cocina mejorada leña

AHORRO DE LEÑA, DISMINUCIÓN DE LA POLUCIÓN INTRADOMICILIARIA Y A LA CONSERVACIÓN DE BOSQUES, MEDIANTE EL EMPLEO DE COCINAS Y HORNOS MEJORADOS VALIDADOS. Proyecto

“Energía, “Ene rgía, Desar Desarrollo rollo y Vida Vida EnDe EnDevv” Verónica Jesús Pilco Mamani Rafael Espinoza Paredes 29/11/2012

XIXI Sim Si mposi posio o Peruano de Energía Energía Solar Sol ar y del Ambiente Ambiente (XIV- SPE SPES), S), Puno, P uno, 14-19 14 -19.11 .11.20 .2012 12

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Contenido 1. Introducció Introducción n 2. Marco Marco teórico teórico 2.1. Partes y funciones de una cocina mejorada 2.2. Mecanismos de transferencia de calor 3. Pruebas de evaluación 3.1. Protocolos de evaluación de cocinas y hornos mejorados mejorados 3..2. Variables calculadas 3.3. Tecnologías ecnolo gías evaluadas 3.4. Periodo de evaluación 4. Resultados 4.1 Resultados de evaluación de hornos 4.2. Resultados de evaluación de cocinas 5. Recomendaciones

XIX XIXII Simposio Perua ruano de Energía rgía Solar lar y del Ambien iente (XIV (XIV-- SPES), Puno, 14 -19 -19.11 .11.20 .2012

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Introducción A nivel mundial, se sabe que los mayores consumidores de leña son África y Asia. Entre los países de América Latina, los principales consumidores son Guatemala, Honduras, Nicaragua, El Salvador, Brasil, Bolivia y Perú. Este 1 último, según el XI Censo de población y VI de vivienda 2007, señala que, a nivel nacional, 2 millones 36 mil 901 hogares (30.2%) usan leña para cocinar, seguida de la bosta con doscientos 82 mil 660 hogares (4.2%) y el carbón con 170 mil 643 hogares (2.5%). 2

La utilización de leña afecta mucho la economía de las familias que utilizan fogones tradicionales así como a la salud y la comodidad de las mismas. Esto afecta incluso la forma en la que preparan sus alimentos. Ahora bien, para acercarnos a la resolución de los problemas del consumo de leña en nuestro país es importante que se busquen técnicas de conservación de este combustible. 1 World Meteorological Organization, Commission for Climatology, 2001 2 Fuente INEI 2007, Censo Nacional XI de Población y VI de vivienda

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XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012 Presentación de empresa 2012

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Marco teórico: Partes y funciones de una cocina mejorada Partes

Cámara de Combustión Parrilla Metálica Conductos y Hornillas

Losa ó plancha Chimenea

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Descripción y/o concepto

Permite concentrar y dirigir el fuego hacia las ollas durante la combustión. Se presenta de diferentes formas, habitualmente se monta con un recubrimiento de aislante exterior. Este componente cumple dos funciones, en la parte superior sostiene la leña y en la parte inferior permite la circulación de aire. Entre hornillas consecutivas se hallan ductos que permiten la circulación del flujo de aire y gases calientes. Esto permite aumentar la turbulencia y dirigir el flujo del aire caliente hacia las ollas y los gases de combustión hacia la chimenea. Presentan orificios denominadas hornillas, donde se insertan ó colocan las ollas. Es una estructura que puede ser de adobe y/o metal galvanizado, cuya función es inducir el ingreso de aire al interior de la cámara de combustión y evacuar el humo al exterior del ambiente. XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012

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Marco teórico: Mecanismos de transferencia de calor en la cocina mejorada evaluada: radiación La radiación en la cocina mejorada se emite en varias direcciones: • desde el combustible y las flamas del fuego hacia las ollas, • de las flamas del fuego al combustible, para mantener la combustión; • del combustible y las flamas a las paredes internas de la cámara de combustión, • de los conductos y hornillas hacia las ollas y • desde la superficie de las ollas hacia el medio ambiente. 29/11/2012

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Marco teórico: Mecanismos de transferencia de calor en la cocina mejorada evaluada: conducción La transferencia de calor por conducción en las cocinas mejoradas ocurre a través de las paredes internas de la cocina (cámara de combustión, hornillas y conductos) y a través de las paredes de la olla hacia su contenido.

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Marco teórico: Mecanismos de transferencia de calor en la cocina mejorada evaluada: convección La transferencia de calor por convección ocurre cuando los gases de combustión fluyen por una superficie de diferente temperatura y luego intercambian energía calorífica por conducción.

En nuestro modelo de cocina mejorada, el aire calentado por las llamas del fuego se eleva en aire quieto por la cámara de combustión, en una corriente de viento, la cual se desplaza de acuerdo con la dirección prevaleciente hacia las ollas y/o las paredes internas de la cocina (cámara de combustión, hornillas, conductos y chimenea). 29/11/2012


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Protocolos de evaluación3 Pruebas de evaluación de cocinas y hornos Prueba de hervido de agua (WBT) Es una prueba de laboratorio, sirve para evaluar la eficiencia térmica de la cocina y obtener datos fiables sobre su comportamiento. La prueba consiste en tres fases: 1) hervir 5 L de agua en inicio frío; 2) hervir 5 L de agua en inicio caliente; y 3) mantener el agua caliente a fuego lento.

Prueba de cocción controlada (CCT) Es una prueba de campo que se utiliza para comparar el rendimiento (consumo de combustible y tiempo de cocción) entre diferentes tipos de cocinas, a través de la participación de la usuaria (cocinera) preparando una comida local.

Prueba de polución Intradomiciliaria Es una prueba de laboratorio y/o campo. Nos permite medir los niveles de las concentraciones de CO y PM2.5 en un proceso de cocinado real, realizado por las familias preparando una comida local. 3. Protocolos originales elaborados por Rob Bailis con la participación de Kirk R. Smith y Edwards Rufus, Energía en el hogar y el Programa de la Salud para la Fundación Shell. Actaualmente adaptados por el SENCICO.

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Variables calculadas de las pruebas realizadas Combustible Consumido (f cm):

Cambio Neto de las Cenizas (ΔCc):

f cm  f ci  f cf Duración de la Prueba (Fase) (Δtc):

C c  C c  k Agua Evaporada (Wcv):

 tc  t cf  t ci Consumo Específico de Combustible (SCc )

4



Wcv   j 1 P ji  Pjf



Eficiencia Térmica: hc 

 4,186

4

j 1

P

jci





 P j T jcf  T jci  2260 W cv

 f

cd



LHV

Combustible seco Consumido (f cd):

Concentración de CO Concentración de PM2.5 XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012

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Tecnologías validadas

Horno mejorado

Horno tradicional

Fogon tradicional

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Cocina mejorada


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Periodo de evaluación Las pruebas en condiciones controladas, se realizaron en ambientes cerrados aunque no herméticamente del laboratorio de CER -UNI, con las siguientes dimensiones: 2.5 m x 3.0 m x 2.50 m de ancho, largo y altura respectivamente.

Periodo de Evaluación Fecha Del 16 al 20 de abril del 2012 Del 05 al 11 de junio del 2012

Tecnología

Horno mejorado horno tradicional

y

Cocina mejorada con horno CECADE y fogón tradicional

El laboratorio se encuentra ubicado a 160 m de altitud cuyas coordenadas GPS (sistema de posicionamiento global), son latitud de 07º 17.065´, longitud de 079º 18.854´ y temperatura ambiente promedio de 22 ºC.

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Resultados: Prueba de Hornos El tiempo necesario para el precalentamiento (170 ºC) del horno mejorado es de 43 minutos mientras que del prototipo de horno tradicional es de 68 minutos. Se muestra una reducción de 25 minutos (37% en ahorro de tiempo) respecto del horno tradicional. Grafica 1: Consumo de leña con el horno mejorado y tradicional

Asimismo al cocinar diferentes tipos de alimentos existe una reducción en consumo de combustible de 49% al cocinar carnes y 63% al hornear harinas (queques y pan) y tubérculos.

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Resultados: Prueba de Hornos De la prueba de niveles de concentración promedio de CO y PM 2.5 durante los procesos de cocción de alimentos, se tiene que el horno mejorado reduce en promedio 97% de CO y entre 75% - 100% la concentración de PM2.5, respecto del horno tradicional. Gráfica 2: Concentración de PM 2.5 y CO durante la prueba de horneado de harinas en horno tradicional

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Gráfica 3: Concentración de PM 2.5 y CO durante la prueba de horneado de harinas en horno mejorado.


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Resultados: Prueba de Hornos De la prueba de registro de temperaturas se tiene que el horno tradicional muestra temperaturas a más de 100ºC respecto del horno mejorado, realizando el mismo proceso y cantidad de cocción de alimento. Al comparar las graficas se observa una ventaja del horno tradicional de conservar más tiempo el calor, esto debido a las propiedades térmicas de los materiales utilizados para la construcción de los prototipos. Grafica 4: Comportamiento térmico en el horno mejorado (horneando tubérculos)

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Grafica 5: Comportamiento térmico en el horno tradicional (horneando tubérculos)


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Resultados: Prueba de cocinas 4

La cocina mejorada CECADE , reduce en promedio el tiempo de hervido del agua en 7 minutos respecto al fogón de tres piedras. Esta disminución de tiempo, también puede interpretarse como un ahorro en consumo de leña. Grafica 6: Consumo de leña con el horno mejorado y tradicional

4. Cocina mejorada con horno del Centro de Capacitación para el Desarrollo – CECADE 29/11/2012


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Resultados: Prueba de cocinas La eficiencia térmica en inicio frio (a temperatura ambiente) la cocina mejorada logra una eficiencia térmica de 18%. Por otro lado la cocina mejorada con horno reduce el consumo de leña en 10%, respecto del fogón tradicional. Grafica 7: Eficiencia Térmica de las Cocinas Evaluadas en Laboratorio

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Resultados: Prueba de cocinas De la prueba de los niveles de concentración de polución intradomiciliaria en la fase de inicio frio la cocina mejorada, reduce en 60% la concentración de CO en el interior del ambiente y en 77% la concentración de PM 2.5, respecto de un fogón tradicional. Grafica 8: Concentración de PM2.5 y CO en el interior del ambiente con fogón tradicional

Grafica 9: Concentración de PM 2.5 y CO en el interior del ambiente con cocina mejorada CECADE

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Resultados: Prueba de cocinas Además de las pruebas antes descritas, se realizo varios ensayos para poder analizar el aprovechamiento de energía del horno de la cocina mejorada, las cuales se detallan a continuación:

• Caso A: Prueba de cocción controlada del horno simulando en paralelo el hervido de agua en la cocina mejorada •

Caso B: Simulación de cocinado (1 hora) y aprovechamiento de energía en la cámara de cocción del horno (5L de agua)

•

Caso C. Cocción de alimentos independiente solo en horno de la cocina mejorada. 29/11/2012


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Resultados: Prueba de cocinas Los resultados de las 3 pruebas realizadas se tiene usando ambas tecnologías (cocina y horno) en paralelo se ahorra hasta en 60% el consumo de combustible. Asimismo se muestra un ahorro de 56% en consumo especifico de combustible (gramos de leña por kilogramo de alimento). Ambos resultados para cocinar 1.500 kg de pollo. Sumado a esta economía se tiene el ahorro de tiempo para cocinar varios alimentos al mismo tiempo y por ende con menor cantidad de leña.

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Resultados: Prueba de cocinas De la prueba de registro de temperaturas se tiene que al tener prendido solo el horno de la cocina CECADE, el incremento de temperatura en los diferentes puntos se tiene que en promedio la razón de precalentamiento es de 10°C /min. Por otro lado se tiene que los puntos que mejor aprovechan el calor generado es: la cámara de cocción llegando a picos de 223.5°C, seguida de la parte frontal del horno con temperatura picos de 230.9°C, y l a temperatura de la parte posterior de la cámara de cocción con temperaturas de hasta 204.8°C como máxima. 29/11/2012


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Recomendaciones A partir de los resultados obtenidos en la evaluación comparativa de los prototipos de hornos, cabe resaltar que los ensayos experimentales se han desarrollado en condiciones controladas de laboratorio y en periodos de tiempos cortos. Esta situación no corresponde a la aplicación real por parte de los usuarios, motivo por el cual sería significativo realizar pruebas de comportamiento térmico de ambos prototipos en tiempos prolongados para obtener resultados comparativos más cercanos a la realidad . En cuanto a la evaluación de la cocina mejorada, y revisando la literatura existente al respecto, el ahorro evidenciado de 10% es bastante menor al estado del arte. Sin embargo, aplicando principios internacionales de diseño de cocinas mejoradas como los desarrollados por Baldwin (1987), el ahorro de combustible y a su vez la tala de árboles serían mayores y con ello la preservación de bosques. 29/11/2012


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Bibliografía [1] World Meteorological Organization, Commission for Climatology, 2001. [2] Fuente INEI 2007, Censo Nacional XI de Población y VI de vivienda. [3] WINIARSKI, Larry. Aprovecho Research Center, Partnership for Clean Indoor Air (PCIA), Design Principles for Wood Burning Cook Stoves (Principios de diseño para estufas de cocción con leña). Shell Foundation, junio del 2005, pág. 7. [4] Departamento de ciencias, Sección química, Laboratorio de Análisis Pontificia Universidad Católica del Perú. [5]

Samuel F. Baldwin, BIOMASSA STUFE: SVILUPPO DI, E DISSEMMINATION, EE.UU.

ENGINEERING

IL

Químico, DISEGNO,

[6] Servicio Nacional de Capacitación para la Industria de la Construcción para la Evaluación y Certificación de Cocinas Mejoradas, aprobado por el Consejo Directivo Nacional del SENCICO, en su sesión Nº988, del 19 de agosto del 2009. [7] Rob Bailis, Damon Ogle, Nórdica MacCarty y Dean Still con aportes de Kirk R.Smith y Rufus Edwards - para el Centro de Energía y Programa de Salud, Fundación, Prueba de Hervor de Agua (WBT).

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MUCHAS GRACIAS!... Lic. Verónica Pilco Mamani [email protected] Proyecto ENDEV/GIZ Perú Ing. Rafael Espinoza Paredes Centro de Energias Renovables UNI Página23

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