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Principios de diseo paraestufas de coccin con lea

Aprovecho Research CenterShell Foundation

Partnership for Clean Indoor Air

Ilustraciones: Mike Van, Jayme Vineyard y Ethan Hughes

La Alianza para Aire Limpio Intradomiciliario (descrito aqu como Alianza o PCIA por sus siglas en ingls,

Partnership for Clean Indoor Air) fue establecida por la Agencia de Proteccin del Medio Ambiente de los

Estados Unidos y otros socios principales de la Cumbre Mundial sobre el Desarrollo Sostenible en Johannesburgo

en septiembre 2002, para mejorar la salud, el sustento y la calidad de la vida al reducir la exposicin a la

contaminacin del aire intradomiciliario, sobre todo entre mujeres y nios, debido al uso de combustible en la

casa. Ms de 95 organizaciones estn trabajando juntas para aumentar el uso de prcticas limpias, confiables,

comprables y eficientes de coccin y calefaccin en el hogar, que reduzcan la exposicin de la gente a la

contaminacin del aire intradomiciliario en pases en vas de desarrollo. Para ms informacin, o para unirse a la

Alianza, visite www.PCIAonline.org.

Este documento fue desarrollado por el Centro de Investigaciones Aprovecho gracias a una subvencin de la

Fundacin Shell para proporcionar ayuda tcnica a los proyectos de energa casera y de la salud y asegurar

que sus diseos representan la mejor prctica tcnica. Los autores principales de este folleto incluyen al Dr.

Mark Bryden, a Dean Still, Peter Scott, Geoff Hoffa, Damon Ogle, Rob Balis y Ken Goyer.

La contaminacin del aire intradomiciliario causa serios problemas de salud para 2 mil millones de personas

en todo el mundo que usan biocarburantes tradicionales para sus necesidades de coccin y calefaccin. En

los ltimos 30 aos, han crecido los conocimientos sobre el costo ambiental y social del uso de

combustibles tradicionales y de estufas, y los conocimientos sobre formas de reducir las emisiones de estas

estufas. No obstante, las estufas mejoradas actualmente disponibles a los clientes ms pobres no siempre

representan la mejor prctica o un concepto del diseo que se base en la ingeniera moderna. El

conocimiento requerido para disear estufas ms limpias existe en centros de excelencia en diferentes

lugares del mundo. Brindar esta informacin a los que promueven estufas mejoradas es un primer paso

necesario a la hora de reducir la exposicin por parte de los usuarios de estufas al aire intradomiciliario

contaminado.

Aprovecho es un centro de investigacin, experimentacin y educacin en tecnologas alternativas que son

ecolgicamente sostenibles y culturalmente sensibles. El laboratorio de Estudios Avanzados en Tecnologa

Apropiada de Aprovecho se esfuerza en desarrollar tecnologas de bajo consumo energtico, no

contaminantes y renovables que reflejan la investigacin actual pero que se disean para fabricarse en

cualquier pas. El centro est situado en un hermoso terreno de 40 acres cerca de Eugene, Oregon. Para ms

informacin sobre Aprovecho, visite www.Aprovecho.net.

Introduccin ....................................................................................................... 5

Captulo 1 - Teora de estufas ............................................................................ 7

Captulo 2 - Diez principios de diseo..............................................................12

Captulo 3 Disear estufas con Baldwin y Winiarski..................................... 17

Captulo 4 - Opciones para cmaras de combustin ......................................26

Captulo 5 - Prueba en el campo de ebullicin de agua ..................................30

Apndice Glosario de trminos ..................................................................... 37

Principios de diseo para estufas decoccin con leaDr. Mark Bryden, Dean Still, Peter Scott, Geoff Hoffa, Damon Ogle,Rob Bailis, Ken Goyer

Contenido

Principios de diseo para estufas de coccin con lea

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Estrategias comprobadasLa contaminacin del aire intradomiciliario afectala salud de los 2 mil millones de personas que sesirven de biocarburantes para cocinar y calentar suscasas. En los ltimos 30 aos, hay una mayorconciencia del costo social y ambiental del uso decombustibles y de estufas tradicionales. Al mismotiempo, los estudios del problema han resultado enestrategias comprobadas que reducen el uso decombustible y las emisiones daosas.Lastimosamente, las estufas usadas actualmente nosiempre representan los diseos mejores que ofrecela ingeniera moderna. Este folleto intentaexaminar el problema al compendiar algunos de losavances en la teora y el diseo de estufas. Podercomprender estos conceptos es til para losadministradores de proyectos de estufas, lospolticos, los trabajadores en el campo de asistenciaglobal y para las mismas cocineras que usan susestufas diariamente.

Aunque los fuegos abiertos suelen malgastar elcombustible, cuando se realizan cuidadosamente enpruebas de laboratorio, estos fuegos handemostrado que se pueden quemar en forma eficazy limpia. En muchos casos, las cocineras no sepreocupan demasiado del tipo de combustible y losestudios han demostrado que los fuegos abiertos detres piedras pueden usar una cantidad excesiva demadera para cocinar una pequea cantidad decomida. Pero en otros lugares, donde los materialescombustibles son ms escasos, los fuegos abiertospueden ser controlados cuidadosamente y sueficiencia rivaliza con las estufas cocineras deprimera generacin.

La diferencia reside en la manera de controlar elfuego abierto y en el uso de otras herramientas. Enlos aos 70 y a principios de los aos 80, los fuegosabiertos solan definirse como esencialmenteineficientes. Pero fue al analizar el fuego abiertoque los investigadores lograron desarrollar estufasrealmente mejoradas. El Dr. Grant Ballard-Tremeer y el Dr. Kirk Smith fueron los primeros

Introduccin

Introduccin

cientficos en descubrir que el fuego de tres piedraspoda ser ms eficiente y ms limpio encombustin que algunas estufas mejoradas.

Teniendo en mente que las tecnologas indgena sehan desarrollado sobre incontables aos deexperimentacin y son de gran valor, ha cambiadola perspectiva de los cientficos que lidian contra lascausas del sufrimiento humano. Observar lasformas en las que los expertos realizan un fuegoabierto ha enseado a los ingenieros a disearestufas todava ms avanzadas. Las estufas modernaspara cocinar se han diseado primariamente paralograr una combustin ms limpia. Se puededespus forzarel calorcontra la ollasin aumentarlas emisionesnocivas.

Un fuegopuede arder yser limpiocuandococineros expertos meten la lea poco a poco en elfuego, midiendo el combustible. El fuego abiertopuede ser un fuego ardiente, til cuando hay quepreparar la comida o la bebida rpidamente. Elcalor pasa a la olla en vez del cuerpo fro de unaestufa. Incluso, el fuego abierto puede quemarmadera sin producir mucho humo ya que; losfuegos calientes queman humo mientras sale de lamadera. No obstante y desgraciadamente, muchosde los fuegos para cocinar se hacen enfocando lasencillez y terminan por malgastar y contaminar.

En el laboratorio, las estufas modernas ganan mspuntos que cualquier fuego abierto, aunque estos serealicen bien. Una buena estufa ofrece otrosbeneficios adems de ahorrar lea o reducir elhumo. La manera en que la estufa cocina la comidaes tpicamente la calidad ms apreciada por los quelas usan.

Figura 1- Fuego abierto tradicional


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Es posible que con las estufas mejoradas sea msfcil, seguro y rpido cocinar con lea, adems decontribuir a la belleza de la cocina. Una buena estufaes ms fcil de prender, requiere pocomantenimiento mientras quema y satisface lasnecesidades de la cocinera. Un diseo exitoso es unamejora bienvenida en la calidad de vida lo cual sueletener mayor importancia que los puntos obtenidosen una prueba de laboratorio.

Dcadas de investigacinUn gran nmero de investigadores ha contribuido aun entendimiento moderno de la termodinmica deestufas de cocina. El estudio cientfico de estufas delea ha llegado a un punto en el que existe un granconsenso acerca de la manera en que funciona estatecnologa. El Dr. Larry Winiarski ha estudiado lacombustin y la cocina con lea por ms de 30 aosy ha ayudado a diferentes organizaciones a construirmiles de estufas en pases de todo el mundo. El Dr.Winiarski es el Director Tcnico del Centro deInvestigacin Aprovecho, donde las estufas han sidoel mayor tema de estudio desde 1976. El equipo dela Universidad Eindhoven, dirigido por el Dr.Krishna Prasad y que incluye al Dr. Verhaart y al Dr.Visser, experiment con estufas de lea durante msde diez aos y public libros fundamentales sobre eltema. El Dr. Samuel Baldwin resumi aos deexperiencia en frica occidental y en laboratorioscon su libro extenso, Biomass Cookstoves: EngineeringDesign, Development and Dissemination (1987)(Estufas con biocarburantes: ingeniera del diseo,elaboracin y distribucin).

El primer captulo, Teora de estufas, delinea la laborde estos investigadores destacados y ofrece estrategiasque un diseador de estufas puede usar para mejoraruna estufa.

El segundo captulo, Diez principios de diseo, detallala sntesis de diseo que ha creado el Dr. LarryWiniarski.

Los captulos tres y cuatro, Disear estufas con Baldwiny Winiarski y Opciones para cmaras de combustin,contiene informacin tcnica de apoyo para eldiseador encargado de elaborar un proyecto de estufa.

Introduccin

Y finalmente, el captulo cinco, Prueba en el campode ebullicin de agua, provee a diseadores unmtodo para medir en el campo el rendimiento deprototipos de estufas a medida que se elaboran. Estaprueba no requiere ordenador ni clculoscomplicados para analizar datos.

Respeto por losconocimientos localesEsperamos que los siguientes principios de diseoayuden en un proyecto, poniendo el nfasis en elrespeto y la inclusin de tcnicas y tradicioneslocales. La sensibilidad y la apreciacin de losconocimientos locales apoyan el intercambio deinformacin, aprendiendo de la pericia de la gentelocal y de su tecnologa mientras se compartenconocimientos.

Se espera que la diseminacin de principios dediseo sea ms inclusiva que la promocin de undiseo de estufa esttico. La literaturafrecuentemente muestra que la creatividad local esapropiada en cada parte de un proyecto de estufa.Sin la informacin de la comunidad que usar laestufa, un proyecto no dispondr de losconocimientos necesarios para tener xito.

Todos los miembros de un comit de diseo,incluyendo a cocineras, artesanos, administradores,organizadores y asesores tcnicos, pueden fcilmenteaprender los principios de diseo de estufas. El poderde invencin y la experiencia prctica del equipoentero son vitales a la hora de crear un producto quesatisface las necesidades y los gustos locales.

La autonoma que brinda el proceso de diseo puedeservir de inspiracin para que la poblacin local pasea capacitar, promover, disear y fabricar. Lostcnicos suelen descubrir informacin valiosa sobreel diseo, la fabricacin y la promocin por parte dela poblacin local y aprenden a la par de ensear.Quiz la conclusin que dice que los proyectosprobablemente tendrn xito cuando todas las partesinteresadas ayuden a crear una estufa refleja laesperanza que una mejor representacin crearsoluciones a los problemas sociales de mayorenvergadura.


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Captulo 1

Teora de estufasHasta un fuego abierto alcanza 90% de eficacia a lahora de de convertir madera a calor. Pero slo unaproporcin pequea, de 10% a 40% del calorproducido, llega a la olla. Mejorar la eficiencia de lacombustin no parece resultar en que la estufa usemenos combustible. Por otra parte, mejorar laeficiencia del intercambio trmico a la olla resultaen una gran diferencia.

Mejorar la eficiencia de combustin es necesariopara reducir el humo y las emisiones dainas queperjudican a la salud. Mejorar la eficiencia delintercambio trmico puede seriamente reducir eluso de combustible. El fuego es naturalmenteeficaz, pero las ollas no capturan el calor tan bienporque pasan el calor ineficientemente. Para poderreducir las emisiones y el uso de lea, el diseadorde estufas se esfuerza principalmente en que el fuegoqueme ms limpiamente y luego en que la mayorcantidad posible de calor pase a la olla o la plancha.Ambas funciones pueden ser realizadas en un fognbien concebido.

Es siempre mejor aadir una chimenea encualquier fogn de cocina o de calefaccin quequeme madera. Adems, es preferible utilizar unaestufa que quema ms limpiamente con el fin deproteger la calidad del aire dentro y fuera de la casa.Las chimeneas que captan y eliminan el humo yotras emisiones del espacio habitable protegen afamilias al reducir la exposicin a contaminantes yotros peligros a la salud. Inclusive las estufas quequeman ms limpiamente pero sin chimeneapueden crear niveles malsanos de contaminacinintradomicilaria.

Las estufas que no estn ventiladas deberanutilizarse al exterior o en zonas abiertas. Cuando laschimeneas no se pueden costear o no son prcticas,se puede instalar una campana encima del fuego,abrir ventanas o crear rejillas de ventilacin en eltecho debajo de los aleros para reducir los nivelesde contaminacin nociva. El uso de una estufa quequema limpiamente tambin puede ser til desde

este punto de vista pero, si es posible, todas lasestufas que queman lea deberan tener unachimenea que funcione.

Cmo disear una estufa que mejora el diseo deun fuego abierto? Primero, hagamos una lista de lasventajas que tiene un fuego de tres piedrascomparado con algunas estufas:

f El calor del fuego no se absorbe por la masa deun cuerpo de una estufa. Las Estufas de altamasa pueden absorber el calor que podra habersido para la olla. Un fuego de tres piedras suelehervir agua con rapidez.

f El fuego pega contra la base y a veces contra loslados de la olla, exponiendo mucho de la olla alcalor.

f Es posible meter los palos de lea enincrementos apropiados mientras las puntasqueman, ayudando a tener una combustincompleta.

f Un fuego abierto con suficiente calor quemarelativamente limpiamente. Toda estufa sufreporque su masa absorbe el calor. Pero una estufamejorada sigue realizando una mejorcombustin y eficiencia que un fuego abierto.

Como mejorar la combustin(Tener menos polucin daina comparado con unfuego abierto)

f Asegrese que circula suficiente aire por elfuego.

f Asle el fuego para que queme ms caliente. Unfuego ms caliente quema ms gasescombustibles y produce menos humo.

f Evite usar materiales pesados o fros como latierra o la arena alrededor de la cmara decombustin.

f Levante la lea que est quemando para que elaire pueda pasar por debajo y por el carbn.

Teora de estufas


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f Use una chimenea corta y aislada encima delfuego para que aumente la corriente de aire ypara que haya un lugar donde se combina elhumo, el aire y el fuego, lo cual reduceemisiones. Esta estrategia es popular en variasestufas, como las estufas Z-stove, Vesto, EstufaTom Reed, Rocket, Tso Tso, etc. El grupoEindhoven utiliz una chimenea con la estufaque ms limpiamente quem fuego. Micutafabric estufas incorporando esta misma idea(Modern Stoves for All [Estufas modernas paratodos], 1981). Winiarski desarroll el concepto aprincipios de los aos 80, creando una estufacuya combustin es ms limpia y con mejoreficiencia del intercambio de calor.

f Meta los palos poco a poco en la cmara decombustin para crear un fuego caliente, feroz, yvivo sin mucho carbn. Este tipo de fuegoproducir menos emisiones peligrosas, menosholln que termina tapando la chimenea y menoscreosota. Caliente slo la parte de la madera quequema. No deje que la madera que no estquemando produzca humo.

f Limite la cantidad de aire fro que entra en lacmara de combustin al crear la abertura alfuego lo ms pequea posible. Las aberturas mspequeas tambin hacen que las cocineras usenmenos lea y que sta se queme mseficientemente.

f Una cierta cantidad de aire es necesaria paraobtener una combustin completa. Elprecalentamiento del aire que entra ayudamantener limpia la combustin.

Como mejorar la eficienciadel combustible(Aumentar el calor de la olla)

f Aumente la temperatura del gas o de la llamaque toca la olla, haciendo que el calor roce labase y los lados de la olla por un canal angosto,mediante una falda que atrape el calor contrala olla.

f Aumente la velocidad de los gases calientes quesalen por la chimenea y rozan la olla. Los gasesveloces penetran un estrato de aire quieto que,cuando la velocidad es ms baja, puede prevenirque los gases toquen la superficie de la olla oplancha. El aire es un medio inferior para elintercambio trmico. Calentar una olla requierebastante aire caliente.

f Utilice ollas de metal en vez de ollas cermicas.

f El poder del fuego determina el tamao delespacio entre la falda y la olla, as como laeficiencia ptima del intercambio de calor. Losfuegos ms pequeos que sirven para cocinar yque satisfacen al que cocina sernconsiderablemente ms eficientes.

f Utilice ollas anchas con dimetros grandes. Eluso de una olla ancha crea ms superficie yaumenta el intercambio trmico. Asegrese quela parte superior de la estufa se inclina hacia elpermetro exterior de la olla, tal como lomuestra la figura 2.

Biomass Stoves: Engineering Design, Development,and Dissemination (Estufas con biocarburantes: laingeniera del diseo, la elaboracin y ladistribucin), 1987, por Sam Baldwin es un buenresumen de las formas de fabricar estufasmejoradas. Es una obra altamente recomendada. ElDr. Baldwin averigu la relacin entre el tamaodel canal entre la falda y la olla, la intensidad delfuego y la eficiencia. Aqu presentamos unosejemplos usando una olla de tamao familiar:

1. Un fuego de 1,7 kW con un canal de 6mm queobliga a los gases calientes a rozar 15cm de la dela olla tendr una eficiencia de 47%.

Figura 2 - Uso apropiado de una falda

Teora de estufas

Faldaalrededorde la olla


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2. Un fuego de 4 kW con un canal de 10mm queobliga a los gases calientes a rozar 15cm de laolla tendr una eficiencia de 35%.



Como recomendacin general, Baldwin aconsejaque una estufa de familia que quema menos de unkilo de madera por hora tenga un canal de 10mmentre la falda y la olla. Si la estufa quema 1,5 kilospor hora, el canal debe ser de 12mm. Si 2 kilos demadera se queman por hora, el canal debe ser de14mm. Por favor lea Biomass Stoves para obtenerms informacin.

En estufas de lea, se transfiere mucho calor a laolla o a la plancha por conveccin. El poder delfuego, (la cantidad de lea quemada por hora) y eltamao del canal son relacionados. Si el espacioentre la falda y la olla es muy angosto, no haysuficiente corriente y el humo se llena en el hogar.

Aumente el intercambio trmico a la olla alasegurar que la temperatura de los gases que pasanpor la estufa sea lo ms alta posible. Debe aislar alexterior de todos los espacios por donde viajan losgases, menos debajo de la olla o la plancha. Si haysuficiente superficie dentro de la estufa dondepueda rozar el calor, los gases que salen de lachimenea saldrn ms fros. Si la temperatura delaire que sale de la chimenea es ms de 200centgrados, aumente la superficie dentro de laestufa para poder utilizar ms calor. Lo ms seguroes que las ollas o las planchas secundarias cerca dela chimenea nunca hervirn agua, pero s ayudan acalentar la comida, el agua para lavar platos o parabaarse.

Una falda en la olla tambin asegura que entra mscalor a la olla al forzar los gases a que sigan rozandolos lados de la olla despus de rozar la base.

Figura 3 - Vista superiorde la caja

Figura 4 Poner laolla en el aislante

Figura 5 Poneruna tapa hermticaencima de la caja

Figura 6 - La comidasigue cocinando dentrode la caja

Teora de estufas


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Una caja aislante optimiza el uso eficiente del calorcapturado. Una vez que hierve una olla concomida, solamente tiene que poner la olla calientedentro de una caja hermticamente sellada y llenade aislante. El aislante mantendr la temperatura dela olla, y la comida se cocinar sola sin usar mslea.

Despus de hervir la comida en la olla, el fuego sepuede extinguir. Poner la olla de comida en unacaja aislada es la mejor manera de usar el calorgenerado por el fuego para cocinar. La caja pierdepoco calor y mantiene una temperaturageneralmente constante sin el uso de combustible.sta tcnica ahorra enormes cantidades de lea. Eluso de una caja aislada para cocinar (en vez de unfuego lento) ahorra tiempo para la que cocina yaque la comida se hace sola.

Errores comunes1. El calor retenido en el cuerpo de una estufaayuda a cocer la comida.

FALSO

Los experimentos realizados por Baldwin handemostrado que el calor retenido se pierde en sumayor parte. El carbn sobrante puede calentar lacomida despus de apagarse el fuego, pero el calorretenido en el cuerpo de la estufa suele serdemasiado fro para poder calentar efectivamente.

Observe que la energa retenida en una estufapuede ser una ventaja si se utiliza la estufa comocalefaccin.

2. Mantener el calor de la estufa al disminuir lacorriente de aire ayudar a cocer la comida.Reducir la temperatura de los gases saliendo dela chimenea quiere decir que la estufa estfuncionando bien.

FALSO

Como ya vimos, reducir la corriente daa a lacombustin y la eficiencia del intercambio trmico.Los gases calientes necesitan velocidad para podertransmitir su calor.

3. Usar un regulador de tiro en una chimeneapermite que una estufa funcione mejor.

FALSO

De nuevo, inhibir la corriente de aire en un fognes usualmente daino. Los reguladores de tiro noson necesarios en una estufa bien diseada.

4. La tierra compactada o las piedras actancomo un aislante.

FALSO

Los materiales densos absorben el calor con relativarapidez, mientras que un aislante detiene el pasodel calor. Un aislante consiste de bolsillos de aireseparados por un material de conduccin pobre yliviano.

Un aislante es ligero y ventilado. Los materialespesados son mejores ejemplos de masa trmica. Unaislante permite que una estufa hierva aguarpidamente mientras que la masa trmica roba elcalor de la olla y evita que el agua hierva.

5. Cualquier cosa es mejor que un fuego abierto.

FALSO

Un fuego abierto puede hervir agua con mayorrapidez que muchas estufas pesadas. El fuego de trespiedras puede quemar limpiamente y serrelativamente eficiente con respecto a lacombustin. Aunque el fuego abierto puedederrochar bastante cuando se usa sin cuidado, lasprimeras opiniones en las que cualquier estufa eramejor han sido reemplazadas por una apreciacinnueva de esta antigua tecnologa. Los ingenieroshan aprendido a disear estufas de cocinamejoradas al estudiar los beneficios que ofrece elfuego de tres piedras.

Teora de estufas


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Las pruebas son esencialesEl Dr. Baldwin incluye un captulo notablementecompleto que trata de las pruebas realizadas conestufas de biocarburantes. Nos avisa que comprobarel funcionamiento de prototipos es necesariomientras se desarrolle el diseo de la estufa.

Las pruebas con estufas tambin determinan si elmodelo es apto para el comercio, si los costos deproduccin son lo ms bajos posibles y si lasmejoras son necesarias.

Baldwin incluye pruebas para determinar si losconsumidores estn satisfechos del producto, siahorran lea y como la estufa ha afectado el estilode vida. Sin pruebas continuas, un proyecto deestufas avanza en la oscuridad y le faltainformacin tcnica, sociolgica, y econmicaesenciales. Leer este captulo es altamenterecomendado.

Las pruebas detalladas con estufas brindan unentendimiento ms preciso sobre la construccinde estufas mejores. Sin experimentacin ni pruebas,el desarrollo de una estufa se basa en conjetura. Lainvestigacin cientfica puede destacar rpidamentela verdad de la opinin. Conducir pruebas variadastiene dos funciones: identificar problemas y revelarsoluciones. Es un ingrediente esencial para poderprogresar. Una prueba sencilla de ebullicin deagua est incluida en el captulo 5 la pgina 30.

Las estufas deben serseguras!Prevenir las quemaduras es posiblemente una delas funciones ms importantes de una estufamejorada. Las quemaduras son bastantes comunesen casas en las que se utiliza fuego y pueden sermortales o desfigurar en forma horrenda. Paraproteger a la familia, la temperatura del cuerpo dela estufa no debe ser tan alta como para causardao. Las estufas y las ollas deben estar siempreestables. Rodee al fuego con el cuerpo de la estufapara que los nios no se quemen. Las heridas porincendio son problemas serios que se puedenremediar con una estufa mejorada.

Las chimeneas o las cubiertas de humo sirven parasacar al humo de la cocina. Segn deduccionesrecientes establecidas por la Organizacin Mundialde la Salud (OMS o WHO por sus siglas en ingls),hasta 1,6 millones de mujeres y nios jvenesmueren cada ao por respirar aire contaminado ensus hogares.

La pulmona y otras enfermedades de los pulmonesque afectan a nios jvenes radican principalmenteen la respiracin de humo. Las estufas sinventilacin pueden usarse fuera de la casa, debajode un techo, o por lo menos cerca se una ventanaabierta.

Las chimeneas operacionales y las estufashermticamente cerradas pueden eliminaresencialmente toda la polucin del ambienteintradomiciliario. Los pases industriales utilizanchimeneas y las requieren para proteger la familiade las emisiones peligrosas. No merece la mismaproteccin la gente de pases ms pobres?

Teora de estufas


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Captulo 2

Diez principios de diseoLos principios de diseo del Dr. Larry Winiarski han sido utilizados por varias organizaciones para crearestufas exitosas. La estufa con plancha hecha por HELPS en Guatemala, la estufa EcoStove hecha porPROLEA en Nicaragua, la estufa Justa hecha por AHDESA y por Trees, Water and People en Honduras,la estufa ProBec de Sudfrica, la nueva generacin de estufas GTZ en frica, y la famosa estufa Rocket hansido todas diseadas con estos principios. Los diseos de Winiarski combinan la combustin limpia ycompleta junto con la optimizacin del intercambio trmico. Todo tipo de estufa de alimentacinintermitente de lea puede disearse primero conforme a las necesidades de la poblacin local y terminarpor adaptar estos principios.

Las estufas que queman un gran volumen de carburante a la vez, y las los que usan ventiladores, funcionandiferentemente. Estos mtodos alternativos en el diseo de estufas pueden ser igualmente tiles para mejorarestufas de lea. Mientras que muchos expertos enfocan el diseo de estas estufas, ambos Crispin Pemberton-Pigott y el Dr. Tom Reed han desarrollado modelos excelentes que estn a la venta. Para obtener msinformacin sobre el diseo de la estufa de gran volumen de carburante, se ruega poner en contacto con:Crispin Pemberton-Pigott, [email protected] o VESTO, P.O. Box 85274 Emmarentia, Republica deSudfrica 2029.

El Dr. Tom Reed ha consagrado dcadas a la experimentacin con la combustin de madera. Sus estufas conventilador son excelentes invenciones. Es posible ponerse en contacto con el Dr. Reed mediante BiomassEnergy Foundation Press, o [email protected].

PRINCIPIO UNO:

En la medida de lo posible, es necesario aislaralrededor del fuego con materiales livianos yresistentes al calor. Si es posible, no use materialespesados como la arcilla y la arena. El aislante debeser liviano y lleno de cavidades pequeas de aire.Los ejemplos de materiales naturales conpropiedades aislantes incluyen la piedra pmez, lavermiculita, la perlita y la ceniza de madera. Losladrillos refractarios livianos (ladrillos horneados yresistentes a las quebraduras en temperatura altas)pueden fabricarse con los materiales disponibles enla regin.

Un aislante alrededor del fuego lo mantienecaliente, lo cual ayuda a reducir el humo y lasemisiones dainas. Incluso, un aislante alrededordel fuego asegura que el calor del fuego llegue a laolla, en vez de al cuerpo fro de la estufa.

Desafortunadamente, el metal no dura muchotiempo cerca de un fuego caliente. Sin embargo, esposible encontrar baldosas cermicas de fabricacinlocal que sirven como paredes duraderas en unacmara de combustin. Un aislante suelto puedellenar el espacio alrededor de esta construccin.(Vase en el captulo 4, la seccin Opcin 1: Baldosas,pgina 26).

Figura 7 - Aislante alrededor del fuego

Ladrillo aislante

Espacitos de aire quedemoran la transferencia delcalor al ladrillo

Diez principios de diseo


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PRINCIPIO DOS:

Instalar una chimenea corta y aislada directamente encima del fuego.Una chimenea corta encima del fuego estimula una fuerte corriente de airey hace que el fuego queme caliente y feroz. La chimenea debe seraproximadamente tres veces ms alta que su dimetro. El humo tocar lasllamas en la chimenea y la combustin ser completa, reduciendo lasemisiones. Las ollas o las superficies a calentar se ponen directamenteencima de esta chimenea interna. Una chimenea ms alta, tres veces msalta que el dimetro de la abertura limpia ms humo, pero una chimeneacorta transporta gases calientes a la olla. Una chimenea demasiado altapuede crear un exceso de corriente y el aire fro que entra puede reducir elintercambio trmico.

PRINCIPIO TRES:

Calentar y quemar las puntas de los palos a medida que se meten al fuego. Si nicamente la madera quese quema est caliente, habr mucho menos humo. Intente que el resto del palo est tan fro que no puedaestar incandescente ni hacer humo. La meta es lograr una cantidad de gas apropiada para que ardalimpiamente sin crear carbn o humo. El humo es gas que no se ha quemado! No se debe respirar. Inclusivelas combustiones de apariencia ms limpia contienen emisiones peligrosas.

PRINCIPIO CUATRO:

Crear temperaturas altas ybajas segn la cantidad delea que se mete al fuego.Ajuste la cantidad de gas y elfuego creado conforme a latarea prevista. (La madera secalienta y emite gas. El gasprende fuego y crea calor.)

Figura 8 - Chimenea cortaencima del fuego

Figura 9 - Combustin ms limpia Figura 10 - Madera incandescente que hace humo

Figura 11 - Fuego lento Figura 12 - Fuego alto



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PRINCIPIO CINCO:

Mantener una corriente de aire buena y rpidaen todo el carburante. Justo como soplar el fuegoo el carbn puede crear calor, tener una corrienteapropiada ayudar a mantener altas temperaturasen su estufa. Un fuego caliente es un fuego limpio.

PRINCIPIO SEIS:

La falta de corriente de aire en el fuego resulta enhumo y exceso de carbn. Sin embargo,demasiado aire enfra al fuego y no es til.Aberturas ms pequeas en el fuego ayudan areducir el exceso de aire. Mejorar la eficiencia delintercambio trmico a la olla o plancha es el factorms importante que reducir el uso de combustibleen una estufa de cocina. Mejorar la eficiencia decombustin reduce la contaminacin, pero esmenos importante cuando se quiere ahorrar lea.

Figura 13 - Mantener una buena corriente de aire

Figura 14 - Equilibrar la corriente de aire en unaestufa de varias ollas

Figura 15 - Mantener constante el rea transversal


PRINCIPIO SIETE:

La abertura al fuego, el tamao de los espaciosdentro de la estufa por donde pasan los gasescalientes y la chimenea externa deben seraproximadamente del mismo tamao. Esto sellama mantener una superficie transversalconsistente y ayuda a mantener una corrientepareja en la estufa. Una buena corriente no slomantiene el calor del fuego, sino que tambin esesencial para que el aire caliente creado por el fuegopueda transferir efectivamente su calor a la olla. Elaire no carga mucha energa por lo cual tiene quepasar mucho aire por la estufa si se debe calentarcomida o agua.

El tamao de las aberturas es mayor en las estufasque queman ms lea y crean ms calor. Comoregla general, una puerta orientada al fuego conuna abertura cuadrada de 12cm por lado conchimenea y tneles del mismo tamao al interiorde la estufa producir un fuego adecuado para lacocina de la familia. Las estufas comercialesnecesitan mayores aberturas, tneles y chimeneasporque los fuegos ms grandes requieren ms aire.Para ms informacin, consulte el captulo Disearestufas con Baldwin y Winiarski en la pgina 17.


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PRINCIPIO OCHO:

Usar una reja debajo del fuego. No ponga lospalos en el piso de una cmara de combustin.Tiene que pasar aire por debajo de los palos quequeman, por el carbn y dentro del fuego. Unestante en la abertura de la estufa tambin levanta alos palos para que el aire pueda pasar por debajo deellos. Cuando se queman palos, es mejor tenerlosjuntos y planos en el estante, con un espacio de aireentre cada palo. Los palos ardientes mantienen elcalor del fuego y cada fuego refuerza al otro paraque se quemen completamente. Lo ideal es que elaire pase por debajo del estante y por los carbonespara que cuando llegue al fuego, ya estprecalentado para que los gases se quemen

PRINCIPIO NUEVE:

Aislar la trayectoria del aire caliente. Las cocinerassuelen preferir estufas que hierven aguarpidamente. Esto puede ser especialmenteimportante en la maana cuando miembros de lafamilia tienen que ir a trabajar. Si el calor pasa alcuerpo de la estufa, la olla se calienta lentamente.Para qu calentar 50 100 kilos de estufa cadamaana cuando lo que se quiere es calentar un kilo

Cuando se disea una estufa, es posible reducir elespacio en el canal al lado de la olla o plancha hastaque el fuego flojee. Probando y errando, abra elespacio poco a poco hasta que el fuego se mantengacaliente y vigoroso.

PRINCIPIO DIEZ:

Aumentar el intercambio trmico la olla conespacios adecuados. Transmitir calor a una olla o auna plancha es ms fcil con canales pequeos. Losgases calientes de combustin estn forzados porestos canales estrechos, donde rozan la olla o laplancha. Si los canales son muy grandes, los gasespasan por el centro y no transfieren su calor a lasuperficie apropiada. Si los espacios son demasiadoangostos, la corriente disminuye enfriando elfuego, aumentando las emisiones e impidiendo quepase el calor a la olla.

de comida o un litro de agua? Los materialesaislantes en una estufa mantienen calientes los gasesde combustin para que calienten mejor la olla o laplancha. Los materiales aislantes estn llenos deorificios de aire y son extremadamente livianos. Laarcilla, la arena u otros materiales densos no sonaislantes. Los materiales densos absorben el calor ylo desvan de la comida.

Figura 16 - Uso de una rejilla debajo del fuego


totalmente. El aire que pasa por encima de lospalos no es tan til ya que es ms fresco y enfra alfuego. Un fuego ardiente y caliente es un fuegolimpio, mientras que un fuego fro puede serbastante sucio.

Rejillapara lea Aislante


16

Los dos factores ms importantes para aumentar elcalor que pasa a una olla o plancha son: 1) mantenerla ms alta temperatura posible de los gases decombustin que tocan la olla o la plancha; y 2)forzar los gases calientes a rozar la superficie conrapidez y no lentamente. El aire no conserva muchocalor. Los gases de combustin ms veloces querozan la olla o la plancha podrn transmitir muchoms calor que el aire fro y lento.

Es posible calcular el tamao del canal almantener constante la superficie transversal delinterior de la estufa. Cuando se usa una chimeneaexterna con mayor corriente, es posible reducir losespacios de los canales. Para mayor informacinsobre estos espacios, se ruega consulte el siguientecaptulo.

Figura 17 - Un canal de tamaoapropiado optimiza el intercambiotrmico con la olla

Figura 18 - Un canal demasiado anchoreducir el intercambio trmico con la olla



17

Captulo 3

Disear estufas con Baldwin y WiniarskiForzar que los gases de combustin pasen por lasuperficie de una olla o plancha por un canalangosto es una estrategia de diseo popularizada porel Dr. Samuel Baldwin y el Dr. Larry Winiarski. En1982, el Dr. Winiarski cre una falda para ollas, uncilindro de metal delgado que rodea la olla,formando un canal estrecho y mejorando laeficiencia del intercambio trmico. El Dr. Baldwinestudi estufas en frica y en 1987 escribi su libroBiomass Stoves: Engineering Design, Development,and Dissemination (1987) (Estufas de biocarburantes:ingeniera del diseo, desarrollo y distribucin) en elque se enfatiza la importancia de estos canalesangostos para transmitir ms calor a la olla.

En general, hay tres maneras de aumentar elintercambio trmico por conveccin:

f Los gases de combustin que rozan la superficiepor calentar deben ser lo ms calientes posibles.

f La superficie del intercambiador de calor debe serlo ms grande posible.

f La velocidad de los gases de combustin calientesdebe incrementarse lo ms rpido posible. Unacorriente rpida al exterior de la olla altera la capade aire fro estacionario y evitar que se calienteeficientemente.

Los canales angostos formados cerca de la olla poruna falda aislada (ver la figura 19) pueden ayudar aoptimizar los tres principios de manera simple yeconmica. Aunque un espacio estrecho puedeaumentar la eficiencia del intercambio trmico,

tambin puede reducir el flujo de aire que pasa por laestufa. Por lo tanto, el tamao del espacio debecorresponder al poder del fuego. Mientras ms lease quema por minuto, ms aire requieren lacombustin y la corriente que evita la difusin delhumo en el hogar. Si el espacio es muy estrecho, elfuego quemar bien a fuego lento aunque le faltaraire a fuego alto. Por otra parte, un canal grandepermite un fuego grande, aunque se desperdiciarcalor debido al intercambio trmico escaso.

Estrategias de diseoLos dos diseadores de estufas enfocan de maneradiferente el problema del tamao del canal.Winiarski, en Rocket Stove Design Principles(Principios del diseo de estufas Rocket) (1997),recomienda que los tcnicos empiecen a disearestufas manteniendo un rea transversal constante entoda la estufa. Establece el rea en la abertura delfuego, o cargador de combustible, y crea acontinuacin los espacios apropiados alrededor de lasollas, conforme a la necesidad de mantener el reaconstante en todo momento. El mtodo de Baldwinrequiere que el diseador seleccione el mximo depoder alto para la estufa. Segn el nivel de poder fijoseleccionado, se calcula el tamao del canal. En uncaso, Winiarski elige el tamao de la entrada de leaprimero mientras Baldwin usa el poder de la estufacomo punto de inicio. Los espacios en la estufa sondeterminados por una de estas dos opcionesprincipales.

Figura 19 - El canal angosto cerca de la ollaaumenta el intercambio trmico porconveccin

Figura 20 - Los gases calientes de combustinson forzados por la superficie de las ollas en uncanal angosto

Disear estufas con Baldwin y Winiarski

Canal angosto

Falda


18

Mtodo de WiniarskiLos siguientes diagramas y cuadros (vanse laspginas 19 y 20) muestran cmo el tamao de loscanales cerca de la olla o plancha cambia a medidaque se agranda la entrada de la lea. El Dr.Winiarski aconseja que una abertura de 12cm por12cm suele bastar para una estufa de una familia.Las aberturas ms grandes que permiten el uso dems lea producen un fuego ms alto y requierenespacios y canales ms grandes.

Establecer una misma rea transversal dentro deuna estufa asegura que habr suficiente corriente deaire para mantener una buena combustin

Figura 21 - Una estufa tpica de Winiarski(Utilice este diagrama junto con los clculos en las pginas 19 a 25 paradeterminar el tamao apropiado del canal)

mientras se crean canales que mejoran la eficienciadel intercambio trmico. Esto significa que laabertura a la cmara de combustin, la cmara decombustin, el espacio debajo de la olla o plancha yla chimenea son del mismo tamao (cantidadconstante en centmetros cuadrados) aunque susformas sean diferentes. Winiarski aconseja a losdiseadores de estufas que construyan prototiposque mantengan un rea transversal constante paraoptimizar el flujo de aire que pasa por la estufa.Reducir la velocidad de la corriente de aireperjudica tanto a la combustin como a laeficiencia del intercambio trmico con la olla.


TapaOlla

Falda dela olla

Partesuperior dela estufa

Chimeneacorta aisladaencima delfuego

Entrada delcombustible

Paredde laestufa

EspacioA

EspacioD

EspacioB

Espacio C


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Cmara de combustin cuadrada de 12 cm X 12 cm

Tamao de la olla (cm) 20 30 40 50

ESPACIO A (cm) 3 3 3 3

ESPACIO B (cm) 2,5 2,5 2,5 2,5

ESPACIO C (cm) 2,3 1,5 1,1 0,9

ESPACIO D (cm) 2,1 1,5 1,1 0,9



ESPACIO A (cm) 3,5 3,5 3,5 3,5

ESPACIO B (cm) 3,1 3,1 3,1 3,1

ESPACIO C (cm) 3,1 2,1 1,6 1,2

ESPACIO D (cm) 2,7 2 1,5 1,2



ESPACIO A (cm) NA 4 4 4

ESPACIO B (cm) NA 3,7 3,7 3,7

ESPACIO C (cm) NA 2,7 2 1,6

ESPACIO D (cm) NA 2,5 1,9 1,6



ESPACIO A (cm) NA 4.5 4.5 4.5

ESPACIO B (cm) NA 4.3 4.3 4.3

ESPACIO C (cm) NA 3.4 2.6 2.1

ESPACIO D (cm) NA 3.1 2.4 2





ESPACIO C (cm) NA 4,2 3,2 2,5

ESPACIO D (cm) NA 3,7 3 2,4

REA TRANSVERSAL PARA CMARAS DE COMBUSTIN CUADRADASUtilice estos cuadros para crear estufas con un rea transversal constante

Cuadro 1



20

REA TRANSVERSAL PARA CMARAS DE COMBUSTIN CIRCULARES

Cuadro 2


Cmara de combustin de dimetro de 12 cm


ESPACIO A (cm) 3 3 3 3

ESPACIO B (cm) 2 2 2 2

ESPACIO C (cm) 1,8 1,2 0,9 0,7

ESPACIO D (cm) 1,6 1,2 0,9 0,7



ESPACIO A (cm) 3,5 3,5 3,5 3,5

ESPACIO B (cm) 2,4 2,4 2,4 2,4

ESPACIO C (cm) 2,4 1,6 1,2 0,9

ESPACIO D (cm) 2,2 1,5 1,2 0,9





ESPACIO C (cm) NA 2,1 1,6 1,3

ESPACIO D (cm) NA 2 1,5 1,3



ESPACIO A (cm) NA 4,5 4,5 4,5


ESPACIO C (cm) NA 2,7 2 1,6

ESPACIO D (cm) NA 2,5 1,9 1,6





ESPACIO C (cm) NA 3,3 2,5 2

ESPACIO D (cm) NA 3 2,4 1,9


21

Baldwin: el poder del fuego determina el tamao del canalComo lo indica el siguiente cuadro, los mtodos de Baldwin y Winiarski parecen crear espacios similares entamao. Estos valores son derivados de cuadros encontrados en Biomass Stoves, que resume los descubrimientosde Baldwin. El cuadro es una aproximacin cuyo objeto es servir de gua para la relacin entre el poder delfuego, la cantidad de lea usada por hora, el largo y el ancho del canal y la eficiencia de la estufa.

Madera quemada Espacio entre olla Largo de canal (cm) Eficiencia trmica Poder delpor hora (kg) y falda (mm) de la estufa (%) fuego (kW)

0,50 8 20 40 2,8

0,75 10 20 35 4,1

1,00 11 20 30 5,5

1,25 12 20 28 6,9

1,50 13 20 26 8,3

1,75 14 20 25 9,6

Una estufa tpica diseada por Winiarski con una cmara de combustin cuadrada de 12cm x 12cm quemalea a una velocidad de 1,5 kg/hora cuando quema a alto poder. En su programa informtico, Baldwin usauna olla de 30 cm de dimetro como tamao familiar. Considerando este tamao de olla, el espaciodebajo del permetro de la olla usando el mtodo de Winiarski se calculara al dividir el rea (A = 12cm x12cm = 144 cm2 para una cmara cuadrada) por el permetro de la olla (P = pi (d), la circunferencia, o 3,14x 30 = 94 cm). El espacio que resulta es 144cm/ 94cm = 1,5cm (15mm). Al seguir el cuadro de Baldwin,vemos que una estufa quemando lea a una velocidad de 1,5 kg/hora ocupara un espacio de 13mm paralograr su mxima eficiencia, una diferencia de 2mm del modelo de Winiarski.

Cuadro 3 - Tamaos de los espacios sugeridos por Baldwin



22


ClculosPara utilizar los mtodos de Winiarski en mantener un rea constante debajo de la olla, es necesario calcularla altura correcta del espacio debajo de la olla. Esta altura variar a medida que uno se desplaza del centro dela cmara de combustin hacia la orilla externa de la olla. Para lograr este clculo, calcule el espacio necesarioal borde la cmara de combustin y al borde de la olla. Aunque parezcan complicados, estos clculos sonrealmente sencillos. Hay 5 pasos para lograr este clculo:

1. Calcule la superficie de la cmara de combustin que se mantendr por toda la estufa. Si la cmara escilndrica, el rea se calcula usando la frmula:

Ac = rc2

...donde Ac es el rea, = 3,14 y (r) es el radio, equivalente a mitad del dimetro del circulo. Si lacmara es cuadrada o rectangular, el rea se calcula usando la formula:

Ac = l w

...donde l es la altura de la abertura, y w es el ancho.

2. Al borde de la chimenea aislada encima del fuego, los gases voltean y siguen el fondo de la olla. Paradeterminar el espacio necesario al borde de la cmara de combustin, primero determine lacircunferencia del rea por la cual pasarn los gases calientes. Para obtener este clculo, mida desde elcentro de la salida de la cmara de combustin hasta la orilla ms lejana, rc. En una cmara decombustin circular, esto ser el radio. En una cmara de combustin cuadrada, la distancianecesaria se mide desde el centro de la salida de la cmara a una de las esquinas. Determine lacircunferencia asociada con esta distancia. La formula es:

Cc =2 rc

Para una cmara de combustin rectangular, la circunferencia es igual al permetro del rectngulo,

Cc =2 l + 2 w

3. Luego, divida el rea transversal Ac, del crculo, tal como se determin en el paso 1, por Cc, tal comose determin en el paso 2. Esto es:

Gc = A/Cc

...donde Gc es el espacio necesario entre el fondo de la olla y el borde superior de la cmara decombustin.

4. Ahora determine el espacio ptimo al borde de la olla. Mida la circunferencia, Gp de la olla. Esto es ladistancia que mide todo el cuerpo externo de la olla. La circunferencia puede medirse de dosmaneras. La ms fcil es rodear la olla con un trozo de hilo y luego medir el hilo. Otro mtodoconsiste en determinar la circunferencia usando el radio de la olla, rp.

Cp =2 rc


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5. En forma similar al paso 3, divida el rea transversal Ac, tal como se determin en el paso 1, por Cc,,tal como se determin en el paso 4, para calcular el espacio necesario al borde de la olla, Gp. Estaformula es:

Gp = A/Cp

Tal como se nota arriba, el rea debajo de la olla debe reducirse lentamente mientras viaja desde la orillade la cmara de combustin hasta el borde de la olla. Los lectores meticulosos notarn que esta reduccin delespacio no es linear. Sin embargo, utilizar las reglas presentadas aqu para lograr una aproximacin cercanaser la mejor manera de lograr esto. Segn sus clculos, aproxime la distancia del espacio desde la orilla de lacmara de combustin a la orilla de la olla de una manera linear.

Tras crear el prototipo con un rea transversal constante, se tendr que afinar la estufa al reducir elespacio del canal mientras tenga el fuego en alto poder. Reduzca el espacio lo ms posible mientras permitasuficiente corriente de aire para lograr una combustin limpia. Es buena prctica recordar que las estufas seoperarn a menudo a muy alta potencia; por lo tanto, un diseador esmerado no apretar los espacios msde lo que aguanta un fuego de alto poder. Ampliar la distancia ms all del espacio tericamente idealtambin provee algo de proteccin contra las obstrucciones de productos de combustin incompleta.

Ejemplo 1

Considere el caso de una estufa con una cmara de combustin cilndrica, con 12cm de dimetro y con unaolla de 30cm de dimetro.

El primer paso es calcular el rea transversal de la cmara de combustin. Usando el radio, esto es:

Ac = 62 = 36 = 113,1cm2

Luego, calcule el espacio necesario entre el centro de la olla y el borde ms cercano de la cmara decombustin. Primero buscamos la circunferencia del rea por la cual pasarn los gases. Este clculo es:

Cc = 2 6 = 12 = 37,7cm

De este clculo podr encontrar el espacio necesario entre la olla y la salida de la cmara de combustin,siendo:

Gc = 113,1/37,7 = 3,0cm

Si este espacio fuese de slo dos centmetros de altura, el rea transversal medida como Espacio A serasolamente de 75,4cm2, reduciendo la corriente de aire y aumentando la produccin de humo. Si el tamaode Espacio A fuese de cinco centmetros, el rea transversal sera de 188,5cm2. Esta rea es tan grande queaunque se mantenga el flujo, disminuye la velocidad de los gases y estos no se rozan contra el fondo de laolla, lo cual impide la provisin de energa a la olla.

Al borde de la olla, la circunferencia por la que tendrn que pasar los gases calientes es:

Cp = 2 15 = 30 = 94,3cm

El espacio necesario debajo de la orilla de la olla es:

Gp = 113/94,3 = 1,2cm


24

Es importante tener en mente que estos nmeros son aproximaciones y que el espacio se debe afinar en elcampo usando el ms alto fuego en la estufa. En adicin, necesitaremos reducir gradualmente el espacio de3,0cm al borde de la cmara de combustin a 1,2cm al borde de la olla.

Ejemplo 2

En muchos casos es menos costoso construir cmaras de combustin cuadradas o rectangulares. Considereel caso de una cmara de combustin rectangular de 10cm x 12cm con una olla de dimetro de 30cm.El primer paso es calcular el rea transversal de la cmara. Esto es:

Ac = 12 10 = 120cm2

A continuacin, calculamos el espacio necesario entre la olla y la salida de la cmara de combustin. Primerodeterminamos la circunferencia del rea por cual circularan los gases calientes. Esto es igual al permetro delrectngulo, :

Cc = 2 l + 2 w = 2 12 + 2 10 = 44,0cm

Con este clculo, podemos encontrar el espacio necesario entre la olla y la salida de la cmara decombustin:

Gc = 120/44,0 = 2,7cm

En el borde de la olla, la circunferencia por la cual tienen que pasar los gases es igual a 94.3:

Cp = 2 15 = 30 = 94,3cm

El espacio necesario debajo de la orilla de la olla es:

Gp = 120/94,3 = 1,3cm

De nuevo hay que tener en mente que est es una aproximacin y que el espacio tendr que ser afinado en elcampo usando el ms alto fuego en la estufa. En adicin, debemos reducir gradualmente el espacio desde2,7cm al borde de la cmara de combustin hasta 1,3cm al borde de la olla.

Ejemplo 3

Otra aplicacin de la regla de rea transversal constante consiste en determinar el espacio necesario entre laolla y una falda aislada para la olla. Una falda aislada es una lmina de metal fina aislada al exterior, querodea la olla, obligando los gases calientes a circular por los lados de la olla. Considere la estufa con la cmarade combustin cilndrica con un dimetro de 12cm y una olla de 30cm, tal como se examin en el ejemplo1.

Para calcular el espacio entre la olla y la falda a lo largo de sus paredes verticales, es decir el espacio D de lafigura en la pgina 18), empiece con el rea de cmara de coccin que muestra el ejemplo 1:

Ac = 62 = 36 = 113cm2



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Divida esto por la circunferencia alrededor de la olla:

Cp = 2 15 = 30 = 94,3cm

El espacio necesario es, entonces:

Gfalda = Ac/Cp = 113,1/94,3 = 1,2cm

Note que este es el mismo espacio entre el borde de la olla y la superficie de la estufa. Siempre recuerde queeste nmero es una aproximacin, pero una aproximacin muy buena. Tambin recuerde que esto esnicamente un punto de inicio y que el espacio siempre debe ser afinado en el campo, con la estufa prendidaa todo poder.

ConclusionesLos mtodos de ambos Winiarski y Baldwin resultan en soluciones funcionales que parecen estarestrechamente vinculadas. La creacin de canales pequeos que aumentan la eficiencia del intercambiotrmico es una estrategia comn empleada por ingenieros para optimizar el intercambio trmico. Laaplicacin de esta tcnica a las estufas de cocina ha logrado mejorar la eficiencia de la combustin. Hasta unfuego abierto es a menudo 90% eficiente en transformar lea a calor. Pero slo un pequeo porcentaje, de10% a 40% del calor producido llega a la olla. Mejorar la eficiencia de combustin tiene pocos efectosapreciables en la eficiencia total del sistema de coccin; es decir, el consumo reducido de lea. Por otro lado,mejorar la eficiencia en el intercambio trmico con la olla puede hacer una grande diferencia, ahorrandocantidades significantes de lea.

Las estufas deben usar espacios que son suficientemente grandes para soportar la corriente de aire mientrasqueman a todo poder. Mucho menos poder es necesario para mantener hirviendo a la comida. No obstante,sufre la eficiencia del intercambio trmico en esta situacin porque los canales son demasiado grandescuando baja la velocidad de la corriente. Por esta razn, sin espacios ajustables, las estufas tienden ademostrar un mejor intercambio trmico cuando son operadas a alto poder. Una falda ajustable para la ollaresuelve este problema.

Es interesante que Baldwin estuviera impresionado por las mejoras realizadas al instalar una chimenea cortay aislada encima del fuego, caracterstica que define a la estufa Rocket de Winiarski. Al reconfigurar lacmara de combustin de esta manera, Baldwin indica un aumento en la velocidad de los gases calientes decombustin debido a la altura de la chimenea, lo que resulta en una combustin limpia y un uso eficaz de lalea (pgina 43, Biomass Stoves). Instalar una chimenea corta y aislada encima del fuego parece ayudar alimpiar la combustin. Obligando los gases calientes a rozar la olla o plancha mediante espacios estrechospuede aumentar la eficiencia del intercambio trmico sin aumentar seriamente las emisiones dainas.



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Varias pruebas de la estufa de arena y arcillaLorena, iniciadas en 1983, mostraron que elhecho de poner materiales con alta masa trmicacerca de un fuego puede tener un efecto negativoen la receptividad, la eficiencia del carburante y lasemisiones de la estufa, ya que estos materialesabsorben el calor del fuego. Ejemplos de materialesde alta masa trmica son el barro, la arena y laarcilla. Cuando se construyen estufas con estosmateriales, su eficiencia (cuando se comprueba enlaboratorios) puede ser peor que la de un fuego detres piedras.

Qu materiales se pueden usar entonces? Lasestufas que queman ms limpiamente puedenproducir temperaturas tan altas en la cmara decombustin (donde arde el fuego), que el metal,hasta el acero inoxidable, puede destruirse. Lascmaras hechas de hierro colado, aunque msduraderas, son caras.

Mientras que el barro, la arena y la arcilla son dealta masa trmica, s brindan ciertos beneficios. Seencuentran en casi todas regiones, son baratos, fcilde usar y suelen ser duraderos porque no se gastancon el calor intenso producido por un fuego. Lacreatividad y la buena ingeniera permiten que undiseador sepa utilizar estos materialesprovechosamente sin permitir que sus altas masastrmicas afecten la calidad de la estufa.

Los fabricantes de estufas han estado usando piezasde cermica por muchos aos. La estufa de baldeTailandesa usa una cmara de combustincermica. La estufa Jiko de Kenya tambin usaun estrato de cermica para proteger el cuerpometlico de la estufa. Se han escrito varios librosque describen cmo disear cmaras decombustin que durarn por varios aos.** Existeuna cooperativa de mujeres en Honduras llamadaNueva Esperanza que fabrica piezas cermicasrefractarias y duraderas para estufas con una mezcla

Captulo 4

Opciones para cmaras de combustin*de arcilla, arena, estircol de caballo, y goma derbol. Estas cmaras de combustin se usan en lasestufas Doa Justa y Eco Stoves (Eco Estufas) queson populares en Centroamrica.

La ventaja de las cmaras de combustin hechas decermica en estas instancias es su longevidad.Como veremos en el ejemplo que sigue, la clave ala hora de minimizar las desventajas del materialcermico consiste en usar la menor cantidadposible sin comprometer su fuerza y al rodearlocon un material aislante.

Opcin #1: baldosasDon ONeal, de Helps International, y el Dr.Winiarski localizaron un material alternativo enGuatemala conocido como baldosas. Estas baldosasson de 2,5cm de grueso y pueden cortarse oensamblarse conforme a la configuracin de lacmara de combustin. Un aislante suelto llena elespacio entre la cmara de combustin y el interiordel cuerpo de la estufa. La ceniza de madera, la

Figura 22 - Baldosa cermica

Opciones para cmaras de combustin

*Publicado originalmente en Boiling Point No. 49**Un libro a recomendar sobre este tema es The Kenya Ceramic Jiko: A Manual for Stovemakers [La estufa Jiko de cermica de Kenya: una gua para fabricantes de estufas]Hugh Allen, 1991)


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piedra pmez, la vermiculita, la perlita son todosbuenas fuentes de aislantes sueltos resistentes alcalor natural.

La baldosa es barata y ha durado cuatro aos en lasestufas con aislamiento de HELPS y Trees, Waterand People en Centroamrica.

La prueba de la baldosa consiste en meterla en unfuego hasta que est al rojo vivo. Luego se saca y semete rpidamente a un balde lleno de agua. Si labaldosa no se fractura, es probable que dure en lacmara de combustin. Las baldosas suelenfabricarse con arcilla roja y secarse al horno bajo900 - 1000 centgrados. Son ms o menosporosas y emiten un sonido agudo cuando segolpean con un nudillo. El uso de baldosas paraconstruir una cmara de combustin rodeada deaislante suelto es otra opcin en materiales para eldiseador de estufas.

Opcin #2: cermicasaislantesEl objeto de las siguientes frmulas es ayudar a lospromotores de estufas a fabricar cermicas aislantespara usar en estufas de cocina mejoradas. Cada unode estos materiales incorpora arcilla que funcionacomo un aglomerante. La arcilla forma una matrizalrededor de un relleno, lo cual brinda calidadesaislantes. El relleno puede ser un material liviano eincombustible (como la piedra pmez, la perlita ola vermiculita) o un material orgnico (el carbn oel aserrn). En este segundo caso, el material

orgnico se quema mientras se hornea la cermica,dejando espacios de aire aislantes en la matriz dearcilla. En todos los casos, se mezclan el relleno y laarcilla l con una cantidad predeterminada de agua,esta mezcla se introduce en moldes para crearladrillos. Los ladrillos hmedos se ponen a secar, locual puede tomar varias semanas, y a continuacinse cuecen a temperaturas comunes en los hornos decermica y ladrillos de Centroamrica.

Nuestras muestras de comprobacin utilizaronarcilla de tipo raku obtenida en una alfareralocal. En otros pases, la mejor fuente de arcillaseria la del tipo usado por alfareros o ladrilleroslocales. En casi todas partes, la gente ha descubiertomezclas de arcilla y tcnicas de horneo que creancermicas durables. Las cermicas aislantesnecesitan ser livianas (baja densidad) para proveerfunciones aislantes y de baja masa trmica. A lamisma vez, tienen que ser fsicamente durables ypoder resistir fracturas y abrasiones cuando seempuja la lea al fondo de la estufa. Estos dosrequisitos existen en oposicin: aadir ms rellenola mezcla crear un ladrillo ms liviano y msaislante, pero tambin ser ms dbil. Aadir arcillasuele aumentar la firmeza del ladrillo pero lo hacems pesado. Pensamos que un buen compromiso esun ladrillo cuya densidad est entre 0,8 gm/cc y0,4 gm/cc.

Las frmulas del cuadro 4 indican las proporciones,por peso, de varios materiales. Recomendamos estasfrmulas como punto de inicio para hacer

Relleno Arcilla (hmeda) Agua Horneados DensidadTipo (peso en gramos) (peso en gramos) (peso en gramos) (temp. en centgrados) gr/cc

Aserrn 490 900 1300 1050 0,426

Carbn 500 900 800 1050 0,671

Vermiculita 300 900 740 1050 0,732

Mezcla de perlita 807 900 1833 1050 0,612

Mezcla de 1013 480 750 950 0,770piedra pmez

Cuadro 4 - Cermicas aislantes



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cermicas aislantes. Las variaciones en las arcillaslocales y los rellenos probablemente requerirnajustes en las proporciones para obtener losresultados ideales.

Las cermicas aislantes usadas en estufas pasan porciclos repetidos de caliente y fro (ciclos trmicos).Estos ciclos pueden eventualmente producirfracturas pequeas que pueden desmenuzar oquebrar los materiales. Todas estas frmulas parecendurar suficientemente bien bajo ciclos trmicos. Lanica prueba verdadera, sin embargo, es instalar enuna estufa y usarla durante un tiempo y encondiciones actuales de cocinar.

Aserrn/arcilla:En esta formulacin, el aserrn fino se obtuvocolando un aserrn basto (de un sitio deconstruccin) por un tamiz No. 8 de 2,36mm. Acontinuacin, la arcilla se mezcla a mano con aguahasta formar un barro denso. Despus se aade elaserrn, y el material que resulta se pone en moldesrectangulares. Es posible fabricar excelentescermicas aislantes usando aserrn u otrosmateriales finos orgnicos como la corteza de coco,el estircol de caballo o la cscara de arroz. Elproblema con este mtodo es obtener grandescantidades de materiales apropiados para unaoperacin comercial. Los residuos de la cosechaagrcola pueden ser muy difciles de moler losuficiente para poder usarlos en la fabricacin deladrillos.

Este mtodo sera apropiado en lugares donde hayaserraderos o talleres de carpintera en los que seproduce mucho aserrn.

Carbn/Arcilla:En esta formulacin, el carbn crudo (no enbriquetas) se redujo a un polvo fino usando unmartillo y una trituradora. Se pas el polvoresultante por un tamiz No. 8 (2,36mm). La arcillase mezcl a mano con el agua y luego se aadi elcarbn. Una mezcla acuosa result y se puso en losmoldes para secar. Fue necesario esperar varios dashasta que el material se secara suficientemente parapoder sacarlo del molde. Luego los ladrillos se

hornearon a 1050 C. El carbn se puedeencontrar en casi todos lugares y se puede usarcuando no hay otros materiales. El carbn esmucho ms fcil de reducir en tamao que otrosmateriales orgnicos.

La mayora del carbn se quemar fuera de lamatriz del ladrillo. Cualquier cantidad de carbnque permanece en el ladrillo suele ser liviano yproveer calidades aislantes.

Los ladrillos de carbn y arcilla suelen achicarsems que los de otros materiales durante el secado yel horneado. El producto final parece ser liviano ygeneralmente durable, aunque pruebas completasno se han hecho con estos materiales.

Vermiculita/arcillaEn esta formulacin, la vermiculita comercial (unaditivo de tierra para la jardinera), que puede pasarfcilmente por un tamiz No. 8 (2,36mm), semezcla directamente con agua y arcilla y seintroduce en los moldes. El material se seca al aire yse hornea a 1050 C.

La vermiculita es un material liviano, barato eincombustible producido por depsitos naturalesde minerales en muchas partes del mundo. Sepuede usar en la fbrica de cermicas fuertes,livianas e aislantes con muy poco esfuerzo. Comolas partculas de vermiculita son planas deestructura, estas son fuertes y muy resistentes alcalor.

La vermiculita parece ser uno de los mejoresmateriales disponibles para la fabricacin decermicas aislantes.

Mezcla de perlita/arcillaPara los mejores resultados, la perlita debemezclarse con otros materiales antes de que secombine con arcilla para formar un ladrillo. Parapreparar esta mezcla, primero separe la perlitacruda en grupos compuestos de tres tamaos:9,5mm 4,75mm, 4,75mm 2,36mm y 2,36mmy ms finos. Recombine (por volumen) dos partesdel tamao ms grande, una parte del tamao



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mediano, y siete partes del tamao ms pequeopara formar la mezcla de perlita. Esta mezcla ahorase puede combinar con arcilla y agua y formarladrillos, que luego se secan y hornean.

La perlita es la obsidiana, calentado hasta dilatarse yvolverse liviano. Tambin se usa como aditivo a latierra en la jardinera y como material aislante. Losdepsitos minerales de perlita ocurren en muchospases del mundo, pero el producto dilatado yliviano slo se encuentra en pases que tienenfbricas comerciales de dilatacin artificial. Cuandose halla disponible, la perlita suele ser barata yabundante.

Los ladrillos de perlita y arcilla son uno de losmateriales ms livianos y tiles de cermica quehemos producido hasta la fecha.

Piedra pmez/arcilla:La piedra pmez, como la perlita, produce losmejores resultados cuando se mezcla en formagradual. Se debe tratar de obtener la piedra pmezms liviana posible para la mezcla. La arenavolcnica, que se suele encontrar con la piedrapmez, puede ser pesada y no servir para lascermicas aislantes. Puede que sea necesario molerpiedras ms grandes para obtener los tamaospequeos necesarios. La mezcla se prepara alseparar la piedra pmez en tres tamaos: 12,5mm 4,75mm, 4,75mm 2,36mm, y 2,36 mm y msfinos. En este caso, los componentes se recombinan(por volumen) en una proporcin de dos partes delas partculas grandes, una parte de las medianos ycuatro partes de las ms pequeos. La arcilla secombina con el agua y se mezcla hasta formar unbarro acuoso. La mezcla pmez se aade despus yel material que resulta se introduce en los moldes.Es posible que se deba aplicar bastante presin paraeliminar el aire y producir un ladrillo slido. Sepuede quitar el molde inmediatamente y dejar queseque el ladrillo durante varios das antes delhorneado.

La piedra pmez se encuentra en muchas partes delmundo y es barata y abundante. Debe prestarseatencin a la calidad de la piedra lo cual puede serun problema en muchos lugares. Es muy fcil queun ladrillo liviano y aislante se convierta en unopesado de alta masa trmica si no se presta atencina los detalles del proceso. La piedra pmez (ascomo la perlita) es sensible al calor alto (ms de1100 C). Hornearla mucho puede causar que laspartculas se contraigan y se vuelvan rojas,resultando en un producto inferior. A pesar deestos temores, la piedra pmez es una buena formade suministrar cantidades altas de cermicasaislantes en muchos lugares del mundo.

Hay muchas frmulas viables para fabricar cmarasde combustin refractarias y livianas. Un aislantealrededor del fuego permite hervir agua msrpidamente, prender la estufa con mayor facilidady ahorrar lea. Es necesario crear temperaturas altasen la cmara de combustin afn de eliminar lasemisiones peligrosas. Lastimosamente estastemperaturas altas degradan rpidamente a losmetales, incluyendo el acero inoxidable. Lascermicas refractarias proveen un material que esduradero y que no reduce las temperaturas decombustin a diferencia de los materiales de altamasa trmica.



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Esta prueba brinda al diseador de estufas datosfiables sobre el comportamiento de diferentesmodelos de estufas de lea. La prueba consiste entres fases que determinan la capacidad de la estufaen: 1) hervir agua desde un punto de inicio fro; 2)hervir agua cuando la estufa est caliente; y 3)mantener el agua caliente a fuego lento. Estaprueba sirve para evaluar una serie de estufas amedida que se elaboran. La prueba no sirve paracomparar estufas de diferentes zonas porque lasollas y la madera diferentes utilizadas influyen losresultados.

La prueba es una versin simplificada de la revisinde la Universidad de California en Berkeley (UCBpor sus siglas en ingls) y de la Fundacin Shell dela Prueba de Ebullicin de Agua de NormaInternacional de VITA de 1985. La madera usadapara hervir y calentar a fuego lento, y el tiemponecesario para hervir se determinan por sustraccinsencilla. Todos los clculos pueden hacerse a manoen el campo.

Utilizando una olla comn y corriente, y tomandoen cuenta la cantidad de humedad en la madera, lacantidad de vapor generado y otros factores, laprueba completa de ebullicin de agua de la UCB yla Fundacin Shell permite comparar estufas dediferentes lugares.

Antes de iniciar las pruebas...

1. Rena por lo menos 30kg de combustiblesecado al aire para tener suficientecombustible para realizar tres pruebas en cadaestufa. Es posible que las estufas grandes deollas mltiples requieran ms combustible.Use madera del mismo nivel de secado y detamao similar. No use madera verde.

2. Ponga 5 litros de agua en la olla de pruebas ycalintelos hasta hervir con fuerza. Asegreseque el fuego est muy alto y que el agua esthirviendo con ardor. Use un termmetro digital,

Captulo 5

Prueba en el campo de ebullicin de aguapreciso a una dcima de grado, para medir latemperatura de ebullicin local. Meta altermmetro al centro de la olla, 5cm ms arribadel fondo de la olla. Anote la temperatura delpunto de ebullicin del agua en la hoja de datos(ver pgina 34).

3. Realice las pruebas en un lugar completamenteprotegido del viento.

4. Apunte todos los resultados en la hoja de datos.

Equipo para la prueba en el campode ebullicin de agua:

Balanza de por lo menos 6kg de capacidady que mida a 1g de precisin

Almohadilla resistente al calor paraproteger la balanza

Termmetro digital, preciso a un dcimode un grado, con sondas termoconectorassumergibles

Temporizador

Ollas de prueba

Instrumento de madera para sujetar lasonda de termmetro en el agua

Pequea pala o esptula para remover elcarbn de la estufa

Pinzas para manipular el carbn

Otra pala para transferir el carbn

Bandeja de metal para contener el carbnmientras se pesa

Guantes resistentes al calor

Tres bultos de madera secada al aire. Uno,usada para cocinar a fuego lento, de 5kilos. Los otros dos, para hervir de iniciofro o caliente, de unos 2 kilos cada uno.

Prueba en el campo de ebullicin de agua


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Inicio de la pruebaa. Apunte la temperatura del aire.

b. Apunte el peso de una olla de uso comn sin latapa. Si se usa ms de una olla, apunte el peso decada una. Si los pesos son diferentes, asegresede no confundirse de olla durante la prueba. Noutilice tapas de ollas para esta fase, o cualquierotra fase de esta prueba.

c. Apunte el peso del envase del carbn.

d. Prepare dos bultos de madera de unos 2 kiloscada uno para las pruebas de inicio fro ycaliente. Prepare un bulto de combustible demadera de unos 5 kilos, para uso la prueba decoccin a fuego lento. Use palos de madera detamao similar para todas las pruebas. Apuntelas dimensiones aproximadas del combustible.Pese y apunte los pesos en los espaciosapropiados de la hoja de datos. Identifique cadacantidad y mantngalos separados.

Fase de alto poder con inicio froLa temperatura de la estufa debe ser ambiental.

1. Llene cada olla con 5 litros de agua fra y limpia(-20 centgrados). Apunte el peso de la o las ollasms el del agua.

2. Usando los instrumentos de madera, ponga unasonda de termmetro en cada olla para que latemperatura se pueda medir en el centro, a 5cmdel fondo de la olla. Asegrese de utilizar untermmetro digital. Apunte las temperaturas delagua.

3. Apunte el peso de los materiales de inicio.Utilice siempre la misma cantidad y el mismomaterial.

4. Prenda el fuego con la madera del primer bultode 2 kilos.

5. Una vez que arda el fuego, empiece elTemporizador y apunte 0. Si se est utilizandoun reloj, apunte la hora de inicio. Hierva laprimera olla sin gastar mucho combustible.

6. Cuando el agua en la primera olla llega a supunto de ebullicin, indicado por eltermmetro digital, haga lo siguiente en cuantoantes:

a. Apunte la duracin de tiempo que tard laolla principal en llegar a su punto deebullicin. Apunte tambin la temperaturadel agua en las otras ollas.

b. Quite toda la madera de la estufa y apaguetodas las llamas. Suelte todo el carbn de laspuntas de la madera y pngalas en la bandejausada para pesar carbn.

c. Pese la madera no quemada de la estufa juntocon la madera restante del bultoanteriormente pesado. Apunte el peso.

d. Pese cada olla, con su agua. Apunte el peso

e. Quite todo el carbn de la estufa, combnelocon el carbn que sacudi de los palos ypselo. Apunte el peso del carbn y de subandeja.

Esto completa la fase de alto poder con inicio fro.Contine sin pausa a la fase de alta poder coninicio caliente de la prueba. No deje que se enfre laestufa.

Fase de alto poder con inicio caliente

1. Rellene la o las ollas con 5 litros de agua fra.Pese la o las ollas (con agua) y mida latemperatura inicial. Apunte las dos medidas.

2. Prenda el fuego usando lea menuda y maderadel segundo bulto de 2 kilos. Apunte el peso decualquier combustible adicional usado paraprender el fuego.

3. Apunte la hora cuando se prendi el fuego ycaliente rpidamente la primera olla hasta supunto de ebullicin sin gastar demasiadocombustible.

4. Apunte la hora en que la primera olla alcanza elpunto de ebullicin local. Apunte latemperatura de todas las ollas.



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5. Una vez que se alcanza el punto de ebullicin,haga lo siguiente en cuanto antes:

a. Quite toda la madera de la estufa y sacudacualquier carbn suelto depositndolo dentrodel contenedor de carbn. Pese la maderaquitada de la estufa, junto con la que sobrdel segundo bulto. Apunte los resultados.

b. Pese cada olla, con su agua, y apunte estosdatos.

6. Quite el carbn que queda en la estufa y pselo(incluyendo el carbn que se quit de los palos).Apunte al peso del carbn con el contenedor.

Sin pausa, siga directamente con la prueba decoccin a fuego lento.

Prueba de coccin a fuego lentoEsta fase est diseada para comprobar la capacidadde una estufa en hervir agua a fuego lento usandolo menos lea posible. Utilice la madera del bultode 5 kilos para hervir el agua. A continuacin,apunte el peso de la madera que sobra, y sigacociendo el agua lentamente por unos 45 minutos.

Solamente la olla principal se utiliza en estaprueba.

Inicio de la prueba de poder reducido:

1. Apunte el peso de la madera que sobr del bultooriginal de 5 kilos.

2. Rellene la olla con 5 litros de agua fra. Pese laolla (con agua). Apunte el peso. Apunte latemperatura.

3. Prenda el fuego de nuevo con la madera delbulto pesado anteriormente. Apunte al peso decualquier combustible adicional usado paraprender el fuego.

4. Haga hervir la primera olla sin gastar mscombustible de lo necesario. Justo cuando sellega al punto de ebullicin local, haga losiguiente en cuanto antes y con cuidado.

5. Apunte el tiempo que tard en hervir el agua ysu temperatura. Rpidamente pese el agua en laolla principal y pngala de nuevo en la estufa.Apunte el peso de la olla con el agua. Apunte elpeso de la madera que sobr del bulto originalde 5 kilos. Vuelva a poner el termmetro en elagua y prosiga con la prueba de coccin a fuegolento reduciendo el fuego. Mantenga el agua loms cerca posible de 3 centgrados bajo elpunto de ebullicin.

6. Apunte la temperatura inicial del agua.

7. Apunte el tiempo de inicio. Durante losprximos 45 minutos, mantenga el fuego a unnivel que conserve la temperatura del agua loms cerca posible de 3 centgrado bajo el puntode ebullicin.

8. Una vez que transcurran 45 minutos, haga losiguiente en cuanto antes:

a. Apunte la hora en que se termin la prueba(debe ser 45 minutos)..

b. Apunte la temperatura del agua al fin de laprueba.

c. Quite toda la madera de la estufa y sacudatodo el carbn suelto de las puntas de lamadera. Pngalas en la bandeja usada parapesar carbn. Pese la madera que queda,incluyendo la madera no utilizada del bultooriginal. Apunte el peso de la madera.

d. Pese la olla con el agua que queda. Apunte elpeso.

e. Extraiga todo el carbn que sobra de la estufay pselo (incluyendo al carbn que se solt delos palos). Apunte el peso de la bandeja conel carbn.

Esto concluye la prueba completa de ebullicin deagua. La prueba completa debe realizarse por lomenos tres veces con cada estufa para obtenerresultados exactos.



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No es un problema si la temperatura sube y baja, pero:

1. La persona que realiza las pruebas debe asegurarse que la temperatura del agua no baja dems de 3 centgrados debajo de la temperatura de ebullicin local.

2. La prueba es invlida si la temperatura en la olla baja de ms de 6 centgrados debajo de latemperatura de ebullicin.

3. La persona que realiza las pruebas no debe partir la madera en pedazos ms pequeos parareducir el poder del fuego.


ANLISIS DE LOS RESULTADOS

Averige qu tiempo requiere la ebullicin coninicio fro, inicio caliente y para la fase deebullicin de la prueba de coccin a fuego lento.

Calcule la cantidad de madera usada restando elpeso de la madera sobrante al final de cada fasedel peso inicial. Haga esto para las pruebas dealto poder con inicio fro, alto poder con iniciocaliente, la fase de ebullicin de la prueba decoccin a fuego lento y para la coccin a fuegolento.

Calcule el agua que se perdi con el vapor paracada una de las cuatro fases sustrayendo el pesorestante del peso inicial del agua.

Haga lo mismo para el carbn producido.

Use estos nmeros para evaluar elfuncionamiento de la estufa. Cambie el diseode la estufa para reducir el uso de madera y crearmenos carbn. El hecho de crear mucho carbnindica que la combustin es pobre.

Calcular la cantidad de vapor perdido es unmtodo valioso para comprobar que elfuncionamiento de la estufa es similar en todas susfases. Usualmente la prueba de alto poder coninicio caliente usa mucho menos combustible y eltiempo de ebullicin es ms rpido comparadocon la fase de alto poder con inicio fro. Si existenserias diferencias entre los pesos apuntados, eltiempo de ebullicin y el vapor perdido entre lasfases 2 y 3, se recomienda repetir las pruebasprestando atencin a no variar demasiado como semete lea al fuego.

El vapor perdido durante la fase de coccin afuego lento tambin es un buen indicador de lacapacidad de funcionamiento de una estufacuando se usa a bajo poder. Es difcil disear unaestufa que pueda hervir agua rpidamente ycocinar bien a fuego lento sin usar una grancantidad de combustible. Sin embargo, como lamayor parte del tiempo dedicado a la coccin sehace con fuego lento, los ahorros ms grandesde combustible pueden residir en una estufa quefuncione eficazmente durante este tiempo.Grandes cantidades de vapor durante la coccina fuego lento es seal de que la estufa tieneproblemas en pasar del alto poder requeridopara hervir agua rpidamente al bajo poderrequerido para la coccin eficaz a fuego lento.Trate de cambiar el diseo para que la estufapueda cocinar a fuego lento sin dificultad a lapar de satisfacer a los que cocinan y desean unaebullicin rpida.

Tenga en mente que los resultados de est pruebano sirven para comparar estufas comprobadas enotros lugares. La prueba completa de UCB/Shelldebe ser usada para dichos propsitos.

Para ms informacin, visite nuestra pgina Weben www.aprovecho.net o contctenos en:

Aprovecho Research Center80574 Hazelton Rd.Cottage Grove, OR 97424

(541) 942-8198


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Hoja

de d

atos

Hoja de datos


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Tiempo de ebullicin:

_________ = B A = Tiempo que requiere la ebullicin en la fase de alto poder con inicio fro

_________ = D C = Tiempo que requiere la ebullicin en la fase de bajo poder con inicio caliente

_________ = F E = Tiempo que requiere la ebullicin en la fase de ebullicin de la coccin a fuegolento

Uso de madera:

_________ = G H = Uso de madera para la fase de alto poder con inicio fro

_________ = I J = Uso de madera para la fase de bajo poder con inicio caliente

_________ = K L = Uso de madera para la fase de ebullicin de la coccin a fuego lento

_________ = L M = Uso de madera para la fase de coccin a fuego lento

Agua convertida a vapor:

_________ = N O = Agua perdida al vapor durante la fase de alto poder con inicio fro

_________ = P Q = Agua perdida al vapor durante la fase de bajo poder con inicio caliente

_________ = R S = Agua perdida al vapor durante la fase de ebullicin de la coccin a fuego lento

_________ = S T = Agua perdida al vapor durante la fase de coccin a fuego lento

Carbn creado:

_________ = U Y = Carbn creado en la fase de alto poder con inicio fro

_________ = V Y = Carbn creado en la fase de bajo poder con inicio caliente

_________ = X V = Carbn creado o consumido durante la fase de coccin a fuego lento(Si esta cifra es positiva, significa que se cre carbn durante la coccin a fuegolento, y si es negativa, significa que se consumi carbn durante la fase decoccin a fuego lento)

Hoja de clculos

Hoja de clculos


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Apndice

Glosario de trminos

Alto poderModo de operacin de la estufacuando el objetivo es hervir el agua lo msrpido posible; el poder ms alto con el quepueda funcionar una estufa.

Bajo poderModo de operacin de la estufacuando el objetivo es calentar el agua o elalimento a fuego lento; el poder ms bajo conel que pueda funcionar una estufa y seguirmanteniendo una llama y cociendo comida.

BaldosaAzulejo de piso aproximadamente de2,5cm de espesor, que se puede cortar o moldearen formas apropiadas para una cmara decombustin.

Caja aislanteRecinto aislado, relativamentehermtico, que mantiene la temperatura de laolla, permitiendo que se terminen de cocinarlos alimentos una vez que se quita la olla de laestufa.

Cmara de combustinParte de la estufa en laque quema el combustible.

Capa lmiteCapa muy delgada de aire inestablelento inmediatamente adyacente a la superficiede la olla; asla la olla de los gases calientes decombustin y disminuye la cantidad de calorque entra a la olla.

Carbn de leaMaterial negro y poroso quecontiene carbn en su mayor parte y que seproduce al quemar madera o un biocarburante.

ConveccinIntercambio trmico en un gas o unlquido debido el movimiento del aire o delagua.

Corriente de aireAire que se desplaza por unaestufa y que sube por la chimenea.

Eficacia del combustiblePorcentaje de la energatrmica del combustible que se utiliza paracalentar alimentos o agua.

Eficacia de combustinPorcentaje de la energatrmica del combustible liberada durante lacombustin. La eficacia de combustin serefiere a la cantidad de la energa delbiocarburante que se convierte en energatrmica

Eficacia de intercambio trmicoPorcentaje decalor liberado por la combustin que pasa auna olla.

EmisionesSubproductos del proceso decombustin que se descargan en el medioambiente.

Energa retenidaEnerga de calor que calientalos recintos alrededor del fuego que no seescapa a su exterior; se puede utilizar paracalentar una sala.

Estufa de gran pesoEstufa hecha de tierra sinaislante, de arcilla, de hierro fundido u otromaterial pesado que requiere un alto nivel deenerga para poder calentarse cuando se utiliza.

Exceso de aireCantidad de aire usada en excesode la cantidad necesaria para la combustincompleta.

Falda de la ollaCilindro, que suele ser unalmina de metal, que rodea una olla, creandoun espacio estrecho que permite que ms calorde los gases de combustin pase a la olla.

Gases de combustinGases calientes que fluyende la cmara de combustin y salen por lachimenea (si hay una chimenea).

Potencia del fuegoTasa de consumo delcombustible, generalmente en kilogramos decombustible por hora.

Prueba de ebullicin de agua (WBT por sus siglasen ingls)Prueba que sirve para medir elrendimiento general de una estufa de cocina.

Apndice: Glosario de trminos


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Hay varias versiones de la prueba de ebullicinde agua. En general la prueba consiste en tresfases: 1) hervir agua desde un punto de iniciofro; 2) hervir agua con una estufa caliente; y, 3)mantener el agua a fuego lento.

RejillaRed de barras o maya que sirve paramantener fijo el combustible o la comida enuna estufa, un horno o una chimenea.

Apndice: Glosario de trminos

VermiculitaMaterial ligero, barato eincombustible, producido por depsitosminerales que existen naturalmente en muchaspartes del mundo. La vermiculita sirve parahacer cermicas ligeras y aislantes, con muypoco esfuerzo. Es muy fuerte y resistente alcalor, y parece ser una de las mejores opcionespara hacer cermica aislante.


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Office of Air & Radiation(6609J)

EPA-402-K-06-005July 2006

biomass stove diseño cocinas dr baldwin.pdf

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