Diapositiva 1 - Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente

Marco teórico:Partes y funciones de una cocina mejoradaPartesCámara deCombustiónParrillaMetálicaDescripción y/o conceptoPermite concentrar y dirigir el fuego hacia las ollas durante lacombustión. Se presenta de diferentes formas, habitualmente semonta con un recubrimiento de aislante exterior.Este componente cumple dos funciones, en la parte superiorsostiene la leña y en la parte inferior permite la circulación de aire.Conductos yHornillasLosa ó planchaChimenea29/11/2012Entre 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.Presentan orificios denominadas hornillas, donde se insertan ócolocan 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 decombustión y evacuar el humo al exterior del ambiente.XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012Página 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 delfuego hacia las ollas,• de las flamas del fuego alcombustible, 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.29/11/2012XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012Página 5

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).29/11/2012XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012Página 7

Tecnologías validadasHornotradicionalHornomejoradoFogontradicionalCocinamejorada29/11/2012XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012Página 10

Periodo de evaluaciónLas 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 EvaluaciónFechaDel 16 al 20de abril del2012Del 05 al 11de junio del2012TecnologíaHorno mejorado yhorno tradicionalCocina mejorada conhorno CECADE y fogóntradicionalEl 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.29/11/2012XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012Página 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 tradicionalAsimismo al cocinardiferentes tipos dealimentos existe unareducción en consumode combustible de 49%al cocinar carnes y 63%al hornear harinas(queques y pan) ytubérculos.29/11/2012XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012Página 12

Resultados: Prueba de HornosDe la prueba de niveles de concentración promedio de CO y PM 2.5 durantelos procesos de cocción de alimentos, se tiene que el horno mejoradoreduce en promedio 97% de CO y entre 75% - 100% la concentración dePM 2.5 , respecto del horno tradicional.Gráfica 2: Concentración de PM 2.5 y CO durante laprueba de horneado de harinas en horno tradicionalGráfica 3: Concentración de PM 2.5 y CO durante laprueba de horneado de harinas en horno mejorado.29/11/2012XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012Página 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(horneando tubérculos)Grafica 5: Comportamiento térmico en el horno tradicional(horneando tubérculos)29/11/2012XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012Página 14

Resultados: Prueba de cocinas4La 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 – CECADE29/11/2012XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012Página 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 Laboratorio29/11/2012XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012Página 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 PM 2.5 , respectode un fogón tradicional.Grafica 8: Concentración de PM2.5 y CO en el interior delambiente con fogón tradicionalGrafica 9: Concentración de PM 2.5 y CO en el interior delambiente con cocina mejorada CECADE29/11/2012XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012Página 17

Resultados: Prueba de cocinasAdemás de las pruebas antesdescritas, se realizo variosensayos para poder analizar elaprovechamiento de energía delhorno de la cocina mejorada, lascuales se detallan acontinuación:• 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.29/11/2012XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012Página 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.29/11/2012XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012Página 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.29/11/2012XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012Página 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 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.29/11/2012XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012Página 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).29/11/2012Página 22

MUCHAS GRACIAS!...Lic. Verónica Pilco Mamaniveronica.pilco@giz.deProyecto ENDEV/GIZ PerúIng. Rafael Espinoza ParedesCentro de Energias Renovables -UNIPágina 23