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.
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):
Ottenendo questo risultato:
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:
Ho indicato sui fili di ferro le seguenti misure che corrispondono ai punti in cui li ho piegati:
Il filo da 2,5 mm è bello tosto, per piegarlo in modo ottimale mi sono aiutato con pinza e pappagallo:
Di seguito la sequenza di piegatura per la realizzazione del supporto:
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.
Il supporto chiuso:
Girandolo nella parte inferiore si notano le tre gambe appuntite che aiutano il supporto a rimanere in posizione anche se il fondo è scivoloso.
Il supporto piegato:
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.
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.
A incollaggio terminato resta solo da inserire il carbon felt.
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.
Riporto le specifiche fisiche misurate dei quattro fornelletti singoli:
Le condizioni delle prove eseguite dentro casa:
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.
Considerazioni finali:
Infine qualche foto delle prove:
Il fornello a ciambella con la fiamma centrale un po' soffocata in quanto lo spazio libero sottostante è minimo.
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.
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.
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.
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):
Ottenendo questo risultato:
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.
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
Il filo da 2,5 mm è bello tosto, per piegarlo in modo ottimale mi sono aiutato con pinza e pappagallo:
Di seguito la sequenza di piegatura per la realizzazione del supporto:
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.
Il supporto chiuso:
Girandolo nella parte inferiore si notano le tre gambe appuntite che aiutano il supporto a rimanere in posizione anche se il fondo è scivoloso.
Il supporto piegato:
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.
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.
A incollaggio terminato resta solo da inserire il carbon felt.
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.
Riporto le specifiche fisiche misurate dei quattro fornelletti singoli:
Specifiche fornelli | 30 ml | 80 ml | 250 ml | 250/80 ciambella |
---|---|---|---|---|
peso a vuoto con coperchio [g] | 12 | 29 | 73 | 62 |
peso coperchio [g] | 4 | 7 | 11 | 18 |
peso alcool massimo [g] | 25 | 78 | 223 | 120 |
peso fornello pieno di alcool [g] | 37 | 107 | 296 | 182 |
diametro [mm] | 43 | 62 | 95 | 62 (interno) 95 (esterno) |
circonferenza [mm] | 135 | 195 | 298 | 493 (somma della circonferenza interna ed esterna) |
superficie interna [mm²] | 1452 | 3019 | 7088 | 4069 |
altezza interna [mm] | 21 | 31 | 40 | 40 |
volume [ml] | 30 | 94 | 284 | 163 |
durata fiamma [minuti] | 20 | 40 | 50 | 25 |
Le condizioni delle prove eseguite dentro casa:
Condizioni prove | Valore |
---|---|
Temperatura aria | 20 °C |
Temperatura fornello al momento di ciascuna accensione | 20 °C |
Pressione atmosferica | 1025 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 vento | 0 km/h (non ho utilizzato il paravento) |
Materiale pentola | alluminio (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 pentola | si |
Distanza tra fornello e pentola | 25 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.
Prova | Fornello | alcool consumato [kg] | durata prova [min:sec] | potenza erogata [kW] | peso acqua [kg] | temperatura iniziale acqua [°C] | temperatura finale acqua [°C] | Potenza necessaria [kW] | Rendimento |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2 fornelli 80 + fornello 30 | 0,092 | 21:20 | 1,80 | 3 | 14 | 100 | 0,844 | 46,96% |
2 | 3 fornelli 80 | 0,095 | 18:50 | 2,10 | 3 | 14 | 100 | 0,956 | 45,48% |
3 | 3 fornelli 80 | 0,093 | 15:55 | 2,43 | 3 | 13 | 100 | 1,144 | 46,99% |
4 | fornello 250/80 ciambella | 0,087 | 15:55 | 2,28 | 3 | 12 | 100 | 1,157 | 50,81% |
5 | fornello 250/80 ciambella | 0,086 | 14:40 | 2,44 | 3 | 13 | 100 | 1,242 | 50,82% |
6 | bruciatore a gas grande di casa al massimo | -- | 13:20 | 4,00 (dai dati tecnici del fornello) | 3 | 14 | 100 | 1,350 | 33,75% |
7 | fornello 30 | 0,013 | 9:20 | 0,58 | 0,5 | 14 | 100 | 0,321 | 55,39% |
8 | fornello 80 | 0,014 | 6:30 | 0,90 | 0,5 | 14 | 100 | 0,462 | 51,43% |
9 | fornello 250 | 0,015 | 5:10 | 1,21 | 0,5 | 14 | 100 | 0,581 | 48,00% |
10 | fornello 250 | 0,078 | 32:00 | 1,02 | 3 | 14 | 100 | 0,562 | 55,39% |
11 | fornello 250 | 0,053 | 22:30 | 0,98 | 2 | 14 | 100 | 0,533 | 54,34% |
12 | fornello 30 (caffè con moka piccola) | 0,004 | 7:00 | 0,24 | -- | 14 | 100 | -- | -- |
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:
Il fornello a ciambella con la fiamma centrale un po' soffocata in quanto lo spazio libero sottostante è minimo.
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.
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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