Rodolfo DíazHELPS International - Consultor, OLADE

COCINAS EFICIENTES EN CENTROAMÉRICA

4. Estufas eficientes de leña

4.1 Principios básicos para el diseño de estufas eficientes de leña

4.2. Pruebas estandarizadas para medir el desempeño de las ee

4.3. Principales beneficios por el uso de estufas eficientes de leña

Pérdidas de calor en los fogones

1. Evaporación2. Distancia de la leña a la olla3. Pérdidas por convección por el viento4. Gases volátiles que no se queman5. Radiación de la olla6. Pérdidas por no sellar bien los trastes7. Aire y leña fríos8. Radiación de la estufa9. Conducción en el cuerpo de la estufa10. Humedad de la leña11. Contenido de la olla

Balance de energía en fogón tradicional

Diseño de estufas eficientesEl diseño de una estufa eficiente de leña no es sencillo, además de las cuestiones puramente técnicas deben tomarse en cuenta aspectos sociales y culturales para garantizar el buen funcionamiento del dispositivo. A continuación se presentan los principales aspectos a considerar (Díaz y Masera, 2000):

• Aspectos sociales y culturales– Actividades principales que se realizan en el fogón.– Principales alimentos y utensilios usados para su cocinado.– Horario en el que se enciende el fogón y tiempo durante el cual permanece

prendido.– Que sucede con el humo que sale de la leña.– Costumbres para realizar las actividades de cocinado y los quehaceres

domésticos.– Acceso a la leña, ¿se compra o se recolecta?, ¿quiénes se encargan de esta

actividad?

• Aspectos técnicos o de ingeniería.

– Eficiencia de combustión, reacción química que convierte la madera en energía calorífica. La madera contiene agua y cenizas, el propio calor de la leña se usa para evaporar el agua que contiene la madera; además la leña no se quema completamente, una parte se convierte en cenizas y carbón.

•

– Eficiencia de la transferencia de calor, es la parte de calor del fuego que llega hasta el recipiente

•

– Eficiencia del recipiente. El utensilio usado en la cocción de los alimentos absorbe calor del fuego, una parte se pierde en el calentamiento del propio recipiente, otra parte se dispersa al ambiente y sólo una fracción pasa a los alimentos.

•

– Eficiencia de control, en la combustión de leña generalmente no se tiene un estricto control sobre la cantidad de calor necesaria para cocinar, ya que algunos alimentos necesitan mayor cantidad de calor al inicio de la cocción y posteriormente esta demanda de energía disminuye.

•

– Eficiencia del proceso de cocción, no todo el calor que transfiere el recipiente contribuye al cocimiento de los alimentos, una parte considerable se pierde en la evaporación de agua. Cuando exista mayor desperdicio de calor en la evaporación de agua, menor será la eficiencia del proceso de cocción.

4.1. Principios básicos para el diseño de estufas eficientes

Principios de diseño

• Cuando sea posible, aísle alrededor del fuego usando materiales ligeros y resistentes al calor. – Ejemplos naturales de materiales aislantes son la

piedra pómez, vermiculita, perlita y la ceniza de leña. El aislamiento alrededor del fuego lo mantiene caliente, lo cual ayuda a reducir el humo y las emisiones dañinas. Aislar alrededor del fuego asegura que el calor llegue a la olla, en lugar de que se vaya al cuerpo frío de la estufa.

4.2. Pruebas estandarizadas para medir el desempeño de las estufas eficientes

EFICIENCIA Y FUNCIONAMIENTO DE ESTUFAS DE LEÑAStove Performance Testing

Objetivo

Determinar el desempeño de estufas de leña mediante la evaluación de la

eficiencia y el funcionamiento de los dispositivos con base en protocolos

internacionales.

• La metodología más aceptada para evaluar estufas de leña fue desarrollada en los

años ochenta por Volunteers in Technical Assistance (VITA, 1985) y Baldwin

(1986).Ha sido revisada y actualizada (UCB y Aprovecho), ... y adoptada para el

proyecto Shell.

• Se contempla la aplicación de tres pruebas estándar: • Prueba de Ebullición de Agua (PEA o WBT, Water Boiling Test).

• Prueba de Cocinado Controlado (PCC o CCT, Controlled Cooking Test).

• Prueba de Funcionamiento en Cocina (PFC o KPT, Kitchen Performance Test).

Prueba de Ebullición de Agua (PEA)Es una prueba de simulación de cocinado donde el agua toma el lugar de los

alimentos. A partir de esta prueba se calcula la eficiencia térmica como

indicador de la eficiencia de la estufa.

• La prueba consta de 2 fases (alto y bajo

poder)

Fase de alto poder: llevar el agua

hasta la ebullición lo más rápido

posible (inicio frió y caliente)

Fase de bajo poder: mantener

hirviendo el agua durante 45 minutos.

• Se pesa la leña y el agua antes y despues

de cada etapa de la prueba; y se toma el

tiempo

La eficiencia térmica se calcula multiplicando la masa total de agua (P), por el

calor especifico del agua (4.186 j/gºc) y el cambio en la temperatura (Tf – Ti);

más el producto de la masa de agua evaporada (Wv) multiplicado por el calor latente

de evaporación (2260 j/g).

El denominador corresponde al producto del equivalente de leña seca consumida

(fd) y el valor calorífico neto correspondiente al tipo de leña utilizada en la prueba

(LHV) (Mj/kg).

HV

HLf

w2260TTP4.186

d

vif

Resultados Unidades

Equivalente de leña seca consumida g

Masa de agua evaporada g

Tiempo para iniciar ebullición min

Velicidad de quemado de leña g/min

Consumo específico de combustible g/liter

Potencia watts

Eficiencia térmica --

Prueba de Cocinado Controlado (PCC)

Prueba para el consumo de combustible en una tarea de cocinado específica, se

utiliza para comparar el funcionamiento en la preparación de una comida

estandarizada en diferentes dispositivos.

Se calcula el peso de leña consumida por peso de alimentos preparadoscomo índice de funcionamiento de cada estufa.

RESULTADOS

Mean

Mean±SE

Mean±1.96*SE

Patsari one entrance

Patsari tw o entrance

TSF

U-Type

Stove

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

2.4

Fuelw

ood u

se o

n tort

illa task (

kg/k

g)

Tipo de estufa

n Consumo de leña

(kg leña/kg tortilla)

Error

estándar

Carbón remanente

(g)

CEC

MJ/kg

Patsari 1 entrada (comal de metal) 6 0.63 0.03 117 12.59

Patsari 2 entradas (comal de barro) 6 0.91 0.09 205 18.30

Fuego abierto (3 piedras) 6 1.49 0.17 205 29.77

Tradicional tipo U 6 1.85 0.17 362 36.98

Tipo de estufa Consumo de leña

(kg leña/kg tortilla)% de

ahorro

Patsari 1 entrada 0.63 66%

Patsari 2 entradas 0.91 51%

3 piedras 1.49 19%

% Ahorro en el consumo de combustible con

relación a la tecnología más utilizada, el “fogón

tradicional tipo U”

CEC: Consumo específico de combustible

Se utiliza el valor de 20 MJ/kg como valor calorífico de la leña (encino) y 28 MJ/kg como valor calorífico del carbón.

Prueba de Funcionamiento en Cocina (PFC)

Evaluar el comportamiento de las estufas en condiciones reales, se analiza el

consumo de combustible por familia durante un ciclo y se evalúan aspectos

relacionados al funcionamiento de la estufa y al uso del combustible y aceptación de

la tecnología.

El índice que se obtiene es el consumo específico diario y se refiere a la cantidad

de leña consumida por persona por día (kg leña/cápita/día)

4.3. Principales beneficios por el uso de estufas eficientes de leña

Ahorro de leña con diferentes tecnologías de cocción

Berrueta et al., 2007

Tipo de

Usuario

Consumo de leña anual

(kg/familia/año)Ahorro

(kg/familia

/año)Fogón tradicional Patsari

Exclusivo 5,832.70 2,041.45 3,791.26

Mixto 4,288.75 1,646.88 2,641.87

Consumo de gas LP anual

(kg/familia/año)

Mixto 205.86 51.47 154.40

Ahorros de combustible

Berrueta et al., 2007

Factibilidad económica de las estufas eficientes de

leña en el mercado del carbonoemisiones x consumo x renovabilidad x uso

US$ 21.11 3.02 Renovable

US$ 45.80 6.54 No renovableMixto

US$ 23.94 3.42 Renovable

US$ 59.55 8.50 No renovableExclusivo

valor US$/año

Mitigación de emisiones

(ton CO2 equiv/año)

GWP100

Uso de leñaTipo de

usuario

Se considera a US$7.00 ton CO2 equivalente. Berrueta et al., 2007

Concentración de CO en la cocina

Armendariz, et al., 2009

Concentración de PM 2.5 en la cocina (ppm)

Armendariz, et al., 2009

Fuente: University of California, Irvine. 2008

Reducción de la concentración de CO en la cocina,

Quexalhukum,Chiapas

Calentando agua y

preparando el

desayuno

Cena, café y

calentamiento

Preparando la

comida y

calentando

tortillas

Cocción de

nixtamal y frijoles

Preparación

de comida

Desayuno, agua

caliente y café

Nixtamal y

frijoles

Con estufa ONIL

0

10

20

30

40

50

60

12:00 PM 4:48 PM 9:36 PM 2:24 AM 7:12 AM 12:00 PMHora

Co

nce

ntr

aci

ón

de

CO

[p

pm

]

Fogón tradicional

0

10

20

30

40

50

60

8:24 AM 1:12 PM 6:00 PM 10:48 PM 3:36 AM 8:24 AM

Hora

Co

nce

ntr

aci

ón

de

CO

[p

pm

]