Diseño, construcción y evaluación de una cocina mejorada con ...

44. METODOLOGÍA DE CONSTRUCCIÓN Y EVALUACIÓNDiseño: Las medidas de diseño se presentan a continuación en los cortes transversal, lateral y planta.Figura 2. Esquema que muestra los planos y las medidas de la cocina mejorada con horno eintercambiador de calor diseñada en el CER Tacna.Construcción: Se realizo en el Fundo Velásquez, Av. Alcazar s/n, Distrito de Calana-Tacna. Construida conladrillos, adobes, varillas, planchas de metal, cemento, arcilla cocida, piedras, barro. Se construyo primero laspartes siguiendo las medidas del diseño se utilizaron moldes, luego se ensamblaron y añadieron accesorios ymateriales aislantes como fibra de vidrio y ceniza. Capacidad del tanque de almacenamiento es de 70 L

5FIGURA 3. Fotos que muestran algunos de los pasos de la construcción de la cocina mejorada y el estadoinicial con el estado final de la misma.EvaluaciónSe utilizo como fluido de trabajo el agua.Se estudio el comportamiento térmico del agua midiendo las temperaturas desde antes de iniciar hastafinalizar la combustión del último trozo de leña.Las variables que se midieron en esta evaluación fueron; temperatura inicial Ti y final Tf del agua, masa delagua ma, masa de leña ml, temperatura ambiente Tamb , y tiempo que tarda el agua en llegar a su máximatemperatura, en cada una de las ollas.

7Segundo procedimiento experimental ( cambio de fase)Tabla N° 3. Datos para la ebullición del agua, elcalentamiento del horno y el agua en el tanquealmacén.Tabla N° 4. Datos procesados de la tabla 3, para la ebullición del agua, el calentamiento del horno y elagua en el tanque almacén.

8Gráfica N° 3 y 4. Gráficas de barras que comparan la energía útil y suministrada para ambosprocedimientos de evaluación.Figura 4. Fotos que muestran los dos procedimientos aplicados en el proceso de evaluación dela cocina mejorada con horno e intercambiador de calor.

96. ANALISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOSEl gráfico Nº 1, nos muestra que el agua en la olla 1 es la que mayor ha incrementado su temperatura (80,7ºC) aúncontando con la mayor cantidad de agua (25 kg), esto se debe a que la cámara de combustión donde se deposita laleña para quemar se encuentre directamente debajo de la primera hornilla.En el gráfico Nº 2, nos muestra lo bien que se produce el aprovechamiento de calor en el interior del horno. Ladiferencia entre la curva de color negro y la curva turquesa, representa la energía calorífica que fluye por lachimenea, siempre que en su interior no existiese el intercambiador de calor.El gráfico Nº 3 y 4, nos muestra la energía útil y suministrada en los dos procedimientos, que diferencian lascantidades aprovechadas en la olla 2, 3, el tanque almacén y el horno..En el gráfico Nº 5, las curvas de calentamiento, muestran un comportamiento similar que del primerprocedimiento con la diferencia que en este caso, cada olla tiene la misma cantidad de agua (5 kg). La línea decolor anaranjado nos indica que la velocidad promedio de calentamiento del agua en el tanque ha sido de 11,2ºC/hsiempre que el flujo calórico sea de manera regular.En el gráfico Nº 6, al igual que las curvas del gráfico Nº 2, muestran un comportamiento similar que del primermétodo, pero la temperatura máxima es 15,8ºC menor, lo cual coincide con lo esperado.Los resultados obtenidos de la eficiencia de ambos procedimientos, 47,3 % y 50,3 %, respectivamente nosmuestran que se debe que para el segundo procedimiento se ha producido cambio de fase perturbado, ya que latemperatura no ha permanecido constante, disminuyendo y aumentando, variando la temperatura al final delproceso.Este gráfico N° 6, nos muestra lo bien que se produce el aprovechamiento de calor en el interior del horno, cuyatemperatura máxima es de 184,1ºC y se requiere una temperatura mínima de 150ºC. La temperatura máxima depérdidas alcanzada por la chimenea (curva negra), es de 172,3ºC. en un tiempo de 36 minutos. La temperaturamáxima del agua en el horno (curva marrón), es de 77,6ºC en un tiempo de 56 minutos. La temperatura máximaalcanzada por el agua en el tanque (curva anaranjada), es de 49,4ºC en un tiempo de 56 minutos.La temperatura del agua para consumo, después de 67 horas (2½ días más 7 horas), en el tanque es de 38ºC. Estosresultados nos indican que se tendrá agua caliente siempre que se haya cocinado alimentos por un mínimo decuatro horas, ya que 38ºC es una temperatura aún adecuada para ducharse.El pronostico del comportamiento del IDC conectado al tanque de almacenamiento con las mismas condicionesque presenta un proceso de cocción de alimentos, muestra una ganancia aproximadamente de 15,4ºC /h para unaenvergadura de 9,6 m de largo en tubería de cobre cuyo diámetro es de 1/2 de pulgada (serpentín) y una capacidadde 70 litros para el tanque.7. CONCLUSIONES• La eficiencia de la cocina mejorada con horno e intercambiador de calor a través del primer procedimiento,es de 47,3%.• La eficiencia para el segundo procedimiento es de 50,3%.

10• La velocidad de calentamiento de agua del intercambiador de calor es de 15,4ºC /h.• Para el proceso de enfriamiento del agua en el tanque de almacenamiento con intercambiador de calor, nosindica que; ha mantenido el agua caliente por arriba de los 38ºC después de 67 horas.• Queda demostrado que la eficiencia de la cocina mejorada con horno e intercambiador de calor, es del47,3% y supera en un 15% a otras cocinas del mismo tipo, entonces estos resultados en la práctica logrará unnotable ahorro en leña y además de agua caliente gratis.• Desde el punto de vista ambiental, económico y social, los resultados obtenidos nos permiten concluir que suaplicación masiva es una alternativa de solución que permitiría revertir la situación actual causando impactospositivos como la reducción de los niveles de contaminación intramuros, reducción de la tasa dedeforestación y desertificación, disminución de problemas de salud, mejoras en la calidad de dieta alimenticiay por lo tanto una mejor calidad de vida de la población.8. REFERENCIAS[1] Braunschweig; Wiesbaden; “Estufas para ahorrar combustible”_Editorial Lengericher Westf_FederalRepublic of Germany-1985.[2] Arias, T; Cervantes, V.; “Las Estufas de barro ahorradoras de leña” ¿Una tecnología apropiada para laregión de la Montaña de Guerrero?_PAIR-UNAM México-1994.[3] Camps M.; Marcos F.; Los bio combustibles_Editorial Adeos, s.a._Mundi Prensa, Madrid_España-2002.[4] Puentes, V.; Masera O.; Evaluación del programa de difusión de estufas eficientes de leña tipo Lorena enla región Lago de Pátzcuaro, Michoacán_Editorial Rincón E., Álvarez, G.; Dorantes, R._México-1999.[5] Anibal V.; Energía Solar I_Editorial Víctor Lopéz Guzmán_1ª Ed._Lima-Perú-1993.[6] Olvea V.; Tecnologías para ahorrar energía: Diseño construcción y puesta en funcionamiento de unacocina mejorada para ahorrar leña_Practicas pre-profesionales_FACI-ESFI_Tacna-Perú-2005.[7] Quino G.; Evaluación comparativa de una cocina tradicional y una mejorada para ahorrarleña_Practicas pre-profesionales_FACI-ESFI_Tacna-Perú-2005.[8] Dutt, G.; Navia, J.; Sheinbaum, C.; "Cheranátzicurin: Tecnología Apropiada Para Cocinar Con Leña"-1989.[9] Yunus A.; Gengel; “Transferencia de calor”_Editorial McGrawhill/interamericana editores S.A. deCV_2 da Ed._2004.[10] Rodríguez, O. Energías Renovables_Editorial Paraninfo_Madrid-España-1999.[11] Dunn, P.D.; Renewable Energies IEE energy series_V-2_Inglaterra-1986.[12] Montgomery, R.; Energía Solar_Editorial Limusa S.A._1ª Ed._México-1986.