UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

TESINA DE SEGUNDA ESPECIALIZACIÓN PROFESIONAL EN ENERGÍA SOLAR

AHORRO POTENCIAL DE LEÑA Y DISMINUCIÓN DE LA POLUCIÓN INTRADOMICILIARIA Y APORTE ALA

CONSERVACIÓN DE BOSQUES MEDIANTE EL EMPLEO DE COCINAS Y HORNOS MEJORADOS VALIDADOS

PRESENTADO POR: LIC. VERÓNICA JESÚS PILCO MAMANI

ASESOR:

ING. RAFAEL ESPINOZA PAREDES

LIMA – PERÚ

2013

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RESUMEN

El presente trabajo de investigación muestra la construcción y experimentación

en laboratorio de prototipos de cocinas y hornos mejorados a leña. El objetivo

del estudio es comparar en condiciones controladas de laboratorio y simulando

condiciones reales de uso, la eficiencia energética y la polución intradomiciliaria

inherentes de una cocina y un horno tradicional respecto a aquellas propias de

sus tecnologías mejoradas.

La metodología fue experimental comparativa para obtener información

referida al consumo de leña, niveles de polución intradomiciliaria y

aprovechamiento de energía por mecanismos de transferencia de calor, en las

tecnologías mejoradas de cocción frente a las tradicionales.

Las pruebas experimentales se realizaron en el laboratorio del Centro de

Energias Renovables de la Universidad Nacional de Ingenieria. Se aplicaron las

pruebas del “Reglamento Nacional de Certificación de Cocinas Mejoradas-

SENCICO” 1, que comprenden la prueba de hervido de agua (Water Boiling

Test - WBT2) y la prueba de contaminación en interiores utilizando el medidor

de polución intradomiciliaria (Indoor Air Pollution - IAP, por sus siglas en

inglés). El medidor IAP fue desarrollado por el Centro de Investigación

Aprovecho3 para la evaluación de los niveles de concentración de monóxido de

carbono (CO) y material particulado (particulate matter - PM2.5). Adicional se

utilizó la prueba internacional de cocción controlada (COntrolled Cooking Test -

CCT por sus siglas en inglés4), la cual a diferencia de las anteriores pruebas

aun no ha sido adaptada en el Reglamento Nacional.

1 Servicio Nacional de Capacitación para la industria de la construcción, ente certificador de cocinas mejoradas en el Perú. 2 Protocolo en versión original (http://www.pciaonline.org/testing). 3 Aprovecho, se dedica a la investigación, desarrollo y difusión de tecnologías limpias para satisfacer las necesidades básicas de la población rural pobre de las comunidades del mundo en desarrollo. 4 Elaborado 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.

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El análisis comparativo de eficiencia energética, polución intradomiciliaria y

cocción controlada, muestra que:

i. En la prueba de hornos,

• El tiempo necesario para el precalentamiento (170 ºC) del horno

mejorado es de 43 minutos mientras que el prototipo de horno tradicional

requiere en promedio de 68 minutos. Se muestra una reducción de 25

minutos (37% en ahorro de tiempo) respecto del horno 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.

• De la 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.

ii. En la prueba de cocinas,

• La cocina mejorada CECADE5, reduce en promedio el tiempo de hervido

del agua en 7 minutos (25%) respecto al fogón de tres piedras. Esta

disminución de tiempo, también puede interpretarse como un ahorro en

consumo de leña.

• 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.

• De la prueba de polución intradomiciliaria en la fase de inicio frio la

cocina mejorada, reduce en 60% la concentración de CO en el interior

5 Cocina mejorada con horno del Centro de Capacitación para el Desarrollo – CECADE, la cual es una Asociación Civil sin fines de lucro que desarrolla programas de inclusión social y capacitación, orientados fundamentalmente a promover el desarrollo y fortalecimiento de capacidades, de las familias de comunidades campesinas excluidas.

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del ambiente y en 77% la concentración de PM2.5, respecto de un fogón

tradicional.

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.

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INDICE

LISTA DE SIMBOLOS

GLOSARIO

CAPÍTULO 1:

GENERALIDADES 12

1.1 Antecedentes y justificación 12

1.2 Objetivo general 14

CAPÍTULO 2:

BIOMASA EN EL PERU 2.1 Utilización de biomasa en el Perú 15

2.2. Matriz energética perspectivas 17

CAPITULO 3: MARCO TEÓRICO DE TECNOLOGIAS A BIOMASA PARA COCCION DE ALIMENTOS 18

3.1 Fogón tradicional 18

3.2. Características del uso de un fogón tradicional 18

3.3. Cocina tradicional 20

3.4 Cocina mejorada 20

3.5. Características del uso de cocina mejorada 21

3.6. Principales componentes de la cocina mejorada 21

3.7. Horno tradicional 23

3.8. Principios de diseño de una cocina mejorada 24

3.9. Proceso de combustión del combustible 28

3.10. Humedad y poder calorífico 31

3.11. Mecanismos de transferencia de calor en las cocinas 32

CAPÍTULO 4: PROTOCOLOS DE EVALUACIÓN DE COCINAS Y HORNOS

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4.1. Antecedentes de los Protocolos de Evaluación de Cocinas

Mejoradas 39

4.2. Protocolos Empleados en las Pruebas de Evaluación 40

4.2.1. Prueba de Hervido de Agua (WBT) 41

4.2.2. Prueba de Cocción Controlada (CCT) 43

4.2.3 Prueba de Concentración de Polución Intradomiciliaria (PID 44

CAPÍTULO 5: PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

5.1. Ambiente de evaluación 48

5.2. Equipos e instrumentación empleada para la prueba 48

5.3. Periodo de evaluación 50

5.4. Procedimiento de evaluación 50

5.5. Evaluación de la cocina mejorada 55

5.6. Resultados y análisis de datos 56

5.6.1 Prueba de cocción controlada - Horno 58

5.6.2 Prueba de concentración de polución intradomiciliaria 61

5.6.3 Registro de temperaturas - Horno 64

5.7. Resultados de cocina mejorada 68

5.7.1. Prueba de hervido de agua 73

5.7.2. Prueba de polución intradomiciliaria 75

5.7.3. Prueba de cocción controlada 78

5.7.4. Registro de temperaturas 84

CONCLUSIONES 87

RECOMENDACIONES 92 BIBLIOGRAFÍA 94

ANEXOS A1- A6 96

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LISTA DE SIMBOLOS

rQ : Flujo de energía emitida por radiación (W)

12F : Factor de forma radiante entre las superficies 1 y 2.

σ : Constante de Stefan Boltzman (W/m2K4).

1A : Área de la superficie 1 (m2).

conQ : Flujo de energía térmica transferida por conducción (W).

k : Conductividad térmica de la olla (W/m K).

L : Espesor de la pared de la olla (m).

cvQ : Flujo de energía térmica transferida por convección (W).

h : Coeficiente de convección (W /m2K).

A : Área de transmisión involucrada (m2).

∞T : Temperatura del fluido (en este caso gases de combustión (K)

wT : Temperatura de la superficie de la olla (K).

cmf : Combustible consumido (kg).

cif : Peso inicial de la leña (kg).

cff : Peso final de la leña (kg).

cC∆ : Cambio neto de cenizas (kg).

cC : Peso total de ceniza más bandeja (kg).

k : Bandeja pre-pesada vacio (kg).

t∆ : Duración de fase (min).

cft : Hora final de la prueba (min).

cit : Hora inicial de la prueba (min).

cvW : Agua evaporada (kg).

jiP : Peso inicial de la olla con agua (kg).

jfP : Peso final de la olla con agua (kg).

cSC : Consumo especifico de combustible (g/L).

cdf : Combustible seco consumido (kg).

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ch : Eficiencia térmica (%).

rW : Masa de agua remanente al final de la fase (kg).

m : Contenido de humedad (% base húmeda).

LHV: Poder calorífico (kJ/kg).

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GLOSARIO DE TÉRMINOS

• Alto poder. Modo de operación de la cocina cuando el objetivo es

hervir el agua lo más rápido posible.

• Bajo poder. Modo de operación de la cocina cuando el objetivo es

calentar el agua o el alimento a fuego lento; el poder más bajo con el

que pueda funcionar una estufa y seguir manteniendo una llama y

cociendo comida.

• Biomasa. Materia orgánica originada en un proceso biológico, es

decir que procede directa o indirectamente de la energía solar fijada

en la tierra mediante el proceso de fotosíntesis, y que es utilizable

como fuente de energía. • Cámara de combustión. Parte de la cocina en la que quema el

combustible.

• Carbón de leña. Material negro y poroso que contiene carbón en su

mayor parte y que se produce al quemar madera o un biocarburante.

• Combustión. Es una reacción exotérmica (liberación de calor) entre

un combustible y un oxidante, el cual consiste en las reacciones

termoquímicas necesarias para la reducción del combustible.

• Combustión Completa. Conduce a la oxidación total de todos los

elementos que constituyen el combustible. En el caso de

hidrocarburos.

• Combustión Incompleta. Los componentes del combustible no se

oxidan totalmente por lo que aparecen los denominados inquemados,

los más importantes son CO y H2; otros posibles inquemados son

carbono, restos de combustible, etc.

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• Convección. Intercambio térmico en un gas o un líquido debido el

movimiento del aire o del agua.

• Corriente de aire. Aire que se desplaza por la cocina y que sube por

la chimenea.

• Contenido de humedad (H.R.). El contenido de humedad de la

biomasa es la relación de la masa de agua contenida por kilogramo

de materia seca. Para la mayoría de los procesos de conversión

energética es imprescindible que la biomasa tenga un contenido de

humedad inferior al 30%.

• Eficacia del combustible. Porcentaje de la energía térmica del

combustible que se utiliza para calentar alimentos o agua.

• Eficacia de combustión. Porcentaje de la energía térmica del

combustible liberada durante la combustión. La eficacia de

combustión se refiere a la cantidad de la energía del combustible que

se convierte en energía térmica.

• Eficacia de intercambio térmico. Porcentaje de calor liberado por la

combustión que pasa a una olla.

• Emisiones. Subproductos del proceso de combustión que se

descargan en el medio ambiente.

• Energía retenida. Energía de calor que calienta los recintos

alrededor del fuego que no se escapa a su exterior.

• Exceso de aire. Cantidad de aire usada en exceso de la cantidad

necesaria para la combustión completa.

- 11 -

• Gases de combustión. Gases calientes que fluyen de la cámara de

combustión y salen por la chimenea.

• Poder calórico. El contenido calórico por unidad de masa es el

parámetro que determina la energía disponible en la biomasa. Su

poder calórico está relacionado directamente con su contenido de

humedad. Un elevado porcentaje de humedad reduce la eficiencia de

la combustión debido a que una gran parte del calor liberado se usa

para evaporar el agua y no se aprovecha en la reducción química del

material.

• Potencia del fuego. Tasa de consumo del combustible,

generalmente en kilogramos de combustible por hora.

- 12 -

CAPÍTULO 1 GENERALIDADES

1.1. Antecedentes y Justificación

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 Perú6. Este último, según el XI Censo de población y VI de

vivienda 2007, señala que, a 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%)7. 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.

Aunque existe escasa información sobre los gases y partículas que se

emiten durante la combustión de leña en los hogares, la información

disponible sobre el grado o límite de exposición de los seres humanos a

estos contaminantes en interiores es aún menor. Sin embargo, se sabe

que es en el interior de las viviendas, especialmente en las cocinas,

donde se da la mayor exposición a estos contaminantes de acuerdo con

Cooper (1982, citado por Smith, 1987) la quema de biomasa en fogones

abiertos genera:

I. Diecisiete sustancias consideradas "contaminantes prioritarios"

por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos

6 World Meteorological Organization, Commission for Climatology, 2001

7 Fuente INEI 2007, Censo Nacional XI de Población y VI de vivienda

- 13 -

(EPA, por sus siglas en inglés), para las cuales existe evidencia

de toxicidad;

II. Más de catorce compuestos carcinógenos;

III. Seis tóxicos para los cilios y agentes muco-coagulantes; y

IV. Cuatro precursores del cáncer.

La población que utiliza combustibles tradicionales de biomasa para

cocinar está expuesta durante periodos de tres a siete horas diarios a

niveles muy altos de contaminantes durante muchos años8.

Todo ello hace que la evidencia científica esté revelando que estas

partículas PM2,5 tienen efectos más severos sobre la salud que aquellas

más grandes, como PM10. Asimismo, su tamaño hace que sean más

ligeras y por eso permanecen por más tiempo en el aire. Ello no sólo

prolonga la exposición a sus efectos; además el viento facilita su

transporte a grandes distancias.

De acuerdo a la experiencia internacional9, el desarrollo de tecnologías

eficientes es la solución más pertinente para enfrentar los problemas

antes mencionados. Sin embargo ésta, además de la evaluación en

laboratorio, debe ir acompañada de un estudio de validación in situ que

pueda medir el ahorro de combustible, la emisión de la contaminación

intradomiciliaria en condiciones reales de uso, además de la aceptación

y adopción de esta tecnología por parte de las familias.

Es así que el Proyecto EnDev de la Cooperación Alemana al Desarrollo

de la GIZ y el Centro de Energías Renovables de la Universidad

Nacional de Ingenierías en un trabajo concertado facilitan un estudio de

validación de prototipos de cocina y horno mejorado en laboratorio, a fin

8 Albalak, 1997.

9 HELPS en Guatemala, PROLEÑA en Nicaragua, AHDESA y “Trees, Water and People” en Honduras, ProBec de Sudáfrica, la nueva generación de cocinas GTZ en África.

- 14 -

de contribuir con la promoción y venta de este tipo de tecnologías que

garanticen la disminución de consumo de combustible y emisión de

contaminantes tóxicos, sobre todo en familias del sector rural.

1.2. Objetivo General

• Comparar en condiciones controladas de laboratorio y simulando

condiciones reales de uso, la eficiencia energética y la polución

intradomiciliaria inherentes de una cocina y un horno tradicional

respecto a aquellas propias de sus tecnologías mejoradas, con el

propósito de contribuir a la difusión de tecnologías del sector

productivo y de la sociedad.

- 15 -

CAPÍTULO 2 BIOMASA EN EL PERÚ

2.1. Utilización de biomasa en el Perú

Los biocombustibles sólidos representan la fuente energética a partir de

la biomasa con mayor grado de utilización en el mercado local. En total

se estima que entre el 10 y 12% del total del consumo de energía es a

partir de la biomasa. Asimismo, hay consumo de bosta, leña que se

utiliza en el sector residencial y comercial; también existe el consumo de

carbón vegetal obtenido de las carboneras (en su mayoría informales) y

focalizado en el sector comercial. En ambos casos las tecnologías que

se utilizan son del tipo artesanal y el carbón las cuales se utilizan en

cientos de miles de cocinas a leña en el sector preferentemente rural y

también en el sector urbano. Por otro lado, también hay hornos a carbón

vegetal.

Tabla 2. 1. Tipos de bionergia solida utilizados en el Perú

Fuente: El panorama de la bioenergía y la seguridad alimentaria en Perú, Henry Garcia B.

Tipo Insumos Zona de produccion

Usos del biocombustible

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La estructura del consumo energético, en la actualidad el petróleo

representa el 39%, el gas natural y los líquidos del gas un 33%, la

hidroenergía un 11% y el 17% restante es biomasa, carbón y solar.

El aporte de los recursos bioenergéticos para el consumo de energía

final del país continua siendo significativo.

En la región de la costa del Perú, la leña en un alto porcentaje proviene

de los bosques secos del norte, el destino final de esta fuente de energía

son principalmente industrias de productos alimenticios, restaurantes,

panaderías, fábricas de ladrillos y el consumo doméstico.

En la región de la sierra y específicamente en el trapecio andino, entre

los ecosistemas naturales que son fuente de energía, están los bosques

de quenuales y otras formaciones boscosas restringidas como son los

totorales y yaretales. En esta región, el poblador andino recurre a la

biomasa para satisfacer sus necesidades energéticas dadas su

imposibilidad económica para acceder a productos derivados del

petróleo crudo.

En la región de la selva existe abundancia de esta fuente de energía, por

lo cual su consumo no tiene restricción.

En el caso de la leña, los datos que se utilizan para su estimación están

basados en el Balance Nacional de Energía Útil 1998 y el modelo de

proyección de leña desarrollado con apoyo de la Cooperación

Canadiense (PASEH) el año 2005. En el año 2009, la producción total

estimada de leña fue de 5 321 x 106 kg; esta cifra ha sido obtenida a

partir del consumo de la leña y del carbón vegetal en los sectores

residencial - comercial, industrial y agropecuario - agroindustrial.

Asimismo, el mismo año, el consumo de leña fue 4 988 x 106 kg, de los

cuales el sector residencial representó el 99,7%.

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En el sector comercial, se resalta la utilización de la leña en restaurantes

y panaderías principalmente en los poblados de la sierra del país.

También existe consumo de leña con fines industriales entre las que

destacan las ladrilleras y alfarerías.

En cuanto a la bosta y yareta, el año 2009, el consumo estimado fue de

684 x 106 kg y en su totalidad demandado por el sector residencial,

notándose un incremento del 86 % respecto del año 2008. Ello se debe

a que en este caso, también se trabajo con los resultados del Censo

2007 con lo cual se modificó la metodología empleada en años

anteriores.

2.2. Matriz energética: Perspectiva El Estado viene realizando esfuerzos para que en el futuro se

incremente la participación de la hidroenergía y de otras energías

renovables que, en conjunto, representaron el 25% de la Oferta Interna

Bruta en 2009; se estima que para 2021 alcancen el 33%, y en el año

2040 el 40%. Esto será posible con el desarrollo de grandes proyectos

hidroeléctricos y la promoción de la producción de electricidad con

energías renovables no convencionales (eólicos, solares y de biomasa)

a través de subastas.

En consecuencia, la participación del petróleo crudo como fuente de

energía primaria disminuirá progresivamente. Vale la pena mencionar

que, de acuerdo a la ley 28054 y su reglamento, los derivados de

petróleo tendrán un porcentaje de biocombustibles, contribuyendo a la

diversificación de la matriz energética.

En ese sentido, la energía renovable no convencional (eólica, solar,

biomasa) tendrá una participación de 16%, el año 2021, y de 19%, el

año 2040. Todos estos proyectos podrán obtener los beneficios de la

venta de certificados de la reducción de emisiones (CERs) en el

mercado de carbono.

- 18 -

CAPITULO 3

MARCO TEORÍCO DE TECNOLOGÍAS A BIOMASA PARA COCCIÓN DE ALIMENTOS

3.1. Fogón tradicional

Un fogón tradicional generalmente es de tres piedras (o ladrillos) de

similar tamaño dispuesto en un triángulo equilátero de tal forma que

entre piedra y piedra queda un espacio para el suministro de leña.

Un fogón tradicional, alcanza 90% de eficacia a la hora de convertir el

combustible a calor, pero sólo una pequeña proporción de 10% a 40%

del calor producido llega a la olla10.

3.2. Características del uso del fogón tradicional

• Mal sabor en las comidas: Por falta de un sistema de escape para el

humo, los alimentos adquieren sabor a hollín.

• Tizne y partículas de polución en la ropa: Por contacto directo con

el humo.

• Mala postura: Para evitar quemaduras la persona toma una posición

incorrecta en el momento de cocinar lo que a la larga puede derivar

en problemas vertebrales y lumbalgia.

• Mayor peligro de volcamientos y quemaduras: Dada la poca

rigidez y a la precaria construcción, existe mayor riesgo de

quemaduras de distinto grado tanto por el volcamiento de la olla como

por contacto directo con el fuego.

• Mayor consumo de tiempo: Al momento de preparar los alimentos.

En las siguientes figuras11 se puede observar las características de

uso de un fogón tradicional.

10 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.

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Figura 3.1: Familia con un fogón tradicional (fuente VP12).

En la figura 3.1, se observa una usuaria (ama de casa) con mala postura

para cocinar, lo que le provocará dolor de espalda; acumulación de

hollín en sus ollas; concentración de humo en el interior del ambiente de

su cocina, afectando no solo la calidad de vida de la familia sino también

su salud.

Figura 3.2: Contaminación intradomiciliaria y del exterior (Fuente VP)

11 Denominamos figura en este documento a cualquier, foto, dibujo y figuras escaneadas de algún documento.

12 VP en este documento hace referencia al autor de esta tesina: Verónica Pilco

- 20 -

En la figura 3.2, se aprecia la parte exterior de las viviendas, el humo

saliendo del ambiente de la cocina, contaminando no solo a las personas

dentro de la vivienda sino también a las personas fuera de ella y al

medio ambiente de la comunidad.

3.3. Cocina tradicional

Las cocinas tradicionales son llamadas también “cconchas”, “tullpas” ó

“bicharras”. Debido a su diseño rústico innovado por las propias

familias, estas cocinas no regulan la concentración del humo al exterior

del ambiente siendo además poco eficientes para el ahorro de

combustible solido (leña, bosta, yareta, uscha, etc.), pero que de una u

otra manera contribuyen a mejorar la calidad de vida de las familias

beneficiadas.

En los últimos años, existen en el ámbito rural del país cerca de medio

centenar de organismos de desarrollo promoviendo la “cocina mejorada”,

cada uno con sus particularidades en cuanto diseño técnico y objetivos

de intervención. Varios de ellos, han recreado y perfeccionado el modelo

de sus cocinas mejoradas a partir del fogón tradicional agregando en

algunos casos una chimenea rustica, losa ó diseñando una cámara de

combustión cerrada y promoviendo su construcción y uso de manera

participativa con las familias13.

3.4. Cocina mejorada

Una cocina mejorada es aquella cocina que utiliza biomasa como

combustible y que ofrece mejores condiciones que la cocina tradicional;

menor emisión de humo al interior de la vivienda; menor consumo de

13 Heifer International Perú, Promoviendo cambios sostenibles para la equidad de genero y el desarrollo social a través de las cocinas mejoradas, 2008.

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combustible que repercute en menor emisión de gases de efecto

invernadero y mejores condiciones de seguridad14.

3.5. Características de uso de una cocina mejorada

• Evita la contaminación en el interior de la vivienda con humo tóxico,

ceniza, hollín y sus funestas consecuencias en cuanto a salubridad.

• Mayor aprovechamiento del calor (eficiente transferencia de calor,

menor consumo de combustible).

• Mayor seguridad; evitando posibles quemaduras.

• Higiene en general.

• Disminución de la presión sobre los bosques.

3.6. Principales Componentes de la Cocina Mejorada a. Armazón de la Cocina

Es la estructura base, construidos con diferentes tipos de materiales

de albañilería existentes en la zona: adobe y barro o ladrillo y

cemento o ladrillo y barro o piedras más barro.

b. Cámara de Combustión

Generalmente es hecha artesanalmente. Se presenta de diferentes

formas (Fig.3.3). La cámara de combustión permite concentrar y

dirigir el fuego hacia las ollas durante la combustión. Habitualmente

se monta con un recubrimiento de aislante exterior que por lo usual

es ceniza. En el interior de esta cámara se coloca la leña y ahí

ocurre la combustión.

La cámara de combustión debe ser construida con materiales que

soporten altas temperaturas y de bajo coeficiente de conducción

térmica tal que disminuya las pérdidas de calor a través de las

paredes internas de la cámara de combustión. 14 Reglamento de evaluación y certificación de cocinas mejoradas del SENCICO, 2009.

- 22 -

c. Rejilla Metálica

Varios modelos de cocinas mejoradas optan por una plancha

metálica o parrilla de fierro (Fig.3.4). Este componente cumple dos

funciones, en la parte superior sostiene la leña y en la parte inferior

permite la circulación de aire.

d. Hornillas

Las hornillas es donde se ubican las ollas, generalmente en la parte

inferior consta de varillas de fierro ó túmulos de barro que sirve de

soporte para las ollas, inmediatamente debajo de éste accesorio se

encuentra ubicada la cámara de combustión donde ocurre la

combustión del combustible. Entre hornillas consecutivas se hallan

ductos que permiten la 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.

Figura 3.3: Tipos de cámara de combustión

Figura 3.4: Tipos de rejilla metálica (Fuente VP)

- 23 -

e. La Losa

Se presentan de diferentes materiales constan desde losas de

concreto, fierro negro y hasta planchas de fierro fundido; las cuales

presentan orificios denominadas hornillas, donde se insertan las

ollas (Fig. 3.5).

Figura 3.5: Tipos de losas para cocinas mejoradas

f. 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 de cocina.

Esta “fuerza” que jala el humo al exterior se denomina “tiro”. Ocurre

porque los gases calientes del fuego son más livianos que el aire

circundante, y por tanto suben llevando consigo una corriente de aire

caliente a lo largo de la cocina. La fuerza del tiro también succiona

aire por la entrada de la cámara de combustión.

3.7. Horno tradicional

Un horno es un dispositivo que genera calor y que lo mantiene dentro de

un compartimento cerrado. Se utiliza tanto en la cocina para cocinar,

calentar o secar alimentos, como en la industria. Desde el punto de vista

del consumo energético son artefactos de cocción tradicionales los

menos eficientes y los que más emisiones de contaminantes

intradomiciliarios emiten.

- 24 -

3.8. Principios de diseño de cocinas mejoradas Para poder reducir las emisiones y el consumo de leña en las cocinas

mejoradas, el diseñador de cocinas debe esforzarse principalmente en

que la cocina realice una combustión completa y eficiente, con el fin de

proteger la calidad del aire dentro y fuera de la casa, asegurándose que

la mayor cantidad de calor se transmita a las ollas.

El Dr. Larry Winiarski15, ha realizado estudios de investigación de

diseño de cocinas mejoradas las cuales son utilizadas por diversas

organizaciones internacionales para crear cocinas mejoradas. Los

principios de diseño combinan la combustión limpia y completa junto con

la optimización del intercambio térmico. Algunos ejemplos de cocinas

mejoradas diseñadas aplicando los principios de diseño son: Cocina con

Plancha hecha por HELPS en Guatemala, la EcoStove hecha por

PROLEÑA en Nicaragua, la Cocina Justa hecha por AHDESA y por

“Trees, Water and People” en Honduras, la cocina ProBec de Sudáfrica,

la nueva generación de cocinas GTZ (actualmente GIZ) en África, y la

famosa cocina Rocket han sido todas diseñadas con éstos principios,

(todo tipo de cocina de alimentación intermitente de leña puede

diseñarse primero conforme a las necesidades de la población local y

terminar por adoptar los principios de diseño).

En la guía de diseño16 se analizan 10 principios de diseño, sin embargo

en este documento se analizarán solo 5 principios, debido a que los

otros 5 principios son recomendaciones de buen uso que el usuario y/o

beneficiario deberá tener con la cocina mejorada.

A continuación se explica cada uno de estos principios de diseño. 15 El Dr. Larry Winiarski ha estudiado la combustión de la cocina con leña por más de 30 años y ha ayudado a diferentes organizaciones a construir miles de cocinas mejoradas en países de todo el mundo. El Dr. Winiarski es el Director Técnico del Centro de Investigación Aprovecho, donde las cocinas mejoradas han sido el mayor tema de estudio desde 1976. 16 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

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a. Principio Uno: Aislar los conductos y cámara de combustión Al diseñar una cocina mejorada, ésta debe aislarse alrededor de la

cámara de combustión, conductos y hornillas para conservar el

calor, lo cual ayuda a reducir el humo y las emisiones dañinas;

asegurando que el calor del fuego llegue a las ollas, en vez de al

cuerpo frío de la cocina.

b. Principio Dos: Instalar una cámara de combustión corta: Una

cámara de combustión corta encima del fuego estimula una fuerte

corriente de aire y hace que el fuego arda mejor. La cámara de

combustión debe ser aproximadamente tres veces más alta que la

distancia de la boca de ingreso de la leña. Las ollas o las superficies

a calentar se colocan directamente encima de esta cámara de

combustión (Fig.3.6). Una cámara de combustión demasiado alta

puede crear un exceso de corriente de aire, la cual puede reducir el

intercambio térmico. Sin embargo una cámara de combustión corta y

bien aislada transporta los gases calientes directamente a la olla.

Figura 3.6: Diseño de cámara de combustión [Fuente Ref.3].

- 26 -

c. Principio Tres: Mantener una superficie transversal

La abertura de la cámara de combustión (ingreso de leña), el tamaño

de los conductos dentro de la cocina por donde pasan los gases

calientes y la chimenea deben ser aproximadamente del mismo

tamaño, para ayudar a mantener una corriente de aire uniforme en la

cocina. Una buena corriente de aire no sólo mantiene el calor del

fuego, sino también es esencial para que el aire caliente creado por

el fuego, transfiera calor a las ollas eficientemente (Fig.3.7). De lo

contrario la falta de corriente de aire en la cámara de combustión

genera humo y excesivo carbón. Sin embargo, demasiado aire

enfría al fuego y no es útil. También es preciso mencionar que las

aberturas pequeñas de la cámara de combustión ayudan a reducir el

exceso de aire dentro de la cámara.

Figura 3.7: Equilibrio de corriente de aire en una cocina de varias hornillas. [Fuente Ref.3].

- 27 -

d. Principio Cuatro: Usar una parrilla metálica en la cámara de combustión Es recomendable que exista un espacio de aire entre cada leña

(aproximadamente 2 cm), para que se efectúe una buena

combustión, lo ideal es que el aire pase por debajo de la parrilla y

por los carbones encendidos, precalentando el aire y para que los

gases, resultado de esta combustión se quemen totalmente. El aire

que pasa por encima de la leña no es útil ya que es más frio y

reduce la potencia del fuego (Fig. 3.8).

Figura 3.8: Uso de parrilla metálica [Fuente Ref.3].

e. Principio Cinco: Aumentar el intercambio térmico a las ollas con espacios adecuados Transmitir calor a una olla o a una plancha es más fácil con canales

pequeños. Los gases calientes de combustión están forzados por estos canales estrechos, donde rozan la olla. Si los canales son muy

grandes, los gases pasan por el centro y no transfieren su calor a la superficie de manera apropiada (Fig.3.9). Si, por el contrario los

espacios son demasiado angostos, la corriente disminuye apagando

el fuego, aumentando las emisiones contaminantes e impidiendo que

el calor se transfiera a las ollas.

- 28 -

3.9. Proceso de combustión del combustible

Combustible, oxígeno y alta temperatura son los requisitos para que

suceda la combustión. La leña (madera) es un combustible

químicamente complejo el cual se compone primordialmente de carbono,

hidrogeno y también oxigeno combinados íntimamente en forma de

celulosa, lignina, gomas y resinas. La combustión de la leña tiene las

siguientes características:

• La madera se quema en dos etapas. Primero, la quema del

combustible genera los gases volátiles, dejando carbón solido, la

cual se quemará totalmente conforme incrementa la temperatura

en la cámara de combustión.

• El oxigeno debe venir del aire, circundante de la zona de

combustión.

• El tamaño la forma y el arreglo de las piezas de combustible

afectan la tasa y la culminación de la combustión.

a) La Madera se quema en dos etapas Cuando se agrega un trozo de madera al fuego ocurren cambios

químicos por la presencia de calor. Al principio se liberan los gases

no combustibles, bióxido de carbono y vapor de agua, a medida que

se va incrementando la temperatura se desprenden gases

Figura 3.9: Intercambio térmico en las ollas [Fuente presentación de capacitación EnDev - GIZ]

- 29 -

combustibles y alquitrán. Este proceso de degradación química de la

madera se llama pirolisis.

Cuando la temperatura excede los 280ºC la proporción de gases

inflamables emitidos es suficientemente alta para quemarse, en

presencia de oxígeno y a temperatura que excedan la temperatura

de ignición17 del combustible. El gas es

encendido por el calor radiante de los

leños que ya están quemándose.

Una vez encendidos, los gases

pirolizados éstas se queman a una

temperatura de 1100 ºC, las llamas

proveen entonces calor radiante que

mantiene y acelera la pirolisis. Las

llamas de un fuego de leña son estos

gases en combustión.

Las llamas probablemente ni siquiera

tocan las superficies de la madera. El

flujo de gases, que aumenta

enormemente con el calor de las

llamas, evita que el oxígeno alcance la

superficie de la madera. Es solo

cuando cesa este flujo de gases que el

carbón empieza a quemarse. Se

quema únicamente con una débil llama

azul y los subproductos de su

combustión son principalmente bióxido

de carbono y CO.

Todos estos procesos normalmente

17 La temperatura promedio de ignición de los gases emitidos en un fuego de madera es alrededor de 600ºC

Fig.3.10: Proceso de combustión

- 30 -

están ocurriendo simultáneamente en un fuego de leña (Fig.3.10); el

carbón de la superficie de un leño pequeño puede quemarse luego

de minutos de haber sido colocado al fuego, mientras que en el

centro de un leño grande puede empezar a calentarse.

b) Oxígeno del aire circundante a la zona de combustión Para una combustión óptima, es importante el suministro de aire al

fuego.

• Si el oxígeno es insuficiente, debido a que el aire tiene flujo

restringido o está mal distribuido, ocasionará que parte de los

gases combustibles se escapen sin quemarse. Un fuego que

produce mucho humo apunta usualmente a un problema de este

tipo.

• Hasta cierto punto, el aumento del flujo de aire aumenta la

eficiencia de la combustión. Un flujo de aire que excede en gran

parte lo requerido para la combustión, aleja suficiente calor

bajando la temperatura del combustible por debajo de la

temperatura de ignición.

• El exceso de aire también puede bajar la concentración de

gases inflamables de tal forma que no ocurren suficientes

reacciones químicas para mantener las altas temperaturas

necesarias para quemar los combustibles.

c) Tamaño, forma y posición de los leños La tasa de combustión depende en parte del tamaño de la madera.

Un leño grande tiene una proporción mayor de volumen por

superficie que uno pequeño, por lo tanto, las piezas pequeñas

tienen proporcionalmente más exposición al flujo de aire y se

queman más rápido.

Los leños pequeños se calientan rápidamente produciendo llamas

vigorosas y poco carbón (Fig.3.11). Esto, porque la pirolisis rápida

de la madera cede una alta proporción de gases inflamables para el

- 31 -

carbón restante. El gran torrente de gases volátiles emanado de los

leños pequeños puede no quemarse completamente si la provisión

de oxigeno es limitada, como en una cocina encerrada.

Los leños grandes se queman en forma lenta y pareja, estos, al

mismo tiempo, pueden no quemarse del todo si no hay una fuente

externa de calor (como otros leños ardientes). Esto, debido a que es

necesario conducir calor al interior de la pieza para mantener la

temperatura de ignición en la superficie.

Las piezas rectas de

madera arregladas en forma

paralela quedan oprimidas e

impiden el flujo de aire.

Como resultado, los gases

se alejaran de las áreas con

temperaturas

suficientemente altas antes

de mezclarse con el aire

correspondientemente para

quemarse.

3.10. Humedad y Poder Calorífico del Combustible

Centraremos nuestra atención al eucalipto, por ser la especie usada en

nuestras pruebas. Los valores más importantes para evaluar el

combustible es su contenido de humedad y poder calorífico.

a) La madera húmeda proporciona menos calor porque una fracción

importante del calor generado se gasta en evaporar el agua. Hasta

un 12% de la energía calórica de la madera verde puede ser

consumida en ese proceso. La evaporación del agua de la madera

diluye los gases inflamables, lo que disminuye la tasa de combustión

Figura 3.11. Combustión en leños pequeños y grandes

- 32 -

y su eficiencia. Esto resulta en un fuego con más humo y aumenta la

condensación de alquitranes en la cocina y chimenea.

b) La unidad que se emplea para medir la cantidad de calor

desarrollada en la combustión se la denomina poder calorífico.

Se entiende por poder calorífico de un combustible, la cantidad de

calor producida por la combustión completa de un kilogramo de esa

sustancia.

La siguiente tabla presenta los valores de poder calorífico y contenido de

humedad del combustible utilizado en las pruebas, de nuestro estudio.

Tabla 3.1

Poder calorífico y contenido de humedad de la leña (eucalipto) empleada en las pruebas.

Variables medidas Leña Método de Ensayo

Poder calorífico

(en laboratorio)

17,131 kJ/kg LAQ IP 19 - PUCP18*

Humedad de la leña en base

húmeda (en laboratorio)

16 a 18%

Medidor de humedad

3.11. Mecanismos de transferencia de calor en las tecnologías evaluadas

Cocinar requiere la transformación de la energía potencial del

combustible (leña), en energía calorífica. Para mejorar la eficiencia del

cocinado, necesitamos entender como el calor se transmite en el

proceso de combustión del combustible.

El proceso de transferencia de calor en la cocina y horno se produce

mediante tres mecanismos: conducción, convección y radiación. El

18 Este valor analizado en Laboratorio de Análisis Químico de la Pontificia Universidad Católica del Perú, es tomada como referencia del obtenido en laboratorio de cocinas mejoradas del SENCICO.

- 33 -

conjunto de estos mecanismos y la combustión determinan la eficiencia

térmica de la cocina.

a. Radiación La energía radiante se emite de objetos calientes y no se vuelve

calor perceptible hasta que es absorbida por la superficie de otro

objeto, (Fig.3.12).

Figura 3.12: Transmisión de calor por 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 (Fig.3.13).

- 34 -

Figura 3.13: Transferencia de calor por radiación en una cocina mejorada

La ecuación que gobierna este mecanismo es:

( )42

4112 TTFQr −= σ Ec. (3.1)

Dónde:

rQ : Flujo de energía emitida por radiación (W).

F12: Factor de forma radiante entre las superficies 1 y 2.

σ : Constante de Stefan Boltzman: 5,67x10-8 (W/m2K4)

1T : Temperatura absoluta de la superficie 1 (K).

2T : Temperatura absoluta de la superficie 2 (K).

La transferencia de calor por radiación entre la llama del combustible

y la base de la olla puede estar formulada por la ecuación de Stefan

Boltzman (Ec. 3.1), donde el factor de forma radiante F12 incluye los

efectos de emisividades y geometrías relativas entre las superficies

de los cuerpos.

De la ecuación 3.1, se puede estimar la transferencia de calor por

radiación ganada por la olla, la cual incrementa:

- 35 -

• Aumentando el factor de forma por incremento de la relación

r2/r1 (para una misma distancia Hcam). El fuego denso favorece

la transferencia de calor por radiación, logrando que la energía

entregada por el combustible sea mejor interceptada por la

base de la olla.

• Aumentando el factor de forma por reducción de la distancia

Hcam entre la llama del combustible y la base de la olla.

Sin embargo la reducción de la altura de la cámara de combustión

puede afectar el proceso de combustión e incrementar las emisiones

de CO y PM2.5 y otras emisiones de hidrocarburos.

b. 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 (Fig.3.14).

Figura 3.14: Transferencia de calor por conducción en una cocina mejorada

La ecuación que gobierna este mecanismo de transferencia de

calor por conducción a través de la olla es:

- 36 -

LTTAk

Qcon)( 21 −⋅⋅

= Ec. (3.2)

Dónde:

Qcon: Flujo de energía térmica transferida por conducción (W).

K: Conductividad térmica (W/mK).

A: Superficie de la olla (m2)

T1: Temperatura en la superficie exterior de olla (K)

T2: Temperatura en la superficie interior de la olla (K).

L: Espesor de la pared de la olla (m)

De la ecuación (Ec.3.2) se puede estimar que la transferencia de

calor por conducción ganada por la olla aumenta:

• Empleando ollas de material con alto coeficiente de

conductividad térmica k, como el aluminio en vez de arcilla

(Tabla 3.2)

• Exponiendo tanta área (A) de la olla como sea posible a una

fuente de calor (hornilla),

• Incrementando la temperatura en la cámara de combustión y

de los gases calientes.

Tabla 3.2.

Valores de Conductividad Térmica

Metales a 25 ºC Gases a 20 ºC

Sustancia k (W/mK) Sustancia k (W/mK)

Aluminio 238 Aire 0.0234

Cobre 397 Helio 0.138

Latón 110 Oxigeno 0.0238

No metales Otros materiales

Arcilla 1.28 Agua 0,56

Barro 0.81 Concreto 0.8

Ladrillo 0.52 Madera 0.08 a 0.10

Fuente: http://www.fisicanet.com.ar/fisica/f2tb01/tbf2_16c_Tabla_Conductividad.php

- 37 -

Estudios realizados en cocinas mejoradas indican que el ahorro en

consumo de combustible al usar ollas de aluminio en lugar de ollas

de arcilla es alrededor de 45%19.

c. Convección

La transferencia de calor por convección en una cocina mejorada

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, éste aire caliente

se desplazará de acuerdo con la dirección prevaleciente hacia las

ollas y/o las paredes internas de la cocina (cámara de combustión,

hornillas, conductos y chimenea) (Fig.3.15).

Figura 3.15: Transferencia de calor por convección en una cocina mejorada

19 WINIARSKI, Larry. Aprovecho Research Center, Partnership for Clean Indoor Air (PCIA),

Design Principles for Wood Burning Cook Stoves Principios seis. Foundation, junio del 2005,

pág. 14.

- 38 -

La transferencia de calor por convección, es estimada usando la

siguiente ecuación:

)( ∞−⋅⋅= TTAhQ wcv Ec. (3.3)

Dónde:

Qcv: Flujo de energía térmica transferida por convección (w).

h : Coeficiente de transferencia de calor (W/m2 K).

A: Área de transmisión involucrada (m2).

Tw: Temperatura del fluido (gases de combustión) (K)

T∞ : Temperatura de la superficie de la olla (K)

De la ecuación (Ec.3.3) se puede estimar que la transferencia de

calor por convección ganada por la olla se incrementa:

Elevando la temperatura de los gases calientes, lo cual se

logra optimizando el flujo de aire exterior que ingresa a la

cámara de combustión mediante el uso de la parrilla

metálica, atizado correcto y el uso de combustible seco.

Exponiendo tanta área (A) de la olla a los gases calientes

como sea posible. Los gases deben fluir alrededor de la olla

entrando en contacto en toda su superficie.

Aumentando el coeficiente de convección h, esto se logra

aumentando la velocidad del flujo de gases calientes de la

combustión mediante la reducción del canal de las hornillas

para las ollas, de esta forma los gases calientes son

forzados a pasar a través de un canal angosto por toda la

superficie de las ollas (Fig.3.9).

- 39 -

CAPITULO 4:

PROTOCOLOS DE EVALUACIÓN DE COCINAS Y HORNOS

4.1. Antecedentes

Los procedimientos de los protocolos de evaluación de cocinas han

estado en desarrollo durante las últimas dos décadas sobre la base de

normas internacionales. En 1982, la Agencia Internacional para el

Desarrollo de los Estados Unidos-USAID20 organizó una serie de

conferencias internacionales que dieron lugar a la aplicación de tres

pruebas, una para el desarrollo en el laboratorio y dos en el campo

(valiéndose de los protocolos de 1985 VITA21). Los protocolos de VITA y

procedimientos han sido utilizados por muchas organizaciones en todo el

mundo.

En el año 2003, el Dr. Kirk Smith de la Universidad de California en

Berkeley, la Fundación Shell, y Aprovecho Research Center22, han

revisado estas pruebas creando así las Hojas de Cálculo en Excel de la

Microsoft, para facilitar los cálculos de los protocolos de evaluación de

cocinas mejoradas. Desde el año 2007, se han realizado reuniones para

la actualización de estos protocolos, tal es el caso de la conferencia

anual de ETHOS en Kirkland, para mejorar los protocolos de evaluación

de cocinas mejoradas.

Otro evento reciente es el realizado en febrero del 2012 en la Haya -

Holanda, el 10mo Acuerdo de Taller Internacional (IWA), la cual fue

20 Agencia Internacional de los Estados Unidos para el Desarrollo (United States Agency International Development).

21 Voluntarios en la Ayuda Técnica (VITA) es un desarrollo privado, no lucrativo, de organización internacional.

22 Aprovecho Research Center (ARC), una organización sin fines de lucro establecida en 1976, se dedica a la investigación, desarrollo y difusión de soluciones tecnológicas para satisfacer las necesidades humanas básicas de las personas y comunidades empobrecidas en los países más pobres.

- 40 -

organizada por la Alianza para el Aire Limpio en Interiores (PCIA) y la

Alianza Mundial para estufas limpias (GACC) en asociación con el

Instituto Americano de Estándares (ANSI), con el fin de responder a las

urgentes necesidades en el tema de cocinas para establecer propuestas

de procedimientos de evaluación y límites permisibles de eficiencia

energética y emisiones de las cocinas a biomasa. Este Acuerdo de Taller

Internacional (IWA) sirve como guía para los responsables políticos,

inversionistas, proyectos, laboratorios, organizaciones gubernamentales

y no gubernamentales y otros miembros de la GACC con experticia en el

trabajo con cocinas mejoradas, para el aporte en el desarrollo de nuevas

normas, protocolos y parámetros de evaluación de cocinas.

Las pruebas en tecnologías a biomasa de cocción son importantes ya

que permiten comparar el efecto de diversas variaciones sobre los

objetivos técnicos tales como reducción del consumo de combustible,

disminución de la polución intradomiciliaria y seguridad.

Además de proporcionar datos cuantitativos, las pruebas ayudan a

desarrollar la comprensión del funcionamiento de la tecnología en

evaluación y estimulan las ideas en cuanto su diseño. Durante las

comprobaciones, la observación de las características del flujo de aire,

de las pérdidas de calor, entre otras cosas, sugieren mejoras en el

diseño. 4.2. Protocolos Empleados en las Pruebas de Cocinas Mejoradas

Los protocolos utilizados para la evaluación de la cocina mejorada

CECADE es el protocolo de hervido de agua (Water Boilling Test, en

ingles), Prueba de cocinado (Controlled Cooking Test en ingles) y

polución intradomiciliaria (Pollution Air Test en inglés), las hojas de

cálculo de estos protocolos se muestran en el anexo 1.

A continuación se describe los objetivos de cada prueba aplicada:

- 41 -

4.2.1. Prueba de Hervido de Agua de la cocina mejorada23

Es una prueba de laboratorio que estima la eficiencia de la cocina al

completar una tarea estándar (hervido de 5L de agua) en un ambiente

controlado. Es una simulación del proceso de cocción pensada para

ayudar a los diseñadores de cocinas a entender mejor la transferencia

de calor y eficiencia de combustión de la cocina.

Objetivo Evaluar la eficiencia de la cocina mejorada y brindar datos fiables sobre

su comportamiento. La prueba consiste en tres fases: 1) hervir agua

desde un punto de inicio frío; 2) hervir agua cuando la cocina está

caliente; y 3) mantener el agua caliente a fuego lento. Las variables a

determinar son:

a. Consumo de combustible ( cmf ): Es la cantidad de combustible

utilizado para el hervido de agua. Se calcula tomando la diferencia

del lote inicial de combustible y el combustible que permanece al

final de la prueba:

cfcicm fff −= Ec. (4.1)

Donde:

cif : Peso inicial de la leña (kg).

cff : Peso final de la leña (kg).

b. Tiempo de Hervido de 5 L de agua ( ct∆ ): Es el tiempo efectivo

tomado para realizar la prueba.

cicftc tt −=∆ Ec. (4.2)

Dónde:

cft : Hora final de la prueba (min.).

cit : Hora inicial de la prueba (min.). 23 Preparado por Rob Bailis, Damon Ogle, Nordica MacCarty y Dean Still con entrada de Kirk R. Smith y Rufus Edwards - para el Centro de Energía y Programa de Salud, Fundación Shell

- 42 -

c. Agua evaporada ( cvW ): Cantidad de agua perdida a través de la

evaporación en todas las ollas durante la prueba. Es calculado por la

sustracción del peso inicial de la olla con agua menos el peso final de

la olla con el agua restante.

( )∑ =

−=4

1j jfjicv PPW Ec. (4.3)

Donde:

jiP : Peso inicial de la olla con agua (kg).

jfP : Peso final de la olla con agua (kg).

d. Eficiencia térmica: Es la cantidad de energía ganada por el agua y

la cantidad de energía entregada por el combustible.

( ) ( )( )( )LHVf

WTTPPh

cd

cvj jcijcfjjci

c ⋅

⋅+−⋅−⋅=

∑ =260.2186,4 4

1

Ec. (4.4)

Donde:

ciPj : Peso inicial de la olla más agua (kg).

Pj : Peso de la olla (kg).

cfTj : Temperatura final del agua (kg).

ciTj : Temperatura inicial del agua (kg).

cvW : Agua evaporada (kg)

cdf : Combustible seco consumido (kg)

m : Humedad relativa del combustible (%).

LHV: Poder calorífico (Kj/kg).

Factor de conversión de calorías a Joule=4,186(kJ/kgºc).

Calor latente del agua= 2260 kJ/kg

- 43 -

e. Cambio neto de las cenizas ( cC∆ ): Es la cantidad de ceniza

creada durante la prueba menos el contenedor de ceniza. Se

calcula sustrayendo las dos masas (ceniza y bandeja).

kCC cc −=∆ Ec. (4.5)

Donde:

Cc: Peso total de ceniza más bandeja (kg).

k : Bandeja pre-pesada vacío (kg).

4.2.2. Prueba de Cocción Controlada24 Objetivo Es una prueba de campo que se utiliza para comparar el rendimiento de

la cocina en comparación con los métodos tradicionales cuando la

usuaria (cocinera) prepara una comida local para investigar la eficiencia

de la cocina en consumo de combustible y tiempo de cocción.

Las variables a calcular son similares a la ecuaciones 4.1 - 4.5 de la

prueba de hervido de agua además de las siguientes variables:

a. Combustible Seco Consumido ( cdf ): Este cálculo ajusta la

cantidad de combustible que fue quemado para responder a dos

factores: (a) la energía que fue necesaria para quitar la humedad

del combustible y (b) la cantidad de carbón restante no quemada.

( )ccmcd Cmff ∆−−= 5,1)12,11( Ec. (4.6)

El factor de 1-1,12 m es utilizado para considerar la pérdida de energía

en evaporar el contenido de agua de la leña. 24 Preparado por Rob Bailis - para el Centro de Energía y Programa de Salud, Fundación Shell

- 44 -

El calor latente de evaporación del agua es 2.260 kJ/kg que es alrededor

0,12 veces el valor calorífico de la leña empleada en las pruebas, por lo

tanto si la leña está compuesta por m % de humedad, la masa de leña

que efectivamente calienta el agua de la olla es reducida

aproximadamente a 1-1,12 m.

El factor de 1,5Δcc considera la cantidad de leña transformada en

carbón sin quemar. Dado que el carbón tiene aproximadamente el 150%

del poder calorífico de la leña, la cantidad de leña que calienta el agua

de la olla, es ajustada por 1,5Δc para considerar el carbón remanente.

b. Peso Total de los Alimentos Cocidos ( fW ): Este es el peso final de

todos los alimentos cocinados. Se calcula restando el peso de las ollas

vacías del peso de las ollas con los alimentos después de completar la

tarea de cocción.

( )∑

=

−=4

1jjifjf PPW

Ec. (4.7)

Donde:

fPj : Peso de la olla final con alimentos cocidos (kg).

iPj : Peso de la olla vacía (kg).

j: Es el índice para cada número de olla.

4.2.3. Evaluación de Concentración de Polución Intradomiciliaria25 Objetivo Medir la concentración de monóxido de carbono (CO), y material

particulado (PM2.5) generado por el fogón tradicional y mejorada en

25 Elaborado por Aprovecho Research Center, Advanced Studies in Apropriate Technology Laboratory

- 45 -

funcionamiento, al interior del recinto de prueba (laboratorio). Los

contaminantes medidos se describen a continuación:

a. Monóxido de Carbono (CO), Gas inodoro, incoloro e insípido,

ligeramente menos denso que el aire, cuya estructura molecular está

conformada por un átomo de carbono y uno de oxígeno. El CO es

producto de la combustión incompleta de materiales combustibles

como gas, gasolina, kerosene, petróleo, madera y otros.

b. Material Particulado PM2.5

El material particulado respirable se presenta en la atmósfera en

forma sólida o líquida (como polvo, cenizas, hollín, partículas

metálicas, cemento y polen, entre otras). Se puede dividir, según su

tamaño, en dos grupos principales: a las de diámetro igual o inferior a

los 10 µm o 10 micrómetros (1 µm corresponde a la milésima parte

de un milímetro) se las denomina PM10 y a la fracción respirable más

pequeña, PM2.5.

Además, el tamaño no es la única diferencia. Cada tipo de partículas

está compuesto de diferente material y puede provenir de diferentes

fuentes. En el caso del PM2.5, su origen está principalmente en

fuentes de carácter antropogénico26 como las emisiones de la

combustión de cocinas tradicionales.

La siguiente tabla muestra los estándares de calidad de aire

propuestos por la Organización Mundial de la Salud -OMS27.

26 Aquellas que se emiten por actividades en las que está involucrado el ser humano.

27 La OMS - Organización mundial de la salud, ha preparado unas Guías para la Calidad del Aire (2005) como respuesta a la necesidad de emprender acciones y mejorar la legislación y la gestión respecto a la contaminación ambiental a nivel local, regional y nacional.

- 46 -

Tabla 4.1. Valores Guia de la OMS de Calidad de Aire

Contaminante Tiempo Valor del estándar (ug/m3 )

Monóxido de carbono

30 minutos 60.000 (50 ppm)

1 hora 30.000 (25 ppm)

8 horas 10.000 (10 ppm)

Material Particulado PM2.5

Media en 24 horas 25

Media anual 10

Fuente: Guías y normas de calidad del aire, OPS/CEPIS/PUB/00.50

Los valores de la Guía de Calidad de Aire de la OMS son niveles de

contaminación del aire por debajo de los cuales, la exposición de por

vida o la exposición durante un tiempo medio dado, no constituye un

riesgo significativo para la salud. Superarlos brevemente no significa

que el efecto adverso se produzca automáticamente, pero sí se

incrementa el riesgo de tales efectos28.

Cuando se trata de considerar los efectos para la salud de la

contaminación del aire, no importa si el contaminante se está

inhalando en un interior o al aire libre aunque el perfil de la

contaminación normalmente existente en uno u otro caso sea

diferente. Por este motivo, los valores de la Guía de la OMS para

calidad de aire son también una importante referencia para su

aplicación al aire de ambientes interiores, en los cuales las personas

pasan la mayor parte del tiempo29.

28 World Health Organization, “Who Guidelines for Indoor Air Quality: Selected Pollutants”,

Regional office for Europe

29 Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo, Ministerio de Trabajo y asuntos sociales, documentación: NTP 607, Guías de Calidad de Aire Interior contaminantes químicos, 2005.

- 47 -

La siguiente tabla muestra los valores permisibles de concentración

de CO y PM2.5 propuestos en el Reglamento de Evaluación y

Certificación de Cocinas Mejoradas del SENCICO.

Tabla 4.2. Valores Permisibles para Concentración de CO y PM2.5 -SENCICO

Aspectos considerados Prueba Valores permisibles

Contaminación

Concentración de monóxido de carbono.

Máximo 15% del obtenido en prueba similar en cocina a fuego abierto.

Concentración de material particulado.

Fuente: Reglamento de Evaluación y Certificación de Cocinas Mejoradas del

SENCICO

- 48 -

CAPÍTULO 5:

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Y ANALISIS DE RESULTADOS

Para el proceso de evaluación, se conto con la aprobación y apoyo del

Proyecto EnDev-GIZ y el Centro de Energías Renovables de la Universidad

Nacional de Ingenierías, quienes convencidos de la importancia de generar

conocimientos en tecnologías a biomasa para cocción de alimentos,

permitieron la ejecución de pruebas con los prototipos de cocina y horno

mejorado promovidos por cada institución. 5.1. Ambiente de Evaluación

Las pruebas se realizaron en ambientes cerrados, aunque no

herméticamente, con las siguientes dimensiones: 2.5 m x 3.0 m x 2.50 m

de ancho, largo y altura respectivamente (Fig. 5.1).

El laboratorio CER adecuado se encuentra ubicado a 160 m de altitud y

cuyas coordenadas GPS (sistema de posicionamiento global), son latitud

de 07º 17.065´ y longitud de 079º 18.854´ y temperatura ambiente

promedio de 22 ºC.

Figura 5.1: Ambiente de evaluación de hornos en el CER-UNI

Horno tradicional Horno mejorado

3 m

2.5 m

- 49 -

5.2. Equipos e instrumentación empleado para las prueba

• Balanza de 6 kg de capacidad (PRESIX-WEIGH), con precisión

de ±0,001kg.

• Termómetro digital (VWR-Traseable), con precisión de ±1ºC.

• Medidor de humedad (DIGITAL MOISTUIR) con precisión de ±

5%

• Cronómetro para el registro de tiempo ± 1 s.

• Termómetro infrarrojo FLUKE, con precisión de ±1ºC.

• Ollas sin tapa de capacidad mayor de 5 litros y dimensiones de

acuerdo al diámetro de las hornillas30.

• Tenazas

• Bandeja de metal

• Accesorios de metal para la sujeción de la termocupla en las ollas.

• Lotes de combustible seco (leña de eucalipto) 50 kg

aproximadamente.

• Medidor de Polución de Aire Intra Domiciliario (IAP). Mide

Material Particulado (PM2,5 ) y Monóxido de Carbono (CO), a

continuación se describe sus especificaciones técnicas.

• Sensor de Monóxido de carbono:

o Tipo: Celda Electroquímica

o Rango: 0 – 1000 ppm

o Repetibilidad: 2%

o Resolución: 1 ppm

o Tiempo de respuesta: 30 segundos

• Sensor de Material Particulado

30 Para la prueba de Cocción controlada se utiliza ollas con tapa.

- 50 -

o Tipo: Fotómetro de dispersión de laser rojo

o Rango: 0 – 60,000 µg/m3

o Resolución de 25 µg/m3

o Tiempo de respuesta: 1 segundo

o El peso del equipo es de 860 gramos, y usa una batería

tipo 7.4 V Li- Ion, 5700 mAh.

5.3. Periodo de Evaluación

La evaluación de las tecnologías se resume en el siguiente cuadro:

Tabla 5.1. Cronograma de evaluación

Fecha Tecnología

Del 16 al 20 de abril del 2012 Horno mejorado y horno tradicional

Del 05 al 11 de junio del 2012 Cocina mejorada con horno CECADE y fogón

tradicional

5.4. Procedimiento de evaluación de Hornos

En el esquema de la figura 5.3 se señala la nomenclatura y la ubicación

de los sensores de temperatura utilizados a lo largo de los ensayos

experimentales a los que fueron sometidos los hornos con el objetivo de

determinar el incremento de temperatura y distribución del calor.

Foto 5. 2: Ubicación de termocúplas en puntos de Interés en el horno tradicional

- 51 -

Temperatura de referencia en el interior de la cámara de cocción

T5, chimenea del horno mejorado

T6, techo de la cámara de cocción

T7, Superficie interna (der.) de la cámara de cocción

T8, Superficie interna (der.) de la cámara de cocción

T1, Superficie interna posterior de la cámara de cocción

T2, Superficie interna (izq.) de la cámara de cocción

T3, Superficie interna (izq.) de la cámara de cocción

T4, Superficie base de la cámara de cocción

Figura 5.3: Nomenclatura de las termocuplas ubicadas en el horno tradicional, para las pruebas de cocción controlada.

- 52 -

Los planos del horno mejorado se detallan en el anexo 5 de este documento.

El proceso de evaluación de los hornos consistió en aplicar 3 pruebas de

validación:

• Prueba de cocción controlado y concentración de polución

intradomiciliaria en horno mejorado realizando horneado de

carnes, harinas y tubérculos.

• Registro de incremento de temperaturas durante los procesos de

cocción de alimentos.

T1 Superficie externa de la cámara de cocción (cc)

T3 rejilla para soporte de bandeja de la cámara de cocción

T2 Superficie externa posterior

T6 Techo de la cámara de cocción

T7 escudo convector interno posterior

T5 chimenea del horno mejorado

T4 Plancha receptora de fuego de la cámara de cocción

T8 escudo convector interno (cc)

Figura 5.4: Nomenclatura de las termocuplas ubicadas en el horno mejorado, para las pruebas de cocción controlada.

- 53 -

Para el estudio comparativo del horno mejorado en relación al horno

tradicional, en condiciones reales de cocción de alimentos, se evaluaron

las variables de consumo de combustible, tiempo de horneado, carbón

producido y concentración de polución intradomiciliaria (PM2,5 y CO).

Para obtener dicha información fue necesario, aplicar los protocolos

internacionales de cocción controlado adaptada a hornos.

En cuanto a los materiales e insumos utilizados para la prueba se puso

especial cuidado para la leña respecto al contenido de humedad, para

evitar dicha variable, se compró un lote de leña de eucalipto, con esto se

garantizó un contenido de humedad31 lo más uniforme posible; así como

en el tamaño y la forma de los leños. En relación a los alimentos fue

necesario comprarlos de un mismo proveedor para el desarrollo de

todas las pruebas.

Para la realización de la prueba se realizó los siguientes procedimientos:

• Previamente a la realización de cada prueba de horneado, se

determinó el contenido de humedad del combustible.

• En la elaboración de la comida únicamente intervino la persona

designada para tal fin (cheff). Ello incluye: encendido del horno,

empleo de enseres, preparación de ingredientes y atizado.

• Se colocó el medidor IAP (indoor air pollution), cerca del horno, a

una distancia promedio de 1,30 m. de distancia horizontal y 1,5 m.

de altitud respecto al piso.

31 Durante las pruebas realizadas el contenido de humedad de la leña utilizada se encontraba en el rango de 10 a 13 %, valor permitido dentro del margen de error comparativo.

- 54 -

• Antes de iniciar el prendido del horno mejorado, se prendió el

medidor IAP 30 minutos antes, para medir la contaminación natural

existente en el ambiente de evaluación, asimismo se ubicaron las

termocuplas en puntos estratégicos del horno para registrar la

temperatura durante el funcionamiento de la misma.

• Pasado los 30 minutos se procedió a encender el horno, registrando

la hora de inicio de la prueba, en el instante en que el combustible

inició el proceso de combustión. Durante el proceso de horneado se

registraba todas las ocurrencias y comentarios del proceso de

preparación de la comida.

• La prueba culminó cuando el encargado de la preparación de la

comida manifestaba que ya estaba lista.

• Se pesó cada fuente y contenido;

• Finalmente se pesó los residuos de carbón en la bandeja.

• Terminada la prueba se apagó el medidor IAP y los sensores de

temperatura.

Figura 5.5: Ubicación del medidor IAP (Fuente VP)

- 55 -

A continuación se detalla las evaluaciones realizadas durante los días de

prueba. Tabla 5.2:

Resumen de las evaluaciones de eficiencia energética realizadas en los hornos

FECHA DETALLES COMENTARIOS

16/04 Prueba preliminar de cocción controlada (pollo) en horno tradicional y mejorado.

• Con el apoyo de un cocinero se realizó la prueba preliminar para mejor adopción y manipuleo de los hornos (tradicional y mejorado) a evaluar.

• En esta prueba preliminar se detecto fugas de calor y humo en las uniones de la cámara de cocción y cámara de combustión del horno mejorado, las mismas que fueron corregidas (soldadas), para las pruebas de validación.

17/04 Prueba de cocción controlada con harinas (pan y queque) y PID en horno tradicional y mejorado.

• Con el cocinero debidamente adaptado a la operación de las tecnologías a evaluar y con los prototipos en condiciones optimas, siguiendo los procedimientos detallados en el acápite 4.4, se realizo las pruebas de horneado de panes y queque en ambos prototipos.

18/04 Prueba de cocción controlada con carnes (pollo) y PID en horno tradicional y mejorado.

• Análogamente a la prueba anterior se realizó la prueba de cocción en el horno tradicional y mejorado, realizando el horneado de carne de pollo en ambos prototipos. En paralelo al proceso de horneado se media la concentración de polución intradomiciliaria.

19/04 Prueba de cocción controlada con tubérculos (papa y camote) y PID en horno mejorado y tradicional.

• Similar a los procedimientos realizados en pruebas anteriores se efectúo las pruebas de cocción y concentración de polución intradomiciliaria con el horno tradicional y mejorado ejecutando el horneado de tubérculos (papa y camote).

5.5. Evaluación de cocinas

El procedimiento utilizado para la evaluación de los prototipos de cocina

(tradicional y mejorada) se detalla en el anexo 2 de este documento,

mientras que el proceso constructivo de este modelo de cocina se

encuentra detallado en el anexo 6.

- 56 -

5.6. RESULTADOS Y ANALISIS DE DATOS

5.6.1. Prueba de cocción controlado – Horno

Los modelos de hornos (tradicional y mejorado) fueron evaluados

aplicando en paralelo el protocolo de Cocción Controlada (CCT) y

Contaminación Intradomiciliaria (PID). Para el cálculo de las

variables se usó como herramienta, las hojas de cálculo en

Microsoft Office Excel, diseñadas por Aprovecho Research

Center. La siguiente tabla muestra los resultados relevantes de

las pruebas de cocción controlada.

Figura 5.7: Fogón tradicional de tres piedras (Fuente VP)

Figura 5.8: Cocina mejorada CECADE (Fuente VP)

- 57 -

Tabla 5.3: Variables Calculadas en la Prueba de Cocción Controlada -CCT

Variables calculadas Unidad

Harinas Carnes Tubérculos Horno

mejorado Horno

tradicional Horno

mejorado Horno

tradicional Horno

mejorado Horno

tradicional Valor

Valor Valor

Consumo de leña usado para hornear los alimentos kg

2.982 7.962 3.240

6.333

2.257 6.174

Peso de carbón kg 0.136 0.596 0.136 0.543 0.048 0.693

Pre calentamiento del horno (170ºC) min 45 60 50 75 34 70

Tiempo para hornear pan min 45+21 60+25

Tiempo para hornear queque min 45+32 60+40

Tiempo para hornear carne de pollo min 50+35 75+45

Tiempo para hornear tubérculos (papa y camote)

min 34+49 70+75

Equivalente de consumo de combustible kg

1.666 5.869 2.632 4.652 1.907 4.305

Consumo especifico de combustible g/kg

1096 3854 2553 4482 786 1848

Contenido de humedad de la leña % 12,77 13,44 11 10 10.89 12.22

Peso de alimentos cocinados kg 1.520 1.523 1.031 1.038 2.425 2.330

58

a. Tiempo total de cocción:

Analizaremos esta variable en dos fases: tiempo de precalentamiento y

tiempo de horneado del alimento.

• Tiempo de precalentamiento De la tabla 4.3, se observa que el tiempo necesario para el

precalentamiento del horno (170 ºC), el prototipo de horno tradicional

requiere en promedio 68 minutos, mientras que el horno mejorado de 43

minutos, existiendo un ahorro de 25 minutos (ó un ahorro de 37% de en

tiempo) respecto del horno tradicional.

• Tiempo de horneado de los alimentos

Las pruebas consistían en hornear la misma cantidad de alimentos y

bajo las mismas condiciones, dando como resultado para cada caso en

particular:

Harinas: El tiempo para la cocción de 1 kg de masa de pan y queque

según las pruebas realizadas son relativamente comparables para

ambos prototipos habiendo una diferencia de 4 a 8 minutos respecto al

horno tradicional, esto debido principalmente a que las harinas no

necesitan la transferencia de mucha energía calorífica, pudiendo ser

cocinadas incluso sobre 140 ºC.

Carnes: Al hornear carne de pollo (2.500 kg) en el horno mejorado se

observa un ahorro de 10 minutos respecto del horno tradicional.

Tubérculos: Para cocinar este tipo de alimentos (3.000 kg) se necesita

59

Mayor transferencia de calor de la tecnología al alimento y por ende

mayor tiempo, de la prueba realizada podemos percibir que el horno

mejorado logro hornear la papa y camote en 49 minutos, mientras

que el horno tradicional requirió de 75 minutos para la misma

cantidad de alimentos.

Tabla 5.4.

Resultados de la prueba de cocción controlada en horno mejorado

De los resultados obtenidos en consumo de leña húmeda, pueden

deberse a un mejor aprovechamiento de la transferencia de energía

por radiación y convección de los materiales del horno mejorado

hacia la fuente contenedora del alimento, que el prototipo de horno

tradicional al estar hecho con ladrillos y barro, manifiestan

propiedades térmicas menores al cilindro de acero de carbono y

planchas galvanizadas del horno mejorado. La disminución de

Variables Comentarios Resultados

Com

bust

ible

húm

edo

cons

umid

o

Cabe mencionar que

durante estas pruebas el

contenido de humedad de

la leña oscilaba de 10 a

13% estando en la escala

de leña seca.

Ver gráfico 5.1.

Se calculó tomando la diferencia del lote inicial de

combustible y el combustible que permanece al final de la

prueba.

Se observa una reducción de consumo de combustible de

49% al cocinar carnes y 63% al hornear queques, pan y

tubérculos.

En promedio el 90% de la leña utilizada se consume para

calentar el horno (170 ºC).

Con

sum

o

espe

cific

o de

com

bust

ible

.

Es la leña seca equivalente

consumida para cocinar un

kilogramo de alimento.

Ver gráfico 5.2.

El consumo específico de leña en el horno mejorado

muestra una reducción de consumo especifico de

combustible de 43% al cocinar carnes, 57% al cocinar

tubérculos y 72% en harinas, mientras que en valores

absolutos el horno tradicional tiene un consumo adicional de

leña en más del doble para hornear la misma cantidad y tipo

de alimentos

60

tiempo, también puede interpretarse como un ahorro significativo en

consumo de leña.

Grafica 5.1: Consumo de leña en las pruebas realizadas con el horno

mejorado y tradicional

De los resultados obtenidos del consumo de leña específico en el

horno tradicional, puede deberse a que la quema de leña es mayor

en este prototipo debido al área y volumen de la cámara de cocción y

a las propiedades de conductividad y convectividad térmica de los

materiales utilizados para su construcción. La prueba de registro de

temperaturas nos corrobora esta hipótesis debido a que en el grafica

5.8 horno tradicional se muestra que materiales como el adobe y/o

barro tienen la característica de almacenar y liberar muy lentamente

el calor. Esta propiedad térmica es ventajosa cuando los hornos son

usados para procesos de cocción prolongados (varias comidas),

conservando el calor ya almacenado y ahorrando el consumo de

leña. En cambio los materiales del horno mejorado con alta

conductividad térmica, bajo calor específico y baja densidad, absorbe

rápidamente el calor y de la misma manera termina cediéndolo.

61

Grafica 5.2: Consumo especifico de leña en las pruebas realizadas con el horno mejorado y tradicional

5.6.2. Prueba de Polución Intradomiciliaria- Horno

Esta prueba fue aplicada en paralelo con la prueba de Cocción Controlada,

para ambos modelos de hornos.

De la prueba de concentración promedio de CO y PM2.5 durante los

procesos de cocción de alimentos, se tiene que el horno mejorado reduce

en promedio de 97% de monóxido de carbono y de 75% hasta 100% de

concentración de material particulado, respecto del horno tradicional.

Naturalmente, el humo prácticamente no se queda dentro del ambiente de

evaluación; por lo contrario, la gran mayoría escapa por la chimenea (Ver

tabla 5.5.).

62

Tabla5.5:

Concentración promedio de PM2.5 y CO durante el proceso de horneado de alimentos

Tipo de alimentos horneados

Modelo de Horno

Concentración promedio de

Reducción porcentual respecto del horno

tradicional de concentración de

PM2.5 (ug/m3)

(± 25 µg/m3)

CO (ppm)

( ± 1 ppm) PM2.5 (%) CO (%)

Horneado de pan y queque

Horno tradicional 79 6.4 74.68 96.88

Horno mejorado 20 0.2

Horneado de pollo

Horno tradicional 71 8.3 100 96.39

Horno mejorado 0 0.3

Horneado de pan y tubérculos

Horno tradicional 115 3.8 66.96 13.16

Horno mejorado 38 3.3

Los datos de la tabla 5.5. indican que el horno mejorado, contribuye

notablemente a la reducción de concentración de polución intradomiciliaria,

lo cual beneficia a las familias en diversos aspectos: salud, orden y la

limpieza del ambiente de sus cocinas, además la comodidad de que esta

tecnología forme parte de los artefactos de la vivienda y colocada dentro de

un ambiente.

En los siguientes gráficos se muestra la curva de concentración de PID

durante la ejecución de las pruebas de cocción en los hornos evaluados.

- 63 -

Los gráficos 5.3 y 5.4 muestran notable reducción de concentración de CO y de PM2.5 del horno mejorado respecto

del prototipo tradicional, durante la prueba comparativa de cocción de pan y queque.

Tal es el caso que se muestra una reducción del nivel de concentración de monóxido de carbono de 6.4 ppm a 0.2

ppm, lo que significa una reducción porcentual de 97% respecto del horno tradicional. En cuanto al material

particulado el horno mejorado logra reducir de 79 µg/m3 a 20 µg/m3, lo que representa una reducción de 75 % de

concentración de este contaminante en el interior del ambiente de evaluación.

Gráfica 5.3: Concentración de PM2.5 y CO durante la prueba de horneado de harinas en horno tradicional

Gráfica 5.4: Concentración de PM2.5 y CO durante la prueba de horneado de harinas en horno mejorado.

- 64 -

5.6.3. Incremento de temperaturas durante el proceso de cocción - Horno

Adicional a las pruebas de cocción controlado y polución intradomiciliaria se registro el comportamiento térmico de

los prototipos durante el desarrollo de las pruebas de horneado, ubicando las termocuplas en puntos estratégicos tal

como se detalló en el acápite 5.4 (ver gráfico 5.5.).

Grafica 5.5: Comportamiento térmico en el horno tradicional durante el proceso de horneado de tubérculos

Día: 18-04-12

- 65 -

La Tabla 5.6, muestra el resumen de temperaturas promedio y máximas obtenidas en la fase de cocción de alimentos, de donde se tiene que el horno tradicional en diferentes puntos de la cámara de cocción es en promedio 100 ºC más que el obtenido en el horno mejorado. También se observa que las temperaturas internas en la cámara de cocción del horno tradicional llegan hasta 369 ºC mientras que en el horno mejorado se tiene temperaturas máximas de 250.5ºC en el escudo convector.

Grafica 5.6: Comportamiento térmico en el horno mejorado durante el proceso de horneado de tubérculos

Día: 18-04-12

- 66 -

Tabla 5.6:

Registro de temperaturas en los prototipos de hornos durante el proceso de horneado

Tabla 5.7:

Registro de temperaturas en los prototipos de hornos durante el proceso de horneado

Componentes Horno tradicional Horno mejorado

Fase de cocción de alimentos Temperatura

máximo Temperatura

promedio Temperatura

máxima Temperatura

promedio T. interna parte superior de la cámara de cocción

412.1 287.03 243.1 190.72

T. interna base de la cámara de cocción 207 143.48 T. interna cámara de cocción (derecha) 348.4 265.48 250.5 170.49 T. interna cámara de cocción (izquierda). 363.6 287.03 241.1 183.87 T. interna cámara de cocción (posterior) 369.2 265.16

Componentes

Horno tradicional Horno mejorado Fase de cocción de Alimentos

Temperatura máximo

Temperatura promedio

Temperatura máxima

Temperatura promedio

T interna parte superior de la cámara de cocción

462.1 245.07 221.8 171.14

T interna base de la cámara de cocción 221.8 171.14 T interna cámara de cocción (derecha) 385.8 223.06 239 212.96 T interna cámara de cocción (izquierda).

377.4 219.06 257.5 218.07

T interna cámara de cocción (posterior) 442 227.19

- 67 -

La tabla 5.7, muestra que las temperaturas máximas obtenidas a partir de la fase de cocción de alimentos, del horno

tradicional presentan temperaturas a más de 100ºC respecto del horno mejorado, realizando el mismo proceso y

cantidad de cocción de alimento. Mientras que las temperaturas promedios son relativamente comparables. Además

se observa que las temperaturas internas en la cámara de cocción del horno tradicional llegan hasta 442 ºC

mientras que en el horno mejorado se tiene temperaturas máximas de 223.06 ºC.

Si comparamos las gráficas 5.5 y 5.6 se observa una ventaja del horno tradicional de conservar más tiempo el calor,

esto debido a que los materiales con buena masa térmica (horno tradicional - barro) tienen la característica de

almacenar y liberar muy lentamente el calor. En cambio los materiales con alta conductividad térmica, bajo calor

específico y baja densidad (horno mejorado), obtiene rápidamente el calor y de la misma manera termina

cediéndolo.

5.7. Cocina mejorada 5.7.1. Prueba de Hervido de Agua

Esta prueba se repitió durante 3 días consecutivos según

recomendaciones del protocolo internacional de hervido de agua. Las

condiciones iniciales promedio se resumen en la Tabla 5.8.

Tabla 5.8. Condiciones Iniciales de la Prueba de Hervido de Agua*

Variables medidas Valor

Poder Calorifico de la Leña de eucalipto (kJ/kg) 17.786*

Contenido de Humedad de la Leña (%) 16 ± 5

Temperatura Ambiente Promedio (ºC) 22 ± 1

* Poder calorífico de la leña de eucalipto, fuente laboratorio de cocinas mejoradas SENCICO.

Para el cálculo de las variables de la prueba WBT, se usó como

herramienta, las hojas de cálculo en Microsoft Office Excel,

diseñadas por Aprovecho Research Center, las mismas que son

mostradas en el Anexo 1.

Se recuerda, que en la cocina mejorada CECADE, el fuego de la leña

incide directamente en la primera hornilla, pero por causa del tiro de

la chimenea, las llamas del fuego también se deslizan a la segunda

hornilla. En esta Prueba de Hervido de Agua, se colocó una olla con

5 litros de agua en cada hornilla. El fogón tradicional también se

evaluó también con dos hornillas pero sin chimenea, para el efecto

comparativo de resultados. El procedimiento de este protocolo se

describe en el anexo 2.

Los resultados son obtenidos de la siguiente manera: en la primera

fase (inicio en frio), la cocina esta a temperatura ambiente y se

- 69 -

procede a cocinar (hervir 5L de agua) por primera vez. Una vez

terminada esta primera fase de cocinado, la cocina está caliente y se

inicia la segunda fase de cocinado (llamado Inicio en Caliente). Este

procedimiento se hace tanto en el fogón tradicional, como en la

cocina mejorada con horno CECADE.

En la siguiente tabla se muestran los resultados promedios

relevantes para las tres fases de la Prueba de Hervido de Agua, para

las cocinas evaluadas en Laboratorio.

Tabla 5.9 Variables Calculadas en la Prueba de Hervido del Agua –WBT

Modelo de Cocinas

Evaluadas Variables Calculadas*

Fases de la Prueba

Tiempo de

Ebullición de la

hornilla Nro 1

(min)

Eficiencia Térmica

de la cocina

(%)

Consumo Especifico de leña

(g/litro)

Consumo de Combustible para Hervir 5 L de Agua (kg)

Cocina mejorada CECADE

Inicio en Frio 21 ± 2** 18 ± 1 145,7 ± 4,2

1.677 ± 0.185 Inicio Caliente 18 ± 6 24 ± 5 110,4 ± 21,9

Fuego Lento 45 ± 1 6 ± 2 207,3 ± 48,3

Fogón de tres

Piedras

Inicio en Frio 28 ± 1 16 ±1 144,5 ± 5.7

1.863 ± 0.098 Inicio Caliente 24 ± 1 20 ±2 126,2 ± 14,5

Fuego Lento 45 ± 1 3 ±1 241 ± 23,9

* Usando las ecuaciones descritas en el acápite 3.3. **El error de cada una de las variables es calculada automáticamente por la hoja de cálculo de la Prueba de

Hervido de Agua (WBT)-APROVECHO. El análisis de las variables medidas y calculadas de la cocina mejorada respecto al

fogón tradicional se analiza a continuación:

- 70 -

a. Tiempo de Ebullición del Agua Se puede observar que en inicio frio (temperatura ambiente), la cocina

mejorada con horno CECADE, reduce el tiempo de hervido del agua en 7

minutos promedio respecto del fogón tradicional, mientras que en inicio caliente

se observa una reducción de 6 minutos, ésta disminución de tiempo, también

puede interpretarse como un ahorro significativo en consumo de leña.

En un análisis de las primeras dos fases en su conjunto, el menor tiempo de

ebullición lo obtiene el prototipo de la cocina mejorada CECADE. Esto puede

deberse a un mejor aprovechamiento de la transferencia de energía por

radiación y convección desde la llama y de los gases calientes hacia la olla

principal. Por otro lado, la cámara de combustión de la cocina CECADE, es

cerrada y con ollas insertadas, influyendo positivamente en los resultados de la

prueba.

En la siguiente gráfica se muestra el tiempo de ebullición para hervir 5 litros de

agua en las cocinas evaluadas.

Grafica 5.7.

Tiempo de Ebullición en las Cocinas Evaluadas en Laboratorio

- 71 -

b. Eficiencia Térmica La eficiencia térmica de la cocina mejorada CECADE, en inicio frio, alcanza

una eficiencia térmica de 18%, mientras que el fogón tradicional 16 %, la poca

diferencia de esta variable puede ser debido a que la cocina mejorada con

horno CECADE, tiene una cámara de combustión amplia, por lo que gran parte

del calor generado es distribuida a la gran cavidad (cámara de combustión),

antes de ser transmitida en su totalidad a las ollas, además de que esta cocina

cuenta con un horno incorporado que por lo que el tiro de la chimenea hace

que gran parte del calor sea transferido a las partes laterales de la cocina y el

horno, que directamente a las ollas.

La grafica 5.8 muestra la eficiencia térmica promedio de las cocinas, durante

las tres fases en la Prueba de Hervido de Agua.

Gráfica 5.8. Eficiencia Térmica de las Cocinas Evaluadas en Laboratorio

Mientras que en la segunda fase de la prueba (inicio en caliente) el

prototipo de cocina CECADE, obtuvo una eficiencia térmica de 24%,

mientras que el fogón tradicional de tres piedras obtuvo 20%. Por otro lado,

durante la fase de hervido a Fuego Lento, el modelo de cocina con horno

- 72 -

CECADE presenta una eficiencia térmica de 6% mientras que el fogón

tradicional de tres piedras la mitad de esta eficiencia térmica 3%.

Estos resultados pueden deberse a que la eficiencia térmica es calculada

en función de la cantidad de agua evaporada en las ollas, ésta variable,

nos indica la capacidad de la cocina CECADE de continuar de una fase de

alta potencia (requerido para hervir agua rápidamente) a otra de baja

potencia (requerido para la cocción eficaz), consumiendo la menor cantidad

de combustible. Esto se debe a la menor conductividad térmica de la

cámara de combustión de la cocina CECADE, lo que significa que demora

más tiempo en calentarse y por lo tanto a enfriarse, además de que la

mayor parte del calor en el fogón se dirige directamente hacia las ollas, y

no a las paredes de la cámara de combustión, como sucede en la cocina

mejorada, sumada a esto se tiene que parte de la energía es aprovechada

por el horno incorporado a la cocina, disminuyendo así la eficiencia de la

cocina, pero que aumenta el aprovechamiento de calor para dos procesos

de cocinado en paralelo.

c. Consumo Específico de Combustible Según datos de la tabla 5.9 para el consumo específico de leña, se tiene que

aunque aquí no se muestra la barra de errores, se puede ver (según el grafico

5.11) que el consumo específico de combustible para la cocina mejorada con

horno y fogón tradicional son similares dentro del margen de error, tanto en su

Inicio Frío (cocina CER 146±4 g/L; fogón tradicional 145±6 g/L y para el Inicio

Caliente cocina CER 110±22 g/L; fogón tradicional 126±15g/L).

Durante la fase de Fuego Lento, el modelo mejorado con horno, requiere de

207 g/litro para mantener el agua hervida, en no menos de 6ºC de temperatura

de ebullición durante 45 minutos, mientras que el fogón tradicional requiere de

241g/L. El ahorro de consumo de leña por litro de agua de la cocina mejorada

CECADE respecto del fogón tradicional se debe a un mejor aprovechamiento

- 73 -

de calor durante las pruebas sin evaporar exceso de agua durante el punto de

ebullición.

Gráfica 5.9. Consumo Específico de Combustible en las Cocinas Evaluadas

d. Consumo de combustible El consumo de combustible para toda la prueba de hervido de 5L de agua en la

cocina mejorada con horno es de 1.677 kg mientras que para el fogón

tradicional de tres piedras es de 1.863 kg, logrando reducir la cocina mejorada

en 10% el consumo de combustible, respecto del fogón tradicional.

Gráfica 5.10. Consumo de combustible en las Cocinas Evaluadas

- 74 -

e. Carbón producido Otro aspecto que se cuantificó durante la realización de la prueba de hervido,

es el carbón producido. Se lograron obtener datos reflejados de la tabla 5.10

para cada modelo de cocina evaluada, demostrando una vez más la

ineficiencia de los fogones tradicionales.

Se sabe que el carbón producido es combustible mal aprovechado que no

logró una combustión completa y esto se puede deber a dos factores: falta de

oxígeno en el proceso de combustión o al usar mucho combustible. Un

aspecto técnico muy conocido es que al utilizar una parrilla metálica (donde se

coloca la leña) que permita el flujo del aire por debajo del combustible, mejora

la combustión y reduce la cantidad de carbón producido.

Tabla 5.10 Carbon producido en la Prueba de Hervido del Agua –WBT

Modelo de Cocinas Evaluadas Carbon proucido

(kg) Fases de la Prueba

Cocina mejorada CECADE

Inicio en Frio/caliente 0.160

Fuego Lento 0.076

Fogón de tres Piedras Inicio en Frio/caliente 0.428

Fuego Lento 0.087

En términos de carbón producido se concluye que la cocina mejorada

CECADE, muestra una reducción de producción de carbón en un 63%,

respecto del fogón tradicional durante las fases de inicio en frio y caliente.

Esta reducción se debe mayormente a la utilización de la parrilla metálica,

componente que mejora e incrementa la cantidad de oxígeno en la cámara

de combustión donde ocurre el proceso de combustión de la leña.

- 75 -

5.7.2. Concentración de polución intradomiciliaria Otro parámetro evaluado en laboratorio, fue la concentración de polución

Intradomiciliaria cuyos resultados se muestran en la siguiente tabla 5.11.

Tabla 5.11 Concentración de Contaminantes en el Recinto de Evaluación – Laboratorio

Modelo de Cocinas

Evaluadas

Fases de la Prueba Concentración promedio de CO

(ppm)

Concentración promedio de PM2.5 (ug/m3)

Cocina mejorada CECADE

Inicio en Frio 62,1 4528

Inicio Caliente 51,8 2706

Fuego Lento 0 4.9

Fogón tradicional

Inicio en Frio 155,5 20.055,7

Inicio Caliente 130.7 18.843,7

Fuego Lento 29.7 91.9

Figura 5.9 Cocina mejorada en funcionamiento durante la prueba de hervido de agua.

- 76 -

En el inicio frio (al encender una cocina fría) de la cocina mejorada

CECADE, reduce hasta en 60% la concentración de CO en el interior del

ambiente y en 77% la concentración de PM2.5, respecto de un fogón

tradicional.

En tanto durante la fase de inicio en caliente (al cocinar con una cocina ya

caliente) el modelo mejorado CECADE, reduce la concentración de CO en

el interior del ambiente en 60 % y en 86 % de PM2.5.

Mientras que en la tercera fase (hervido durante 45 min. a fuego lento),

existe una reducción de concentración de CO de 100% y en 95% la

concentración de PM2.5.

Esto significa que la contaminación al interior del recinto de evaluación se

ve reducida eficazmente con el uso de cocina mejorada con horno CECADE

evaluada, respecto al fogón tradicional. A continuación se muestran los

gráficos obtenidos de las pruebas de hervido de agua y polución

intradomiciliaria con ambos modelos de cocinas evaluadas.

Grafica 5.11.

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

Día: 07-06-12

- 77 -

Grafica 5.12. Concentración de PM2.5 y CO en el interior del ambiente con fogon tradicional

Figura 5.10. Prueba de Hervido de agua y de polución intradomiciliaria de la cocina mejorada CECADE

Prueba de hervido de agua

Prueba de PID

Día: 11-06-12

- 78 -

5.7.3. Prueba de cocción controlado en horno de la cocina mejorada El objetivo principal de la prueba de cocción controlada en el horno de la

cocina mejorada es poder analizar las siguientes variables:

• Consumo de leña (kg).

• Consumo especifico de leña por kilogramos de comida (g/kg)

• Tiempo de cocinado (min).

Durante el proceso de cocción de un alimento. La prueba se realizo

utilizando como combustible leña de eucalipto con un contenido de

humedad promedio de 16% y poder calorífico de 17.786 kJ/kg.

Tabla 5.12. Condiciones Iniciales de la prueba CCT

Variables medidas

Unidad Valor

Altitud de la zona m.s.n.m 205

Poder calorífico de la Leña (PUCP) kJ/kg 17,786

Contenido de humedad % 16 ± 5

Se realizo varios ensayos para poder analizar el aprovechamiento de

energía del horno, las cuales se detallan y analizan a continuación:

Caso A: Prueba de cocción controlada del horno simulando en paralelo el hervido de agua en la cocina mejorada

Esta prueba se realizo simulando en paralelo al funcionamiento de la cocina

y el horno.

El procedimiento realizado es el siguiente: se puso 5L de agua en ollas con

tapa en ambas hornillas de la cocina mejorada, de donde se obtuvo que a

15 minutos de prendido de la cocina mejorada, la primera olla hirvió

- 79 -

(99.6°C), mientras que la olla N° 2 alcanzo una temperatura de 76.2 °C, se

siguió simulando un proceso de cocinado normal (promedio de 1 hora), para

conocer el tiempo de hervido de la olla N° 2, la cual hirvió a los 25 minutos

de prendido la cocina (ó después de 10 minutos del hervido de la olla N° 1).

A este tiempo la cámara de cocción del horno alcanzó una temperatura

interna de 35°C.

Una vez concluida la hora de funcionamiento de la cocina mejorada se

procedió a prender la cámara de combustión del horno de la cocina,

logrando calentar el horno a temperatura ideal (170°C) en un periodo de 5

minutos. A partir de este tiempo, se ubicó la bandeja con 1.500 kg de pollo

en la cámara de cocción del horno, logrando cocinarse en 50 minutos. Los

resultados relevantes de esta prueba se resumen en la siguiente tabla.

Tabla 5.13. Variables Medidas y Calculadas para la Prueba de Cocción de Alimentos.

Prueba realizada Variables calculadas Cocina Mejorada con horno

unidad Prueba 1

Prueba de cocción controlada

Combustible Consumido kg 1,197

Peso del Carbón Restante kg 0,078

Consumo Especifico de Combustible g/kg 1038

Tiempo total de cocinado min 50

Prueba de hervido de agua

Combustible Consumido (1h) kg 2.702

Tiempo de hervido olla N°1 min 15

Tiempo de hervido olla N° 2 min 25

Carbón producido a 1 hora de funcionamiento kg 0.135

- 80 -

Figura 5.11. 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)

Con esta prueba se quiso comprobar cuanta energía calorífica es ganada por

el horno de la cocina mejorada a una hora de funcionamiento de la cocina.

Se colocó 5L de agua en ambas hornillas de la cocina mejorada en ollas sin

tapa y otros 5L de agua en una bandeja en la cámara de cocción del horno. Se

procedió a prender la cocina mejorada, logrando hervir la olla N° 1 (99.6°C)

en un periodo de 35 minutos, mientras que la olla N° 2 a ese mismo tiempo

alcanzo una temperatura de 70.2°C.

Una vez logrado la ebullición de la olla N° 1, se continuo atizando la cocina

para observar en cuanto tiempo lograba hervir el agua de la olla N° 2, la cual a

una hora (60 min) de funcionamiento se tenia que las ollas N° 1 y 2 llegaron a

98.6 °C y 78.9°C respectivamente, mientras que la temperatura interna de la

cámara de cocción del horno llego a 40°C y la temperatura de los 5L de agua

a 35°C.

Toda esta prueba se logro con 2.859 kg de leña, lo que significa que podría

aprovecharse el calor transmitido por convección y radiación de la cocina al

- 81 -

horno en calentar alguna comida en el horno o precalentar la cámara de

cocción del horno para un horneado de alimentos. Los resultados relevantes

se muestran en la siguiente tabla:

Tabla 5.14.

Variables medidas y calculadas para la prueba de hervido de agua y cocción controlada.

Variables calculadas

Cocina Mejorada con horno

unidad Prueba 1

Combustible Consumido (1h) kg 2.859

Tiempo de hervido olla N°1 min 3532

Temperatura olla N° 2 (a 35 min) °C 70.2

Temperatura de la cámara de cocción del horno al final de la prueba de hervido °C 40

Temperatura del agua (5L) contenida en una bandeja dentro de la cámara de cocción del horno °C 35

Figura 5.12. Simulación de cocinado (1 hora) y aprovechamiento de energía en

la cámara de cocción del horno (5L de agua)

32 Temperatura de ebullición 99.6 °C.

- 82 -

Caso C. Cocción de alimentos independiente solo en horno de la cocina mejorada

El objetivo de esta prueba es conocer cuanto tiempo y consumo de

combustible es necesario para lograr el cocinado de 1.500 kg de pollo,

utilizando solo el horno de la cocina mejorada. La prueba se realizo utilizando

como combustible leña de eucalipto con un contenido de humedad de 18%.

En el gráfico se muestra el comportamiento de incremento y descenso de

temperatura en el interior de la cámara de cocción del horno antes durante y

después del proceso de cocinado del alimento.

Grafica 5.13. Comportamiento de la temperatura interna en la camara de cocción del horno

El gráfico nos muestra la evolución de temperatura durante el proceso de

cocción del alimento (1.500 kg de pollo).

Al inicio del prendido del horno, se observa que la temperatura en la cámara

de cocción del horno incrementa en un rango de 10ºC/minuto, llegando a la

Durante Despues Antes

Día: 09/06/12 Laboratorio: CER-UNI

- 83 -

temperatura ideal de cocción (170ºC) a los 8 minutos de encendido de la

cámara de combustión del horno.

Una vez logrado la temperatura ideal de la cámara de cocción del horno, se

colocó la bandeja con el alimento para el proceso de cocción, demorando éste

en cocinar un tiempo de 60 minutos el cocinado de 1.500 kg de pollo.

Por otro lado el descenso de temperatura del horno es en promedio de 10°C /

3min., tardando un tiempo de 30 minutos promedio para llegar a temperatura

de 80°C, temperatura a la cual ya no puede utilizarse el horno para cocción de

alimentos pero si para calentar algún tipo de alimento.

Tabla 5.15. Variables medidas y calculadas para la prueba de cocción de alimentos.

Variables calculadas

Cocina Mejorada con horno

unidad Valor

Combustible Consumido kg 3.010

Peso del Carbón Restante kg 100

Consumo Especifico de Combustible g/kg 2337

Tiempo total de cocinado min 50

De los resultados se tiene que usando ambas tecnologías (cocina y horno)

en paralelo se ahorra hasta en 60% el consumo de combustible y hasta en

56% el consumo especifico de combustible (gramos de leña por kilogramo

de alimento a cocinar), para cocinar 1.500 kg de pollo, que utilizar

independientemente la cocina y el horno. 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.

En la siguiente tabla se muestra la data comparativa para ambos casos de

cocinado.

- 84 -

Tabla 5.16. Cuadro comparativo de variables medidas y calculadas para la prueba

de cocción de alimentos según el caso A y C

Variables calculadas

Horno con cocina mejorada

Solo horno

unidad

Prueba 1 Prueba 2

Combustible Consumido kg 1197 3.010

Peso del Carbón Restante kg 0.078 0.100

Consumo Especifico de Combustible g/kg 1038 2337

Tiempo total de cocinado min 50 60

5.7.4. Registro de Temperaturas

A continuación se muestra el registro de temperaturas durante la prueba de

hervido de agua y el registro de temperaturas solo en funcionamiento del

horno de la cocina mejorada CECADE.

Figura 5.13. Registro de temperaturas en el horno de la cocina mejorada CECADE

Temperatura frontal izquierda

Temperatura frontal derecho

Temperatura base del horno

Temperatura techo

Tcc derecho

Tcc izquierdo

- 85 -

Del grafico 5.14, se tiene que la curva de temperaturas mas altas es la

obtenida en lado derecho de la cámara de cocción del horno (cerca al

conducto de las hornillas de la cocina mejorada), llegando a

temperaturas picos de 223.3°C, seguida de la curva de temperaturas

de la cámara de cocción lado izquierdo parte inferior (cerca a la base de

la cámara de cocción), llegando a picos de 231°C. Mientras que el calor

de los gases calientes provenientes del funcionamiento de la cocina

también es aprovechada eficientemente por la parte posterior de la

cámara de cocción teniendo una temperatura relativamente constante

a lo largo de toda la prueba de hervido de agua, llegando a una

temperatura promedio de 150°C y los lados frontales del horno

alcanzando temperaturas promedios desde 80°C hasta 130 °C.

Mientras que la temperatura de la base del horno mostro un incremento

de temperatura creciente y directamente proporcional al tiempo de

funcionamiento de la cocina mejorada, llegando a temperaturas picos

de 88.5 °C y en promedio 53°C.

Grafica 5.14. Comportamiento de la temperatura en el horno en funcionamiento la cocina CECADE

Inicio en frio Inicio en caliente Fuego lento

Día: 06/06/12 Laboratorio: CER-UNI

- 86 -

El grafico 5.15, nos muestra el registro de temperatura del

funcionamiento solo del horno de la cocina, se puee observar que al

inicio del proceso de encendido el incremento de temperatura en los

diferentes puntos ubicados de los sensores es en promedio a razón de

10°C /min.

Por otro lado del gráfico se observa que los puntos que mejor

aprovechan el calor generado por la cámara de combustión del horno

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 204.8°C y 101° C como máxima y promedio

respectivamente.

La temperatura máxima alcanzada en la base (bandeja de la cámara de

cocción del horno), de la cámara de cocción es de 270°C y en promedio

durante la cocción del alimento (pollo) es de 115°C.

Grafica 5.15. Comportamiento de la temperatura solo en funcionamiento del horno

Día: 09/06/12 Laboratorio CER-UNI

- 87 -

CONCLUSIONES

Horno

De la evaluación realizada de dos prototipos de hornos, aplicando los

protocolos internacionales Controlled Cooking Test (CCT) y Polución

intradomiciliaria (PID) se tiene que:

• El tiempo necesario para el precalentamiento (170 ºC) del horno

mejorado es de 43 minutos mientras que el prototipo de horno

tradicional requiere en promedio de 68 minutos. Se muestra una

reducción de 25 minutos (37% en ahorro de tiempo) respecto del horno

tradicional.

• De la 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.

• Al cocinar diferentes tipos de alimentos se tiene que en consumo de

combustible existe una reducción de 49% al cocinar carnes y 63% al

hornear queques, pan y tubérculos. Se sabe además que

aproximadamente el 90% de la leña es utilizada en la fase de

precalentamiento del horno (170 ºC.).

De los resultados obtenidos podemos inferir que el consumo de leña en

el horno tradicional es mayor debido al área y volumen de la cámara de

cocción mientras que el horno mejorado presenta un mejor

aprovechamiento de transferencia de energía por radiación y convección

hacia la fuente contenedora del alimento, que el prototipo de horno

tradicional al estar hecho con ladrillos y barro manifiesta propiedades

térmicas menores al cilindro de acero al carbono y planchas

galvanizadas del horno mejorado.

- 88 -

• El comportamiento térmico del horno mejorado respecto del horno

tradicional durante la fase de cocción de alimentos se tiene que esta

última presenta temperaturas a más de 100ºC respecto del obtenido en

el horno mejorado. Mientras que las temperaturas promedios son

relativamente comparables. Por otro lado las temperaturas internas en la

cámara de cocción del horno tradicional llegan hasta 442 ºC mientras

que en el horno mejorado a 223.06 ºC.

Cocina mejorada

• La cocina mejorada CECADE, reduce en promedio el tiempo de hervido

del agua en 7 minutos respecto al fogón de tres piedras.

• La eficiencia térmica en inicio frio (a temperatura ambiente) la cocina

mejorada logra una eficiencia térmica de 18%.

• El consumo de combustible para toda la prueba de hervido de agua, la

cocina mejorada CECADE consume 1.677 kg de leña mientras que el

fogón tradicional 1.863 kg, logrando reducir la cocina mejorada en 10%

el consumo de combustible, respecto del fogón tradicional.

Los resultados antes descritos manifiestan en que la mayor parte del

calor en el fogón se dirige directamente hacia las ollas, porque no habría

pérdidas en las paredes de la cámara de combustión, como sucede en

la cocina mejorada, por lo que gran parte del calor generado es

distribuida a la gran cavidad (cámara de combustión), antes de ser

transmitida en su totalidad a las ollas, sumada a esto se tiene que gran

parte de la energía es aprovechada por el horno incorporado a la cocina,

disminuyendo así la eficiencia térmica de la cocina, pero que al mismo

tiempo aumenta el aprovechamiento de calor para dos procesos de

cocinado en paralelo.

- 89 -

Concentración de polución intradomiciliaria

• En el inicio frio (al encender una cocina fría) de la cocina mejorada

CECADE, reduce hasta en 60% la concentración de CO en el interior

del ambiente y en 77% la concentración de PM2.5, respecto de un fogón

tradicional.

• Mientras que en la tercera fase (hervido durante 45 min. a fuego lento),

existe una reducción de concentración de CO de 100% y en 95% la

concentración de PM2.5.

De acuerdo a los resultados presentados de concentración de polución

intradomiciliaria, se concluye que la cocina mejorada con horno

CECADE evaluada en laboratorio disminuye considerablemente las

concentraciones de los contaminantes intradomiciliarios en relación a los

fogones tradicionales.

Aunque los resultados adversos a la contaminación intradomiciliaria

corresponden a la evaluación realizada en laboratorio, es posible que

situaciones similares o aun más alarmantes se presenten en

condiciones reales de uso en las viviendas de la zona rural de nuestro

país, que aun cuentan con cocinas tradicionales para la cocción de sus

alimentos.

- 90 -

Cocción controlada

De los tres casos evaluados:

• Caso A: Prueba de CCT del horno simulando en paralelo la prueba de WBT en la cocina mejorada, A 1 hora de funcionamiento de la

cocina CECADE, la temperatura interna de la cámara de cocción del

horno llego a 45 °C. Seguido de este proceso se logra calentar la

cámara de cocción (170°C) del horno en 5 min. Para finalmente cocinar

el alimento (1500 kg de pollo) en 50 minutos.

• Caso B: Simulación de cocinado (1 hora) y aprovechamiento de energía en la cámara de cocción del horno (5L de agua), Al poner 5L

de agua en ambas hornillas con ollas sin tapa de la cocina CECADE, y

otros 5L de agua en la cámara de cocción del horno de la cocina se

tiene que: la olla N° 1 hirvió (99.6°C) el agua en 35 minutos, mientras

que la olla N° 2 a ese mismo tiempo alcanzo una temperatura de 70.2°C.

Al finalizar la 1 hora de prueba de la cocina se obtuvo temperaturas del

agua de 98.6 °C y 78.9°C de las ollas N° 1 y 2 respectivamente,

mientras que la temperatura interna de la cámara de cocción del horno

llegó a 40°C.

• Caso C. Prueba de Cocción en horno de la cocina mejorada CECADE. Al iniciar el prendido de la cámara de combustión del horno,

se observó un incremento de temperatura en el interior de la cámara de

cocción de 10ºC/minuto. Logrando cocinar 1.500 kg de pollo en un

tiempo de 60 minutos.

De los resultados se tiene que se logra ahorrar hasta en 60% el

consumo de combustible y hasta en 56% el consumo especifico de

combustible, para cocinar 1.500 kg de pollo, cuando se utiliza en

- 91 -

paralelo ambas tecnologías (cocina y horno), sumado a este ahorro el

tiempo para cocinar varios alimentos al mismo tiempo

Registro de incremento de temperaturas del horno

Teniendo prendido solo el horno de la cocina CECADE, el incremento de

temperatura en los diferentes puntos se tiene que en promedio la razon de

precalentamiento es de 10°C /min. Por otro lado se tiene que los puntos

que mejor aprovechan el calor generado por la cámara de combustión del

horno 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

204.8°C como máxima.

- 92 -

RECOMENDACIONES

Horno mejorado

A partir de los resultados obtenidos en la evaluación comparativa de dos

prototipos de hornos, se tiene las siguientes recomendaciones:

• Para conservar el calor almacenado es posible aumentar el espesor de

aislante utilizado en el cuerpo en la cámara de cocción, a un espesor de

7 a 10 cm (de conductividad < 0.04 W/m-K, por ejemplo lana de vidrio ó

lana de oveja).

• Mejorar el empaque de juntas de la superficie circunferencial y las

superficies planas de la cámara de cocción (zona de desplazamiento de

gases de combustión).

• Optar por colocar un jebe térmico en la puerta de ingreso del horno, y hermetizar el calor acumulado en la cámara de cocción.

• Es viable aumentar el número de parrillas en la cámara de cocción de 3

a 5 para procesos de cocción lo cual permitiría un mejor

aprovechamiento del calor para hornear más volumen de alimentos.

• Para analizar el consumo de leña en procesos de cocción continúas

(aplicadas en pequeños negocios) realizar pruebas de comportamiento

térmico del horno mejorado en tiempos prolongados.

Cocina mejorada

Después de las conclusiones proporcionadas, se sugiere modificar algunas

partes de la cocina mejorada aplicando los principios de diseño, para

mejorar la eficiencia energética.

• Aislar la cámara de combustión y conductos de las hornillas con un

material más aislante que el propio ladrillo sin quemar. Puede optarse

- 93 -

por barro mejorado o ladrillos refractarios livianos también son

apropiados para conservar el calor, lo cual ayuda a reducir el humo y las

emisiones dañinas; asegurando que el calor del fuego llegue a las ollas,

en vez de al cuerpo frío de la cocina.

• Instalar una cámara de combustión corta encima del fuego, la misma

que hace que estimule una fuerte corriente de aire y hacer que el fuego

arda mejor.

• Mantener una superficie transversal, la abertura de la cámara de

combustión, el tamaño de los conductos dentro de la cocina por donde

pasan los gases calientes y la chimenea deben ser aproximadamente

del mismo tamaño, para ayudar a mantener una corriente de aire

uniforme en la cocina.

• Aumentar el intercambio térmico a las ollas con espacios adecuados, los

gases calientes de combustión están forzados por estos canales

estrechos, donde rozan la olla. Si los canales son muy grandes, los

gases pasan por el centro y no transfieren su calor a la superficie de

manera apropiada.

• En el caso del horno mejorado aplicar los mismos principios antes

detallados para el diseño de la cámara de combustión y de ser posible

ubicar el horno entre las hornillas N° 1 y 2 respectivamente, para un

ahorro aun más significativo de leña y evitar gastar leña adicional en el

proceso de cocción de alimentos en el horno.

- 94 -

BIBLIOGRAFÍA

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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. Jose Humberto Bernilla Carlos, Tesis:”Diseño de un prototipo de cocina

mejorada para la zona andina de la provincia de Ferreñafe.” Lambayeque-

Peru del 2005. 5. Departamento de ciencias, Sección química, Laboratorio de Análisis

Químico, Pontificia Universidad Católica del Peru.

6. Samuel F. Baldwin, BIOMASSA STUFE: ENGINEERING IL DISEGNO,

SVILUPPO DI, E DISSEMMINATION, EE.UU.

7. Preparado por Rob Bailis, Damon Ogle, Nordica MacCarty y Dean Still con

entrada de Kirk R.Smith y Rufus Edwards - para el Centro de Energía y

Programa de Salud, Fundación, Prueba de Hervor de Agua (WBT).

8. World Health Organization, “Who Guidelines for Indoor Air Quality: Selected

Pollutants”, Regional office for Europe.

9. Prepared by Rob Bailis for the Household Energy and Health Programme,

Shell Foundation, Controlled Cookin Test, Augusto 2004, EE.UU.

10. Jiménez Fernando, (1986). Tesis de Ingeniero PUCP: Diseño de una terma

a carbón, Lima, Perú, p.27.

11. Harold j. Alvarez Pablo, Tesis de Ingeniero PUCP: Estudio de cocinas

mejoradas empleando leña y bosta como combustible. Lima mayo

2009.

12. RAMÍREZ, Lister. De la serie: Estudios sobre el uso de la madera como

combustible en las comunidades nativas por encargo del Centro para el

- 95 -

Desarrollo del Indígena Amazónico (CEDIA): Estudios sobre el uso de la

madera como combustible en las Comunidades Nativas Nº 06. Perú, 2008.

13. ACCINELLI, Roberto y otros. Evaluación del cambio de cocinas en el

centro poblado de Lliupapuquio, Andahuaylas. Laboratorio de Respiración

del Instituto de Investigación de la Altura. Universidad Peruana Cayetano

Heredia, 2004.

14. Berkeley Air Monitoring Group. Evaluation of Manufactured Wood –Burning

stoves in Dadaab Refugge Camps. Kenya. United States Agency for

International Development (USAID), 2007.

15. .Reglamento Nacional de Evaluación y Certificación de cocinas mejoradas a

leña SENCICO, aprobado por el Consejo Directivo Nacional del SENCICO,

en su sesión Nº988, del 19 de agosto del 2009.

- 96 -

ANEXOS

- 97 -

Anexo 1:

HOJAS DE CÁLCULO DE LOS PROTOCOLOS APLICADOS PARA LA EVALUACION DE LA COCINA MEJORADA CON HORNO CECADE

- 98 -

HOJAS DE CÁLCULO PROTOCOLO CONTROLLED COOKING TEST

HOJAS DE CÁLCULO DE PROTOCOLO POLLLUTION INDOOR AIR TEST

- 99 -

ANEXO 2

PROTOCOLO DE HERVIDO DE AGUA Y POLUCION INTRADOMICILIARIA

1. CONDICIONES DEL AMBIENTE La cocina en evaluación deberá estar ubicada en un ambiente cerrado o

semi cerrado y techado. Se registraran dimensiones del ambiente, tipo de

material de construcción, dimensiones de vanos, etc.

2. ASPECTOS PRELIMINARES

2.1. Instalar el medidor IAP (Indoor Air Pollution). El medidor IAP se ubicara

a una altura de 1.50m sobre el nivel del piso y a 1.30 m de distancia

horizontal d el acamara de combustión de la cocina.

2.2. Este medidor se prendera 30 minutos antes de empezar el prendido de

la cocina, la misma que seguirá funcionando durante toda la prueba del

hervido de agua.

2.3. Se deberá determinar in situ el contenido de humedad del combustible

(utilizando el medidor de humedad). Se determinara también el punto

de ebullición promedio local.

2.4. Determinar las dimensiones promedio del combustible a utilizar

(longitud x ancho x altura). En lo posible se deberá usar combustible

en piezas similares para reducir variaciones de las condiciones de la

prueba; se recomienda usar combustible de sección transversal

rectangular de alrededor de 3 cm x 4 cm y de longitud adecuada al

modelo de cocina en evaluación. Se pesará previamente el lote de

combustible para cada fase de la prueba de hervido.

- 100 -

3. PROCEDIMIENTO La prueba incluye tres fases:

3.1. PRIMERA FASE: Alto Poder (Inicio Frío)

• Pesar y registrar la (las) olla(s) vacía. Las ollas serán las mismas

para todas las pruebas (durante los 3 días consecutivos) que se

consideren en la evaluación de un modelo.

• Pesar la bandeja vacía (destinada para el carbón).

• Llenar las ollas con 5 litros de agua limpia a temperatura ambiente.

• Colocar un termómetro digital sumergible, en cada olla, sujetándolo

con piezas de madera u otros, de forma tal, que sea posible medir la

temperatura del agua en el centro de la olla, a 5 cm del fondo de la

misma.

• Pesar papel y astilla como material de ignición, que será usado para

encender el fuego, no más de 50 g.

• Registrar la temperatura inicial del agua de las ollas.

• Una vez que el fuego se ha iniciado, registrar la hora de inicio.

• Durante la prueba se deberá mantener el poder calorífico alto de la

cocina, para lo cual se controlará el fuego, introduciendo, retirando

o reubicando el combustible.

• Cuando el agua en la primera olla alcanza la temperatura de

ebullición local, inmediatamente se registrará la hora de

culminación de la prueba y la temperatura del agua en cada una de

las ollas utilizadas en la prueba.

• Rápidamente se retira todo el combustible de la cocina, extinguiendo

las llamas (no usar agua para extinguir las llamas). Sacudir todo el

- 101 -

carbón de leña suelto de los extremos de la madera sobre la

bandeja.

• Inmediatamente pesar el combustible retirado de la cocina

juntamente con la madera restante del primer lote de combustible

previamente pesado.

• Pesar cada olla con el agua.

• Colocar en la bandeja todo el carbón y la ceniza de la cámara de

combustión, y la que está ligeramente adherida al combustible.

Registrar el peso.

3.2. SEGUNDA FASE.- Alto Poder (Inicio caliente)

• La segunda fase de la prueba se inicia con la cocina aún caliente,

luego de la primera fase.

• Tener en cuenta la hora para procesar la concentración de polución

intradomiciliria con el medidor IAP.

• Pesar la olla vacía. Si se usa más de una olla, registrar el peso de

cada una de ellas.

• Llenar las ollas (5 litros) con agua fría.

• Pesar el combustible del segundo lote.

• Encender nuevamente el fuego con combustible del segundo lote.

• Registrar la hora de inicio.

• Similarmente a lo efectuado en la primera fase, mantener el fuego a

máxima potencia, para lo cual se controlará, introduciendo, retirando

o reubicando el combustible.

• Cuando el agua de la primera olla alcanza el punto de ebullición,

registrar la hora y la temperatura del agua. Registrar, asimismo, la

temperatura del agua de las demás ollas usadas en la prueba.

- 102 -

• Colocar en la bandeja todo el carbón y la ceniza de la cámara de

combustión, y la que está ligeramente adherida al combustible.

Registrar el peso.

• Pesar el combustible retirado de la cocina, juntamente con el

combustible sin usar del segundo lote de combustible.

• Pesar cada olla con el agua final evaporado.

3.3. TERCERA FASE.- Prueba de Bajo Poder (fuego lento).

• Colocar nuevamente en la cocina las ollas con el agua previamente

pesada en la fase anterior. Se registrarán como inicio de esta fase

los datos finales de la fase anterior.

• Se reducirá la llama hasta mantener el agua a una temperatura de 3

ºC inferior a la temperatura de ebullición, durante 45 minutos. La

prueba se invalidará si la temperatura del agua en la olla varía más

de 6 °C de la temperatura de ebullición.

• Transcurridos los indicados 45 minutos, se registrará la hora de

culminación de la prueba.

• Retirar rápidamente todo el combustible de la cocina y remover

cualquier carbón o cenizas sueltas. Pesar el combustible restante,

inclusive el combustible sin usar del tercer lote.

• Pesar la (las) olla(s) con agua.

• Extraer todo el carbón y cenizas restantes de la cocina. Pesar.

Una vez concluida las tres fases de la prueba, desmontar el medidor IAP y

procesar los datos obtenidos durante la prueba.

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4. PROCESAMIENTO DE DATOS

Se introducirán los datos de cada prueba realizada en la Hoja de Cálculo

de hervido de agua correspondiente. Se determinará:

• Tiempo promedio requerido para hervir 5L. de agua.

• Consumo específico de combustible, para ebullición de 5L. de agua.

• Eficiencia térmica de la cocina.

• Disminución de consumo de combustible con respecto a la cocina

tradicional evaluada.

Con los resultados de las tres pruebas realizadas en cocinas mejoradas se

calculara la media aritmética de las variables determinadas. Asimismo se

determinaran los promedios de los valores obtenidos en pruebas similares

realizadas en el modelo tomado como referencia.

Considerar la información del medidor IAP para el análisis correspondiente.

La hoja de cálculo proporciona los valores de PM2.5 y CO para una prueba.

• El resultado de la evaluación de la concentración de contaminantes de

un modelo de cocina, se determinara mediante el promedio aritmético de

las pruebas parciales realizadas. Se analizaran los resultados obtenidos,

comparándolos con los valores determinados en pruebas similares

realizadas en las cocinas tomadas como referencia.

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ANEXO 3

PROTOCOLO DE COCCIÓN CONTROLADA

1. CONDICIONES DEL AMBIENTE

La cocina ó horno en evaluación deberá estar ubicada en un ambiente

cerrado o semi cerrado y techado. Se registraran dimensiones del

ambiente, tipo de material de construcción, dimensiones de vanos, etc.

2. PROCEDIMIENTO

2.1. En la tecnología seleccionada, identificar una comida local habitual,

la misma que deberá tener un proceso sencillo de preparación. Se

definirá previamente los ingredientes, especificando la cantidad

exacta en peso. En nuestro caso pusimos 1.500 kg de pollo.

2.2. Se designa un técnico especialista en la operación de la cocina en

caso se aplicara in situ (campo) designar en cada familia la persona

que se encargara de la preparación de la comida, la misma que

deberá estar familiarizada(o) con la operación de la cocina y la

preparación de la comida elegida. En nuestro caso lo realizo el

técnico evaluador.

2.3. El equipo evaluador informara a la persona designada, sobre su

participación en el proceso de la prueba.

2.4. Instalar los sensores y/o medidores necesarios para el registro de

condiciones ambientales y/o polución intradomiciliaria.

2.5. Determinar las dimensiones promedio del combustible a utilizar

(longitud x ancho x altura). En lo posible se deberá usar combustible

en piezas similares para reducir variaciones de las condiciones de la

prueba; se recomienda usar combustible de sección transversal

rectangular de alrededor de 3 cm x 4 cm y de longitud adecuada al

modelo de cocina en evaluación. Se pesará previamente el lote de

combustible antes de cada prueba.

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2.6. Previamente a la realización de la prueba, se habrá determinado el

poder calorífico del combustible; asimismo, se determinara en cada

prueba el contenido de humedad del combustible, cuyo

procedimiento se describe a continuación.

Se utilizara un Medidor de humedad y una muestra de tres leños del

lote destinado para la prueba. El procedimiento es el siguiente:

Registrar el contenido de humedad en tres leños en tres puntos de

cada leña. Los puntos corresponderán a los dos extremos y al centro

del mismo. En el tercer leño se hará dos repeticiones de la prueba.

Para considerar el contenido de humedad promedio se calculara

para cada leño el correspondiente contenido de humedad. Se

calculara el promedio general del contenido de humedad

determinando el promedio de los contenidos de humedad parciales.

2.7. Se usarán tantas ollas como hornillas tenga la cocina, de

dimensiones acordes al modelo de cocina a evaluar. En nuestro caso

se evaluó en el horno.

2.8. Los ingredientes que intervienen en la preparación de la comida y la

leña que se utilizara en esta prueba deben ser homogéneos y en

cantidad suficiente.

2.9. Previamente se deberá pesar el lote de combustible asignado para la

prueba. Registrar el peso en los formatos establecidos. En nuestro

caso pusimos como limite de leña a utilizar 5 kg.

2.10. Pesar las ollas y bandejas, registrar los pesos.

2.11. Asegurar que la cocina o horno no hayan sido utilizadas por lo menos

12 horas antes de la prueba. En la elaboración de la comida que

incluye: encendido, manipuleo de enseres y la tecnología,

preparación de ingredientes, atizado, únicamente interviene la

persona designada para tal fin.

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2.12. El técnico evaluador registrara la hora de inicio de la prueba, en el

instante en que el combustible inicie el proceso de combustión.

2.13. El técnico evaluador registrara todas las ocurrencias y comentarios

del proceso de preparación de la comida.

2.14. La prueba culmina cuando el encargado de la preparación de la

comida manifiesta que esta lista. Registrar la hora.

2.15. Pesar cada olla y contenido. Registrar los pesos.

2.16. Retirar el combustible no quemado de la cámara de combustión,

extinguir el fuego retirar el carbón adherido; reunir el combustible no

quemado con el combustible restante del lote original. Pesar y

registrar.

2.17. Colocar los residuos de carbón en la bandeja. Pesar y registrar.

2.18. Apagar los sensores y/o equipos colocados paralelamente.

3. PROCESAMIENTO DE DATOS

Los datos obtenidos se introducirán en la hoja de cálculo

correspondiente, determinándose para cada prueba las siguientes

variables:

• El tiempo de cocción de los alimentos.

• El consumo de leña para preparar los alimentos.

• La cantidad de carbón producido.

Con los resultados de las pruebas se calculara la media aritmética de las

variables determinadas. Se analizaran los resultados obtenidos,

comparándolos con los valores determinados en pruebas similares

realizadas en las cocinas tomadas como referencia.

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ANEXO 4

GALERÍA DE FOTOS EVALUACION DE HORNO

Fotos de montaje de sensores de temperatura en el horno tradicional y mejorado

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Fotos de procedimientos realizados para la ejecución de las pruebas de cocción de alimentos en los hornos.

Alimentos cocinados en los hornos evaluados

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ANEXO 5

PLANOS DEL HORNO MEJORADO

Fuente Proyecto EnDev-Cooperación Alemana al Desarrollo GIZ

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Fuente Proyecto EnDev-Cooperación Alemana al Desarrollo GIZ

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ANEXO 6

PROCESO CONSTRUCTIVO DE LA COCINA MEJORADA CON HORNO

Fotos del proceso constructivo de la cocina mejorada CECADE, con el apoyo de técnicos del CER-UNI