Güneş Fırını Tasarımı

Merhaba, Antrak gazetesinin okurları için hazırladığımız bu ilk yazımızda sizlere Yeni ve Temiz Enerji Uygulama Araştırma Merkezi tarafında düzenlenen "Güneş Fırını Tasarımı Yarışması ve Yemek Pişirme Şenliği" için hazırladığımız tasarımdan bahsedeceğiz.

Tasarımımızın genel hedefi "Herkes tarafından kolaylıkla yapılabilecek, kullanımı basit, maliyeti düşük ve portatif bir fırın tasarlamaktı. Güneş fırınımızı tasarlamadan önce halihazırdaki çalışmaları dikkatle inceleyerek, hedefimize en uygun fırın tipini belirlemeye çalıştık. Tasarımımız bizden çok önce bu konu üzerinde emek harcamış, dünyanın değişik yerlerindeki insanların birikiminin bir ürünüdür.

Okuyucunun bu yazıyı okumadan önce http://www.yetam.hacettepe.edu.tr/giris.htm ve http://www.solarovens.org/ sitelerini inceleyerek konu hakkında genel bir fikir edinmenizi öneririz.

Pişirici yapılmaya başlamadan önce ilk iş amaca ve koşullara yönelik olarak pişirici tipini belirlemektir. Yapılabilecek pişirici tipleri özelliklerine göre aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Tablo-1

Şenlik kapsamında, amacımıza en uygun pişirici tipi kutu pişiriciydi. Bu tipi seçmemizin sebebi kendi imkanlarımız ile yapabileceğimiz en kolay tip olmasıydı. Ayrıca diğer modellere göre güneşe yönlendirme zorunluluğu çok daha azdı. Böylece düşük maliyete, kendi elimizle bir fırın yapmış olacak ve yemeği koyduktan sonra başında çok durmamıza gerek kalmaksızın yemeğimizi pişirebilecektik. Tabi bu tipin diğer modellere göre eksik kalan yönlerini de pişirme aşamasında gördük. Bu eksiklikler fırının ısınması için uzun bir süre geçmesi gerektiği ve parabolik tiplerde çıkılan çok yüksek sıcaklıklara çıkılamamasıydı. Ama kötü hava koşullarına ve fırınımızın dezavantajına rağmen pişirme işlemini başarıyla gerçekleştirdik.

Kutu tipi Güneşli Pişirici nasıl çalışır:

Güneş pişiricilerinin en kolay kullanılanıdır ve yiyecekleri 120°C dereceye kadar ısıtabilir. Cam veya plastik pencere içeren, yalıtılmış bir kutudan oluşur. Pencere güneş ışığını içeri geçirip hapsetme açısından bir kapan görevi görür ve sera etkisi yaratır. Hapsolan ışık, duvarlar, pişirici ve taban tarafından soğurulur. Soğurulan ışık uzun dalga boylu ısı enerjisine dönüşür ve yayımlanır. Işığın daha fazla yansıtıp duvarlar tarafından daha çok soğurulmasını sağlamak için, iç yüzeyde yansıtıcı plakalar kullanılır. Yansıtıcılar gelen ışığı almak ve kutu içine yollamak için ideal konuma yerleştirilmelidir.

Tasarım yapılırken gözönüne alınması gereken bilgiler:

Kutunun Boyutu: Kutunun boyutu belirlenirken aşağıdaki etkenler göz önüne alınır:

*Kullanışlılık için ortalama bir ailenin bir öğününü pişirecek büyüklükte olmalıdır.
*Sık sık yeri değiştirilecek ya da taşınacaksa fazla büyük olmamalıdır.
*Genelde kullanılacak tencerenin boyutlarına göre ve şekline göre yapılmalıdır.

Güneş ışığı toplama alanının kutu hacmine oranı: Güneş ışığını toplayan alan ne kadar büyük olursa, içeriye giren güneş ışığı daha fazla olacağından içeride elde edilen ısı enerjisi o kadar fazla olur. Bu yüzeyin büyük olması ne kadar ısı kayıplarına sebep olacak olsa da, yeterli yalıtım yapıldığında giren ısı enerjisi çıkan enerjiden daha fazla olduğundan net bir ısı kazancı olur. Olası ısı kayıplarını engellemek için pişirici duvarlarının toplam alanını olabildiğince küçük tutmak gerekir.

Güneşli pişiricilerde en-boy ilişkisi:

Öğle güneşine yönlendirilmiş bir kutu tipi pişiricinin doğu-batı yönünde daha uzun olması pişiricinin kullanım kolaylığı açısından tercih edilir. Bu şekilde Güneşli pişiricinin konumu daha uzun süre değiştirilmeden bırakılabilir.

Yansıtıcılar:

Güneşli pişiriciye eklenecek bir ya da daha çok yansıtıcı, atmosferde yansıyan ek ışığı da pişiriciye yönlendirerek ısı artışı sağlar. En iyi yansıtıcı olarak ayna düşünülebilir ancak aynalar ağır pahalı ve kırılgandırlar. Yansıtıcı olarak kullanılabilecek diğer malzemeler parlatılmış alüminyum yada paslanmaz çelik plakalardır. Ancak yansıtıcı malzeme olarak MDF(3mm kalınlığında) üzerine alüminyum folyo yapıştırmak ucuz ve verimli bir yoldur.

Saydam Kapak:

Güneşli pişiriciler dahil olmak üzere güneş toplar aygıtların çoğu güneş radyasyonunun içeri girip aygıt yüzeyi tarafından emilmesi için saydam bir kapakla kapatılır. Kapağın amacı bütün ışınımın içeri girişine izin verirken bir yandan sıcak havayı ve ısıl ışınımı içeride tutarak ısı kaybını azaltmaktır.

Taban:

Pişiricilerde gelen ışınım tencere ile temas edilecek noktada emilmeli ve ısı enerjisi halinde tencereye verilmelidir. Yüksek miktarda emilim yapabilmek için ışığı en çok emebilecek malzemeden yapılmış, koyu renk yüzey tercih edilmiştir.

Yalıtım:

Herhangi bir pişiricide güç girişi (radyasyon) pişiriciyi ısıtır. Isı enerjisi sıcaklık farkı yüzünden kaybolur. Isı kaybı azaltılabilirse pişirim süreci daha hızlı ya da daha yüksek sıcaklıklarda olur. Duvarların ısı kaybı pişirme hacmi ile dış ortam arasındaki sıcaklık farkı yüzünden malzemeden kaynaklanır. Bunu önünde tüm yüzeylere yalıtkan malzeme kaplayarak engellenebilir. Saydam yüzeyden ise ısı

kayıplarını engellemek için çift cam kullanılabilir ya da özel filmlerle kaplama yapılabi
lir.

Pişirme Kabı:

İnce, metalden yapılmış, koyu renkli ve yansıma yapmayan yüzeye sahip tencereler bu iş için en iyi tencerelerdir. Fakat tencerenin ağır olması pişirme süresini çok uzatır. Ayrıca tencerenin sığ olması pişirim süresini düşürür.

Fırınımızla İlgili Size Yardımcı Olacak Bilgiler:

Kullanılan Malzeme:

Temel Yapı Malzemesi: Kontrplak

Kutu İçi Işıl Yalıtım: Yapışkanlı Alüminyum (reklamcılarda bulunabilir) Ya da Alüminyum folyo, ancak yüzeyi kaplarken buruşmamasına dikkat edin.

Pişirim kabı: Siyaha boyalı alüminyum tencere.(yayvan, siyah fırın tepsisi idealdir). Pişiricinin tabanından ısı kabını engellemek için, pişirim kabının üzerinde yer aldığı siyah metal ( Bakır yada Alüminyum) plakanın tabanla teması, dört tahta küp üzerine yerleştirilerek en aza indirilmeye çalışıldı. Böylece tencerenin tabanından olacak ısı kayıpları bir miktar engellendi.

Saydam Malzeme: Güneş ışınımının kutu tipi pişiricimiz içine girmesi için saydam malzeme olarak ince film kaplı özel bir cam seçildi. Ancak herhangi bir cam ya da çift cam bu iş için uygundur. Kullandığımız ince film kaplı camın özelliği, içeriye ışık ışınlarının rahatça gitmesini sağlayan ve içeride uzun dalgaboyu olan kızılötesi dalgalara dönüşmüş ışınları olabildiğince içeride tutan bir film olmasıdır.

YAPIM AŞAMASI

Bu konudaki ilk projemiz olduğu için oldukça acemilik çektik, Hatta tasarım aşamasında proje tekrar tekrar şekillendi. Uygun malzemeleri seçtikten sonra tasarıma başlarken karşılaştığımız en büyük sorun yemeğin girişi için nasıl bir kapak yapmamız gerektiğiydi . Pişiricimiz taşınabilirlik iddiasında olduğu için enerji girişi de görece azdı . Bu durumda pişiricimizin başat prensibi yalıtım oldu . Kutu tipi pişiricilerin genel enerji kayıpları genellikle buradan oluyor. Yemek girişi için pencere tipi kapak yerine , yan duvarlara açılmış oluklar içinde hareket eden sürgülü bir kapak yaptık . Kapak ayrıca tabanda açılan diğer bir oluğa da oturarak sıcak havanın dışarı çıkışını engelliyordu. Kapağı tasarlarken yaptığımız bir hata, kapakla kutunun temas yerinin tahtanın esnemesi yüzünden açıklık olması ve havanın dışarı çıkışını engelleyememizdi . Fakat fırının içinde yemeğin yaptığı su buharını tahliye etme açısından bu eksiğimiz bize fayda sağladı. Çünkü fırınlarda su buharı ışığı yansıttığı için istenmeyen bir öğedir.

Kutumuzu, camın yerleşeceği kısım yatayla 40 derece açı yapacak şekilde tasarladık. Bunun sebebi Ankaranın 40 dereceye yakın enlemde olması, böylece güneş ışığının mümkün olduğunca dik olarak kutuya gelmesini amaçladık.

Camı da arka kapakla aynı şekilde yanlara ve öne açtığımız olukların içine yerleştirdik ve hava kaybını engellemek için şeffaf silikonla yapıştırdık. Piyasada "yüksek sıcaklığa dayanıklı silikon" Ya da "kırmızı silikon" diye bir ürün satılıyor, biz ondan kullandık ancak görüntüsü ve uygulama zorluğu yüzünden memnun kalmadık. Size tavsiyemiz normal silikon kullanmanız olacak hem daha ucuz hem şeffaf olduğu için daha güzel görünüyor ayrıca sıcaklıktan etkilenip yumuşaması gibi bir sorun yaşamadık.

Kutuyu yalıtmak için içerisine ve dışına bir yüzeyi yansıtıcılı(alüminyum) , ısıl geçirgenliği çok düşük yalıtım malzemesi kullandık. Yalıtım malzemelerini Ankara Ulus Rüzgarlı Sokaktan temin ettik.

Yaptığımız güneşli pişiriciyi yaparken marangozdan tahta artıkları , yalıtımcılardan yansıtıcılı strafor(ısı iletkenliği çok düşük ) reklamcılardan yapışkanlı alüminyum kullandık. Projemizi anlattığımız esnaf malzemeler için para almadığından maliyeti konusunda kesin rakamlar veremeyeceğiz. Ancak toplam maliyetin 100 Ytl civarında olacağını söyleyebiliriz.

Sonuç

Güneşli pişiricilerin çevremizde yaygı olarak bulunmayışının birkaç sebebi var . Biz şenlikler dolayısıyla H.Ü. Güneş evinde kaldığımız 4 gün boyunca her sabah çayımızı , sucuklu yumurtamızı (parabolik pişirici ile) öğle yemeğimizi güneşli pişiricilerle yaptık . Ancak güneşli pişiricilerin kullanım zorluklarını vurgulamakta fayda var. Bir kere dış koşullara oldukça bağımlısınız , yani hava uygun değilse yemek pişirmek oldukça zor hatta imkansız olabilir . Diğer bir sorun pişirme süresinin uzun olması(kutu tipi pişirici) Ya da sürekli güneşi takip gerektirmesi(parabolik pişirici) .Son olarak güneşli pişiriciler , yeni bir mutfağı beraberinde getiriyor , zorunluluk olmadan insanların yemek alışkanlıklarını değiştirmelerini beklemek biraz naiflik olur. Tabi geleceğin ne getireceği bilinmez , Bol güneşli günler diliyoruz.

Teşekkür

Bu projenin hazırlanması kısmında emeği geçen

Marangoz İbrahim Yurttaş
Ahmet Kaya
Göksan Gül
Mert Anameriç
Umut Şahin
arkadaşlarımıza teşekkür ederiz.

İbrahim Arslan

Kaynaklar:
Peuser, Remmers, Schnauss Solar Thermal Systems James&James2002 sy:15
J.Frönlich,c.:"contemporary Measures of the solar constant" Solar output and it's variation
Colorado Asso.University press 1977,
Solar engineering of thermal processes Duffie, Beckman ISBN 0-471-51056-4
Güneş Enerjisi Temelleri ve Uygulamaları -Gürbüz Atagündüz, , Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü Yayınları No:2, 1989, Bornova-İzmir.
U.S. Environmental Protection Agency "Solar Oven Project 05301"
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
http://www.wikipedia.org
www.solarcooking.org