StoveBench – Protocolo para comparação de fogareiros

StoveBench – Protocolo para comparação de fogareiros

Comparar equipamentos outdoor nem sempre é uma tarefa simples, principalmente quando falaamos dos itens em que fatores variáveis que podem mudar os resultados drasticamente. Nós do Gear Tips Lab estávamos buscando uma forma para compararmos a eficiência dos fogareiros de camping existentes no Brasil. Um protocolo para testes que nos permitisse avaliar os fogareiros em um ambiente de testes controlado, e que fosse muito além de um simples teste de tempo de fervura de água. Durante nossas pesquisas encontramos o “StoveBench” e resolvemos adotar esse protocolo como base para uma série de testes do Gear Tips Labs que faremos em breve com os fogareiros outdoor disponíveis no mercado brasileiro.

Introdução ao StoveBench

O nome “StoveBench” define um protocolo que é usado para medir duas características importantes de desempenho dos fogareiros outdoor (potência e eficiência) e determinar um único fator de desempenho quantificável denominado “Pontuação do StoveBench“, possibilitando a comparação entre fogareiros outdoor diferentes.

Protocolo de comparação de fogareiros Stovebench Gear Tips Labs

A potência é importante porque caracteriza a capacidade de um fogareiro de funcionar bem em condições adversas (por exemplo, vento, temperaturas frias, água fria). A eficiência é importante porque define a capacidade de um fogareiro para economizar combustível e assim reduzir o peso da carga para o caminhante. A maioria dos consumidores fica encantada com os tempos de ebulição (uma medida de potência) relatados pelos reviews ou pelos fabricantes, enquanto muitos dos caminhantes ultralight são apaixonados apenas pela quantidade de uso de combustível (uma medida de eficiência). No uso real ao ar livre, ambos são fatores importantes que devemos considerar.

Este artigo apresenta o protocolo StoveBench, criado pelo site Backpackinglight.com, e a definição da “Pontuação StoveBench” e como determiná-la usando o protocolo.

Como um estudo de caso, o protocolo é aplicado especificamente para o teste de fogareiros verticais, ou seja, aqueles onde o cartucho é rosqueado embaixo do fogareiro – como o Azteq Jet Cook, NTK Apolo ou o Azteq Spark. Aplicações futuras do StoveBench serão usadas com outros tipos de fogareiros. Além disso, discutiremos considerações especiais, limitações, fontes potenciais de erro e outras aplicações do protocolo StoveBench.

Gear Tips Labs - teste Stovebench - Fogareiro Azteq Spark
Gear Tips Labs – Teste utilizando o Protocolo Stovebench – Fogareiro Azteq Spark

Contexto

Os fabricantes de fogareiros outdoor muitas vezes relatam o desempenho de seus produtos usando os seguintes parâmetros:

– Tempo de fervura (ou seja, o tempo necessário para ferver um determinado volume de água) – uma medida da potência do fogareiro;
– Taxa de Consumo de Combustível (por exemplo, a quantidade de combustível consumnido em um determinado período de tempo) – outra medida da potência do fogareiro.

Além disso, os caminhantes ultralight, em particular, estão interessados ​​em uma métrica que defina a massa de combustível necessária para ferver uma certa quantidade de água (uma medida da eficiência). O cálculo dessa métrica é popular entre os entusiastas mais sérios dos testes comparativos de fogareiros.

No entanto, as condições durante as quais essas métricas são determinadas não são necessariamente padronizadas de fabricante para fabricante ou testador para testador e não podem necessariamente comparar fogareiros de diferentes marcas.

Portanto, desenvolvemos um protocolo no Backpackinglight.com que usaremos nas análises de fogareiros, e batizamos esse protocolo de StoveBench (uma palavra derivada do termo “benchmark”, um tipo de teste que define um ponto padrão de comparação).

Em particular, não vemos métricas que definem “potência” (por exemplo, tempo de fervura e taxa de queima) ou “eficiência” (massa de combustível necessária para ferver um determinado volume de água) como indicadores de desempenho mutuamente exclusivos. Afinal, qualquer fabricante pode otimizar o desempenho do fogareiro para uma ou para outra métrica.

No entanto, equilibrar a potência e a eficiência com o peso do sistema é um desafio de design e engenharia no desenvolvimento e uso de qualquer sistema de fogareiro (que pode incluir vários componentes, como o queimador, cartucho de combustível, protetor contra vento, trocador de calor, panela e tampa). Afinal, um fogareiro que é 100% eficiente, mas leva 20 minutos para ferver meio litro de água, ou não tem energia para ferver água em temperaturas frias ou em climas ventosos, é tão desvantajoso quanto outro que ferve meio litro em três minutos mas requer 50 gramas de combustível.

Assim, o objetivo real do StoveBench é fornecer uma maneira significativa de comparar diferentes fogareiros de forma que a eficiência, a potência e a economia de combustível sejam definidas implicitamente em um único fator de desempenho quantificável.

Pontuação do StoveBench

O objetivo do protocolo StoveBench é produzir um “fator de desempenho” numérico que considera tanto a potência de saída de um fogareiro (proporcional ao seu tempo de fervura) quanto sua eficiência de combustível (proporcional à quantidade de combustível usado durante o teste) durante um teste padronizado, onde o fogareiro será usado para aquecer uma determinada quantidade de água.

Esta pontuação do StoveBench (“F”) pode ser descrita como segue:

F = saída ÷ entrada
Em qualquer cenário de cozimento, a “saída” é definida principalmente pelo volume de água e mudança de temperatura (aquecimento). Mais energia é necessária para aquecer grandes volumes de água e para aumentar a temperatura.

A “entrada” é definida principalmente pelo tempo (mais energia é usada quanto mais tempo o fogareiro necessita para ferver) e pela massa do combustível (mais energia é usada por uma quantidade maior de combustível).

Conclui-se que valores mais altos de “F” são melhores, pois representam níveis mais elevados de “saída” (volume de água fervida) para uma determinada quantidade de “entrada” (gasto de energia). Portanto, F pode ser escrito nestes termos:

F = [V x ΔT] ÷ [t x M]
Onde:

  • V = volume de água usado no teste
  • ΔT = diferença nas temperaturas iniciais e finais da água
  • t = tempo de duração do teste
  • M = massa de combustível usada durante o teste

Por exemplo, um teste realizado ao nível do mar pode ter a seguinte aparência:

  • V = 0,5 L (500ml de água)
  • ΔT = 100 °C (ou seja, começar com água a 0 °C e terminar quando a água ferver a 100 °C)
  • t = 4 minutos (tempo de fervura)
  • M = 15 g (massa de combustível usada para ferver a água)

A pontuação calculada no StoveBench seria:

F = [0,5 L x 100 °C] ÷ [4 min x 15 g] = 0,83 L • °C / min • g
Que pode ser lido em termos leigos como este: neste teste, este fogareiro foi capaz de aquecer 0,83 litros de água em 1 grau Celsius (ou, 1 litro de água por 0,83 graus Celsius) em um minuto usando um grama de combustível.

A pontuação do StoveBench irá variar nas diferentes condições de teste, sendo influenciada por fatores como:

  • Geometria da panela
  • Temperatura ambiente
  • Tipo de combustível
  • Presença de corrente de ar (por exemplo, vento).

No entanto, como o StoveBench Score é normalizado para o volume de água e diferencial de temperatura, ele tem o potencial de ser menos sensível a fatores como a elevação do local de teste ou temperatura inicial da água, o que significa que em uma faixa estreita de ambientes e materiais de teste usados, os resultados devem ser comparados relativamente bem. Infelizmente, os fabricantes raramente publicam os detalhes de seus protocolos de teste, enfatizando a importância de testar fogareiros usando uma metodologia padrão ao comparar produtos de marcas diferentes ou em ambientes diferentes.

Por exemplo, vamos considerar dois testes usando um fogareiro bem conhecido de uma grande marca americana:

O teste 1, feito pelo fabricante, é realizado com água tendo uma temperatura inicial de 70 °F (21,1 °C), uma temperatura final de 212 °F (100 °C) e volume de água de 1,0 L. Neste teste , o fabricante informa um tempo de fervura de 3.5 minutos com 14 g de consumo de combustível. A pontuação do StoveBench é calculada da seguinte forma:

F = [1,0 L x 79 ° C] ÷ [3,5 min x 14 g] = 1,61 L • °C / min • g
O teste 2, feito pelo autor, é realizado com água tendo uma temperatura inicial de 32,9 °F (0,5 °C) e uma temperatura final de 199 °F (92,7 °C), observando que esses testes são realizados a uma elevação de 2.196 metros, onde a água ferve a uma temperatura mais baixa do que ao nível do mar. Uma panela de titânio de 0,85 L foi enchida com 0,5 L de água para o teste, e o fogareiro funcionou na potência máxima. O tempo de ebulição foi de 3 min 5 seg e 11,3 g de combustível foram consumidos (os detalhes completos do protocolo de teste são descritos abaixo na seção “Materiais e métodos” deste artigo).

A pontuação do StoveBench para este teste é calculada da seguinte forma:

F = [0,5 L x 92,2 °C] ÷ [3,08 min x 11,3 g] = 1,30 L • °C / min • g
As diferenças entre os dois resultados não são dramáticas (F é apenas 20% menor no teste 2), dadas as diferenças significativas na temperatura inicial da água, volume de água fervido e elevação do local do teste. No entanto, as diferenças destacam a necessidade de garantir testes padronizados ao comparar o desempenho de fogareiros diferentes.

Isso é importante porque na grande maioria dos “guias de equipamentos”, as comparações dos “melhores fogareiros” e análises de fogareiros simplesmente republicam os dados de desempenho relatados pelo fabricante e fazem julgamentos de acordo com esses dados, sem levar em consideração os outros fatores que influenciam os resultados dos testes.

Teste do Fogareiro Azteq Spark - Stovebench
Teste do Fogareiro Azteq Spark – Protocolo Stovebench no Gear Tips Lab

Considerando a eficiência

A eficiência de um fogareiro pode ser definida vagamente como sua capacidade de minimizar o calor residual. O calor é desperdiçado por meio de uma série de processos, incluindo combustão incompleta de combustível, um padrão de chama que faz com que o calor se espalhe pelas laterais de uma panela ao invés de ser direcionado para o fundo da panela e perdas de calor da própria panela (use sempre uma tampa).

A eficiência é uma função que equilibra a economia de combustível com o poder da chama. Um fogareiro de alta potência ajuda na eficiência ao fornecer mais calor em um período de tempo mais curto, o que pode combater as perdas de calor do sistema. No entanto, uma chama de alta potência também pode desperdiçar mais calor porque o calor não pode ser absorvido na água com rapidez suficiente.

A consideração da eficiência está incluída na Pontuação do StoveBench, que é calculada a partir do tempo de fervura e do uso de combustível. Tempos de fervura curtos (alta potência) e baixos requisitos de combustível (alta economia de combustível) contribuem para pontuações mais altas no StoveBench.

Especificamente, a contribuição fracionária do desempenho do fogareiro pela economia de combustível é definida pela fórmula Feconomia = [V x ΔT] ÷ M parte da equação de Pontuação do StoveBench, e a contribuição fracionária do desempenho do fogareiro pela potência da chama é definida por Fpotência = [V x ΔT] ÷ t parte da equação de pontuação do StoveBench.

Uma vez que a eficiência pode ser definida como a razão entre a quantidade real de combustível usada no teste e a quantidade teórica de combustível que deveria ter sido usada no teste se o fogareiro estava operando com 100% de eficiência (ou seja, sem perda de calor), o StoveBench Score é particularmente útil para comparar fogareiros de diferentes tipos (por exemplo, álcool x gás comprimido x gás líquido), onde ineficiências inerentes tanto na capacidade de calor dos combustíveis quanto nas perdas de calor dos sistemas de fogareiro serão refletidas tanto pela Feconomia quanto por Fpotência.

Frequentemente, há uma correlação direta entre fogareiros mais pesados ​​e fogareiros mais eficientes. Assim, o StoveBench Score é uma métrica versátil que pode fornecer a um caminhante informações valiosas sobre qual tipo de fogareiro pode ser o melhor para um determinado conjunto de requisitos de aquecimento de água com base na duração da viagem e nos volumes de água necessários. O StoveBench Score pode fornecer a base para uma variedade de análises subsequentes para ajudar o caminhante na avaliação de diferentes sistemas de fogareiro. Por exemplo, a pontuação do StoveBench dividida pelo peso total do kit de cozinha (que pode incluir o fogareiro, o cartucho de combustível, a panela, o protetor de vento etc.) forneceria informações valiosas sobre a relação desempenho/peso de um determinado fogareiro e sistema de cozinha.

Visão geral do protocolo de teste StoveBench

A seguir estão os materiais e métodos usados ​​em um protocolo padronizado para determinar as pontuações do StoveBench para qualquer tipo de fogareiro.

Ambiente e Instrumentação

Em geral, o teste de ebulição padrão (“controle”) do protocolo StoveBench mede o desempenho do fogareiro nas seguintes condições:

– Temperatura da sala interna (ambiente);
– Sem fluxo de ar ambiente (vento);
– Sem protetor de vento no fogareiro ou outros acessórios, a menos que estejam integrados no design do fogareiro;
– Medindo o tempo e o combustível necessários para ferver a água originalmente perto de sua temperatura de congelamento.

A tabela abaixo descreve o ambiente de teste e instrumentos de medição utilizados por nós, aqui no Gear Tips Lab:

Temperaturas inicias antes do começo do teste
Temperaturas inicias antes do começo do teste do Azteq Spark no Gear Tips Lab

Procedimento de teste geral:

– Prepare água gelada usando uma mistura 50/50 de cubos de gelo e água da torneira em um recipiente que possa ser facilmente mexido para garantir a distribuição uniforme da temperatura da água. Armazene a água em um ambiente frio quando não estiver em uso.

Registre a temperatura do ar no ambiente de teste com variação permitida de até 0,1 °C regularmente durante todo o teste.

– Usando a medição de temperatura infravermelha, certifique-se de que a temperatura do combustível é a mesma que a temperatura do ambiente de teste, comparando a temperatura do combustível de teste com a temperatura do combustível armazenado próximo que não está sendo usado no teste. Isso é importante porque diferentes tipos de materiais podem emitir diferentes níveis de radiação infravermelha e a temperatura da superfície do próprio material pode ser diferente da temperatura ambiente. Certifique-se de que a temperatura da superfície de cada lote de combustível está dentro de uma variação de até 0,1 °C uma da outra.

– Meça o peso inicial do combustível (isso geralmente requer a medição do fogareiro mais o combustível) com variação de até 0,1 g.

– Coloque o recipiente de aquecimento de água na balança, tare a balança e adicione a quantidade especificada de água gelada (filtrada de modo a remover o gelo) até mais ou menos 0,5% do peso alvo. O peso alvo deve ser convertido em volume de água, e o volume de água usado como V na fórmula de Pontuação de StoveBench (F) acima.

– Coloque o recipiente de aquecimento de água em cima do queimador do fogareiro (centrando-o nos suportes da panela), insira o termômetro na água de forma que ele meça a temperatura da água na metade da coluna d’água e não toque na parede lateral do recipiente. Coloque a tampa no recipiente. O fio do termômetro deve ser suspenso verticalmente sobre a panela, para que o calor residual do sistema de fogareiro cause danos materiais ou interferência de medição de temperatura.

– Meça a temperatura inicial da água gelada com uma resolução variação de 0,1 °C. Certifique-se de que a temperatura inicial da água seja inferior a 5,0 °C.

– No intervalo de 1 segundo, acenda o queimador fogareiro, abra a válvula do fogareiro para a posição totalmente aberta (não aplicável para os fogareiros sem regulação de fluxo de combustível) e inicie o cronômetro.

– Quando a temperatura da água atingir uma temperatura predeterminada definida como o ponto de ebulição (dentro da resolução variação de 0,1 °C), registre o tempo decorrido até o segundo mais próximo e desligue o fogareiro imediatamente. Este tempo decorrido deve ser registrado como o “tempo de fervura”. O tempo de fervura deve ser convertido em minutos decimais, que serão usados ​​para t na fórmula de pontuação do StoveBench (F) acima.

– A diferença entre as temperaturas inicial e final da água será usada para ΔT na fórmula de Pontuação do StoveBench (F).

– Meça o peso final do combustível restante com aproximação de 0,1 g (ou, conforme aplicável, para o fogareiro mais o conjunto de combustível). A diferença entre este peso e o peso inicial deve ser registrada como o “combustível consumido” e usada para M na fórmula de Pontuação do StoveBench (F) acima.

– Calcule a pontuação do StoveBench (F) para o teste.

– Repita o teste conforme necessário para garantir a confiança estatística no resultado (1-2 vezes adicionais em um ambiente de teste altamente controlado com instrumentação precisa; até 6 vezes em ambientes menos controlados).

Trecho do teste do Azteq Spark no Gear Tips Lab – com a válvula do fogareiro aberta no máximo.

Aplicação do protocolo do StoveBench em fogareiros verticais

A seguir estão os materiais específicos usados ​​na aplicação do protocolo StoveBench para fogareiros verticais:

– Cartuchos com mistura de combustível 80/20 de isobutano / propano;
– Cartuchos de 227g de peso líquido com 30% a 80% de sua capacidade de combustível*

* Os cartuchos devem ser retirados do teste quando a capacidade de combustível atinge 30% ou menos, pois a mudança nas pressão interna dos cartuchos pode distorcer os resultados. A alta pressão em cartuchos com mais de 80% de capacidade pode causar perdas excessivas de calor que também podem distorcer os resultados quando os fogareiros são operados com o regulador da chama em potência máxima.

Notas de procedimento específicas ao usar fogareiros verticais

1. Medições de peso de combustível
Durante a fixação e remoção de um cartucho, um fogareiro pode fazer com que pequenas quantidades de gás comprimido vazem do cartucho, o que pode distorcer os resultados. Assim, os pesos do combustível são determinados calculando a diferença nos pesos de todo o conjunto fogareiro-cartucho no início e no final do teste.

2. Medições de temperatura do combustível
A temperatura da superfície do cartucho é medida com um termômetro infravermelho para garantir que seja a mesma temperatura de um cartucho de controle próximo que não está sendo usado no teste (e, portanto, está em temperatura ambiente).

3. Iniciando o teste
Um isqueiro é colocado no queimador do fogareiro enquanto a válvula de gás é ligada muito lentamente até o queimador se acender. Dentro de um segundo, a válvula é girada ao máximo ao mesmo tempo em que um cronômetro é iniciado.

4. Terminando o teste
Quando a leitura do termômetro atinge a temperatura de parada, o cronômetro é registrado e a válvula de gás do fogareiro é imediatamente desligada.

Prova de conceito: resultados preliminares do teste de fogareiro

Comparando fogareiros de camping verticais

O que se segue é uma pequena seleção de resultados dos testes controlados de ebulição (usando o protocolo descrito acima). Os testes foram feitos com 18 modelos de fogareiros verticais. Para o propósito deste artigo, nomes de marcas e modelos foram ocultados. Os resultados foram classificados por ordem das pontuações StoveBench, das mais altas para as mais baixas.

O “StoveBench Score” reconhece não apenas os fogareiros que têm boa economia de combustível (baixo consumo de combustível), ou os fogareiros que têm alta potência (baixo tempo de fervura), mas também os fogareiros que são mais eficientes – que podem fornecer uma grande quantidade de energia com o mínimo de combustível.

Fontes de erro

Precisão da balança

Os padrões de calibração foram usados ​​para monitorar e verificar a precisão da balança usando o protocolo USBR 1012 (texto em inglês). A precisão dos padrões medidos foi determinada como sendo inferior a 0,04 g, resultando em uma % de erro dos valores de consumo de combustível relatados de menos de 0,3%. O fabricante da balança relata linearidade de +/- 0,2 g, o que pode contribuir com um erro de até cerca de 2% nas quantidades de consumo de combustível relatadas.

Consumo de combustível no início e no final do teste

Foi necessário até um segundo para ligar e desligar o fogareiro, tempo durante o qual a válvula foi girada para ligar e desligar (dois segundos no total). Assim, podem ter ocorrido até dois segundos adicionais de consumo desnecessário de combustível. A quantidade média de combustível usado nos testes foi de 12,3 g ao longo de um tempo de queima de cerca de 210 segundos (isto é, 0,059 g / s). Portanto, ao longo de 2 segundos, até 0,12 g de combustível adicional pode ter queimado, totalizando uma superavaliação de aproximadamente 1% do uso de combustível relatado. Este erro foi consistente em todos os testes.

Precisão da medição de temperatura

Os termômetros foram calibrados em água gelada e água fervente. A precisão da medição provou estar dentro de 0,1 °C. Uma vez que o teste foi interrompido quando a temperatura da água atingiu 92,7 °C, e se o aquecimento seguir uma progressão bastante linear de 0 °C a 92,7 °C, então, ao longo do teste de fervura média (210 segundos), o valor aproximado a taxa de aquecimento foi de 2,3 segundos / °C. Uma imprecisão de temperatura de 0,1 °C introduziria, assim, um erro de tempo de ebulição de apenas 0,23 segundos, que corresponde a um erro de consumo de combustível (ver item 2 acima) de apenas 0,014 g (cerca de 0,1% de erro).

Temperaturas iniciais e finais do cartucho de gás

As temperaturas iniciais do cartucho de gás foram medidas com um termômetro infravermelho a laser (Etekcity Lasergrip 1080) e estavam sempre a 0,1 ° C de outro cartucho de gás (fora de uso) que foi usado como um controle de temperatura ambiente. Garantir a temperatura inicial consistente do cartucho em todos os testes foi fundamental para minimizar o erro. As temperaturas do cartucho costumam cair 4 a 6 °C durante o curso de um teste devido ao princípio do calor de vaporização, o processo pelo qual o calor é convertido em energia necessária para que o gás líquido se transforme em vapor. Iniciar o próximo teste imediatamente resultou em tempos de fervura que eram até 20% mais lentos do que o teste anterior, uma vez que os cartuchos de baixa temperatura tinham pressões de vapor mais baixas (ou seja, menores fluxos de combustível, menores taxas de queima e, portanto, maiores tempos de fervura). Embora algum método para controlar as temperaturas do cartucho durante o teste (por exemplo, colocá-lo em um banho-maria com temperatura controlada por um termostato) possa ser valioso para evitar que a temperatura do cartucho diminua, isso adicionaria complexidade significativa ao protocolo e, ainda mais, diminuiria a relevância do protocolo em relação ao uso feito em campo ​​pela maioria dos usuários destes fogareiros.

As porcentagens de erro serão maiores ao usar instrumentos comuns (por exemplo, balanças digitais de cozinha ou termômetros genéricos). Por exemplo, uma balança digital típica de cozinha feita na China tem uma precisão de 0,1 oz (3 g) com linearidade de até 0,2 oz (6 g). Com todo esse erro potencial introduzido na medição do consumo de combustível durante um teste de fervura única, repetir o teste torna-se ainda mais importante. A verificação da precisão da balança com os padrões de calibração é importante, mesmo para os entusiastas domésticos que não utilizam equipamentos certificados.

Outras considerações

Água da torneira x água destilada X água de um lago ou rio?

Essa preocupação sobre o tipo de água é propagada com base em uma prática comum da cozinha de colocar uma colher de chá de sal em uma panela com água para fazê-la ferver mais rápido. A questão é: as diferenças na concentração de solutos na água afetariam o tempo de ebulição?

Para aqueles de vocês que pensam que a físico-química é divertida, considere os princípios básicos que:

  • Os solutos diminuirão o ponto de ebulição (a água ferverá mais rápido) porque a capacidade de calor específico desses sólidos (por exemplo, sais) é menor do que a capacidade de calor específico da água.
  • No entanto, os solutos também aumentam o ponto de ebulição da água (a água ferverá mais lentamente) porque aumentam a pressão de vapor da solução, exigindo mais energia térmica para ferver.

Então, em que tipo de concentração de soluto isso faz diferença?

Uma solução a 1% de água salgada (por exemplo, 10 g de sal dissolvido em 1 kg de água) aumentará o tempo de fervura em cerca de 1% (fãs de física: use a equação de calor Q = MCΔT para determinar isso). Quando chegamos a uma solução de sal a 5%, o tempo de fervura diminui em cerca de 1,5%. Claro, esses cálculos são baseados em um sistema perfeitamente eficiente (onde 100% do calor produzido pelo combustível é transferido para a água). Mas mesmo com sistemas de fogareiros altamente ineficientes (eficiência de 10% a 40%) característicos de fogareiros de combustível sólido, álcool e gás sem regulação de pressão, os efeitos dos solutos nos tempos de ebulição são provavelmente desprezíveis em relação às outras fontes de variabilidade inerentes à realização de testes como isso.

Em outras palavras, estamos falando de efeitos diminutos no tempo de fervura e concentrações de sal que tornariam sua água intragável.

As mudanças na pressão do cartucho podem distorcer os resultados?

Para testes envolvendo fogareiros de cartucho, a quantidade de combustível restante no cartucho pode afetar os resultados.

Conforme um cartucho de combustível é usado, o volume de combustível dentro dele diminui (o que também diminui a pressão e a taxa de fluxo de combustível que é entregue ao queimador do fogareiro).

Além disso, a composição da mistura do combustível pode mudar, mas esse efeito provavelmente não é tão dramático quanto se supõe.

Para avaliar este efeito, o teste de controle de fervura descrito acima foi repetido usando um fogareiro sem um regulador de pressão (já que os efeitos serão menos dramáticos em um fogareiro que possui um regulador de pressão embutido). Um cartucho de 227 g (peso líquido) contendo uma mistura de isobutano/propano 80/20 foi usado para este teste.

Os tempos de fervura, o consumo de combustível e as pontuações do StoveBench são apresentados no gráfico a seguir, visto que o cartucho é usado da capacidade total até quase esvaziar completamente.

Gráfico de consumo combustível de um fogareiro

A tabela a seguir fornece uma análise estatística básica de todos os testes executados com este cartucho:

Com base no exame do gráfico acima, atribuo a alta variabilidade às altas pressões do cartucho quando cheio (ou quase cheio) e às baixas pressões do cartucho quando ele está quase vazio. Aqui estão minhas conclusões ao examinar o gráfico, observando, em particular, os valores que estão próximos ou excedem +/- um desvio padrão dos valores médios. StDev% é uma estatística útil para estimar a faixa de erro de experimentos que devem ser repetidos. Para os fins deste protocolo, espero um intervalo de StDev% de +/- 5%. Na tabela acima, todos os três intervalos estão fora desse critério.

  • Os tempos de fervura são anormalmente altos com baixas capacidades de combustível no cartucho (<30%).
  • O consumo de combustível é anormalmente alto com um cartucho cheio (> 80% da capacidade) e anormalmente baixo com um cartucho quase vazio (<5%).
  • As pontuações do StoveBench (F) são anormalmente baixas em cartuchos capacidades de combustível baixas (<20%) e (possivelmente) anormalmente altas em cartuchos com capacidades de combustível altas (> 80%).

Com base nessas observações, as repetições mais confiáveis para as duas métricas de desempenho medidas (tempo de fervura e consumo de combustível) e a pontuação calculada do StoveBench ocorreram quando o combustível do cartucho estava na faixa de 30% a 80% de sua capacidade. Com essa restrição em vigor, se todos os testes realizados em capacidades superiores a 80% e inferiores a 30% forem descartados, podemos examinar as estatísticas resultantes:

Essa restrição resulta em valores de StDev% para tempos de ebulição, consumo de combustível e pontuações do StoveBench que são 5% ou menos. Consequentemente, todos os testes que medem as pontuações do StoveBench serão realizados quando o cartucho estiver dentro da faixa de 30% a 80% da capacidade de combustível.

Estes resultados indicam que (pelo menos para testes com fogareiros verticais aderindo ao protocolo de controle definido acima), uma pontuação StoveBench pode ser interpretada como tendo um erro padrão experimental (definido por +/- 1 desvio padrão) na faixa de +/- 5,0%.

Quais são os problemas associados quando os fogareiros funcionam com a válvula aberta no máximo?

Operar um fogareiro com a válvula aberta no máximo provavelmente desperdiça calor. A maioria dos usuários perceberá que seu fogareiro precisa ser reduzido um pouco para funcionar com mais eficiência, mas a imagem térmica pode revelar o efeito de forma mais objetiva.

Foto térmica fogareiros de camping

Na esquerda, a imagem térmica mostra um sistema de fogareiro com o queimador apagado. Na imagem central, o mesmo sistema está operando com o queimador ligado com cerca de 25% da válvula aberta, usando um cartucho quase cheio. Na direita, o sistema está em uso com regulador do fogareiro aberto no máximo e usando um cartucho quase cheio. Observe a grande quantidade de calor desperdiçado na imagem direita (válvula aberta no máximo), conforme indicado pelo padrão térmico ao redor da panela. Curiosamente, as imagens térmicas de fogareiros operados com a válvula aberta no máximo e com cartuchos contendo menos de 80% de sua capacidade de combustível revelaram imagens que se pareciam mais com a imagem do centro do que com a da direita.

Infelizmente, se testarmos os fogareiros sem abrir a válvula completamente iremos introduzir muita subjetividade nos testes, o que pode interferir nas repetições do teste e / ou nas comparações de desempenho entre os modelos de fogareiro. Isso acontece por causa das medições (extremamente difíceis de fazer) que correlacionam a abertura do orifício da válvula de combustível, o posicionamento da alavanca da válvula de combustível e a saída de calor do fogareiro.

Teste do Stovebench no Gear Tips Labs

Dito isso, ter um teste de controle com a válvula aberta no máximo fornece uma boa base para testes adicionais, onde a saída do fogareiro é controlada pela alavanca da válvula de combustível.

Curiosamente, o efeito do calor desperdiçado foi muito mais significativo nos cartuchos com uma capacidade de combustível superior a 80%, sugerindo que operar um fogareiro com a válvula aberta no máximo tem impactos mais prejudiciais ao usar cartuchos mais cheios.

E se os queimadores e panelas forem incompatíveis?

Panelas grandes não combinam necessariamente bem com queimadores pequenos ou combustíveis de baixa potência (por exemplo, comprimidos de combustível sólido). Na outra extremidade do espectro, pequenas panelas ficam sobrecarregadas por grandes queimadores, resultando em perda significativa de calor e desperdício de combustível.

As incompatibilidades entre o fogareiro e a panela resultarão em um sistema de fogareiro que pode ter pontuações mais baixas do que deveria no protocolo de teste de controle definido aqui.

Este protocolo de teste de controle é otimizado para cozimento individual em condições de três estações (pequeno volume de panela, baixo volume de água). Os usuários devem considerar os resultados do StoveBench para panelas grandes e grandes volumes de água como parte do desempenho geral de qualquer queimador e não depender exclusivamente do teste de controle descrito acima antes de escolher um fogareiro para ferver volumes maiores de água.

“Sem vento, válvula aberta no máximo, panela diferente… Este teste não é representativo para mim.”

Este é um ambiente de teste controlado onde definimos arbitrariamente um conjunto de condições de teste e um protocolo que nos dá resultados repetíveis que podem ser usados ​​para identificar um benchmark de métrica de desempenho que podemos:

1. Usar para comparar fogões diferentes;
2. Usar como um ponto de referência para diferentes ambientes e condições de teste.

O teste StoveBench é útil para outros tipos de fogareiro e como os fatores F se comparam?

Sim, claro. A justificativa para determinar uma Pontuação do StoveBench é aplicável para qualquer tipo de fogareiro e combustível, incluindo combustível sólido, álcool, fogareiros de cartucho verticais / invertidos / integrados, fogareiros de combustível líquido (por exemplo: benzina, querosene), ou fogareiros a lenha.

As pontuações para fogareiros que usam diferentes tipos de combustível diferem principalmente como resultado da capacidade de energia específica de um combustível (ou seja, energia por peso) e da eficiência do sistema de fogareiro de referência (combinação de fogareiro / panela / queimador).

Variações do Protocolo de Controle

Além dos testes de controle de fervura (descritos acima), o BackpackingLight.com está desenvolvendo uma série de outros cenários de desempenho que serão apresentados nas próximas análises e guias de equipamento, incluindo:

Teste de Vento: adicione um ventilador de baixa velocidade ao ambiente de teste para criar uma característica da velocidade do vento de uma brisa leve. Realizamos um teste semelhante a este em uma comparação recente de fogareiros e as diferenças nos resultados de desempenho foram dramáticas.

Teste com grande volume de água: 1.500 g de água em uma panela de titânio de 2 litros, um cenário comum para grupos de 2-3 caminhantes compartilhando um kit de cozinha.

Teste de temperatura fria: um teste realizado em uma temperatura ambiente de 0 °C ou menos, um cenário comum para ambientes de inverno e / ou derretimento de neve.

Teste de estresse: 1500 g de água, temperatura ambiente de 0 °C ou menos e vento induzido por um ventilador.

Agradecimentos

Gostaríamos de deixar registrado o nosso agradecimento a Ryan Jordan e à equipe do site BackpackingLight.com pela elaboração deste teste, que é tão útil para uma comparação mais precisa entre os fogareiros disponíveis no mercado.

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