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Perspectiva ambiental de las cocinas solares
en la zona altoandina de Tacna
Hugo Torres Muro, Carlos Polo Bravo, Orlando López Cornejo, Boris Milla Taco
PERSPECTIVA AMBIENTAL
DE LAS COCINAS SOLARES
EN LA ZONA ALTOANDINA DE TACNA
Primera edición
Enero, 2012
Lima - Perú
© Hugo Torres MuroCarlos Polo BravoOrlando López CornejoBoris Milla Taco
PROYECTO LIBRO DIGITAL
PLD 0505
Editor: Víctor López Guzmán
http://www.guzlop-editoras.com/[email protected] [email protected] facebook.com/guzlopstertwitter.com/guzlopster428 4071 - 999 921 348Lima - Perú
PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD)
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de investigación de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electró-nicas recomendadas.• Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales y mejorar la sustentación de sus presupuestos anuales en el Congreso.
En el aspecto legal:• Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edición digital, sin perder su autoría, permitiendo que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita.• Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versión digital.
Lima - Perú, enero del 2011
“El conocimiento es útil solo si se difunde y aplica” Víctor López Guzmán Editor
X Simposio Peruano de Energía Solar
PERSPECTIVA AMBIENTAL DE LAS COCINAS SOLARES EN LA ZONA ALTOANDINA
DE TACNA
Hugo Torres Muro, Carlos Polo Bravo, Orlando López Cornejo, Boris Milla Taco
Departamento Académico de Física – Centro de Energías Renovables de Tacna (CERT), Facultad de Ciencias -
Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, Ciudad Universitaria Av. Miraflores s/n - Tacna – Perú,
Telefax: 52 – 88 30 00 Anexo 2101, e-mail: [email protected]
RESUMEN
En las zonas rurales del Perú, el uso de la leña como fuente primaria de energía representa una fracción muy
importante de todas las necesidades energéticas de la población; y su escasez es cubierta en muchos casos por el
uso de la bosta y la yareta; lo que perjudica el rendimiento de las tierras de cultivo y la economía de dichas
poblaciones.
La población altoandina de Tacna, en su gran mayoría usan la leña, la bosta y la yareta como fuentes primarias
de energía, para múltiples aplicaciones domésticas y artesanales como la preparación de sus alimentos y el teñido
de lana; esto ocasiona emisión de CO2 por combustión, exacerbando las enfermedades respiratorias, la
contaminación atmosférica, degradación de los suelos y sus consecuencias globales.
El uso de la leña, en cocinas tradicionales (de tres piedras) para preparar alimentos, produce una fuerte presión
sobre los bosques de Q’eñuales primarios de la zona altoandina de Tacna, esto se agrava por la baja eficiencia
térmica de estas cocinas tradicionales lo que significa mayor demanda de combustible y mayor velocidad de
deforestación de estos bosques. El uso de la leña, la bosta y la yareta, como fuentes primarias de energía es un
factor importante que impide un desarrollo sostenible de las comunidades altoandinas de Tacna, agravando el
problema de la extrema pobreza.
El trabajo de investigación tiene como objetivo proporcionar información que permita determinar el impacto
social, ambiental y económico que produciría el uso de Cocinas Solares en la zona objetivo, y determinar la
cantidad de CO2 que se dejaría de emitir a la atmósfera con el uso de esta tecnología limpia en aplicaciones
domésticas y artesanales en la zona altoandina de Tacna.
La demanda de leña para cocinar en la provincia de Tarata es de 960 T/a lo cual está emitiendo a la atmósfera
1728 T/a. y la cantidad máxima de CO2 que se puede dejar de emitir a la atmósfera en la provincia de Tarata,
con el uso de cocinas solares SK12, SK14 sustituyendo al fuego de tres piedras equivale a 2 614,2 T/a.
Desde el punto de vista de la perspectiva ambiental que tienen las cocinas solares, los resultados obtenidos nos
permiten concluir que su aplicación masiva es una alternativa de solución para la crisis de la leña en la zona
altoandina de Tacna, que permitirá revertir la situación actual causando impactos positivos significativos, como
la reducción de la deforestación, reducción de la migración y extinción de especies, disminución de
enfermedades respiratorias, reducción de la degradación de los suelos, mejoras en la calidad de la dieta
alimenticia y por lo tanto una mejor calidad de vida de la población.
X Simposio Peruano de Energía Solar
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En las zonas rurales del Perú, el uso de la leña
como fuente primaria de energía representa una
fracción muy importante de todas las necesidades
energéticas de la población; y su escasez es cubierta
en muchos casos por el uso de la bosta y la yareta.
La población altoandina de Tacna, en su gran
mayoría usan la leña, la bosta y la yareta como
fuentes primarias de energía, para múltiples
aplicaciones domésticas y artesanales como la
preparación de sus alimentos y el teñido de lana;
esto ocasiona emisión de CO2 por combustión,
exacerbando la contaminación atmosférica y sus
consecuencias globales. Esta práctica ancestral,
produce también una fuerte presión sobre los
bosques de Queñua primarios, particularmente en la
provincia de Tarata y Candarave. Esto se agrava
por la baja eficiencia térmica de estas cocinas lo
que significa mayor demanda de combustible y por
lo tanto mayor deforestación. La deforestación y
desertización por la tala indiscriminada de bosques
produce pérdida de ecosistemas y extinción de
algunas especies.
El uso de la bosta como fuente de energía primaria
produce una pérdida de fertilidad de las tierras en
donde se encuentran ubicados los pastos naturales
que sirven de alimento a los camélidos
sudamericanos y otros tipos de ganadería, que
constituyen la principal fuente de ingresos
económicos de las comunidades involucradas. La
quema de estiércol agota la fertilidad de la tierra,
baja el rendimiento de las cosechas, y contribuye al
esparcimiento del hambre, la migración de la gente
y de los rebaños a tierra más habitable o a ciudades
ya sobre pobladas.
2. METODOLOGÍA
La reforestación, el uso de fuentes renovables de
energía y la conservación de combustibles, son los
tres métodos que ofrecen soluciones posibles a la
crisis global de la energía en general y a la crisis de
la leña en particular.
En la actualidad se ha conseguido una solución
tecnológica para que en una media de 250 días al
año la cocción de alimentos sea limpia y sin
malgastar leña. Nos referimos a la solar. Existen
diferentes tecnologías, pero en todas ellas se
obtienen temperaturas idóneas para la cocción
saludable de los alimentos.
La energía solar como fuente de energía que
sustituya a la leña, representa un aporte importante
en los programas para combatir la deforestación y
desertificación.
2. ACTIVIDADES REALIZADAS
•
•
•
•
•
•
Visita de inspección a los lugares afectados por
la extracción de leña.
Encuestas para determinar el perfil de
extracción, consumo y comercialización de
leña.
Estimación de la cantidad de CO2 que se emite a
la atmósfera por el uso de la leña en la zona de
estudio.
Evaluación de la eficiencia térmica de la cocina
solar en la zona de estudio.
Estimación de la cantidad de CO2 que se dejaría
de emitir con el uso de cocinas solares
parabólicas SK14
Demostraciones del manejo y mantenimiento
de la cocina, preparación de alimentos, tiempo
de cocción. etc.
2.2. ESTIMACIÓN DE LA EMISIÓN DE CO2
PRODUCIDO POR EL USO DE LEÑA
En la determinación de la demanda de leña, como
fuente de energía primaria para aplicaciones
domésticas y artesanales en la zona altoandina de
Tacna, provincia de Tarata a partir de las encuestas
realizadas, se han obtenido los siguientes
resultados,
X Simposio Peruano de Energía Solar
*Cantidad que consumen por mes/familia (1 carga
es igual a 40 Kg) : 320 kg
*Total de leña que se consume por mes (250
familias) : 80 000 kg
*Total de leña que se consume por año (250
familias) : 960 000 kg
*Costo de la leña: S/. 0,50 kg
*Costo de leña por mes: S/. 40 000
*Costo de leña por año: S/. 480 000
*Comercialización: un 30 % de los encuestados
compran leña y un 70 % consigue su propia leña.
*Existen pocos intermediarios.
*Los tiempos promedios que utilizan para
conseguir la leña son entre 3 a 6 horas, por que los
lugares de extracción cada vez están más lejos del
pueblo, a más de 10 km.
Si considerando que 01 tonelada de leña al ser
quemada produce 1,83 toneladas de CO2,
podemos estimar la cantidad de CO2 que se está
emitiendo a la atmósfera en la provincia de
Tarata, teniendo en cuenta la demanda de leña
calculada a partir de las encuestas equivalentes a
960 T/a, entonces obtenemos que la cantidad de
CO2 emitida por el uso de la leña para cocinar
alimentos en la zona de estudio es de 1756,8 T/a.
2.3. ESTIMACIÓN DE LA CANTIDAD DE
CO2 QUE SE DEJA DE EMITIR POR
EL USO DE COCINAS SOLARES
Para estimar las cantidades de CO2 que se dejarán
de emitir a la atmósfera por el uso de las cocinas
solares parabólicas, en la zona alto andina de Tacna
se debe considerar según el Ing. Dieter Seifert
(1998), lo siguiente:
Datos de la Cocina Solar tipo SK12, (SK14,
SK98 ): Diámetro, D = 1,4 m; Eficiencia, η
= 50 %
Energía Solar máxima (directa) anual a la
Sk12 continuamente orientada al sol: Emax =
3110 kWh/m2/a
Apertura A de la cocina SK12, con
seguimiento, latitud 18 o es 1,5 m2
Energía efectiva de una cocina SK12: En =
Emax A η = 2333 kWh/a
Poder Calorífico de la leña: H = 15000
kJ/kg = 4,17 kWh/kg
Rendimiento del fuego a tres piedras: ηl =
0,05
Energía efectiva de 1 kg. de leña: Enl = H ηl
= 0,21 kWh/kg
Equivalencia máxima de leña por SK12: mmax
= Emax/En1 = 11 196 kg/a
Emisión de CO2 de la equivalencia máxima:
Mmax. CO2 = mmax (1,83) = 20 488,68 kg de
CO2/año (considerando que 4 T de leña emite
a la atmósfera 7,32 T de CO2)
La cantidad máxima de CO2 que se dejará de
emitir a la atmósfera con el uso de una cocina
solar SK12 continuamente orientada,
sustituyendo al el fuego de tres piedras es:
Mmax = 20 488,68 kg/a
La cantidad de CO2 que se puede dejar de emitir a
la atmósfera en forma directa con el uso de una
cocina solar SK12 común suponiendo un uso de
2000 horas por año (10 h/d durante 200 días del
año) se obtiene con los siguientes parámetros:
Temporada T del uso anual: 2000 h/a
Potencia N de la cocina solar SK12: 0,6 kW
Energía solar máxima para un tiempo de 10
h/d expuestas al sol ( de 8 h a 17 h): E max2 = 1
600 kWh/m2a
Energía efectiva de la cocina SK12: En2 =
Emax2 A η = 1200 kWh/a
Equivalencia de leña por SK12: m2 = En2/En1
= 5 714,3 kg/a
X Simposio Peruano de Energía Solar
La cantidad de CO2 que se puede dejar de
emitir con una cocina solar parabólica SK12
común, expuesta 10 h/d al sol es: m2. CO2 =
m2 1,83 = 10 456,6 kg de CO2/a
Extendiendo estos resultados para el caso de Tarata,
en dónde existe una población estimada de 1 250
habitantes para el año 2000 (según datos del INEI)
y considerando que cada familia está conformada
por 5 personas, se tiene que la cantidad máxima de
CO2 que se puede dejar de emitir a la atmósfera
con el uso de cocinas solares SK12 por 250
familias de Tarata es de 2 614,2 T/a
2.4. EVALUACIÓN TÉCNICA DE LA
COCINA SOLAR PARABÓLICA SK14
Se ha realizado teniendo en cuenta el protocolo de
ensayos de RICSA, por lo tanto se ha considerado
como carga 01 litro de agua, se ha tomado la
medida de la variación de la temperatura ambiente
y la temperatura del agua con respecto del tiempo.
Se han obtenido los siguientes resultados:
La temperatura del agua aumenta rápidamente,
llegando a hervir el agua en 18 minutos a los 90
ºC, la temperatura ambiente no tiene cambios
bruscos durante el tiempo de evaluación. La
temperatura del agua asciende progresivamente
hasta alcanzar 90 º C. Para hervir 2 litros de agua
tarda 24 minutos.
2.5. IDENTIFICACIÓN Y VALORACIÓN
CUALITATIVA DE IMPACTOS
AMBIENTALES
En la Identificación de impactos ambientales se ha
considerado los impactos producidos por la
extracción de la leña, por el uso de la leña para
cocinar, y los posibles impactos ambientales que
producirán el uso de las cocinas solares parabólicas
SK12. En los diagramas de redes que se mostrarán
a continuación hay que considerar que el color rojo
indica un impacto negativo importante, el color
amarillo indica un impacto negativo moderado y el
color verde indica un impacto positivo importante y
el color celeste un impacto positivo moderado. Los
números romanos que aparecen en los diagramas de
redes indican lo siguiente: I Alteraciones en el
Medio Físico; II Alteraciones en el Medio Biótico y
III Alteraciones en el medio Socio Cultural.
VARIACIO N DE LA TEMPERATURA AMBIENTE, TEMPERATURA DEL AGUA CO N
RESPECTO AL TIEMPO
0
20
40
60
80
100
10:46 10:50 10:54 10:58 11:02 11:06 11:10
Tiempo (min)
Tem
pera
tura
(ºC
)
Tem. del agua (ºC)Tem. Ambiente (ºC)
X Simposio Peruano de Energía Solar
DIAGRAMA DE REDES DE IMPACTOS AMBIENTALES EN LA EXTRACCION DE LEÑA EN
LA ZONA ALTOANDINA DE TACNA
III
-------------------------------------------------------------------------------------------------
II
-------------------------------------------------------------------------------------------------
I
DETERIORO CALIDAD DE VIDA
CAMBIO USO DEL SUELO
DESERTIZACION
MIGRACION POBLACIONAL
REDUCCION OPORTUNIDADES ECONOMICAS
ESPECIES EN EXTINCION
EROSIÓN DE SUELOS
PÈRDIDA FERTILIDAD DE SUELOS
ALTERACION DE LA COMPOSICION DE LOS SUELOS
ALTERACIÓN DEL PAISAJE
EXTRACCIÓN DE LEÑA
DEFORESTACIÓN REDUCCION DE FLORA, FAUNA TERRESTRE
MIGRACION ESPECIES
MENOR OPORTUNIDAD PROYECTOS DE DESARROLLO
CONFLICTO AMBIENTE COMUNIDAD
X Simposio Peruano de Energía Solar
DIAGRAMA DE REDES DE IMPACTOS AMBIENTALES DEL USO DE LA LEÑA PARA COCINAR
EN LA ZONA ALTOANDINA DE TACNA
III
-------------------------------------------------------------------------------------------------
II
IES
ENFERMEDADES RESPIRATORIAS
PERDIDA DE EMPLEO
BAJA CALIDAD DE VIDA
PERDIDA DE ECOSISTEMAS
MIGRACION DE ESPEC DEFORESTACION
CONTAMINACION EN INTERIORES
CONTAMINACION ANTMSFÉRICA
EXTICIÓN DE ESPECIES
MENOS OPORTUNIDAD PROYECTOS DESARROLLO
VARIACIONES FISICO QUIMICAS DEL AIRE
EMISIÓN DE HUMOS EN INTERIORES
I
USO DE LEÑA
PARA COCINAR
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DIAGRAMA DE REDES REDUCIDA DE POSIBLES IMPACTOS AMBIENTALES PRODUCIDO
POR EL USO DE COCINAS SOLARES EN LA ZONA ALTOANDINA TACNA
OPORTUNIDAD DE TRABAJO
USO DE COCINAS SOLARES PARA
COCINAR
REDUCCION DE LA DEFORESTACION
REDUCCION DE LA CONTAMINACIÓN EN INTERIORES
INCREMENTO NATURAL DE OXIGENO
REDUCCION DE MIGRACION Y EXTINCIÓN DE ESPECIES
REDUCCION ENFERMEDADES RESPIRATORIAS
REDUCCION DEL EFECINVERNADERO
TO
REDUCCION DE DEGRDACION DE SUELOS
MEJORA EN CALIDAD DE VIDA
REDUCCION DE LA DESERTIFICACION
X Simposio Peruano de Energía Solar
3. RESULTADOS
3.1. EMISIÓN DE CO2 POR EL USO DE
LA LENA, EN TARATA.
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La demanda de leña calculada a partir de las
encuestas asciende a 960 T/a
La cantidad de CO2 que se está emitiendo a la
atmósfera por el uso de la leña para cocinar es
de 1756,8 T/a.
3.2. CANTIDAD DE CO2 QUE SE
DEJARÍA DE EMITIR CON EL USO
DE LAS COCINAS SOLARES SK12
(SK14)
La cantidad máxima de CO2 que se dejará de
emitir a la atmósfera con el uso de una cocina
solar SK12(SK14), continuamente orientada,
sustituyendo al el fuego de tres piedras es:
Mmax = 20 488,68 kg/a
La cantidad de CO2 que se puede dejar de
emitir con una cocina solar parabólica SK12
común, expuesta 10 h/d al sol es: m2. CO2 =
m2 1,83 = 10 456,6 kg de CO2/a
La cantidad de CO2 que se puede dejar de
emitir a la atmósfera con el uso de cocinas
solares SK12 por 250 familias de Tarata es
de 2 614,2 T/a
3.3. EFICIENCIA DE LA COCINA SOLAR
PARABOLICA SK12
Durante la evaluación de la cocina parabólica la
radiación solar ha sido favorable, con valores
superiores a los 700 W/m2 establecidos para
realizar las evaluaciones. La eficiencia de la cocina
solar parabólica es del 47,64 %, bajo condiciones
de temperatura y presión para los 3 500 m s n m de
altura a la que se encuentra la provincia de Tarata.
4. CONCLUSIONES
La fuerte demanda de leña esta causando una
serie de impactos ambientales, económicos y
sociales en la población de la zona de estudio,
que contribuye a incrementar los bajos niveles
de calidad de vida de las comunidades en
estudio.
Los impactos ambientales más importantes son
sobre los ecosistemas, flora, fauna lo cual está
provocando que exista una creciente migración
y extinción de especies, así como una paulatina
pero constante degradación de los suelos por
erosión causada por las lluvias principalmente.
El uso de leña para cocinar sus alimentos causa
impactos negativos importantes en la población,
sobre todo en aquellas personas que se
encuentran la mayor parte del tiempo en la
cocina, esto deberá ser verificado a través de un
estudio epidemiológico detallado.
La introducción de cocinas solares parabólicas
SK12, SK14 o SK98 pueden ser una alternativa
de solución para solucionar la crisis de la leña
que está ocurriendo en la zona altoandina de
Tacna, permitirá revertir la situación actual y
además causará impacto positivos
considerables, como la reducción de la
deforestación, reducción de la migración y
extinción de especies, reducción de
enfermedades respiratorias, reducción de la
degradación de los suelos, mejoras en la calidad
de la dieta alimenticia y por lo tanto una mejor
calidad de vida de la población.
Es necesario realizar un estudio detallado de los
impactos que sobre las especies de flora y fauna
tiene la extracción de la leña, particularmente de
la Queñua, en la zona altoandina de Tacna.
Es necesario que las municipalidades y los
gobiernos regionales consideren en sus planes
estratégicos de desarrollo la implementación de
X Simposio Peruano de Energía Solar
un programa de capacitación y difusión para el
uso masivo de las cocinas solares en la zona
altoandina de Tacna, no sólo de las cocinas
parabólicas SK sino también de las cocinas
solares tipo caja y de las cocinas mejoradas, de
acuerdo al la aceptación que este tipo de
tecnología tenga en dichas comunidades.
5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Aguilar, Margot, (1982), Cocinando con
energía solar para cuidar la Tierra, Ediciones
GEA, Mexico D.F.
Canter, L. (1998), Manual de Evaluación de
Impacto Ambiental, Mc. Graw Hill, 2da
Edición, Madrid.
CEPIS-OPS/OMS, (1999), Evaluación de
Impacto Ambiental, http//www.cepis.ops-
oms.org
Conesa Fdez, V. (1997), Guía Metodológica
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Ediciones Mundi Prensa, Madrid.
Finck Pastrana, A. Et al. (2001),
Correcciones al protocolo de ensayos de
cocinas solares para la determinación del
rendimiento térmico,
www.g.unsa.edu.ar/asades/actas2000/03-
81.html,
Finck Pastrana, A., (2001), Protocolo de
cocción solar de RICSA apreciaciones
respecto de la determinación de la energía y la
carga para determinar la potencia efectiva de
cocción,
www.g.unsa.edu.ar/asades/actas2000/03-
81.html,
Fundación TIERRA, (2000), Perspectiva
Ambiental 25: La Cocina Solar, Barcelona,
España.
IDMA, (1998), Estudio de Demanda de Leña
y su Impacto Ambiental en el Santuario
Nacional de Ampay, Apurímac, Perú.
Mullick, S.C. Et. Al. (1991), Thermal Test
Procedure for a Paraboloid Concentrator Solar
Cooker, Solar Energy, vol 46, USA
Nandwani S., Et. al. (2000), Horno/cocina
solar: Construcción y financiamiento, II
World Conference On Solar Cookees.
ONU - Para la agricultura y la
alimentación, (1979) Sistemas de
almacenamiento de energía para cocinar en
las zonas rurales en desarrollo, Lawland
Torres Muro, Hugo; Polo Bravo, Carlos;
López Cornejo, Orlando (2002), Impacto de
las Cocinas Solares sobre la demanda de leña
y la emisión de Bióxido de Carbono en la
zona Altoandina de Tacna, CERT, UNJBG,
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Seifert D. y Vílchez M., (1999), La cocina
solar SK98, 4º ENCUENTRO SOLAR,
Benicarló, 26 y 27 de junio de 1999
Seifert, D. (1996), Solar Cooker SK12 -
Experiences and Visions. En: Proceedings
EuroSun´96, 10. Internationales
Sonnenforum, vol. 4, p. 1.483-1.487
X Simposio Peruano de Energía Solar
ANEXOS
Foto 1: Vista que muestra la forma
cómo las mujeres contribuyen con
la recolección de la leña, sin utilizar
animales de carga
Foto 2: Estudiantes y profesores
evaluando y difundiendo el uso de
las cocinas solares y otros sistemas
solares, en la ciudad de Tarata.
