ENERGIA DE LA BIOMASA

Transcripción

1 ENERGIA DE LA BIOMASA Capítulo 11 Miguel Hadzich

2 Transferencia de Calor y Combustión en COCINAS MEJORADAS M. Hadzich,O. Gonzales,E. Pino 2008

3 Transferencia de calor Conducción Convección Radiación CALOR = DINERO

4 1 Transferencia de calor Cómo calienta el fósforo? -Por Conducción -Por Convección -Por Radiación

5 Por Conducción:

6 Conducción Transmisión de molécula a molécula (adyacente)

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

8 Experimento en clase Agarra un cuaderno, la mesa, la silla o las patas de la mesa de metal Cuál está más frío?..por qué?

9 Por Convección:

10 Convección Transferencia mediante un fluido en movimiento a - Natural (densidad)

11 Qué son los espejismos? De dónde a dónde sopla el viento en el día? De noche?

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13 b - Forzada (medio mecánico)

14 Por Radiación:

15 Radiación El cuerpo caliente entrega energía radiante

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17 Cuál calentará más?

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19 Ejemplos en la industria y el hogar Termo doméstico Mango de sartén

20 Invernadero

21 Cocinas Mejoradas a Leña

22 Calor, Fuego y Estufas

23 Radiación La radiación se emite en todas las direcciones. La intensidad del calor radiante es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia

24 Conducción Es el movimiento de calor a través de materiales sólidos. Son buenos conductores el acero y aluminio Las sustancias con muchos espacios diminutos atrapados en su interior son buenos aislantes (carbón, aserrín, paja)

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

26 Cómo se libera el calor en la Combustión

27 Combustión de la Madera 1. La madera se quema en dos etapas. Los gases volátiles se producen y queman, dejando el carbón sólido que se quema más tarde. 2. El oxígeno del aire viene circundando la zona de combustión 3. El tamaño, forma y arreglo de las piezas de combustible.

28 1.- La madera se quema en 2 Etapas Al principio se liberan gases no combustibles como CO2 y H2O. A medida que aumenta la Temp. Se despiden gases combustibles y alquitrán. A esto se le llama pirólisis. Después de los 280 C la porción de gases inflamables es suficiente como para quemarse.

29 Después de los 600 C más la presencia de Oxigeno, el gas es encendido por el calor radiante de los leños que ya están quemándose. Los gases pirolizados se queman a una temperatura de 1100 C. Los procesos son simultáneos

30 2.- Oxígeno del aire circundante para la zona de combustión Para obtener una combustión óptima es crítico el correcto suministro del aire al fuego.

31 3.- Tamaño, Forma y Disposición de los leños La madera cortada en pedazos pequeños se quema mas rápido.

32 Otros Aspectos La humedad de la Madera Combustión de otros combustibles Carbón Desperdicios Agrícolas

33 Minimizar las Pérdidas de Calor

34 Minimizar las pérdidas de calor

35 Cómo se hace útil el calor en una estufa Caja de fuego

36 Cómo se hace útil el calor en una estufa Compuerta reguladora Túmulos

37 Cómo se hace útil el calor en Chimenea una estufa

38 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN LAS COCINAS MEJORADAS. Convección. Conducción. Radiación

39 RADIACIÓN Transferencia de Calor desde el Lecho del Combustible

40 Cocina Tres Piedras. Cocina Mas Rudimentarias Principal Mecanismo De Transferencia de Calor. Eficiencia de % Radiación Radiación de la flama representa menos del 14% de la energía total de la combustión.

41 Menor Área de Contacto Mayor Área de Contacto Consideraciones en la Combustión?

42 Convección Transferencia de Calor Gases de la combustión.

43 Convección Importancia en el diseño?

44 Conducción. Transferencia de Calor Por medio de las paredes

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

46 COMBUSTION La combustión es una reacción química en la que un elemento combustible se combina con otro comburente (generalmente oxígeno en forma de O2 gaseoso), desprendiendo calor y produciendo un óxido; la combustión es una reacción exotérmica que produce: Calor al quemar. Luz al arder. Es proceso por el cual la masa que contiene un cuerpo pasa de estado solido a estado gaseoso. Resultado la liberación de energía al formarse los productos de la combustión.

47 AZUFRE LEÑA HIDROGENO + OXIGENO + CARBONO H2O (agua) CO2 (Bióxido de Carbono)

48 La leña se calienta alrededor de 100 C y el agua contenida es evaporada de la Leña,a medida que la temperatura aumenta alrededor de los 200 C empieza la descomposición de la leña, la salida de gases empieza y el alquitrán semilíquido empieza a aparecer, la leña arde seguida de un fuerte olor Esta etapa debe ser evitada manteniendo una llama constante. La descomposición sigue alrededor de los 300 C,a esta temperatura la leña es gradualmente transformada en brazas y los volátiles producidos por esta descomposición pueden escapar como humo o pueden entramparse dentro de la leña lejos de la zona calentada. A medida que los volátiles salen de la madera, se mezclan con oxigeno y alrededor de 550 C prenden fuego que produce una flama amarilla sobre la Leña.El calor por radiación de la flama representa menos del 14% de la energía total de la combustión, esta es importante para mantener la combustión. Dado que ayudara a la leña a soltar sus volátiles mas rápidamente.

49 La temperatura de los gases calientes sobre la leña esta sobre los 1100 C. A medida que los volátiles aumentan, estos reaccionan con otras moléculas volátiles formando hollín y humo, simultáneamente se queman a medida que éstos se mezclen con el oxígeno.si un objeto frío tal como una olla es colocada muy cerca del fuego, lo enfriará y detendrá la combustión de una parte de esos volátiles, dejando un denso humo negro. Importante tener en cuenta que los volátiles calientes representan alrededor de 2/3 de la energía liberada del fuego de la leña,el carbón dejado atrás representa la tercera parte restante. Dado que los volátiles son liberados siempre que la leña este caliente, al cerrar el suministro de aire se detiene sólo la combustión, aunque la intensidad del fuego se reduce, la leña sigue siendo consumida mientras que esta esté caliente, liberando volátiles sin quemar como humo, dejando carbón. La temperatura cerca de la superficie del carbón que se quema esta alrededor de 800 C.

50 TIPOS DE COMBUSTION 1. Combustión Estequiométrica. Combustión teórica y completa, esta limitada a condiciones físicas y químicas. 2. Combustión Completa (Exceso de Aire). Combustión perfecta sin presencia de CO gracias a un exceso de oxígeno teórico. 3. Combustión Incompleta. Cantidad de oxigeno presente en la combustión no es suficiente para la formación de CO2, H2O, dando así a la presencia de CO,H y partículas sólidas de carbono, azufre & sulfuros. 4. Combustión Imperfecta. Habiendo un exceso de aire no se completa el proceso de la combustión, esto trayendo como resultado partículas aun sin combustionar en los humos que salen por la chimenea.

51 La llama de la combustión alcanza superficies frías o relativamente frías y ello conlleva a la disminución de la temperatura de la llama. Exceso de aire en la combustión. No existe una eficiente mezcla aire combustible. Rápida evacuación de los gases de la combustión de la cámara de combustión.

52 DIFERENCIAS LEÑA BOSTA Poder Calorífico ( cal / g ). Humedad (12.74 %) Análisis Químico Poder Calorífico ( cal / g ). Humedad (12.36 %) Análisis Químico

53 Análisis Físico Ayuda a la combustión Perjudica La Combustión y Perdida de Energía.

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

56 BIOMASA TECNOLOGIA LIMPIA Calor COCINAS MEJORADAS A LEÑA Calefacción Agua Caliente

57 Cocinas mejoradas a leña 57

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59 Termo cocinas mejoradas Cocina mejorada a la cual se le ha adherido un sistema de para obtener agua caliente.

60 Termococinas Termococinas: Cocina y terma de agua caliente al mismo tiempo

61 COCINAS MULTIUSOS S.R.L. Cocina mejorada multiusos con agua caliente Innovadores RAMP Julio Cabanillas Saavedra Región Cajamarca Descripción de la tecnología Las partes principales de la Cocina Mejorada Multiusos con Sistema de Agua Caliente son: 1. Chimenea. 2. Mochila (Interior de la cocina). 3. Tanque. 4. Sistema de Tubos de Agua Caliente (tuberías de cobre, aluminio) 5. Sistema de Tubos de Agua Fría (tuberías de CPVC). 6. Hornillas. 7. Compuerta. Características Eficiencia energética:23% El sistema de agua caliente funciona en el momento que se utiliza para cocinar los alimentos. Se calienta agua por medio de un sistema de las tuberías de cobre y aluminio, que están en el interior de la cocina y circulan hacia el tanque de agua. Durante el funcionamiento de la cocina se puede regular el consumo de leña a través de la válvula reguladora que se encuentra en la parte posterior lateral de la cocina. El agua que sale del tanque almacenador de agua caliente llega a 75 ºC, después de un periodo de 3 horas de ser utilizada la cocina.

62 COCINAS MULTIUSOS S.R.L. Contribución de la tecnología Esta cocina cuenta con una chimenea que evita que el humo producido por la combustión de la leña o bosta permanezca en el interior de la vivienda generando, al mismo tiempo, agua caliente para el usuario. Idea de negocio Se ofrece el servicio de construcción de la cocina (estructura de concreto y estructura metálica inserta) principalmente a instituciones que realizan subsidios o donaciones de cocinas mejoradas a la población así como a familias que puedan contratar el servicio de forma directa. Venta: 180 Impacto 600 familias rurales de Cajamarca hacen uso de las cocinas reduciendo problemas respiratorios, de piel y vista. 600 familias acceden al servicio de agua caliente. 01 empleo permanente a tiempo completo y 02 empleos permanentes a tiempo parcial generados jornales generados por el total de cocinas.

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

64 Energía para cocinar Generación de una dinámica local Cocinas incawasi - gtz Cirilo Díaz Quispe

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80 Cocinas Mejoradas a Bosta

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82 EMPRESA ARTESANAL KOYLLOR Cocina rural ecológica - CRE Innovadores RAMP Mario y Richard Endara Región Puno Descripción de la tecnología La cocina rural ecológica CRE está constituida de las siguientes partes: 1. Válvula reguladora de flujo 6. Cámara de fuego. 2. Techo móvil. 7. Hornillas 3. Quijada 8. Estructura metálica. 4. Tapa Metálica 9. Cenicero 5. Cuello de escape. La cocina está fabricada en arcilla cocida. Esto hace posible aprovechar al máximo la energía de la combustión. La cocina posee refuerzos laterales tanto para las ollas como para el mismo cuerpo de la cocina. Posee un techo móvil que permite hacerle frente cuando hay fuertes corrientes de viento. La C.R.E es versátil en su ensamblaje y manejo, además de su menor peso, su rendimiento y sus ventajas respecto a las otras cocinas tradicionales. Características Eficiencia energética 26 %. lo cual representa una ventaja comparativa frente a otras cocinas del medio actual que se implementan en programas de beneficio social.

83 EMPRESA ARTESANAL KOYLLOR Contribución de la tecnología Las familias de las zonas rurales y urbano-marginales utilizan el fogón tradicional para la cocción de alimentos, estos fogones no cuentan con chimenea para la expulsión del monóxido de carbono por lo que éste se concentra en el interior de la vivienda. La CRE cuenta con una chimenea que permite la eliminación de esas emisiones, al mismo tiempo permite la cocción de alimentos de forma más rápida. Idea de negocio El negocio consiste en la fabricación y comercialización de la CRE. Los clientes serán principalmente instituciones que donan o subsidian el producto a familias de escasos recursos económicos. El taller de fabricación se encuentra ubicado en la localidad de Putina, Puno. Venta: 600 cocinas Impacto 02 empleos permanentes de tiempo completo generados. 240 jornales por el total de cocinas producidas. 480 familias de escasos recursos usan la cocina mejorada portátil en la región Puno. 480 familias se benefician de mejores condiciones de salud en sus casas y mejoras en su calidad de vida por la reducción de tiempo dedicado a la cocción de alimentos.

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

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

86 Laboratorio de Cocinas Mejoradas PUCP

87 Laboratorio de Cocinas Mejoradas PUCP

88 COCINAS LOCALES EN DIFERENTES ZONAS.

89 SOSTENIBILIDAD DE LAS COCINAS MEJORADAS. GRUPO DE APOYO AL SECTOR RURAL PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DEL PERU. Ing. MBAE Miguel Hadzich

90 Soluciones: Deforestación Creación de Empleos. Cocina Mejorada. Seguridad. Energía Solar Energético. Cocina Parabólica. Cocina Tipo Caja. Cocina Indirecta. Confort. Salud.

91 Sostenibilidad de las Cocinas Tecnológico Económico Político Social Ambiental TEPSA EEEEE Enginering Economic Ethical Equity Environment

92 Sostenibilidad Tecnológica Son buenos diseños? Desde agosto contaremos con SENCICO para la aprobación de las cocinas. Habrá nuevas normas técnicas sobre el diseño de las cocinas. Podemos visitar algunos modelos en la Casa Ecológica PUCP Priorizaremos el rendimiento? Rendimiento vs Utilización Imponer o concertar un diseño? Si el 50 % lo usa es un éxito? Hacemos caso a sus costumbres, a sus tipos de comidas, al tipo de leña que usan, etc?

93 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN LAS COCINAS MEJORADAS. Convección. Conducción. Radiación

94 Cursos de diseño

95 Problema Energético?

96 Familia Promedio Consumo de Leña Diario Semanal Mensual A nivel Nacional. 2-4 Toneladas de Leña Anual

97 Sostenibilidad Económica Son diseños baratos? Cuáles son los verdaderos costos? Cuánto tiempo duran las cocinas? Cuánto cuesta reparar o reemplazar? Nuevas ollas? Regalar o vender? Rendimiento vs Utilización Imponer o concertar un diseño? Los Bonos de Carbono

98 Sostenibilidad Política Por fin el gobierno se puso a trabajar Las ONGs ayudan Ignorancia de los políticos sobre el tema. Algunos creen que el mejor diseño es la mejor cocina. Si es con ayuda externa, mejor. Por qué no usamos el modelo Yachachiq?

99 Hay intentos

100 Muy buenas historias de cocinas en

101 Debate público Nos harán caso? Vigilancia tecnológica académica.

102 Sostenibilidad Social Aquí fallamos Están siendo utilizadas todas las cocinas? Tiene la mujer decisión sobre el modelo de su cocina? Le consultamos sus costumbres? La salud mejora Falta motivación y educación.

103 Tenemos derecho a elegir?

104 Problema Salud? Bronquitis. Enfisema Cáncer. Asma. Infecciones. Respiratorias. Oculopatias. Embarazo. Componentes nocivos, partículas respirables en suspensión, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno, formaldehido, e hidrocarburos poli aromáticos

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106 Gran cantidad de hogares en países en desarrollo dependen de combustibles de biomasa leña, estiércol y residuos de sus cultivos para cocinar y calentar sus viviendas. Por ello se tiene como resultado, unos millones de personas, en su mayoría residentes en zonas rurales, están expuestas a altos niveles de contaminantes atmosféricos en sus casas. El Banco Mundial ha designado esto como uno de los cuatro problemas ambientales más críticos de los países en desarrollo.

107 CONDICIONES COMUNES EN VIVIENDAS SIN COCINA MEJORADA.

108 Sostenibilidad Ambiental No tenemos otra opción energética? Y las cocinas solares? Disminuimos la deforestación La combustión es casi completa Qué pasará cuando la población aumente? Cuánto de bosta tendremos?

109 Según un estimado reciente, la quema de combustibles domésticos sólidos da cuenta de unos 2,5 millones de muertes prematuras cada año alrededor de 6-7% de la carga mundial de enfermedad, y considerablemente más que la proporción debida a la contaminación atmosférica ambiental urbana. En general, se ha estimado que 25-33% de la carga mundial de enfermedad puede atribuirse a factores de peligro ambiental. Estudios recientes colocan el uso de combustibles sólidos sin procesar para cocinar y calentar las viviendas en el tercer lugar más importante entre estos factores, después de la desnutrición y del agua/higiene/saneamiento, causante de discapacidad y muerte en los países en desarrollo

110 50 % a 70 % de la madera utilizada Nivel Mundial

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112 Tratamiento de Residuos Sólidos

113 Biogas 113

114 Tratamiento de Aguas Residuales

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118 Tratamiento de Aguas Residuales

119 Tratamiento de Aguas Residuales

120 Tratamiento de Aguas Residuales

121 Compost y Lombrices

122 Bosques Reforestados

123 Jacuzzi a leña