Perspectiva ambiental de las cocinas solares en la zona altoandina de Tacna

Transcripción

1 Perspectiva ambiental de las cocinas solares en la zona altoandina de Tacna Hugo Torres Muro, Carlos Polo Bravo, Orlando López Cornejo, Boris Milla Taco

2 PERSPECTIVA AMBIENTAL DE LAS COCINAS SOLARES EN LA ZONA ALTOANDINA DE TACNA Primera edición Enero, 2012 Lima - Perú Hugo Torres Muro Carlos Polo Bravo Orlando López Cornejo Boris Milla Taco PROYECTO LIBRO DIGITAL PLD 0505 Editor: Víctor López Guzmán guzlopster@gmail.com guzlopnano@gmail.com facebook.com/guzlopster twitter.com/guzlopster Lima - Perú

3 PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD) El proyecto libro digital propone que los apuntes de clases, las tesis y los avances en investigación (papers) de las profesoras y profesores de las universidades peruanas sean convertidos en libro digital y difundidos por internet en forma gratuita a través de nuestra página web. Los recursos económicos disponibles para este proyecto provienen de las utilidades nuestras por los trabajos de edición y publicación a terceros, por lo tanto, son limitados. Un libro digital, también conocido como e-book, ebook, ecolibro o libro electrónico, es una versión electrónica de la digitalización y diagramación de un libro que originariamente es editado para ser impreso en papel y que puede encontrarse en internet o en CD-ROM. Por, lo tanto, no reemplaza al libro impreso. Entre las ventajas del libro digital se tienen: su accesibilidad (se puede leer en cualquier parte que tenga electricidad), su difusión globalizada (mediante internet nos da una gran independencia geográfica), su incorporación a la carrera tecnológica y la posibilidad de disminuir la brecha digital (inseparable de la competición por la influencia cultural), su aprovechamiento a los cambios de hábitos de los estudiantes asociados al internet y a las redes sociales (siendo la oportunidad de difundir, de una forma diferente, el conocimiento), su realización permitirá disminuir o anular la percepción de nuestras élites políticas frente a la supuesta incompetencia de nuestras profesoras y profesores de producir libros, ponencias y trabajos de investigación de alta calidad en los contenidos, y, que su existencia no está circunscrita solo a las letras. Algunos objetivos que esperamos alcanzar: Que el estudiante, como usuario final, tenga el curso que está llevando desarrollado como un libro (con todas las características de un libro impreso) en formato digital. Que las profesoras y profesores actualicen la información dada a los estudiantes, mejorando sus contenidos, aplicaciones y ejemplos; pudiendo evaluar sus aportes y coherencia en los cursos que dicta. Que las profesoras y profesores, y estudiantes logren una familiaridad con el uso de estas nuevas tecnologías. El libro digital bien elaborado, permitirá dar un buen nivel de conocimientos a las alumnas y alumnos de las universidades nacionales y, especialmente, a los del interior del país donde la calidad de la educación actualmente es muy deficiente tanto por la infraestructura física como por el personal docente. El per sonal docente jugará un rol de tutor, facilitador y conductor de proyectos

4 de investigación de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electrónicas recomendadas. Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales y mejorar la sustentación de sus presupuestos anuales en el Congreso. En el aspecto legal: Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edición digital, sin perder su autoría, permitiendo que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita. Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versión digital. Lima - Perú, enero del 2011 El conocimiento es útil solo si se difunde y aplica Víctor López Guzmán Editor

5 PERSPECTIVA AMBIENTAL DE LAS COCINAS SOLARES EN LA ZONA ALTOANDINA DE TACNA Hugo Torres Muro, Carlos Polo Bravo, Orlando López Cornejo, Boris Milla Taco Departamento Académico de Física Centro de Energías Renovables de Tacna (CERT), Facultad de Ciencias - Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, Ciudad Universitaria Av. Miraflores s/n - Tacna Perú, Telefax: Anexo 2101, hugotorres@hotmail.com RESUMEN En las zonas rurales del Perú, el uso de la leña como fuente primaria de energía representa una fracción muy importante de todas las necesidades energéticas de la población; y su escasez es cubierta en muchos casos por el uso de la bosta y la yareta; lo que perjudica el rendimiento de las tierras de cultivo y la economía de dichas poblaciones. La población altoandina de Tacna, en su gran mayoría usan la leña, la bosta y la yareta como fuentes primarias de energía, para múltiples aplicaciones domésticas y artesanales como la preparación de sus alimentos y el teñido de lana; esto ocasiona emisión de CO 2 por combustión, exacerbando las enfermedades respiratorias, la contaminación atmosférica, degradación de los suelos y sus consecuencias globales. El uso de la leña, en cocinas tradicionales (de tres piedras) para preparar alimentos, produce una fuerte presión sobre los bosques de Q eñuales primarios de la zona altoandina de Tacna, esto se agrava por la baja eficiencia térmica de estas cocinas tradicionales lo que significa mayor demanda de combustible y mayor velocidad de deforestación de estos bosques. El uso de la leña, la bosta y la yareta, como fuentes primarias de energía es un factor importante que impide un desarrollo sostenible de las comunidades altoandinas de Tacna, agravando el problema de la extrema pobreza. El trabajo de investigación tiene como objetivo proporcionar información que permita determinar el impacto social, ambiental y económico que produciría el uso de Cocinas Solares en la zona objetivo, y determinar la cantidad de CO 2 que se dejaría de emitir a la atmósfera con el uso de esta tecnología limpia en aplicaciones domésticas y artesanales en la zona altoandina de Tacna. La demanda de leña para cocinar en la provincia de Tarata es de 960 T/a lo cual está emitiendo a la atmósfera 1728 T/a. y la cantidad máxima de CO 2 que se puede dejar de emitir a la atmósfera en la provincia de Tarata, con el uso de cocinas solares SK12, SK14 sustituyendo al fuego de tres piedras equivale a 2 614,2 T/a. Desde el punto de vista de la perspectiva ambiental que tienen las cocinas solares, los resultados obtenidos nos permiten concluir que su aplicación masiva es una alternativa de solución para la crisis de la leña en la zona altoandina de Tacna, que permitirá revertir la situación actual causando impactos positivos significativos, como la reducción de la deforestación, reducción de la migración y extinción de especies, disminución de enfermedades respiratorias, reducción de la degradación de los suelos, mejoras en la calidad de la dieta alimenticia y por lo tanto una mejor calidad de vida de la población.

6 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En las zonas rurales del Perú, el uso de la leña como fuente primaria de energía representa una fracción muy importante de todas las necesidades energéticas de la población; y su escasez es cubierta en muchos casos por el uso de la bosta y la yareta. La población altoandina de Tacna, en su gran mayoría usan la leña, la bosta y la yareta como fuentes primarias de energía, para múltiples aplicaciones domésticas y artesanales como la preparación de sus alimentos y el teñido de lana; esto ocasiona emisión de CO 2 por combustión, exacerbando la contaminación atmosférica y sus consecuencias globales. Esta práctica ancestral, produce también una fuerte presión sobre los bosques de Queñua primarios, particularmente en la provincia de Tarata y Candarave. Esto se agrava por la baja eficiencia térmica de estas cocinas lo que significa mayor demanda de combustible y por lo tanto mayor deforestación. La deforestación y desertización por la tala indiscriminada de bosques produce pérdida de ecosistemas y extinción de algunas especies. El uso de la bosta como fuente de energía primaria produce una pérdida de fertilidad de las tierras en donde se encuentran ubicados los pastos naturales que sirven de alimento a los camélidos sudamericanos y otros tipos de ganadería, que constituyen la principal fuente de ingresos económicos de las comunidades involucradas. La quema de estiércol agota la fertilidad de la tierra, baja el rendimiento de las cosechas, y contribuye al esparcimiento del hambre, la migración de la gente y de los rebaños a tierra más habitable o a ciudades ya sobre pobladas. 2. METODOLOGÍA La reforestación, el uso de fuentes renovables de energía y la conservación de combustibles, son los tres métodos que ofrecen soluciones posibles a la crisis global de la energía en general y a la crisis de la leña en particular. En la actualidad se ha conseguido una solución tecnológica para que en una media de 250 días al año la cocción de alimentos sea limpia y sin malgastar leña. Nos referimos a la solar. Existen diferentes tecnologías, pero en todas ellas se obtienen temperaturas idóneas para la cocción saludable de los alimentos. La energía solar como fuente de energía que sustituya a la leña, representa un aporte importante en los programas para combatir la deforestación y desertificación. 2. ACTIVIDADES REALIZADAS Visita de inspección a los lugares afectados por la extracción de leña. Encuestas para determinar el perfil de extracción, consumo y comercialización de leña. Estimación de la cantidad de CO 2 que se emite a la atmósfera por el uso de la leña en la zona de estudio. Evaluación de la eficiencia térmica de la cocina solar en la zona de estudio. Estimación de la cantidad de CO 2 que se dejaría de emitir con el uso de cocinas solares parabólicas SK14 Demostraciones del manejo y mantenimiento de la cocina, preparación de alimentos, tiempo de cocción. etc ESTIMACIÓN DE LA EMISIÓN DE CO 2 PRODUCIDO POR EL USO DE LEÑA En la determinación de la demanda de leña, como fuente de energía primaria para aplicaciones domésticas y artesanales en la zona altoandina de Tacna, provincia de Tarata a partir de las encuestas realizadas, se han obtenido los siguientes resultados,

7 *Cantidad que consumen por mes/familia (1 carga es igual a 40 Kg) : 320 kg *Total de leña que se consume por mes (250 familias) : kg *Total de leña que se consume por año (250 familias) : kg *Costo de la leña: S/. 0,50 kg *Costo de leña por mes: S/ *Costo de leña por año: S/ *Comercialización: un 30 % de los encuestados compran leña y un 70 % consigue su propia leña. *Existen pocos intermediarios. *Los tiempos promedios que utilizan para conseguir la leña son entre 3 a 6 horas, por que los lugares de extracción cada vez están más lejos del pueblo, a más de 10 km. Si considerando que 01 tonelada de leña al ser quemada produce 1,83 toneladas de CO 2, podemos estimar la cantidad de CO 2 que se está emitiendo a la atmósfera en la provincia de Tarata, teniendo en cuenta la demanda de leña calculada a partir de las encuestas equivalentes a 960 T/a, entonces obtenemos que la cantidad de CO 2 emitida por el uso de la leña para cocinar alimentos en la zona de estudio es de 1756,8 T/a ESTIMACIÓN DE LA CANTIDAD DE CO 2 QUE SE DEJA DE EMITIR POR EL USO DE COCINAS SOLARES Para estimar las cantidades de CO 2 que se dejarán de emitir a la atmósfera por el uso de las cocinas solares parabólicas, en la zona alto andina de Tacna se debe considerar según el Ing. Dieter Seifert (1998), lo siguiente: Datos de la Cocina Solar tipo SK12, (SK14, SK98 ): Diámetro, D = 1,4 m; Eficiencia, η = 50 % Energía Solar máxima (directa) anual a la Sk12 continuamente orientada al sol: E max = 3110 kwh/m 2 /a Apertura A de la cocina SK12, con seguimiento, latitud 18 o es 1,5 m 2 Energía efectiva de una cocina SK12: E n = E max A η = 2333 kwh/a Poder Calorífico de la leña: H = kj/kg = 4,17 kwh/kg Rendimiento del fuego a tres piedras: η l = 0,05 Energía efectiva de 1 kg. de leña: E nl = H η l = 0,21 kwh/kg Equivalencia máxima de leña por SK12: m max = E max /E n1 = kg/a Emisión de CO2 de la equivalencia máxima: M max. CO2 = m max (1,83) = ,68 kg de CO2/año (considerando que 4 T de leña emite a la atmósfera 7,32 T de CO2) La cantidad máxima de CO 2 que se dejará de emitir a la atmósfera con el uso de una cocina solar SK12 continuamente orientada, sustituyendo al el fuego de tres piedras es: M max = ,68 kg/a La cantidad de CO 2 que se puede dejar de emitir a la atmósfera en forma directa con el uso de una cocina solar SK12 común suponiendo un uso de 2000 horas por año (10 h/d durante 200 días del año) se obtiene con los siguientes parámetros: Temporada T del uso anual: 2000 h/a Potencia N de la cocina solar SK12: 0,6 kw Energía solar máxima para un tiempo de 10 h/d expuestas al sol ( de 8 h a 17 h): E max2 = kwh/m 2 a Energía efectiva de la cocina SK12: E n2 = E max2 A η = 1200 kwh/a Equivalencia de leña por SK12: m 2 = E n2 /E n1 = 5 714,3 kg/a

8 La cantidad de CO 2 que se puede dejar de emitir con una cocina solar parabólica SK12 común, expuesta 10 h/d al sol es: m 2. CO 2 = m 2 1,83 = ,6 kg de CO2/a Extendiendo estos resultados para el caso de Tarata, en dónde existe una población estimada de habitantes para el año 2000 (según datos del INEI) y considerando que cada familia está conformada por 5 personas, se tiene que la cantidad máxima de CO2 que se puede dejar de emitir a la atmósfera con el uso de cocinas solares SK12 por 250 familias de Tarata es de 2 614,2 T/a 2.4. EVALUACIÓN TÉCNICA DE LA COCINA SOLAR PARABÓLICA SK14 Se ha realizado teniendo en cuenta el protocolo de ensayos de RICSA, por lo tanto se ha considerado como carga 01 litro de agua, se ha tomado la medida de la variación de la temperatura ambiente y la temperatura del agua con respecto del tiempo. Se han obtenido los siguientes resultados: SK12. En los diagramas de redes que se mostrarán a continuación hay que considerar que el color rojo indica un impacto negativo importante, el color amarillo indica un impacto negativo moderado y el color verde indica un impacto positivo importante y el color celeste un impacto positivo moderado. Los números romanos que aparecen en los diagramas de redes indican lo siguiente: I Alteraciones en el Medio Físico; II Alteraciones en el Medio Biótico y III Alteraciones en el medio Socio Cultural. VARIACIO N DE LA TEMPERATURA AMBIENTE, TEMPERATURA DEL AGUA CON RES PEC TO AL TIEMPO Temperatura (ºC) :46 10:50 10:54 10:58 11:02 11:06 11:10 Tem. del agua (ºC) Tem. Ambiente (ºC) Tiempo (min) La temperatura del agua aumenta rápidamente, llegando a hervir el agua en 18 minutos a los 90 ºC, la temperatura ambiente no tiene cambios bruscos durante el tiempo de evaluación. La temperatura del agua asciende progresivamente hasta alcanzar 90 º C. Para hervir 2 litros de agua tarda 24 minutos IDENTIFICACIÓN Y VALORACIÓN CUALITATIVA DE IMPACTOS AMBIENTALES En la Identificación de impactos ambientales se ha considerado los impactos producidos por la extracción de la leña, por el uso de la leña para cocinar, y los posibles impactos ambientales que producirán el uso de las cocinas solares parabólicas

9 DIAGRAMA DE REDES DE IMPACTOS AMBIENTALES EN LA EXTRACCION DE LEÑA EN LA ZONA ALTOANDINA DE TACNA DETERIORO CALIDAD DE VIDA MIGRACION POBLACIONAL III CONFLICTO AMBIENTE COMUNIDAD REDUCCION OPORTUNIDADES ECONOMICAS MENOR OPORTUNIDAD PROYECTOS DE DESARROLLO ESPECIES EN EXTINCION MIGRACION CAMBIO USO ESPECIES DEL SUELO II REDUCCION DE FLORA, FAUNA TERRESTRE DEFORESTACIÓN DESERTIZACION PÈRDIDA FERTILIDAD DE SUELOS EROSIÓN DE SUELOS ALTERACION DE LA COMPOSICION DE LOS SUELOS EXTRACCIÓN DE LEÑA ALTERACIÓN DEL PAISAJE I

10 DIAGRAMA DE REDES DE IMPACTOS AMBIENTALES DEL USO DE LA LEÑA PARA COCINAR EN LA ZONA ALTOANDINA DE TACNA III PERDIDA DE EMPLEO BAJA CALIDAD DE VIDA ENFERMEDADES RESPIRATORIAS MENOS OPORTUNIDAD PROYECTOS DESARROLLO PERDIDA DE ECOSISTEMAS MIGRACION DE ESPECIES DEFORESTACION EXTICIÓN DE ESPECIES II CONTAMINACION ANTMSFÉRICA CONTAMINACION EN INTERIORES I VARIACIONES FISICO QUIMICAS DEL AIRE EMISIÓN DE HUMOS EN INTERIORES USO DE LEÑA PARA COCINAR

11 DIAGRAMA DE REDES REDUCIDA DE POSIBLES IMPACTOS AMBIENTALES PRODUCIDO POR EL USO DE COCINAS SOLARES EN LA ZONA ALTOANDINA TACNA REDUCCION DEL EFECTO INVERNADERO MEJORA EN CALIDAD DE VIDA OPORTUNIDAD DE TRABAJO INCREMENTO NATURAL DE OXIGENO REDUCCION DE LA DESERTIFICACION REDUCCION ENFERMEDADES RESPIRATORIAS REDUCCION DE MIGRACION Y EXTINCIÓN DE ESPECIES REDUCCION DE DEGRDACION DE SUELOS REDUCCION DE LA DEFORESTACION USO DE COCINAS SOLARES PARA COCINAR REDUCCION DE LA CONTAMINACIÓN EN INTERIORES

12 3. RESULTADOS 4. CONCLUSIONES 3.1. EMISIÓN DE CO 2 POR EL USO DE LA LENA, EN TARATA. La demanda de leña calculada a partir de las encuestas asciende a 960 T/a La cantidad de CO 2 que se está emitiendo a la atmósfera por el uso de la leña para cocinar es de 1756,8 T/a CANTIDAD DE CO 2 QUE SE DEJARÍA DE EMITIR CON EL USO DE LAS COCINAS SOLARES SK12 (SK14) La cantidad máxima de CO 2 que se dejará de emitir a la atmósfera con el uso de una cocina solar SK12(SK14), continuamente orientada, sustituyendo al el fuego de tres piedras es: M max = ,68 kg/a La cantidad de CO 2 que se puede dejar de emitir con una cocina solar parabólica SK12 común, expuesta 10 h/d al sol es: m 2. CO 2 = m 2 1,83 = ,6 kg de CO2/a La cantidad de CO 2 que se puede dejar de emitir a la atmósfera con el uso de cocinas solares SK12 por 250 familias de Tarata es de 2 614,2 T/a 3.3. EFICIENCIA DE LA COCINA SOLAR PARABOLICA SK12 Durante la evaluación de la cocina parabólica la radiación solar ha sido favorable, con valores superiores a los 700 W/m 2 establecidos para realizar las evaluaciones. La eficiencia de la cocina solar parabólica es del 47,64 %, bajo condiciones de temperatura y presión para los m s n m de altura a la que se encuentra la provincia de Tarata. La fuerte demanda de leña esta causando una serie de impactos ambientales, económicos y sociales en la población de la zona de estudio, que contribuye a incrementar los bajos niveles de calidad de vida de las comunidades en estudio. Los impactos ambientales más importantes son sobre los ecosistemas, flora, fauna lo cual está provocando que exista una creciente migración y extinción de especies, así como una paulatina pero constante degradación de los suelos por erosión causada por las lluvias principalmente. El uso de leña para cocinar sus alimentos causa impactos negativos importantes en la población, sobre todo en aquellas personas que se encuentran la mayor parte del tiempo en la cocina, esto deberá ser verificado a través de un estudio epidemiológico detallado. La introducción de cocinas solares parabólicas SK12, SK14 o SK98 pueden ser una alternativa de solución para solucionar la crisis de la leña que está ocurriendo en la zona altoandina de Tacna, permitirá revertir la situación actual y además causará impacto positivos considerables, como la reducción de la deforestación, reducción de la migración y extinción de especies, reducción de enfermedades respiratorias, reducción de la degradación de los suelos, mejoras en la calidad de la dieta alimenticia y por lo tanto una mejor calidad de vida de la población. Es necesario realizar un estudio detallado de los impactos que sobre las especies de flora y fauna tiene la extracción de la leña, particularmente de la Queñua, en la zona altoandina de Tacna. Es necesario que las municipalidades y los gobiernos regionales consideren en sus planes estratégicos de desarrollo la implementación de

13 un programa de capacitación y difusión para el uso masivo de las cocinas solares en la zona altoandina de Tacna, no sólo de las cocinas parabólicas SK sino también de las cocinas solares tipo caja y de las cocinas mejoradas, de acuerdo al la aceptación que este tipo de tecnología tenga en dichas comunidades. 5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Aguilar, Margot, (1982), Cocinando con energía solar para cuidar la Tierra, Ediciones GEA, Mexico D.F. Canter, L. (1998), Manual de Evaluación de Impacto Ambiental, Mc. Graw Hill, 2da Edición, Madrid. CEPIS-OPS/OMS, (1999), Evaluación de Impacto Ambiental, http// Conesa Fdez, V. (1997), Guía Metodológica para la Evaluación de Impacto Ambiental, Ediciones Mundi Prensa, Madrid. Finck Pastrana, A. Et al. (2001), Correcciones al protocolo de ensayos de cocinas solares para la determinación del rendimiento térmico, Finck Pastrana, A., (2001), Protocolo de cocción solar de RICSA apreciaciones respecto de la determinación de la energía y la carga para determinar la potencia efectiva de cocción, Fundación TIERRA, (2000), Perspectiva Ambiental 25: La Cocina Solar, Barcelona, España. IDMA, (1998), Estudio de Demanda de Leña y su Impacto Ambiental en el Santuario Nacional de Ampay, Apurímac, Perú. Mullick, S.C. Et. Al. (1991), Thermal Test Procedure for a Paraboloid Concentrator Solar Cooker, Solar Energy, vol 46, USA Nandwani S., Et. al. (2000), Horno/cocina solar: Construcción y financiamiento, II World Conference On Solar Cookees. ONU - Para la agricultura y la alimentación, (1979) Sistemas de almacenamiento de energía para cocinar en las zonas rurales en desarrollo, Lawland Torres Muro, Hugo; Polo Bravo, Carlos; López Cornejo, Orlando (2002), Impacto de las Cocinas Solares sobre la demanda de leña y la emisión de Bióxido de Carbono en la zona Altoandina de Tacna, CERT, UNJBG, Tacna Seifert D. y Vílchez M., (1999), La cocina solar SK98, 4º ENCUENTRO SOLAR, Benicarló, 26 y 27 de junio de 1999 Seifert, D. (1996), Solar Cooker SK12 - Experiences and Visions. En: Proceedings EuroSun 96, 10. Internationales Sonnenforum, vol. 4, p

14 ANEXOS Foto 1: Vista que muestra la forma cómo las mujeres contribuyen con la recolección de la leña, sin utilizar animales de carga Foto 2: Estudiantes y profesores evaluando y difundiendo el uso de las cocinas solares y otros sistemas solares, en la ciudad de Tarata.

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