cocina mejorada leña

XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV - SPES), Puno, 14 -19.11.201229/11/2012

AHORRO DE LEÑA, DISMINUCIÓN DE LAPOLUCIÓN INTRADOMICILIARIA Y A LA

CONSERVACIÓN DE BOSQUES, MEDIANTEEL EMPLEO DE COCINAS Y HORNOS

MEJORADOS VALIDADOS.

Proyecto“Energía, Desarrollo y Vida EnDev”

Verónica Jesús Pilco MamaniRafael Espinoza Paredes

Contenido

1. Introducción

2. Marco teórico2.1. Partes y funciones de una cocina mejorada2.2. Mecanismos de transferencia de calor

3. Pruebas de evaluación3.1. Protocolos de evaluación de cocinas y hornos mejorados3..2. Variables calculadas3.3. Tecnologías evaluadas3.4. Periodo de evaluación

4. Resultados4.1 Resultados de evaluación de hornos4.2. Resultados de evaluación de cocinas

5. Recomendaciones

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

Introducción

Presentación de empresa 201229/11/2012

A nivel mundial, se sabe que los mayores consumidores de leña son África yAsia. Entre los países de América Latina, los principales consumidores sonGuatemala, Honduras, Nicaragua, El Salvador, Brasil, Bolivia y Perú. Esteúltimo, según el XI Censo de población y VI de vivienda 2007, señala que, anivel nacional, 2 millones 36 mil 901 hogares (30.2%) usan leña paracocinar, seguida de la bosta con doscientos 82 mil 660 hogares (4.2%) y elcarbón con 170 mil 643 hogares (2.5%).

La utilización de leña afecta mucho la economía de las familias que utilizanfogones 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 ennuestro país es importante que se busquen técnicas de conservación deeste combustible.1 World Meteorological Organization, Commission for Climatology, 2001

2 Fuente INEI 2007, Censo Nacional XI de Población y VI de vivienda

2

1


Marco teórico:Partes y funciones de una cocina mejorada

29/11/2012

Partes Descripción y/o concepto

Cámara deCombustión

Permite concentrar y dirigir el fuego hacia las ollas durante lacombustión. Se presenta de diferentes formas, habitualmente semonta con un recubrimiento de aislante exterior.

ParrillaMetálica

Este componente cumple dos funciones, en la parte superiorsostiene la leña y en la parte inferior permite la circulación de aire.

Conductos yHornillas

Entre hornillas consecutivas se hallan ductos que permiten lacirculación del flujo de aire y gases calientes. Esto permiteaumentar la turbulencia y dirigir el flujo del aire caliente hacia lasollas y los gases de combustión hacia la chimenea.

Losa ó plancha Presentan orificios denominadas hornillas, donde se insertan ócolocan las ollas.

Chimenea 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 decombustión y evacuar el humo al exterior del ambiente.


Mecanismos de transferencia de calor en la cocina mejoradaevaluada: radiación

29/11/2012

La radiación en la cocina mejorada seemite en varias direcciones:• desde el combustible y las flamas del

fuego hacia las ollas,• de las flamas del fuego al

combustible, para mantener lacombustión;

• del combustible y las flamas a lasparedes internas de la cámara decombustión,

• de los conductos y hornillas hacia lasollas y

• desde la superficie de las ollas haciael medio ambiente.


Marco teórico:

Mecanismos de transferencia de calor en la cocinamejorada evaluada: conducción

29/11/2012

La transferencia de calor por conducciónen las cocinas mejoradas ocurre a travésde las paredes internas de la cocina(cámara de combustión, hornillas yconductos) y a través de las paredes de laolla hacia su contenido.


Marco teórico:

/11/2012

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

La transferencia de calor por convecciónocurre cuando los gases de combustiónfluyen por una superficie de diferentetemperatura y luego intercambianenergía calorífica por conducción.

Mecanismos de transferencia de calor en la cocinamejorada evaluada: convección


Marco teórico:

Prueba de hervido de agua (WBT)

Es una prueba de laboratorio, sirve para evaluar la eficiencia térmica de la cocinay obtener datos fiables sobre su comportamiento. La prueba consiste en tresfases: 1) hervir 5 L de agua en inicio frío; 2) hervir 5 L de agua en inicio caliente; y3) mantener el agua caliente a fuego lento.

Es una prueba de laboratorio, sirve para evaluar la eficiencia térmica de la cocinay obtener datos fiables sobre su comportamiento. La prueba consiste en tresfases: 1) hervir 5 L de agua en inicio frío; 2) hervir 5 L de agua en inicio caliente; y3) mantener el agua caliente a fuego lento.

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

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

Prueba de polución IntradomiciliariaEs una prueba de laboratorio y/o campo. Nos permite medir los niveles de lasconcentraciones de CO y PM2.5 en un proceso de cocinado real, realizado por lasfamilias preparando una comida local.

Es una prueba de laboratorio y/o campo. Nos permite medir los niveles de lasconcentraciones de CO y PM2.5 en un proceso de cocinado real, realizado por lasfamilias preparando una comida local.

Pruebas de evaluación de cocinas y hornosProtocolos de evaluación

3. Protocolos originales elaborados por Rob Bailis con la participación de Kirk R. Smith y Edwards Rufus, Energía en el hogar y elPrograma de la Salud para la Fundación Shell. Actaualmente adaptados por el SENCICO.

3

Combustible seco Consumido (fcd):Combustible seco Consumido (fcd):

Variables calculadas de laspruebas realizadas

Combustible Consumido (fcm):Combustible Consumido (fcm):

cfcicm fff

Cambio Neto de las Cenizas (ΔCc):Cambio Neto de las Cenizas (ΔCc):

kCC cc

Duración de la Prueba (Fase) (Δtc):Duración de la Prueba (Fase) (Δtc):

cicftc tt

Eficiencia Térmica:Eficiencia Térmica:

LHVf

WTTPPh

cd

cvj jcijcfjjci

c

2260186,44

1

Consumo Específico de Combustible(SCc )Consumo Específico de Combustible(SCc )

Agua Evaporada (Wcv):Agua Evaporada (Wcv):

4

1j jfji PPWcv


Concentración de COConcentración de PM2.5

Concentración de COConcentración de PM2.5

/11/2012

Hornotradicional

Hornomejorado

Fogontradicional

Cocinamejorada

Tecnologías validadas


Fecha TecnologíaDel 16 al 20de abril del2012

Horno mejorado yhorno tradicional

Del 05 al 11de junio del2012

Cocina mejorada conhorno CECADE y fogóntradicional

29/11/2012

Las pruebas en condicionescontroladas, se realizaron enambientes cerrados aunqueno herméticamente dellaboratorio de CER -UNI, conlas siguientes dimensiones:2.5 m x 3.0 m x 2.50 m deancho, largo y alturarespectivamente.

Periodo de Evaluación

Periodo de evaluación

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


/11/2012

Resultados: Prueba de Hornos

Asimismo al cocinardiferentes tipos dealimentos existe unareducción en consumode combustible de 49%al cocinar carnes y 63%al hornear harinas(queques y pan) ytubérculos.

Grafica 1: Consumo de leña con el horno mejorado y tradicional

El tiempo necesario para el precalentamiento (170 ºC) del horno mejorado esde 43 minutos mientras que del prototipo de horno tradicional es de 68minutos. Se muestra una reducción de 25 minutos (37% en ahorro detiempo) respecto del horno tradicional.


De la prueba de niveles de concentración promedio de CO y PM2.5 durantelos procesos de cocción de alimentos, se tiene que el horno mejoradoreduce en promedio 97% de CO y entre 75% - 100% la concentración dePM2.5, respecto del horno tradicional.

29/11/2012

Gráfica 2: Concentración de PM2.5 y CO durante laprueba de horneado de harinas en horno tradicional

Gráfica 3: Concentración de PM2.5 y CO durante laprueba de horneado de harinas en horno mejorado.



/11/2012

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

Grafica 4: Comportamiento térmico en el horno mejorado(horneando tubérculos)

De la prueba de registro de temperaturas se tiene que el horno tradicionalmuestra temperaturas a más de 100ºC respecto del horno mejorado, realizandoel mismo proceso y cantidad de cocción de alimento.Al comparar las graficas se observa una ventaja del horno tradicional deconservar más tiempo el calor, esto debido a las propiedades térmicas de losmateriales utilizados para la construcción de los prototipos.



/11/2012

Resultados: Prueba de cocinas

Grafica 6: Consumo de leña con el horno mejorado y tradicional

La cocina mejorada CECADE , reduce en promedio el tiempo de hervidodel agua en 7 minutos respecto al fogón de tres piedras.Esta disminución de tiempo, también puede interpretarse como unahorro en consumo de leña.

4


4. Cocina mejorada con horno del Centro de Capacitación para el Desarrollo – CECADE

/11/2012


Grafica 7: Eficiencia Térmica de las Cocinas Evaluadas en Laboratorio

La eficiencia térmica en inicio frio (a temperatura ambiente) la cocinamejorada logra una eficiencia térmica de 18%. Por otro lado la cocinamejorada con horno reduce el consumo de leña en 10%, respecto delfogón tradicional.


/11/2012

De la prueba de los niveles de concentración de polución intradomiciliaria enla fase de inicio frio la cocina mejorada, reduce en 60% la concentración deCO en el interior del ambiente y en 77% la concentración de PM2.5, respectode un fogón tradicional.

Grafica 8: Concentración de PM2.5 y CO en el interior delambiente con fogón tradicional

Grafica 9: Concentración de PM2.5 y CO en el interior delambiente con cocina mejorada CECADE



/11/2012


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

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

• Caso C. Cocción de alimentos independiente solo en horno de lacocina mejorada.

Además de las pruebas antesdescritas, se realizo variosensayos para poder analizar elaprovechamiento de energía delhorno de la cocina mejorada, lascuales se detallan acontinuación:


/11/2012

Los resultados de las 3 pruebas realizadas se tiene usando ambastecnologías (cocina y horno) en paralelo se ahorra hasta en 60% elconsumo de combustible.

Asimismo se muestra un ahorro de 56% en consumo especifico decombustible (gramos de leña por kilogramo de alimento). Ambosresultados para cocinar 1.500 kg de pollo.

Sumado a esta economía se tiene el ahorro de tiempo para cocinar variosalimentos al mismo tiempo y por ende con menor cantidad de leña.



/11/2012

De la prueba de registro detemperaturas se tiene que al tenerprendido solo el horno de la cocinaCECADE, el incremento detemperatura en los diferentes puntosse tiene que en promedio la razón deprecalentamiento es de 10°C /min.

Por otro lado se tiene que los puntosque mejor aprovechan el calorgenerado es: la cámara de cocciónllegando a picos de 223.5°C, seguidade la parte frontal del horno contemperatura picos de 230.9°C, y latemperatura de la parte posterior de lacámara de cocción con temperaturasde hasta 204.8°C como máxima.



A partir de los resultados obtenidos en la evaluación comparativa de losprototipos de hornos, cabe resaltar que los ensayos experimentales sehan desarrollado en condiciones controladas de laboratorio y enperiodos de tiempos cortos. Esta situación no corresponde a laaplicación real por parte de los usuarios, motivo por el cual seríasignificativo realizar pruebas de comportamiento térmico de ambosprototipos en tiempos prolongados para obtener resultadoscomparativos más cercanos a la realidad.

29/11/2012

En cuanto a la evaluación de la cocina mejorada, y revisando la literaturaexistente al respecto, el ahorro evidenciado de 10% es bastante menoral estado del arte. Sin embargo, aplicando principios internacionales dediseño de cocinas mejoradas como los desarrollados por Baldwin(1987), el ahorro de combustible y a su vez la tala de árboles seríanmayores y con ello la preservación de bosques.

Recomendaciones


[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 paraestufas de cocción con leña). Shell Foundation, junio del 2005, pág. 7.

[4] Departamento de ciencias, Sección química, Laboratorio de Análisis Químico,Pontificia Universidad Católica del Perú.

[5] Samuel F. Baldwin, BIOMASSA STUFE: ENGINEERING IL DISEGNO,SVILUPPO DI, E DISSEMMINATION, EE.UU.

[6] Servicio Nacional de Capacitación para la Industria de la Construcción para laEvaluación y Certificación de Cocinas Mejoradas, aprobado por el ConsejoDirectivo 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 KirkR.Smith y Rufus Edwards - para el Centro de Energía y Programa de Salud,Fundación, Prueba de Hervor de Agua (WBT).

29/11/2012

Bibliografía

MUCHAS GRACIAS!...

Lic. Verónica Pilco [email protected]

Proyecto ENDEV/GIZ Perú

Ing. Rafael Espinoza Paredes

Centro de Energias Renovables -UNI

cocina mejorada leña

Documents