Improved Cooking Stoves (ICSs) are considered an intermediate solution to the issues related to the use of traditional biomass for cooking in Developing Countries, which involve around 3 billion people. Nevertheless, there is no agreement about methodologies for their performance evaluation: current laboratory protocols fail to provide real-life relevant results, hindering ICSs success. This work has the aim to improve and validate “Cook-STePS”, a simulation tool previously developed as a draft by the UNESCO Chair in Energy for Sustainable Development research group at Politecnico di Milano - Department of Energy, which is able to simulate ICSs thermal performance in selected conditions. Enhancements elaborated in the new version of the tool include: simulation of variable ambient conditions, simulation of fluctuations of useful power during a burn sequence, implementation of a CoolProp-based library for thermophsyical properties of fluids. A protocol was also developed in order to collect baseline experimental data needed by Cook-STePS to simulate the performance of device whose useful power is not known a priori. The tool was validated with a good degree of accuracy by means of an experimental campaign performed both on an induction heater and on a biomass stove, for different pot geometries. The campaign also revealed a correlation between the presence of wall effects due to the pot geometry and the precision of different evaporation models employed, allowing to choose the optimal one depending on the test configuration.
Le Improved Cooking Stoves (ICSs) sono considerate una soluzione intermedia ai problemi causati dall’utilizzo della biomassa tradizionale per cucinare nei Paesi in via di sviluppo, i quali riguardano circa 3 miliardi di persone. Ciononostante, non esiste ancora un accordo sulla metodologia corretta per valutare le prestazioni di questi apparati: i protocolli attuali, infatti, non riescono a fornire risultati che rispecchino le condizioni di utilizzo reali, ostacolando il successo delle ICSs. Lo scopo di questo lavoro è di migliorare e validare “Cook-STePS”, uno strumento di simulazione sviluppato già in precedenza in forma di bozza dal gruppo di ricerca dell’UNESCO Chair in Energy for Sustainable Development presso il Politecnico di Milano – Dipartimento di Energia, il quale è usato per simulare le prestazioni termiche di una ICS in condizioni determinate dall’utente. Le nuove caratteristiche implementate nella versione attuale del simulatore includono: la simulazione di condizioni ambientali variabili e di fluttuazioni della potenza termica rilasciata durante un ciclo operativo, e la presenza di un archivio per le proprietà termofisiche dei fluidi realizzato con CoolProp. È stato sviluppato, inoltre, un protocollo da seguire per raccogliere i dati sperimentali di riferimento che servono a Cook-STePS per simulare le prestazioni di una tecnologia di cui non si conosce a priori la potenza utile. Il simulatore è stato validato, ottenendo un buon grado di accuratezza, attraverso una campagna sperimentale eseguita sia con un fornello a induzione sia con una stufa a biomassa, per diverse pentole di differenti geometrie. Dalla campagna, inoltre, è emerso che esiste una correlazione tra gli effetti di bordo dovuti alla geometria di una pentola e la precisione dei diversi modelli di evaporazioni utilizzati; è stato pertanto possibile definire un criterio per selezionare il modello ottimale in base alla configurazione di ogni test.
Model refinement and validation of the cooking stove thermal performance simulator (Cook-STePS)
LEGNANI, GAIA;OJEDA CUELLO, MARIO DANIEL
2016/2017
Abstract
Improved Cooking Stoves (ICSs) are considered an intermediate solution to the issues related to the use of traditional biomass for cooking in Developing Countries, which involve around 3 billion people. Nevertheless, there is no agreement about methodologies for their performance evaluation: current laboratory protocols fail to provide real-life relevant results, hindering ICSs success. This work has the aim to improve and validate “Cook-STePS”, a simulation tool previously developed as a draft by the UNESCO Chair in Energy for Sustainable Development research group at Politecnico di Milano - Department of Energy, which is able to simulate ICSs thermal performance in selected conditions. Enhancements elaborated in the new version of the tool include: simulation of variable ambient conditions, simulation of fluctuations of useful power during a burn sequence, implementation of a CoolProp-based library for thermophsyical properties of fluids. A protocol was also developed in order to collect baseline experimental data needed by Cook-STePS to simulate the performance of device whose useful power is not known a priori. The tool was validated with a good degree of accuracy by means of an experimental campaign performed both on an induction heater and on a biomass stove, for different pot geometries. The campaign also revealed a correlation between the presence of wall effects due to the pot geometry and the precision of different evaporation models employed, allowing to choose the optimal one depending on the test configuration.File | Dimensione | Formato | |
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