<div dir="ltr">Dear Crispin,<div>When operating a stove at consistent  power, low or high thus avoiding residual thermal inertia, does measuring the rate of temperature change in a known mass of pot and water between 30C and 50C  sufficiently reduce the unmeasured losses as to yield a useful 'efficiency' number? </div><div><br></div><div>Alex</div><div><br></div></div><div class="gmail_extra"><br><div class="gmail_quote">On Mon, Feb 16, 2015 at 8:45 AM, Crispin Pemberton-Pigott <span dir="ltr"><<a href="mailto:crispinpigott@outlook.com" target="_blank">crispinpigott@outlook.com</a>></span> wrote:<br><blockquote class="gmail_quote" style="margin:0 0 0 .8ex;border-left:1px #ccc solid;padding-left:1ex"><div bgcolor="white" lang="EN-CA" link="blue" vlink="purple"><div><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">Dear Kirk<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">I am not sure what part of my message gave you the impression that we are not in agreement about what people do or how stoves work.  Everything you wrote about stove operation is completely true – let us agree on that. <u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">Please keep this message as a training note so you can assist others in future.<u></u><u></u></span></p><span class=""><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">Here is what you wrote:<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p></span><div><span class=""><p class="MsoNormal"><span style="font-size:10.0pt;font-family:"Arial",sans-serif;color:#1f497d">></span><span style="font-size:10.0pt;font-family:"Arial",sans-serif;color:windowtext">If I put a pot of water on the stove and turn the heat all the way up, the water boils.  If I turn the power level down the water stops boiling and cools down to a point of equalibrium, heat in equals heat out.  </span><span style="font-size:10.0pt;font-family:"Arial",sans-serif;color:#1f497d"><u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p></span><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">That is true and also obvious. Anyone can reproduce that.  At low power, the heat in equals the heat out and things remain in a constant state. Given that you are burning fuel, and accomplishing nothing new, how can you report the ‘efficiency’ of doing it? That is the question. The first assumption is that there is an ‘efficiency of simmering’ and the second is that measuring the evaporation of water will tell you what it is.  <u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">But you asked about the heat transfer efficiency. So the first assumption is that there <i>is </i>a heat transfer efficiency and the second is that measuring the evaporation of water will tell you what it is.<i><u></u><u></u></i></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">What people have done (quite incorrectly) is to say, well I am accomplishing work in this steady state because all the while there is water boiling off. Therefore I am ‘doing something’ other than maintaining a steady temperature. In the past the energy that is used to evaporate water during a steady state temperature in the pot was called (incorrectly) the “Percentage Heat Utilised”.<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">Here is a snip from Rani et all 1991 (published in 1992 so it has two dates)<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><img width="567" height="209" src="cid:image002.jpg@01D04A29.84F1FB70"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">1<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">Note the PHU column for Low Power Phase. That is the calculation of the portion of heat that was used to evaporate water at while maintaining a simmering state.  <u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">It is not a valid result, because it is NOT the % of energy available that was used. There is a lot of energy that was used to replace the heat lost directly from the body of the pot which was not measured. That is important at low power.<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">There is also (if there is no lid) energy radiated from the water into the air because water is a very powerful emitter of infrared energy. There is also the energy that was used to evaporate water.<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">Let’s put some numbers on it for Line 1 on that snip:<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">2.5 kW at an ‘efficiency’ of 12.8% at low power means the heat gained by the pot, using the WBT method, determined to be <u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">2500 x 0.128 = 320 watts<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">That was calculated from the water lost so we know the mass of water lost was at a rate of 0.142 g per second:<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">2500/Joules per second x 0.128 efficiency / 2257 joules per missing g of water = 0.142 g/sec<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">That result, 12.8%, is <i>a</i> number, but it is not a <i>useful</i> number. Let’s explore why.<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">The impression is given everywhere that if a stove has a ‘higher efficiency’ then it is a ‘better stove’. Yes or no? We should agree on that first.<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">It a stove has a higher efficiency according to an efficiency calculation, we are agreed that it is a ‘better‘ or ‘improved stove’ yes? I will assume that everyone reading this agrees that a stove with a higher efficiency rating is a better stove.<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">So let’s estimate the unmeasured heat loss from the pot at 400 Watts. That means the actual heat gained by the pot was 320 + 400 = 720 Watts.<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">Now let’s lower the firepower until the heat transferred almost equals the heat needed to keep the pot hot, say, 600 watts. That means the fire will be reduced in power.  The actual heat transfer efficiency is known to us because, having estimated the heat lost from the pot sides at 400 watts, we know the actual efficiency at 2.5 kW was:<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">(320+400) / 2500 = 28.8%  <u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">That is the actual heat transfer efficiency at 2.5 kW. But we are going to turn down the fire and until the heat delivered is 600 watts not 720.<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">The fire will then be reduced to 600/0.288 = 2083.33 Watts<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">This agrees with your initial post pointing out that the fire will be operating at a lower fuel consumption rate. Quite true.<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">Now let us calculate the ‘efficiency’ using the WBT (and as the VITA test did in the examples above).<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">400 watts is the unmeasured heat loss so there are 200 Watts that will be turned into steam and which we can measure. The fire power is 2083.33 so the WBT efficiency is:<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">200/2083 = 0.096% = 9.6%<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">So turning down the stove while having an <i>actual</i> heat transfer efficiency of 28.8% has been reported by the WBT as 9.6%. That is what Prof Lloyd means when he says the calculation is <i>fundamentally</i> flawed. <u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">The actual heat transfer efficiency is 28.8%<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">Operated at 2.5 kW it is reported to be 12.8%<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">Operated at 2.083 kW it is reported to be 9.6% even though it is still 28.8%<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">That is a large error.<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">The stove that is more controllable has been reported to be performing worse than the stove that is not so controllable. That makes no sense. The heat transfer efficiency has probably not changed at all between 2.083 and 2.5 kW but the ‘test method’ not only says that is has, but that it has dropped by 25% of value! We cannot have this as a method of rating stove performance. It has to go because it is worse than useless – it misdirects the recipient of the information.<u></u><u></u></span></p><span class=""><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:10.0pt;font-family:"Arial",sans-serif;color:#1f497d">></span><span style="font-size:10.0pt;font-family:"Arial",sans-serif;color:windowtext">If I put a pot skirt around the pot it increases the heat transfer into the pot and I can turn the power level down further to maintain the same temperature.  </span><span style="font-size:10.0pt;font-family:"Arial",sans-serif;color:#1f497d"><u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p></span><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">That is completely correct. Let’s see what happens if you were to leave the firepower the same.  Let’s assume the skirt increased the actual heat transfer rate from 28.8% to 32.8%.<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">2500 x 0.328 = 820 watts, 400 of which is not measured = 420 measured (it will turn into steam)<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">Calculate the WBT efficiency:<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">420/2500 = 0.168 = 16.8% <u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">So leaving the fire power the same shows an ‘increase in efficiency’ which was real, but it was not (16.6 – 12.8) = 4%  It is (32.8 – 28.8) = 4%<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">Let’s turn the skirted stove down until it matches the original evaporation rate of 320 watts:<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">You need 320 + 400 watts at the new 32.8% efficiency which means the fire should be 2.195 kW instead of the previous 2.5 kW – a definite improvement caused by the skirt.<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">720/0.328 = 2.195 kW<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">What does the WBT say about this new condition?<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">320/2195 = 0.146 = 14.6%  <u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">The WBT reports that the heat transfer efficiency has increased from 12.8% to 14.6%, a gain of 1.8% when in fact the gain was 4%. This is a large error (55% of value).<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">As you can imaging, lowering the power to ‘just enough’ reduces the reported efficiency back into the mud.  It is <i>not</i> that there is no heat transfer efficiency number, nor that it cannot be calculated, it is just that the WBT does not do it correctly and gives highly misleading results. The approach, which was popular in the early 80’s is and always was fundamentally flawed.<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:10.0pt;font-family:"Arial",sans-serif;color:#1f497d">You ask: “</span><span style="font-size:10.0pt;font-family:"Arial",sans-serif;color:windowtext">Have you not done these things also in all of your cooking experiences?  Have you not turned the heat down when it was too hot?</span><span style="font-size:10.0pt;font-family:"Arial",sans-serif;color:#1f497d">”<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:10.0pt;font-family:"Arial",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:10.0pt;font-family:"Arial",sans-serif;color:#1f497d">Of course. And I also have correctly calculate the heat transfer efficiency when doing so. <u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:10.0pt;font-family:"Arial",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:10.0pt;font-family:"Arial",sans-serif;color:#1f497d">You can too. It is not ‘high powered mathematics’ it is ‘normal thermal engineering’.<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">Any physicist, any engineering, can tell you how to do this properly. <u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">True or not?  If they cannot, they should not be writing test methods. I am not doing anything unusual or out of the ordinary.  This is basic thermo engineering. It is why power stations and cars are as efficient as they are. <u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">Regards<span class="HOEnZb"><font color="#888888"><u></u><u></u></font></span></span></p><span class="HOEnZb"><font color="#888888"><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d">Crispin<u></u><u></u></span></p><p class="MsoNormal"><span style="font-size:11.0pt;font-family:"Calibri",sans-serif;color:#1f497d"><u></u> <u></u></span></p></font></span></div></div></div><br>_______________________________________________<br>
Stoves mailing list<br>
<br>
to Send a Message to the list, use the email address<br>
<a href="mailto:stoves@lists.bioenergylists.org">stoves@lists.bioenergylists.org</a><br>
<br>
to UNSUBSCRIBE or Change your List Settings use the web page<br>
<a href="http://lists.bioenergylists.org/mailman/listinfo/stoves_lists.bioenergylists.org" target="_blank">http://lists.bioenergylists.org/mailman/listinfo/stoves_lists.bioenergylists.org</a><br>
<br>
for more Biomass Cooking Stoves,  News and Information see our web site:<br>
<a href="http://stoves.bioenergylists.org/" target="_blank">http://stoves.bioenergylists.org/</a><br>
<br>
<br></blockquote></div><br></div>