 litri di acqua in meno della metà del tempo con un consumo aggiuntivo di alcool di soli 9 gr. Di contro la fiamma dura la metà con una carica e il fornello ha un rendimento leggermente inferiore.
  • Il fornello a ciambella 250/80 ha bisogno di essere leggermente rialzato per permettere una ossigenazione adeguata della fiamma interna ed è leggermente più complicato da spegnere in quanto bisogna soffocare sia la fiamma esterna che quella interna (il modo più veloce è togliere il fornello dal supporto rialzato, metterlo su una superficie piana e coprire la fiamma con il coperchio grande).
  • Il fornello a ciambella 250/80 ha una potenza simile a quella di tre fornelli 80, un rendimento maggiore di 4 punti percentuali e una durata inferiore della fiamma con una carica (sufficiente nelle mie prove a bollire per 10 minuti prima di spegnersi). Tre fornelli 80 sono di più facile gestione e più modulari rispetto al fornello grande a ciambella (c'è da considerare anche la facilità di costruzione e la facilità di utilizzo, inferiori entrambe nel fornello a ciambella), anche se hanno un efficienza leggermente inferiore e un peso complessivo a vuoto maggiore.
  • Utilizzando un contenitore più alto si potrebbe aumentare la capacità (e quindi la durata) del fornello a ciambella ma questo a discapito della stabilità e del peso in quanto il fornello andrebbe comunque rialzato per ossigenarsi correttamente e per rendere stabile il tutto bisognerebbe costruire un supporto per la pentola più alto e più largo con conseguente aumento del peso.
  • La dimensione della presa d'aria sottostante al fornello a ciambella l'ho misurata facendo delle prove a diverse altezze e scegliendo la distanza minima che permette alla fiamma interna di formare un cilindro, aumentando la distanza la fiamma non varia invece diminuendola diventa più stretta in quanto va in sofferenza di ossigeno.

Infine qualche foto delle prove:

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Il fornello a ciambella con la fiamma centrale un po' soffocata in quanto lo spazio libero sottostante è minimo.

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Il fornello a ciambella con entrambe le fiamme correttamente ossigenate. Ho aggiunto uno spessore di 5 mm sotto il fornello portando la distanza tra fornello e pentola a 20 mm. Questa configurazione è quella usata nella prova 4 di cui sopra.

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Mantenendo la stessa ventilazione inferiore ho alzato tutta la struttura per riportare la distanza tra fornello e pentola a 25 mm. Questa configurazione è quella usata nella prova 5 di cui sopra in cui la potenza (e l'efficienza del fornello) aumenta leggermente pareggiando quella dei tre fornelli da 80 ml.
Ovviamente il supporto che vedete qui sotto diventa un po' instabile in questo modo. L'ho preparato solo ai fini di questa prova, volendo utilizzare nel campo questa configurazione si dovranno fare le opportune modifiche al supporto per creare una presa d'aria inferiore e mantenere la distanza tra fornello e pentola a 25 mm.

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Belle foto. Mettere il carbon felt a spirale è il modo migliore dal punto di vista della termodinamica.

Solo un consiglio: ti manca un buon paravento, è fondamentale ;)
 
se non sbaglio il rendimento unisce con l'aumento dell'area perche' nella parte centrale c'e' meno scambio di ossigeno.

sarei curioso se si potesse fare un fornelletto con una sezione a ciambella, dovrebbe avere una resa ottimale.
 
piromania culinaria? :D :p
No no più in generale surriscaldamento delle sinapsi, specie nelle giornate festive di pioggia che costringono a casa...Non riuscire a tenerle spente in stand by o quantomeno ai normali regimi ...Lo dico perché l'antefatto del giorno prima era stato un suo "che fai domani ?" a cui avevo risposto "boh !" :lol: io in questi casi al massimo prendo in considerazione le pulizie :D
Comunque devo dire che - seppur non espressi con eleganza formale - certi concetti sono empiricamente intuitivi. Ad esempio, poiché il gas fuoriesce lungo la circonferenza del fornello, è ovvio che la potenza sia proporzionale alle circonferenze (totali) anziché alla superficie, ossia che a parità di superficie complessiva più fornelli eroghino maggior potenza di uno solo. Infatti di solito per far bollire prima l'acqha di un pentolone - magari per cuocere la pasta di un'intera brigata - la si distribuisce su più contenitori più piccoli ed altrettante fiamme separate. Semmai la cosa forse un po' meno intuitiva é se l'efficienza aumenti ulteriormente distribuendo su più fornelli (sempre a parità di superficie complessiva) un unico contenitore, che equivale a stabilire la conducibilità termica intrinseca dell'acqua e valutare se essa venga aumentata o diminuita separandola in più contenitori. Insomma, a parità di superficie dei fornelli e di volume complessivo dei contenitori abbiamo 3 casi : 1) unico contenitore su unico fornello; 2) più contenitori su più fornelli ; 3) unico contenitore su più fornelli. La soluzione 1 é pacificamente quella meno potente; si tratta di stabilirlo tra la 2 e la 3. Ma per chi ha le necessarie nozioni di fisica penso sia un gioco.

Anche l'aumento del rendimento all'aumentare della durata della prova è intuitivo perché sfrutta l'avviamento (spegnere e riaccendere è più inefficiente), come avviene per le auto o, nella corsa, per i 200 m. rispetto ai 100 (la seconda frazione è più veloce perché sfrutta l'abbrivio, poi chiaramente aumentando ancora la distanza l'effetto viene più che compensato dalla fatica).
 
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Grazie a per gli apprezzamenti :)
Solo un consiglio: ti manca un buon paravento, è fondamentale ;)
Ce l'ho ;) Non l'ho messo per mettermi nelle stesse condizioni di prova del fornello di casa che ho usato come paragone. Con il paravento, anche in assenza di vento (come in queste prove che ho fatto in casa), il rendimento potrebbe ulteriormente migliorare.
sarei curioso se si potesse fare un fornelletto con una sezione a ciambella, dovrebbe avere una resa ottimale.
Ci avevo pensato ma credo che, proprio per il fatto che l'interno risente della mancanza di ossigeno, forse "funzionerebbe" solo la circonferenza esterna, quindi probabilmente sarebbe di poco più efficiente (tutto da dimostrare ovviamente) ma sicuramente avresti una autonomia ridotta (a parità di altezza del fornello).
certi concetti sono empiricamente intuitivi. Ad esempio, poiché il gas fuoriesce lungo la circonferenza del fornello, è ovvio che la potenza sia proporzionale alle circonferenze (totali) anziché alla superficie
Non mi riferivo al fornello a gas ma a quello ad alcool aperto che ho costruito in cui la fiamma aperta senza ostruzioni "fuoriesce" apparentemente da tutta la superficie.
Semmai la cosa forse un po' meno intuitiva é se l'efficienza aumenti ulteriormente distribuendo su più fornelli (sempre a parità di superficie complessiva) un unico contenitore, che equivale a stabilire la conducibilità termica intrinseca dell'acqua e valutare se essa venga aumentata o diminuita separandola in più contenitori.
Andrè non sto facendo filosofia sull'efficienza termica ma prove pratiche utili in situazioni reali. Se anche aumenti di un po' l'efficienza termica ti voglio vedere a portarti tre pentole in campeggio o in escursione per far bollire simultaneamente in ognuna un litro d'acqua per ottenerne tre. Tra l'altro una volta portati ad ebollizione tre litri di acqua in una pentola con sotto tre fornelli da 80 ml ne puoi tranquillamente spegnere uno per mantenere una ebollizione adeguata. Se hai tre pentole ognuna con sotto un fornello questo non lo puoi fare, potresti ridurre la fiamma di ognuno ma è più macchinoso con l'alcool.
 
Mitico @AndreaDB !!! Orgoglioso di averti dato la "scintilla" per questa bellissima creazione! :D :D :D

Interessanti le varie osservazioni ricavate dagli esperimenti, in particolare le seguenti affermazioni sono da scolpire (che una volta enunciate magari diciamo "beh ovvio", ma che quando costruiamo il nostro primo fornellino ad alcool ovvie non lo sono per niente...):

  • La potenza erogata dal fornello ad alcool aperto è proporzionale alla sua circonferenza e non alla sua superficie.
  • Il rendimento diminuisce all'aumentare del diametro del fornello.
  • Il rendimento aumenta all'aumentare della durata della prova.
Potremmo chiamarle"Leggi di De Benedictis" ;)

Il teorema 2 e 3 si potrebbero unificare in un singolo enunciato forse più intuitivo, e cioè:
  • Il rendimento diminuisce all'aumentare della potenza del fornello.
 
Grazie a per gli apprezzamenti :)

Ce l'ho ;) Non l'ho messo per mettermi nelle stesse condizioni di prova del fornello di casa che ho usato come paragone. Con il paravento, anche in assenza di vento (come in queste prove che ho fatto in casa), il rendimento potrebbe ulteriormente migliorare.

Ci avevo pensato ma credo che, proprio per il fatto che l'interno risente della mancanza di ossigeno, forse "funzionerebbe" solo la circonferenza esterna, quindi probabilmente sarebbe di poco più efficiente (tutto da dimostrare ovviamente) ma sicuramente avresti una autonomia ridotta (a parità di altezza del fornello).

Non mi riferivo al fornello a gas ma a quello ad alcool aperto che ho costruito in cui la fiamma aperta senza ostruzioni "fuoriesce" apparentemente da tutta la superficie.

Andrè non sto facendo filosofia sull'efficienza termica ma prove pratiche utili in situazioni reali. Se anche aumenti di un po' l'efficienza termica ti voglio vedere a portarti tre pentole in campeggio o in escursione per far bollire simultaneamente in ognuna un litro d'acqua per ottenerne tre. Tra l'altro una volta portati ad ebollizione tre litri di acqua in una pentola con sotto tre fornelli da 80 ml ne puoi tranquillamente spegnere uno per mantenere una ebollizione adeguata. Se hai tre pentole ognuna con sotto un fornello questo non lo puoi fare, potresti ridurre la fiamma di ognuno ma è più macchinoso con l'alcool.
Vedi, senza neanche rendermene conto sono istintivamente portato a rendere teoriche (o addirittura filosofiche) questioni pratiche, anziché il contrario. Più che interessarmi il funzionamento, m'intrigava l'esperimento. Poi, non so perché, ero portato a identificare il fornello ad alcol come se fosse a gas. D'altronde - cito più o meno a memoria - l'economista è colui che crea un problema a partire da una soluzione :azz: , e questa non è che una delle tante :lol:

https://aforisticamente.com/2014/11/16/frasi-aforismi-battute-divertenti-su-economia/
 
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Potremmo chiamarle"Leggi di De Benedictis" ;)
Haha, se proprio dobbiamo dargli un nome starebbe meglio il tuo.
Io non sono che un novellino dei fornelletti ad alcool pur usando un Trangia da più di 20 anni.
Vedi, senza neanche rendermene conto sono istintivamente portato a rendere teoriche (o addirittura filosofiche) questioni pratiche, anziché il contrario.
Capita anche a me ma non quando faccio esperimenti :)
Urge immediato corso esperenziale di praticità pratica :D
Più che interessarmi il funzionamento, m'intrigava l'esperimento.
A me interessa il funzionamento perché mi intriga l'esperimento e mi interessa l'esperimento perché mi intriga il funzionamento :)
 
Mitico @AndreaDB !!! Orgoglioso di averti dato la "scintilla" per questa bellissima creazione! :D :D :D

Interessanti le varie osservazioni ricavate dagli esperimenti, in particolare le seguenti affermazioni sono da scolpire (che una volta enunciate magari diciamo "beh ovvio", ma che quando costruiamo il nostro primo fornellino ad alcool ovvie non lo sono per niente...):



Potremmo chiamarle"Leggi di De Benedictis" ;)

Il teorema 2 e 3 si potrebbero unificare in un singolo enunciato forse più intuitivo, e cioè:
  • Il rendimento diminuisce all'aumentare della potenza del fornello.
Come le tre leggi della robotica !!!;):si::rofl:
 
Mitico @AndreaDB !!! Orgoglioso di averti dato la "scintilla" per questa bellissima creazione! :D :D :D

Interessanti le varie osservazioni ricavate dagli esperimenti, in particolare le seguenti affermazioni sono da scolpire (che una volta enunciate magari diciamo "beh ovvio", ma che quando costruiamo il nostro primo fornellino ad alcool ovvie non lo sono per niente...):



Potremmo chiamarle"Leggi di De Benedictis" ;)

Il teorema 2 e 3 si potrebbero unificare in un singolo enunciato forse più intuitivo, e cioè:
  • Il rendimento diminuisce all'aumentare della potenza del fornello.
Ancora meglio :) :
  • Il rendimento è inversamente proporzionale alla potenza del fornello
 
  • Il rendimento è inversamente proporzionale alla potenza del fornello
Entropia?

Penso che sia questo il caso ma non sono un fisico, quindi correggetemi se sbaglio.

- L'entropia del sistema è direttamente proporzionale alla dimensione fisica dello stesso

Cioè, più è grande il fornelletto, maggiore è l'energia che viene "sprecata" per mantenere in temperatura l'intero sistema.

E' interessante perchè d'inverno, quando la temperatura dell'aria è sotto 0, diventa un tema abbastanza centrale
 
resto col dubbio che il calo di rendimento sia dato dalla riduzione della circonferenza di scambio con l'ossigeno, e che con un assetto "a ciambella" che possa tirare aria anche al centro le cose migliorino
 

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