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 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 Paredes

29/11/2012 XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV - SPES), Puno, 14 -19.11.2012 Página 1

Contenido
1. Introducción
2. Marco teórico
2.1. Partes y funciones de una cocina mejorada
2.2. Mecanismos de transferencia de calor
3. 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 evaluación
4. Resultados
4.1 Resultados de evaluación de hornos
4.2. Resultados de evaluación de cocinas
5. Recomendaciones

XIXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XIV- SPES), Puno, 14 -19.11.2012
Página 2

Introducción

A nivel mundial, se sabe que los mayores consumidores de leña son África y
Asia. Entre los países de América Latina, los principales consumidores son
Guatemala, Honduras, Nicaragua, El Salvador, Brasil, Bolivia y Perú. Este
último, según el XI Censo de población y VI de vivienda 2007, señala que, a
1

nivel nacional, 2 millones 36 mil 901 hogares (30.2%) usan leña para
cocinar, seguida de la bosta con doscientos 82 mil 660 hogares (4.2%) y el
carbón con 170 mil 643 hogares (2.5%).
2

La utilización de leña afecta mucho la economía de las familias que utilizan
fogones 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 en
nuestro país es importante que se busquen técnicas de conservación de
este combustible.
1 World Meteorological Organization, Commission for Climatology, 2001

2 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 mejorada
Partes Descripción y/o concepto
Permite concentrar y dirigir el fuego hacia las ollas durante la
combustión. Se presenta de diferentes formas, habitualmente se
Cámara de monta con un recubrimiento de aislante exterior.
Combustión
Parrilla Este componente cumple dos funciones, en la parte superior
Metálica sostiene la leña y en la parte inferior permite la circulación de aire.

Conductos y Entre hornillas consecutivas se hallan ductos que permiten la
Hornillas 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.
29/11/2012 Página 4

Marco teórico:
Mecanismos de transferencia de calor en la cocina mejorada
evaluada: radiación
La radiación en la cocina mejorada se
emite 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.

29/11/2012 Página 5

Marco teórico:
Mecanismos de transferencia de calor en la cocina
mejorada evaluada: conducción

La transferencia de calor por conducción
en las cocinas mejoradas ocurre a través
de las paredes internas de la cocina
(cámara de combustión, hornillas y
conductos) y a través de las paredes de la
olla hacia su contenido.

29/11/2012 Página 6

Marco teórico:
Mecanismos de transferencia de calor en la cocina
mejorada evaluada: convección

La transferencia de calor por convección
ocurre cuando los gases de combustión
fluyen por una superficie de diferente
temperatura y luego intercambian
energía calorífica por conducción.

En nuestro modelo de cocina mejorada, el aire calentado por las llamas del
fuego se eleva en aire quieto por la cámara de combustión, en una corriente
de viento, la cual se desplaza de acuerdo con la dirección prevaleciente hacia
las ollas y/o las paredes internas de la cocina (cámara de combustión,
hornillas, conductos y chimenea).
29/11/2012 Página 7

Protocolos de evaluación 3

Pruebas 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 cocina
y obtener datos fiables sobre su comportamiento. La prueba consiste en tres
fases: 1) hervir 5 L de agua en inicio frío; 2) hervir 5 L de agua en inicio caliente; y
3) mantener el agua caliente a fuego lento.

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

Prueba de polución Intradomiciliaria
Es una prueba de laboratorio y/o campo. Nos permite medir los niveles de las
concentraciones de CO y PM2.5 en un proceso de cocinado real, realizado por las
familias 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 el
Programa 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  k

Duración 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

29/11/2012 Página 10

Periodo de evaluación
Las pruebas en condiciones Periodo de Evaluación
controladas, se realizaron en
Fecha Tecnología
ambientes cerrados aunque
Del 16 al 20 Horno mejorado y
no herméticamente del
de abril del horno tradicional
laboratorio de CER -UNI, con 2012
las siguientes dimensiones: Del 05 al 11 Cocina mejorada con
2.5 m x 3.0 m x 2.50 m de de junio del horno CECADE y fogón
ancho, largo y altura 2012 tradicional
respectivamente.

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

29/11/2012 Página 11

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

De la prueba de niveles de concentración promedio de CO y PM2.5 durante
los procesos de cocción de alimentos, se tiene que el horno mejorado
reduce en promedio 97% de CO y entre 75% - 100% la concentración de
PM2.5, 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.

29/11/2012 Página 13

De la prueba de registro de temperaturas se tiene que el horno tradicional
muestra temperaturas a más de 100ºC respecto del horno mejorado, realizando
el mismo proceso y cantidad de cocción de alimento.
Al comparar las graficas se observa una ventaja del horno tradicional de
conservar más tiempo el calor, esto debido a las propiedades térmicas de los
materiales 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)


Resultados: Prueba de cocinas
4
La cocina mejorada CECADE , reduce en promedio el tiempo de hervido
del agua en 7 minutos respecto al fogón de tres piedras.
Esta disminución de tiempo, también puede interpretarse como un
ahorro en consumo de leña.
Grafica 6: Consumo de leña con el horno mejorado y tradicional

4. Cocina mejorada con horno del Centro de Capacitación para el Desarrollo – CECADE
29/11/2012 Página 15

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

Grafica 7: Eficiencia Térmica de las Cocinas Evaluadas en Laboratorio

29/11/2012 Página 16

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

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

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


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.


Los resultados de las 3 pruebas realizadas se tiene usando ambas
tecnologías (cocina y horno) en paralelo se ahorra hasta en 60% el
consumo de combustible.

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

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

29/11/2012 Página 19

De la prueba de registro de
temperaturas se tiene que al tener
prendido solo el horno de la cocina
CECADE, el incremento de
temperatura en los diferentes puntos
se tiene que en promedio la razón de
precalentamiento es de 10°C /min.

Por otro lado se tiene que los puntos
que mejor aprovechan el calor
generado es: la cámara de cocción
llegando a picos de 223.5°C, seguida
de la parte frontal del horno con
temperatura picos de 230.9°C, y la
temperatura de la parte posterior de la
cámara de cocción con temperaturas
de hasta 204.8°C como máxima.


Recomendaciones
A partir de los resultados obtenidos en la evaluación comparativa de los
prototipos de hornos, cabe resaltar que los ensayos experimentales se
han desarrollado en condiciones controladas de laboratorio y en
periodos de tiempos cortos. Esta situación no corresponde a la
aplicación real por parte de los usuarios, motivo por el cual sería
significativo realizar pruebas de comportamiento térmico de ambos
prototipos en tiempos prolongados para obtener resultados
comparativos 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.

29/11/2012 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 para
estufas 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 la
Evaluación y Certificación de Cocinas Mejoradas, aprobado por el Consejo
Directivo 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 Kirk
R.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 Paredes

Centro de Energias Renovables -
UNI
Página 23

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

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Destaque

Destaque (20)

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

Semelhante a AHORRO POTENCIAL DE LEÑA, DISMINUCIÓN DE LA POLUCIÓN INTRADOMICILIARIA Y A LA CONSERVACIÓN DE BOSQUES, MEDIANTE EL EMPLEO DE COCINAS Y HORNOS MEJORADOS VALIDADOS. (20)

Mais de ASOCIACION PERUANA DE ENERGIA SOLAR Y DEL AMBIENTE

Mais de ASOCIACION PERUANA DE ENERGIA SOLAR Y DEL AMBIENTE (20)

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