GRUPO DE APOYO AL SECTOR

RURAL -PONTIFICIA

UNIVERSIDAD CATOLICA DEL

PERU.

COCINAS MEJORADAS.

OMAR GONZALES ARCONDO

PERU.

COCINAS MEJORADAS A LEÑA

PRIMERA EDICIÓN DIGITAL

Julio, 2011

Lima - Perú

© Grupo PUCP

PROYECTO LIBRO DIGITAL

PLD 0196

Editor: Víctor López Guzmán

http://www.guzlop-editoras.com/guzlopster@gmail.com guzlopnano@gmail.com facebook.com/guzlop twitter.com/guzlopster428 4071 - 999 921 348Lima - Perú

PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD)

El proyecto libro digital propone que los apuntes de clases, las tesis y los avances en investigación (papers) de las profesoras y profesores de las universidades peruanas sean convertidos en libro digital y difundidos por internet en forma gratuita a través de nuestra página web. Los recursos económicos disponibles para este proyecto provienen de las utilidades nuestras por los trabajos de edición y publicación a terceros, por lo tanto, son limitados.

Un libro digital, también conocido como e-book, eBook, ecolibro o libro electrónico, es una versión electrónica de la digitalización y diagramación de un libro que originariamente es editado para ser impreso en papel y que puede encontrarse en internet o en CD-ROM. Por, lo tanto, no reemplaza al libro impreso.

Entre las ventajas del libro digital se tienen:• su accesibilidad (se puede leer en cualquier parte que tenga electricidad),• su difusión globalizada (mediante internet nos da una gran independencia geográfica),• su incorporación a la carrera tecnológica y la posibilidad de disminuir la brecha digital (inseparable de la competición por la influencia cultural),• su aprovechamiento a los cambios de hábitos de los estudiantes asociados al internet y a las redes sociales (siendo la oportunidad de difundir, de una forma diferente, el conocimiento),• su realización permitirá disminuir o anular la percepción de nuestras élites políticas frente a la supuesta incompetencia de nuestras profesoras y profesores de producir libros, ponencias y trabajos de investiga-ción de alta calidad en los contenidos, y, que su existencia no está circunscrita solo a las letras.

Algunos objetivos que esperamos alcanzar:• Que el estudiante, como usuario final, tenga el curso que está llevando desarrollado como un libro (con todas las características de un libro impreso) en formato digital.• Que las profesoras y profesores actualicen la información dada a los estudiantes, mejorando sus contenidos, aplicaciones y ejemplos; pudiendo evaluar sus aportes y coherencia en los cursos que dicta.• Que las profesoras y profesores, y estudiantes logren una familiaridad con el uso de estas nuevas tecnologías.• El libro digital bien elaborado, permitirá dar un buen nivel de conocimientos a las alumnas y alumnos de las universidades nacionales y, especialmente, a los del interior del país donde la calidad de la educación actualmente es muy deficiente tanto por la infraestructura física como por el personal docente.• El pe r sona l docente jugará un r o l de tu to r, f ac i l i t ador y conductor de p r oyec tos

de investigación de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electró-nicas recomendadas.• Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales y mejorar la sustentación de sus presupuestos anuales en el Congreso.

En el aspecto legal:• Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edición digital, sin perder su autoría, permitiendo que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita.• Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versión digital.

Lima - Perú, enero del 2011

“El conocimiento es útil solo si se difunde y aplica” Víctor López Guzmán Editor

COCINAS

MEJORADAS

COCINAS LOCALES EN DIFERENTES

ZONAS.

Cocinas a Leña , Yareta y Bosta a Nivel Mundial.

Guatemala

Bolivia

Tailandia

Sir Lanka

Marruecos

Indonesia

¿Problema Mundial?

¿ Problema Salud ?

¿ Problema Confort ?

¿ Problema Energético ?

¿ 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 endesarrollo dependen de combustibles debiomasa – leña, estiércol y residuos de suscultivos – para cocinar y calentar susviviendas.

�Por ello se tiene como resultado, unos3.500 millones de personas, en su mayoríaresidentes en zonas rurales, estánresidentes en zonas rurales, estánexpuestas a altos niveles decontaminantes atmosféricos en sus casas.

�El Banco Mundial ha designado estocomo uno de los cuatro problemasambientales más críticos de los países endesarrollo.

En general, se ha estimado que 25-33% de la carga mundial de enfermedad puede atribuirse a

Según un estimado reciente, la quema decombustibles domésticos sólidos da cuenta deunos 2,5 millones de muertes prematuras cadaaño alrededor de 6-7% de la carga mundial deenfermedad, y considerablemente más que laproporción debida a la contaminaciónatmosférica ambiental urbana.

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

¿ Problema Confort (Mejora condiciones Vida) ?

Espacio.

Vivienda.

Orden.

Esparcimiento.

CONDICIONES COMUNES EN VIVIENDAS SIN COCINA MEJORADA.

CONFORT

Programa Académico Internacional para el Desarrollo Rural Sostenible.

Casa Ecológica Andina.

¿ Problema Energético ?

Consumo de Leña Familia Promedio

Diario

SemanalSemanal

Mensual

Anual2 - 4 Toneladas de Leña

A nivel Nacional.

Nivel Mundial

50 % a 70 % de la madera utilizada

Soluciones:

Cocina Mejorada.

DeforestaciónCreación de Empleos.

Energía Solar

Cocina Parabólica.Cocina Tipo Caja.Cocina Indirecta.

Energético.

Seguridad.

Salud.

Confort.

1.Parrilla2.-Camara Combustión.3.-Cuerpo de Cocina.3.-Cuerpo de Cocina.4.-Olla Principal.5.-Olla Secundaria.6.-Chimenea.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LAS PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LAS

COCINAS MEJORAS

COMBUSTION

La combustión es una reacción química en la que un elemento combustiblese combina con otro comburente (generalmente oxígeno en forma de O2gaseoso), desprendiendo calor y produciendo un óxido; la combustión esuna reacción exotérmica que produce:

�Calor al quemar.�Luz al arder.

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

�Luz al arder.

AZUFRE

LEÑA

CARBONOHIDROGENO CARBONO

H2O (agua) CO2 (Bióxido de Carbono)

+ OXIGENO +

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

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

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

Importante tener en cuenta que los volátiles calientes representan alrededor de 2/3de la energía liberada del fuego de la leña ,el carbón dejado atrás representa latercera parte restante.tercera parte restante.

Dado que los volátiles son liberados siempre que la leña este caliente, alcerrar el suministro de aire se detiene sólo la combustión, aunque la intensidaddel fuego se reduce, la leña sigue siendo consumida mientras que esta estécaliente, liberando volátiles sin quemar como humo, dejando carbón.

La temperatura cerca de la superficie del carbón que se quema estaalrededor de 800°C.

TIPOS DE COMBUSTION

1. Combustión Estequiometria.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 oxigeno 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 solidas 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 conbustionar 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.

2.-Mecanismos de Transferencia de Calor.

3.-Evacuación de Gases de la Combustión.

1.-Materiales de Combustión.

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN LAS COCINAS MEJORADAS.

Convección.

Radiación

Conducción.

RADIACIÓN

Transferencia de Calor desde el

Lecho del Combustible

Cocina Tres Piedras.

Cocina Mas Rudimentarias

Principal Mecanismo

|

Radiación

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.cocina mejorada.

Tiro aparte de extraer los gases de la combustión succiona aire de la entrada de la cámara de combustión.

1.- En la medida de lo posible, es necesario aislar alrededor del fuego conmateriales livianos y resistentes al calor.

Materiales Refractarios

Aire (Aislante)

2.-Instalar una chimenea corta y aislada directamente encima del fuego.

Una altura mayor

( H = 3 D ) Altura de la cámara de combustión

Una altura mayor significaría un exceso de corriente y aire frio

Humos se quemara con las llamas de la cámara de combustión (combustión mas completa)

3.- Calentar y quemar las puntas de los palos a medida que se meten al fuego.

4.- Crear temperaturas altas y bajas según la cantidad de leña que se mete al fuego.

5.-Mantener una corriente de aire buena y rápida en todo el carburante.

6.-La falta de corriente de aire en el fuego resulta en humo y exceso de carbón

7.-La abertura al fuego, el tamaño de los espacios dentro de la estufa por donde pasan los gases calientes y la chimenea externa deben ser aproximadamente del mismo tamaño. Esto se llama mantener una superficie transversal consistente y ayuda a mantener una corriente pareja en la estufa.

8.-Usar una reja debajo del fuego.

9.- Aislar la trayectoria del aire caliente.

10.- Aumentar el intercambio térmico la olla con espacios adecuados.

Dimensionamiento Aproximado de una Cocina Mejorada.

1.- Parrilla.

Alojamiento del combustible este se diseña dependiendo del tipo de combustible a utilizar teniendo en cuenta que una combustionado el material este deje la brasa suficiente para calentar el aire primario que ingresa por este es decir debajo de la parrilla se recomiendo un máximo de 15 mm para cámaras de 200 mm x 200 mm

2.-Entrada de Alimentación.

La entrada de alimentación esta dada ,por las dimensionamiento del combustible a utilizar mismo ,y en función al diámetro de las ollas a utilizar (pagina 19 y 20 Principios de diseño para estufas de cocción con leña ), así mismo en muchos casos se considera una compuerta para forzar la entrada de aire primario por debajo de la parrilla ,como también evitar que algunos de los gases de la combustión salgan por la entrada de la cámara.

3.-Longitud de la Cámara de Combustión.

La longitud de la cámara de combustión ayudara a quemar los humos de la combustión , esta deberá estar entre un margen de 200 mm a 300 mm, dependiendo del tipo de combustible (aislada – refractarios).

4.-Faldon entre la olla y la Cocina 4.-Faldon entre la olla y la Cocina

Este es un punto bastante importante dado que se estará aprovechando la energía de los gases de la combustión , por convección y radiación .

5.-Area de los ductos o uniones (puentes).

Se deben de mantener las aéreas casi iguales en relación a la cámara de combustión.

6.-Chimenea.

Siendo su labor principal la evacuación de los gases de la combustión , y alimentar la cámara de combustión de aire nuevo (aire primario).

Siendo la 20 D < H < 25 D ( D diámetro de la chimenea ).

Siendo la mínima altura de 2,5 m.

Viernes.

11.00-1.00 Evaluación de Cocinas

Mejoradas.

Rendimiento & Eficiencia.

Cálculos Ingeniería.

Prueba en Caliente y en Frio.

Cuantitativa y Visual

Caliente y en Frio.

Materiales Necesarios Para Toma de Datos.

1. Termocupla.2. Balanza (e = gramos).3. Guantes.4. Caja metálica (apagar fuegos).5. Badilejo (Desgranar carbones).6. Dos recipientes para pesar cenizas y carbón.7. Cronometro.

Materiales Necesarios Para La Prueba De Ebullición de Agua.Ebullición de Agua.

1. Dos paquetes de madera 3 kilos cada una (eucalipto) de 25mm X 25mm (para dos pruebas) y una adicional de 4 kilos mas.

2. Dos Ollas del mismo material de preferencia aluminio, diferentes diámetros.3. Rajillas de madera 200 gramos ( para el encendido de las dos pruebas).4. Una hoja de papel periódico.5. Agua en la Olla A ( 5 litros = 5 kilos ) y agua en la Olla B ( 2.5 litros = 2.5

kilos) , solo para una prueba.6. Peso de las Ollas A y B.

Primera Prueba en Frio.

1.- Encendido de la cocina cogiendo 100 gr de rajitas de leño envueltos en unpapel periódico , una vez que estos se están combustionando se colocaencima de estos dos leños para que estos comiencen a prenderse, detalle quese observara humo al inicio de esta prueba.

2.-Una vez encendido los leños se tomara como tiempo cero de la prueba y se2.-Una vez encendido los leños se tomara como tiempo cero de la prueba y setomara temperaturas en las ollas A y B a la mitad del recipiente.

3.-Esta toma de datos se tomara cada 2 minutos hasta que la temperatura dela Olla A , haiga podido alcanzar el punto de ebullición de la zona atitudinal(termina la prueba).

4.-Toma de datos:

a.) Peso de los leños sobrantes (incluyen los leños que estaban enla cámara de combustión y que son desgranados para sacartodo el carbón remanente).

b.) Peso de los Cenizas y carbón remanente.c.) Pesa el agua hervida tanto de la Olla A y la Olla B.

5.- Procesamiento de Datos en una hoja de Excel.5.- Procesamiento de Datos en una hoja de Excel.

Muchas Gracias.