ENERGIA DE LA BIOMASA

Miguel Hadzich

Transferencia de Calor y Combustión en COCINAS

MEJORADAS

M. Hadzich,O. Gonzales,E. Pino 2008

Transferencia de calor Conducción Convección Radiación

CALOR = DINERO

1 Transferencia de calor

¿Cómo calienta el fósforo?

-Por Conducción -Por Convección -Por Radiación

Por Conducción:

Conducción

“Transmisión de molécula a molécula (adyacente)”

En la mayoría de los termómetros tiene que haber contacto directo del instrumento con la fuente de calor.

Instrumentos que tienen contacto directo con la fuente de calor.

Experimento en clase

• Agarra un cuaderno, la mesa, la silla o las patas de la mesa de metal…

Cuál está más frío ?..Por qué ?

Por Convección:

Convección

“Transferencia mediante un fluido en movimiento”

a - Natural (densidad)

De dónde a dónde sopla el viento en el día ? ___________ De noche ?________________

Qué son los espejismos?

b - Forzada (medio mecánico)

Por Radiación:

Radiación

“El cuerpo caliente entrega energía radiante”

Cuál calentará más?

Ejemplos en la industria y el hogar

Mango de sartén

Termo doméstico

Invernadero

Cocinas Mejoradas a Leña

Calor, Fuego y Estufas

Radiación

• La radiación se emite en todas las direcciones.

• La intensidad del calor radiante es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia

Conducción

• Es el movimiento de calor a través de materiales sólidos.

• Son buenos conductores el acero y aluminio

• Las sustancias con muchos espacios diminutos atrapados en su interior son buenos aislantes (carbón, aserrín, paja)

Convección

• Es la transferencia de calor que incluye el movimiento de un gas o líquido

Cómo se libera el calor en la Combustión

Combustión de la Madera

1. La madera se quema en dos etapas. Los gases volátiles se producen y queman, dejando el carbón sólido que se quema más tarde.

2. El oxígeno del aire viene circundando la zona de combustión

3. El tamaño, forma y arreglo de las piezas de combustible.

1.- La madera se quema en 2 Etapas

• Al principio se liberan gases no combustibles como CO2 y H2O. A medida que aumenta la Temp. Se despiden gases combustibles y alquitrán. A esto se le llama “pirólisis”.

• Después de los 280 °C la porción de gases inflamables es suficiente como para quemarse.

• Después de los 600 °C más la presencia de Oxigeno, el gas es encendido por el calor radiante de los leños que ya están quemándose.

• Los gases pirolizados se queman a una temperatura de 1100 °C.

• Los procesos son simultáneos

2.- Oxígeno del aire circundante para la zona de combustión

• Para obtener una combustión óptima es crítico el correcto suministro del aire al fuego.

3.- Tamaño, Forma y Disposición de los leños

• La madera cortada en pedazos pequeños se quema mas rápido.

Otros Aspectos

• La humedad de la Madera

• Combustión de otros combustibles – Carbón

– Desperdicios Agrícolas

Minimizar las Pérdidas de Calor

Minimizar las pérdidas de calor

Cómo se hace útil el calor en una estufa

Caja de fuego

Cómo se hace útil el calor en una estufa

Compuerta reguladora

Túmulos

Cómo se hace útil el calor en una estufa

Chimenea

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN LAS COCINAS MEJORADAS.

Radiación

Convección.

Conducción.

RADIACIÓN

Transferencia de Calor desde el

Lecho del Combustible

Cocina Tres Piedras.

|

Radiación

Cocina Mas Rudimentarias

Principal Mecanismo De Transferencia de Calor.

Eficiencia de 12 – 13 %

Radiación de la flama representa menos del 14% de la energía total de la combustión.

Mayor Área de Contacto

Menor Área de Contacto

¿ Consideraciones en la Combustión ?

Convección

Transferencia de Calor Gases de la

combustión.

Convección

¿ Importancia en el diseño ?

Conducción.

Transferencia de Calor Por medio de las

paredes

Evacuación de Gases de la Combustión.

La fuerza con la que extrae los gases se denomina tiro , el tiro aumenta con la altura de la chimenea. Chimenea es elemento que extrae los gases de la combustión (humo) de la cocina mejorada. Tiro aparte de extraer los gases de la combustión succiona aire de la entrada de la cámara de combustión.

COMBUSTION

Es proceso por el cual la masa que contiene un cuerpo pasa de estado solido a estado gaseoso. Resultado la liberación de energía al formarse los productos de la combustión.

La combustión es una reacción química en la que un elemento combustible se combina con otro comburente (generalmente oxígeno en forma de O2 gaseoso), desprendiendo calor y produciendo un óxido; la combustión es una reacción exotérmica que produce: Calor al quemar. Luz al arder.

AZUFRE

LEÑA

HIDROGENO CARBONO

H2O (agua) CO2 (Bióxido de Carbono)

+ OXIGENO +

La leña se calienta alrededor de 100°C y el agua contenida es evaporada de la Leña ,a medida que la temperatura aumenta alrededor de los 200°C empieza la descomposición de la leña, la salida de gases empieza y el alquitrán semilíquido empieza a aparecer, la leña arde seguida de un fuerte olor Esta etapa debe ser evitada manteniendo una llama constante. La descomposición sigue alrededor de los 300°C,a esta temperatura la leña es gradualmente transformada en brazas y los volátiles producidos por esta descomposición pueden escapar como humo o pueden entramparse dentro de la leña lejos de la zona calentada.

A medida que los volátiles salen de la madera, se mezclan con oxigeno y alrededor de 550°C prenden fuego que produce una flama amarilla sobre la Leña .El calor por radiación de la flama representa menos del 14% de la energía total de la combustión, esta es importante para mantener la combustión. Dado que ayudara a la leña a soltar sus volátiles mas rápidamente.

La temperatura de los gases calientes sobre la leña esta sobre los 1100°C. A medida que los volátiles aumentan, estos reaccionan con otras moléculas volátiles formando hollín y humo, simultáneamente se queman a medida que éstos se mezclen con el oxígeno .Si un objeto frío tal como una olla es colocada muy cerca del fuego, lo enfriará y detendrá la combustión de una parte de esos volátiles, dejando un denso humo negro.

Importante tener en cuenta que los volátiles calientes representan alrededor de 2/3 de la

energía liberada del fuego de la leña ,el carbón dejado atrás representa la tercera parte restante.

Dado que los volátiles son liberados siempre que la leña este caliente, al cerrar

el suministro de aire se detiene sólo la combustión, aunque la intensidad del fuego se reduce, la leña sigue siendo consumida mientras que esta esté caliente, liberando volátiles sin quemar como humo, dejando carbón.

La temperatura cerca de la superficie del carbón que se quema esta

alrededor de 800°C.

TIPOS DE COMBUSTION

1. Combustión Estequiométrica. Combustión teórica y completa , esta limitada a condiciones físicas y químicas. 2. Combustión Completa (Exceso de Aire). Combustión perfecta sin presencia de CO gracias a un exceso de oxígeno teórico. 3. Combustión Incompleta. Cantidad de oxigeno presente en la combustión no es suficiente para la formación

de CO2 , H2O , dando así a la presencia de CO ,H y partículas sólidas de carbono , azufre & sulfuros.

4. Combustión Imperfecta. Habiendo un exceso de aire no se completa el proceso de la combustión , esto

trayendo como resultado partículas aun sin combustionar en los humos que salen por la chimenea.

La llama de la combustión alcanza superficies frías o relativamente frías y ello conlleva a la disminución de la temperatura de la llama.

Exceso de aire en la combustión.

No existe una eficiente mezcla aire combustible.

Rápida evacuación de los gases de la combustión de la cámara de combustión.

LEÑA BOSTA

DIFERENCIAS

Poder Calorífico ( 4076.2 cal / g ).

Humedad (12.74 %)

Análisis Químico

Poder Calorífico (3829.0 cal / g ).

Humedad (12.36 %)

Análisis Químico

Análisis Físico

Ayuda a la combustión

Perjudica La Combustión y

Perdida de Energía.

IDEAS que tenemos que tener en CUENTA 1.- No se puede IMPONER un diseño a cada pueblo. 2.- No existe una COCINA perfecta para todo el país. 3.- Debe haber equilibrio entre lo técnico y lo social. 4.- La mejor cocina es la que es aceptada (apropiada) por la comunidad y que cumpla ciertas condiciones técnicas de mejoramiento de la salud y ahorro de leña (económicas). 5.- Cada comunidad puede y debe DISEÑAR el mejor modelo para sus necesidades. 6.- Una sola cocina MAL HECHA malogra TODO el proyecto. 7.- Las mujeres deben estar involucradas en el diseño de su propia cocina. 8.- Los modelos de las cocinas deben ser capaces de difundirse y hacer mejoras continuas.

BIOMASA TECNOLOGIA LIMPIA

COCINAS MEJORADAS A

LEÑA

Calor

Calefacción

Agua Caliente

57

Cocinas mejoradas a leña

58

Termo cocinas mejoradas

Cocina mejorada a la cual se le ha adherido un sistema de para obtener agua

caliente.

Termococinas

Termococinas: Cocina y terma de agua caliente

al mismo tiempo

Cocina mejorada multiusos con agua caliente

Innovadores RAMP

Julio Cabanillas Saavedra

Región

Cajamarca

Descripción de la tecnología

Las partes principales de la Cocina Mejorada Multiusos con Sistema de Agua Caliente

son:

1. Chimenea.

2. Mochila (Interior de la cocina).

3. Tanque.

4. Sistema de Tubos de Agua Caliente (tuberías de cobre, aluminio)

5. Sistema de Tubos de Agua Fría (tuberías de CPVC).

6. Hornillas.

7. Compuerta.

Características Eficiencia energética:23%

El sistema de agua caliente funciona en el momento que se utiliza para cocinar los alimentos.

Se calienta agua por medio de un sistema de las tuberías de cobre y aluminio, que están en el interior de la cocina y circulan hacia el tanque de agua.

Durante el funcionamiento de la cocina se puede regular el consumo de leña a través de la válvula reguladora que se encuentra en la parte posterior lateral de la cocina.

El agua que sale del tanque almacenador de agua caliente llega a 75 ºC, después de un periodo de 3 horas de ser utilizada la cocina.

COCINAS MULTIUSOS S.R.L.

Contribución de la tecnología

Esta cocina cuenta con una chimenea que evita que el humo producido

por la combustión de la leña o bosta permanezca en el interior de la

vivienda generando, al mismo tiempo, agua caliente para el usuario.

Impacto

600 familias rurales de Cajamarca hacen uso de las cocinas

reduciendo problemas respiratorios, de piel y vista.

600 familias acceden al servicio de agua caliente.

01 empleo permanente a tiempo completo y 02 empleos

permanentes a tiempo parcial generados.

1200 jornales generados por el total de cocinas.

Idea de negocio

Se ofrece el servicio de construcción de la cocina (estructura de

concreto y estructura metálica inserta) principalmente a instituciones

que realizan subsidios o donaciones de cocinas mejoradas a la

población así como a familias que puedan contratar el servicio de

forma directa. Venta: 180

COCINAS MULTIUSOS S.R.L.

Termococinas

Julio Cabanillas creó una cocina multiusos que evita que el humo generado se quede en la casa y además produce agua caliente para el usuario. El sistema de agua funciona en el momento que se utiliza para cocinar los alimentos. Se calienta agua por medio de un sistema de las tuberías de cobre y aluminio, que están en el interior de la cocina y circulan hacia el tanque de agua. Durante el funcionamiento de la cocina se puede regular el consumo de leña a través de la válvula reguladora que se encuentra en la parte posterior lateral de la cocina. El agua que sale del tanque almacenador de agua caliente llega a 75 oC, después de un periodo de 3 horas de ser utilizada la cocina. Esta cocina cuenta con una chimenea que evita que el humo producido por la combustión de la leña o bosta permanezca en el interior de la vivienda generando, al mismo tiempo, agua caliente para el usuario. Innovador: Julio Cabanillas Saavedra Compañía: Cocinas Multiusos SRL Organizaciones asociadas: RAMP Innovación en: proceso

Energía para cocinar

Cirilo Díaz Quispe

Generación de una dinámica local

Cocinas incawasi - gtz

Cocinas Mejoradas a Bosta

http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/handle/123456789/571

Cocina rural ecológica - CRE

Innovadores RAMP

Mario y Richard Endara

Región

Puno

Descripción de la tecnología

La cocina rural ecológica CRE está constituida de las siguientes partes:

1. Válvula reguladora de flujo 6. Cámara de fuego. 2. Techo móvil. 7. Hornillas 3. Quijada 8. Estructura metálica. 4. Tapa Metálica 9. Cenicero 5. Cuello de escape.

Características Eficiencia energética 26 %. lo cual representa una ventaja comparativa frente a otras cocinas del medio actual que se implementan en programas de beneficio social.

La cocina está fabricada en arcilla cocida. Esto hace posible aprovechar al máximo la energía de la combustión. La cocina posee refuerzos laterales tanto para las ollas como para el mismo cuerpo de la cocina. Posee un techo móvil que permite hacerle frente cuando hay fuertes corrientes de viento. La C.R.E es versátil en su ensamblaje y manejo, además de su menor peso, su rendimiento y sus

ventajas respecto a las otras cocinas tradicionales.

EMPRESA ARTESANAL KOYLLOR

Contribución de la tecnología

Las familias de las zonas rurales y urbano-marginales utilizan el fogón

tradicional para la cocción de alimentos, estos fogones no cuentan con

chimenea para la expulsión del monóxido de carbono por lo que éste se

concentra en el interior de la vivienda. La CRE cuenta con una chimenea

que permite la eliminación de esas emisiones, al mismo tiempo permite la

cocción de alimentos de forma más rápida.

Impacto

02 empleos permanentes de tiempo completo

generados.

240 jornales por el total de cocinas producidas.

480 familias de escasos recursos usan la cocina

mejorada portátil en la región Puno.

480 familias se benefician de mejores condiciones

de salud en sus casas y mejoras en su calidad de

vida por la reducción de tiempo dedicado a la cocción

de alimentos.

Idea de negocio

El negocio consiste en la fabricación y comercialización de la CRE. Los

clientes serán principalmente instituciones que donan o subsidian el

producto a familias de escasos recursos económicos. El taller de

fabricación se encuentra ubicado en la localidad de Putina, Puno.

Venta: 600 cocinas

EMPRESA ARTESANAL KOYLLOR

Mario Y Richard Endara crearon una cocina rural ecológica que aprovecha al máximo la energía de la combustión. La cocina está fabricada en arcilla cocida y posee refuerzos laterales tanto para las ollas como para el mismo cuerpo de la cocina. Posee un techo móvil que permite hacerle frente cuando hay fuertes corrientes de viento. La C.R.E es versátil en su ensamblaje y manejo, además de su menor peso, su rendimiento y sus ventajas respecto a las otras cocinas tradicionales. Eficiencia energética 26 %. lo cual representa una ventaja comparativa frente a otras cocinas del medio actual que se implementan en programas de beneficio social. Las familias de las zonas rurales y urbano-marginales utilizan el fogón tradicional para la cocción de alimentos, estos fogones no cuentan con chimenea para la expulsión del monóxido de carbono por lo que éste se concentra en el interior de la vivienda. La CRE cuenta con una chimenea que permite la eliminación de esas emisiones, al mismo tiempo permite la cocción de alimentos de forma más rápida. Innovadores: Mario y Richard Endara Compañía: Empresa Artesanal Koyllor Organizaciones asociadas: RAMP

COCINAS MEJORADAS a Leña y Bosta…para calentar agua, sauna, destilación, ….

11.3.- Laboratorio de Cocinas Mejoradas PUCP

Laboratorio de Cocinas Mejoradas PUCP

COCINAS LOCALES EN DIFERENTES ZONAS.

SOSTENIBILIDAD DE LAS COCINAS MEJORADAS.

GRUPO DE APOYO AL SECTOR RURAL

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DEL PERU.

Ing. MBAE Miguel Hadzich

Soluciones:

Cocina Mejorada.

Deforestación

Energía Solar

Cocina Parabólica. Cocina Tipo Caja. Cocina Indirecta.

Energético.

Creación de Empleos.

Seguridad.

Salud.

Confort.

Sostenibilidad de las Cocinas

TEPSA • Tecnológico

• Económico

• Político

• Social

• Ambiental

EEEEE • Enginering

• Economic

• Ethical

• Equity

• Environment

Sostenibilidad Tecnológica

Son buenos diseños ?

• Desde agosto contaremos con SENCICO para la aprobación de las cocinas.

• Habrá nuevas normas técnicas sobre el diseño de las cocinas.

• Podemos visitar algunos modelos en la Casa Ecológica PUCP

Priorizaremos el rendimiento?

• Rendimiento vs Utilización

• Imponer o concertar un diseño?

• Si el 50 % lo usa es un éxito?

• Hacemos caso a sus costumbres, a sus tipos de comidas, al tipo de leña que usan, etc?

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN LAS COCINAS MEJORADAS.

Radiación

Convección.

Conducción.

Cursos de

diseño

¿ Problema Energético ?

Consumo de Leña Familia Promedio

Diario

Semanal

Mensual

Anual 2 - 4 Toneladas de Leña

A nivel Nacional.

Sostenibilidad Económica

Son diseños baratos ?

• Cuáles son los verdaderos costos ?

• Cuánto tiempo duran las cocinas ?

• Cuánto cuesta reparar o reemplazar?

• Nuevas ollas ?

Regalar o vender ?

• Rendimiento vs Utilización

• Imponer o concertar un diseño?

• Los Bonos de Carbono

Sostenibilidad Política

Por fin el gobierno se puso a trabajar

• Ignorancia de los políticos sobre el tema.

• Algunos creen que el mejor diseño es la mejor cocina.

Las ONGs ayudan

• Si es con ayuda externa, mejor.

• Por qué no usamos el modelo Yachachiq?

Hay intentos

WWW.MIGUELHADZICH.COM

Muy buenas historias de cocinas en

Debate público

• Nos harán caso ?

• Vigilancia tecnológica académica.

Sostenibilidad Social

Aquí fallamos

• Están siendo utilizadas todas las cocinas ?

• Tiene la mujer decisión sobre el modelo de su cocina?

• Le consultamos sus costumbres ?

La salud mejora

• Falta motivación y educación.

Tenemos derecho a elegir?

¿ Problema Salud ?

Bronquitis. Enfisema Cáncer. Asma. Infecciones. Respiratorias. Oculopatias. Embarazo.

Componentes nocivos, partículas respirables en suspensión, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno, formaldehido, e hidrocarburos poli aromáticos

Gran cantidad de hogares en países en desarrollo dependen de combustibles de biomasa – leña, estiércol y residuos de sus cultivos – para cocinar y calentar sus viviendas.

Por ello se tiene como resultado, unos 3.500 millones de personas, en su mayoría residentes en zonas rurales, están expuestas a altos niveles de contaminantes atmosféricos en sus casas.

El Banco Mundial ha designado esto como uno de los cuatro problemas ambientales más críticos de los países en desarrollo.

CONDICIONES COMUNES EN VIVIENDAS SIN COCINA MEJORADA.

Sostenibilidad Ambiental

No tenemos otra opción energética ?

• Y las cocinas solares ?

Disminuimos la deforestación

• La combustión es casi completa

• Qué pasará cuando la población aumente?

• Cuánto de bosta tendremos ?

En general, se ha estimado que 25-33% de la carga mundial de enfermedad puede atribuirse a factores de peligro ambiental. Estudios recientes colocan el uso de combustibles sólidos sin procesar para cocinar y calentar las viviendas en el tercer lugar más importante entre estos factores, después de la desnutrición y del agua/higiene/saneamiento, causante de discapacidad y muerte en los países en desarrollo

Según un estimado reciente, la quema de combustibles domésticos sólidos da cuenta de unos 2,5 millones de muertes prematuras cada año alrededor de 6-7% de la carga mundial de enfermedad, y considerablemente más que la proporción debida a la contaminación atmosférica ambiental urbana.

Nivel Mundial

50 % a 70 % de la madera utilizada

Tratamiento de Residuos Sólidos

113

Biogas

11.5.- Tratamiento de Aguas Residuales

http://refuerzomisociales.blogspot.com/2012/08/para-4-grado-tratamiento-de-aguas.html

http://www.bioaguachile.cl/

http://www.plantasdetratamientos.cl/2013/01/30/fosas-septicas/

http://demaindeco.blogspot.com/2011/05/como-resolver-el-problema-de-las-aguas.html

Tratamiento de Aguas Residuales

http://www.bosstechnology.com.mx/sistemas.html

Tratamiento de Aguas Residuales

http://www.bosstechnology.com.mx/sistemas.html

Tratamiento de Aguas Residuales

http://www.bosstechnology.com.mx/sistemas.html

Jacuzzi a leña