Informe Técnico Centro de Pruebas de Cocinas CPC-Bolivia CPC-IT-03/0911

Transcripción

1 Informe Técnico Centro de Pruebas de Cocinas CPC-Bolivia CPC-IT-03/0911 Análisis de robustez de la cocina mejorada Malena-IDTR frente a modificaciones de diseño utilizando el WBT Septiembre, 2011 La Paz, Bolivia

2 CPC Centro de Pruebas de Cocinas Calle 26, Campus de Cota Cota Universidad Mayor de San Andrés, UMSA La Paz, Bolivia Autor(es): Marcelo Gorritty P., CPC/IIDEPROQ J.L Pari, J.M Mendoza, IIDEPROQ Equipo UDT Cocinas, Endev IIDEPROQ Instituto de Investigación y Desarrollo de Procesos Químicos Facultad de Ingeniería, UMSA Plaza del Obelisco 1157 Tel Interno 1106 GIZ Endev-Bolivia Calle 12 de Calacoto 7978 Tel Las metodologías y resultados descritos en el presten documento son para referencia. En caso de ser utilizados deben ser citados indicando como fuente específica al CPC-Bolivia.

3 1. ANTECEDENTES En base a metodología de análisis de significancia para diferencias de medias independientes bajo la prueba T de Student se procede a analizar los resultados obtenidos en pruebas de WBT para cocinas Malena con modificaciones respecto a modelo de cocina estándar modelo IDTR. 2. METODOLOGÍA El presente análisis busca encontrar diferencias significativas para varios parámetros de comparación cocinas modificadas frente al modelo estándar de trabajo utilizado por el IDTR. Las modificaciones realizadas a las cocinas son de dos factores y tres niveles: Tabla 1 Factores y niveles de modificación utilizados Factores Altura de la cámara de combustión (h) Distancia ollas (d) Niveles 10 cm 5 cm 10 cm 7 cm Con la finalidad de comprobar la influencia de estas modificaciones, se construyeron 4 cocinas combinando los factores y niveles descritos anteriormente, bajo el siguiente detalle. Tabla 2 Combinación de factores y niveles en las cocinas construidas Cocina ID Combinación de factores y niveles IDTR 0 Ninguna 1 d = 10 y h = 10 Cocina 2 2 d = 10 y h = 5 Cocina 3 3 d = 7 y h = 10 Cocina 4 4 d = 7 y h = 5 Los parámetros utilizados para la comparación cocinas se detallan en la Figura 1 para las etapas de coldstart, hotstart y simmer del WBT. Se desea encontrar alguna influencia significativa en la diferencia de las medias para estos parámetros comparados con la cocina IDTR. Para cada cocina detallada en la Tabla 2 se han realizado tres (3) WBT durante tres días diferentes a fin de contar con la cantidad mínima de datos recomendados por el protocolo WTB versión del PCIA, completando un total de quince (15) testeos realizados. Los testeos no han sido ejecutados por una sola persona debido a la carga y tiempos disponibles de trabajo.

4 2.1 Hipótesis nula La hipótesis nula consiste en plantear que, luego del cambio realizado en cada cocina, el promedio de un parámetro de comparación cualquiera de la Figura 1 no cambia respecto a la cocina IDTR. La hipótesis nula es por lo tanto,,, Si la hipótesis nula se verifica, entonces no existe una diferencia estadísticamente significativa las medias del parámetro de testeo por lo que no se puede atribuir la diferencia de al cambio en las dimensiones de la cocina a un nivel de significancia. Por el contrario, si la hipótesis nula se rechaza, la diferencia de medias es estadísticamente significativa y el cambio observado en se puede atribuir al cambio con un nivel de significanciaa. 2.2 Nivel de significancia y estadístico de contraste Para verificar la hipótesis nula se define el nivel de significancia como 0.05 y el asociado al estadístico de contraste (en el software SPSS definido por Sig = ) debe ser menor a para aceptar la hipótesiss nula. En caso contrario, la hipótesiss nula se rechaza y la diferencia e medias es significativa. Figura 1 Parámetros de comparación utilizados en cada etapa del WBT 3. RESULTADOS Y CONCLUSIONES A continuación, mostramos la familia de resultados obtenidos de la aplicación de la metodología de la comparación de medias independientes mediante la T de Studentt para cada cocina modificada frentee a la cocina IDTR. De acuerdo al estadístico de contraste obtenido y el nivel de significancia establecido de 0.05, se obtiene la columna de respuesta a la diferencia significativa medias de todos los parámetros para verificar el grado de influencia de las modificaciones obtenidas.

5 Consumo de combustible g % % 13% NO Tiempo para hervir 5 L de agua min % % -19% SI Eficiencia térmica % 17.9% 0.0 6% -5% NO Tasa de consumo de combustible g/min % % 39% NO Consumo específico de combustible g/l % % 6% NO Potencia de fuego W % % 39% SI Tiempo para hervir la 2º olla min % % -30% NO Consumo de combustible 2º olla g % % -13% NO Consumo de combustible g % % 9% NO Tiempo para hervir 5 L de agua min % % 8% NO Eficiencia térmica % % -2% NO Tasa de consumo de combustible g/min % % 5% NO Consumo específico de combustible g/l % % 3% NO Potencia de fuego W % % 5% NO Simmer M_d10_h10 Consumo de conbustible g % % -5% NO Tasa de consumo de combustible g/min % % -14% NO Eficiencia térmica % % -8% NO Consumo específico de combustible g/l % % -16% NO Potencia de fuego W % % -14% NO M_d10_h5 Consumo de combustible g % % -4% NO Tiempo para hervir 5 L de agua min % % -7% NO Eficiencia térmica % % 2% NO Tasa de consumo de combustible g/min % % 6% NO Consumo específico de combustible g/l % % -2% NO Potencia de fuego W % % 5% NO Tiempo para hervir la 2º olla min % % 6% NO Consumo de combustible 2º olla g % % -4% NO M_d10_h10 M_d10_h5 Consumo de combustible g % % -3% NO Tiempo para hervir 5 L de agua min % % -4% NO Eficiencia térmica % % 7% NO Tasa de consumo de combustible g/min % % 8% NO Consumo específico de combustible g/l % % -5% NO Potencia de fuego W % % 7% SI Simmer M_d10_h10 M_d10_h5 Consumo de conbustible g % % -2% NO Tasa de consumo de combustible g/min % % -2% NO Eficiencia térmica % % 2% NO Consumo específico de combustible g/l % % -2% NO Potencia de fuego W % % -3% NO

6 M_d7_h10 Consumo de combustible g % % 2% NO Tiempo para hervir 5 L de agua min % % -1% NO Eficiencia térmica % % 5% NO Tasa de consumo de combustible g/min % % 4% NO Consumo específico de combustible g/l % % -1% NO Potencia de fuego W % % 4% NO Tiempo para hervir la 2º olla min % % -1% NO Consumo de combustible 2º olla g % % -3% NO Consumo de combustible g % % -8% NO Tiempo para hervir 5 L de agua min % % 6% NO Eficiencia térmica % % 14% NO Tasa de consumo de combustible g/min % % -11% SI Consumo específico de combustible g/l % % -9% NO Potencia de fuego W % % -11% SI Simmer Consumo de conbustible g % % 6% NO Tasa de consumo de combustible g/min % % 2% NO Eficiencia térmica % % -12% NO Consumo específico de combustible g/l % % 1% NO Potencia de fuego W % % 1% NO M_d7_h10 Consumo de combustible g % % 11% NO Tiempo para hervir 5 L de agua min % % -8% NO Eficiencia térmica % % 1% NO Tasa de consumo de combustible g/min % % 28% NO Consumo específico de combustible g/l % % 3% NO Potencia de fuego W % % 27% NO Tiempo para hervir la 2º olla min % % -7% NO Consumo de combustible 2º olla g % % -30% NO M_d7_h10 M_d7_h5 M_d7_h5 Consumo de combustible g % % 5% NO Tiempo para hervir 5 L de agua min % % -16% NO Eficiencia térmica % % -1% NO Tasa de consumo de combustible g/min % % 31% NO Consumo específico de combustible g/l % % 3% NO Potencia de fuego W % % 30% NO Simmer M_d7_h5 Consumo de conbustible g % % 18% NO Tasa de consumo de combustible g/min % % 14% NO Eficiencia térmica % % -20% NO Consumo específico de combustible g/l % % 12% NO Potencia de fuego W % % 13% NO

7 De un total de 76 pruebas de comparación de medias en todos los parámetros y etapas del WBT, sólo 5 (aprox. el 7%) han proporcionado una diferencia significativa. Estos cinco casos se resumen a continuación. 3.1, etapa de arranque en frío (ColdStart) WBT. M_d10_h10 Consumo de combustible g % % 13% NO Tiempo para hervir 5 L de agua min % % -19% SI Eficiencia térmica % 17.9% 0.0 6% -5% NO Tasa de consumo de combustible g/min % % 39% NO Consumo específico de combustible g/l % % 6% NO Potencia de fuego W % % 39% SI Tiempo para hervir la 2º olla min % % -30% NO Consumo de combustible 2º olla g % % -13% NO Para este caso, se compara la (ver Tabla 2) con la IDTR. El parámetro del tiempo de hervido (min) y el de potencia de fuego (W) presentan una diferencia significativa respecto al modelo IDTR (-19%) y (39%) respectivamente. Debe notarse que, respecto a todos los resultados obtenidos, la es la que más magnitud de diferencias presenta respecto a la IDTR, aunque esto solo se verifica en la etapa de arranque en frío (ColdStart). El coeficiente de variación de las pruebas CoV para la tiene un rango aceptable de valores (se recomienda que el CoV sea en general menor a 25%, en caso contrario, se deben incrementar el número de pruebas 1 ). 3.2 Cocina 2, etapa de arranque en caliente (HotStart) WBT. M_d10_h5 Consumo de combustible g % % -3% NO Tiempo para hervir 5 L de agua min % % -4% NO Eficiencia térmica % % 7% NO Tasa de consumo de combustible g/min % % 8% NO Consumo específico de combustible g/l % % -5% NO Potencia de fuego W % % 7% SI En este caso, la única diferencia significativa encontrada se refiere a la potencia de fuego (W) la la IDTR. Aunque la diferencia parece a primera vista relativamente baja (+7%), es significativa al 95% de confianza. Los valores del coeficiente de variacióncov encontrados son aceptables para los testeos de la Cocina 2 por lo que no se sospecha de un efecto por variabilidad de datos. 1 WBT version 4.1.2, pág. 32.

8 3.3 Cocina 3, etapa de arranque en caliente (HotStart) WBT. M_d7_h10 Consumo de combustible g % % -8% NO Tiempo para hervir 5 L de agua min % % 6% NO Eficiencia térmica % % 14% NO Tasa de consumo de combustible g/min % % -11% SI Consumo específico de combustible g/l % % -9% NO Potencia de fuego W % % -11% SI En este caso, si bien existen diferencias significativas para la tasa de consumo de combustible (g/min) y la Potencia de fuego (W) estas son negativas. Esto indicaría que la potencia suministrada por la Cocina 3 es menor a la cocina IDTR, lo cual explica su menor tasa de consumo de combustible que también tiene una diferencia estadísticamente significativa. Para este caso, los valores de variabilidad del CoV son aceptables para las pruebas de la Cocina 3. Considerando estos resultados, podemos plantear las siguientes conclusiones generales, Ninguno de los WBT efectuados ha demostrado un cambio significativo en la eficiencia térmica de las cocinas respecto a la IDTR, ni para arranque en frío, arranque en caliente o simmer. La presenta variación significativa respecto a la cocina IDTR solamente en arranque en frío, mostrando una mayor potencia de fuego (+30%) y un menor tiempo de hervido de la primera olla (-19%). La Cocina 2 solo muestra variación significativa respecto a la IDTR en la etapa de arranque en caliente para la potencia de fuego (+7%). La Cocina 3 muestra variación significativa en arranque en frío pero con valores negativos de rendimiento en potencia de fuego (-11%). La Cocina 4 no presenta ninguna variación significativa respecto a la IDTR, mostrando además que sus valores de variabilidad de datos (CoV) son muy elevados tanto en arranque en frío como arranque en caliente. Esto indica que hay posiblemente un efecto de alta variabilidad en el proceso de testeo que ha sufrido la Cocina 4 por influencia del testeador. Por lo encontrado en los testeos, las modificaciones físicas efectuadas a las cocinas muestran una influencia hacia el incremento de la potencia de fuego ( y Cocina 2) respecto a la IDTR aunque en diferentes etapas del WBT. La presenta las diferencias más coherentes respecto a un aumento de la potencia de fuego y un decremento del tiempo de hervido de la primera olla. Ninguna de las Cocinas presenta una disminución significativa en el tiempo de hervido de la segunda olla para el arranque en frío. En resumen, no se ha encontrado evidencia estadísticamente significativa y completa para ninguna de las cocinas testeadas que indique su mejor operación respecto a todos los parámetros testeados tanto en arranque en frío como en caliente.

9 En el caso que los cambios efectuados a las cocinas respecto al modelo IDTR se justifiquen desde un punto de vista estructural, por el momento no hay evidencia de que los mismos influyan en la eficiencia térmica de la cocina. Si en algún caso, se pretendiera usar el diseño de la, por ejemplo, se obtendría una diferencia significativa en la potencia de fuego y que afectaría solamente al tiempo de hervido de la primera olla. Se recomienda mantener la metodología estadística mostrada para cualquier otro futuro conjunto de pruebas de comparación cocinas o testeadores. 4. REFERENCIAS The Water Boiling Test. Version Informe Técnico CPC-IT-02/0911