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

    • 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, Desarrollo y Vida EnDev” Verónica Jesús Pilco Mamani Rafael Espinoza Paredes29/11/2012 XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV - SPES), Puno, 14 -19.11.2012 Página 1
    • Contenido1. Introducción2. Marco teórico 2.1. Partes y funciones de una cocina mejorada 2.2. Mecanismos de transferencia de calor3. Pruebas de evaluación 3.1. Protocolos de evaluación de cocinas y hornos mejorados 3..2. Variables calculadas 3.3. Tecnologías evaluadas 3.4. Periodo de evaluación4. Resultados 4.1 Resultados de evaluación de hornos 4.2. Resultados de evaluación de cocinas5. Recomendaciones XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012 Página 2
    • IntroducciónA 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, a 1nivel 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%). 2La 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, 20012 Fuente INEI 2007, Censo Nacional XI de Población y VI de vivienda 29/11/2012 XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012 Presentación de empresa 2012 Página 3
    • Marco teórico:Partes y funciones de una cocina mejoradaPartes Descripción y/o concepto Permite concentrar y dirigir el fuego hacia las ollas durante la combustión. Se presenta de diferentes formas, habitualmente seCámara de monta con un recubrimiento de aislante exterior.CombustiónParrilla Este componente cumple dos funciones, en la parte superiorMetálica sostiene la leña y en la parte inferior permite la circulación de aire.Conductos y Entre hornillas consecutivas se hallan ductos que permiten laHornillas 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.Losa ó plancha Presentan orificios denominadas hornillas, donde se insertan ó colocan 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 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 29/11/2012 Página 4
    • Marco teórico:Mecanismos de transferencia de calor en la cocina mejoradaevaluada: radiaciónLa 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 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. XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.201229/11/2012 Página 5
    • Marco teórico:Mecanismos de transferencia de calor en la cocinamejorada evaluada: conducciónLa 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. XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.201229/11/2012 Página 6
    • Marco teórico:Mecanismos de transferencia de calor en la cocinamejorada evaluada: convecciónLa transferencia de calor por convecciónocurre cuando los gases de combustiónfluyen por una superficie de diferentetemperatura y luego intercambianenergía calorífica por conducción.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). XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012 29/11/2012 Página 7
    • Protocolos de evaluación 3Pruebas 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 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. 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.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. Página 8
    • Variables calculadas de las pruebas realizadas Combustible Consumido (fcm): Cambio Neto de las Cenizas (ΔCc): f cm  f ci  f cf C c  C c  kDuración de la Prueba (Fase) (Δtc): Agua Evaporada (Wcv):  tc  t cf  t ci Wcv   j 1 Pji  Pjf 4 Consumo Específico de Combustible Eficiencia Térmica:(SCc ) h  4,186 4 j 1 P jci   Pj T jcf  T jci   2260 Wcv c f cd LHV  Combustible seco Consumido (fcd): Concentración de CO Concentración de PM2.5 XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012 Página 9
    • Tecnologías validadas Horno Horno mejorado tradicional Fogon Cocina tradicional mejorada XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.201229/11/2012 Página 10
    • Periodo de evaluaciónLas pruebas en condiciones Periodo de Evaluacióncontroladas, se realizaron en Fecha Tecnologíaambientes cerrados aunque Del 16 al 20 Horno mejorado yno herméticamente del de abril del horno tradicionallaboratorio de CER -UNI, con 2012las siguientes dimensiones: Del 05 al 11 Cocina mejorada con2.5 m x 3.0 m x 2.50 m de de junio del horno CECADE y fogónancho, largo y altura 2012 tradicionalrespectivamente.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. XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012 29/11/2012 Página 11
    • Resultados: Prueba de HornosEl 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.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. 29/11/2012 XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012 Página 12
    • Resultados: Prueba de HornosDe 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. Gráfica 2: Concentración de PM2.5 y CO durante la Gráfica 3: Concentración de PM2.5 y CO durante la prueba de horneado de harinas en horno tradicional prueba de horneado de harinas en horno mejorado. XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012 29/11/2012 Página 13
    • Resultados: Prueba de HornosDe 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.Grafica 4: Comportamiento térmico en el horno mejorado Grafica 5: Comportamiento térmico en el horno tradicional(horneando tubérculos) (horneando tubérculos) 29/11/2012 XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012 Página 14
    • Resultados: Prueba de cocinas 4La 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. Grafica 6: Consumo de leña con el horno mejorado y tradicional4. Cocina mejorada con horno del Centro de Capacitación para el Desarrollo – CECADE XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012 29/11/2012 Página 15
    • Resultados: Prueba de cocinasLa 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. Grafica 7: Eficiencia Térmica de las Cocinas Evaluadas en Laboratorio XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012 29/11/2012 Página 16
    • Resultados: Prueba de cocinasDe 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 del ambiente con fogón tradicionalGrafica 9: Concentración de PM2.5 y CO en el interior delambiente con cocina mejorada CECADE 29/11/2012 XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012 Página 17
    • 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 XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012 Página 18
    • Resultados: Prueba de cocinasLos 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. XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012 29/11/2012 Página 19
    • Resultados: Prueba de cocinasDe 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. 29/11/2012 XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012 Página 20
    • RecomendacionesA 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. 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. XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.201229/11/2012 Página 21
    • 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 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 Página 22
    • MUCHAS GRACIAS!... Lic. Verónica Pilco Mamani veronica.pilco@giz.de Proyecto ENDEV/GIZ Perú Ing. Rafael Espinoza ParedesCentro de Energias Renovables - UNI Página 23