Principios de diseho para
estufas de coccion con leha
Aprovecho Research Center
Shell Foundation
Partnership for Clean Indoor Air
-------
La Alianza para Aire Limpio Intradomiciliario (descrito aqui como Alianza o PCIA por sus siglas en ingles,
"Partnership for Clean Indoor Air") fue establecida por la Agenda de Proteccion 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 exposicion a la
contaminacion del aire intradomiciliario, sobre todo entre mujeres y ninos, debido al uso de combustible en la
casa. Mas de 95 organizaciones estan trabajando juntas para aumentar el uso de practicas limpias, confiables,
comprables y eficientes de coccion y calefaccion en el hogar, que reduzcan la exposicion de la gente a la
contaminacion del aire intradomiciliario en paises en vias de desarrollo. Para mas informacion, o para unirse a la
Alianza, visite www.PCIAonline.org.
Este documento fue desarrollado por el Centra de Investigaciones Aprovecho gracias a una subvencion de la
Fundacion Shell para proporcionar ayuda tecnica a los proyectos de energia casera y de la salud y asegurar
que sus disenos representan la mejor practica tecnica. 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 contaminacion del aire intradomiciliario causa series problemas de salud para 2 mil millones de personas
en todo el mundo que usan biocarburantes tradicionales para sus necesidades de coccion y calefaccion. En
los ultimos 30 anos, 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 mas pobres no siempre
representan la mejor practica o un concepto del diseno que se base en la ingenieria moderna. El
conocimiento requerido para disenar estufas mas limpias existe en centres de excelencia en diferentes
lugares del mundo. Brindar esta informacion a los que promueven estufas mejoradas es un primer paso
necesario a la hora de reducir la exposicion por parte de los usuarios de estufas al aire intradomiciliario
contaminado.
Aprovecho es un centra de investigacion, experimentacion y educacion en tecnologias alternativas que son
ecologicamente sostenibles y culturalmente sensibles. El laboratorio de Estudios Avanzados en Tecnologia
Apropiada de Aprovecho se esfuerza en desarrollar tecnologias de bajo consume energetico, no
contaminantes y renovables que reflejan la investigacion actual pero que se disenan para fabricarse en
cualquier pais. El centra esta situado en un hermoso terreno de 40 acres cerca de Eugene, Oregon. Para mas
informacion sobre Aprovecho, visite www.Aprovecho.net.
llustraciones: Mike Van, Jayme Vineyard y Ethan Hughes
-------
Principios de diseho para estufas de
coccion con
Dr. Mark Bryden, Dean Still, Peter Scott, Geoff Hoffa, Damon Ogle,
Rob Bailis, Ken Goyer
Contenido
Introduction 5
Capitulo 1 - Teoria de estufas 7
Capitulo 2 - Diez principios de diseno 12
Capitulo 3 - Disenar estufas con Baldwin y Winiarski 1 7
Capitulo 4 - Opciones para camaras de combustion 26
Capitulo 5 - Prueba en el campo de ebullicion de agua 30
Apendice - Glosario de terminos 37
-------
Page Intentionally Blank
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Introduction
Introduccion
Estrategias comprobadas
La contaminacion del aire intradomiciliario afecta
la salud de los 2 mil millones de personas que se
sirven de biocarburantes para cocinar y calentar sus
casas. En los ultimos 30 afios, hay una mayor
conciencia del costo social y ambiental del uso de
combustibles y de estufas tradicionales. Al mismo
tiempo, los estudios del problema han resultado en
estrategias comprobadas que reducen el uso de
combustible y las emisiones danosas.
Lastimosamente, las estufas usadas actualmente no
siempre representan los disenos mejores que ofrece
la ingenieria moderna. Este folleto intenta
examinar el problema al compendiar algunos de los
avances en la teoria y el disefio de estufas. Poder
comprender estos conceptos es litil para los
administradores de proyectos de estufas, los
politicos, los trabajadores en el campo de asistencia
global y para las mismas cocineras que usan sus
estufas diariamente.
Aunque los fuegos abiertos suelen malgastar el
combustible, cuando se realizan cuidadosamente en
pruebas de laboratorio, estos fuegos han
demostrado que se pueden quemar en forma eficaz
y limpia. En muchos casos, las cocineras no se
preocupan demasiado del tipo de combustible y los
estudios han demostrado que los fuegos abiertos de
tres piedras pueden usar una cantidad excesiva de
madera para cocinar una pequena cantidad de
comida. Pero en otros lugares, donde los materiales
combustibles son mas escasos, los fuegos abiertos
pueden ser controlados cuidadosamente y su
eficiencia rivaliza con las estufas cocineras de
primera generacion.
La diferencia reside en la manera de controlar el
fuego abierto y en el uso de otras herramientas. En
los anos 70 y a principios de los anos 80, los fuegos
abiertos solian defmirse como esencialmente
ineficientes. Pero fue al analizar el fuego abierto
que los investigadores lograron desarrollar estufas
realmente mejoradas. El Dr. Grant Ballard-
Tremeer y el Dr. Kirk Smith fueron los primeros
cientificos en descubrir que el fuego de tres piedras
podia ser mas eficiente y mas limpio en
combustion que algunas estufas "mejoradas".
Teniendo en mente que las tecnologias indigena se
han desarrollado sobre incontables anos de
experimentation y son de gran valor, ha cambiado
la perspectiva de los cientificos que lidian contra las
causas del sufrimiento humano. Observar las
formas en las que los expertos realizan un fuego
abierto ha ensenado a los ingenieros a disefiar
estufas todavia mas avanzadas. Las estufas modernas
para cocinar se han disenado primariamente para
lograr una combustion mas limpia. Se puede
despues forzar
el calor
contra la olla
sin aumentar
las emisiones
nocivas.
Un fuego
puede arder y
ser limpio Figura 1 - Fuego abierto tradicional
cuando
cocineros expertos meten la lena poco a poco en el
fuego, midiendo el combustible. El fuego abierto
puede ser un fuego ardiente, litil cuando hay que
preparar la comida o la bebida rapidamente. El
calor pasa a la olla en vez del cuerpo frio de una
estufa. Incluso, el fuego abierto puede quemar
madera sin producir mucho humo ya que; los
fuegos calientes queman humo mientras sale de la
madera. No obstante y desgraciadamente, muchos
de los fuegos para cocinar se hacen enfocando la
sencillez y terminan por malgastar y contaminar.
En el laboratorio, las estufas modernas ganan mas
puntos que cualquier fuego abierto, aunque estos se
realicen bien. Una buena estufa ofrece otros
beneficios ademas de ahorrar lena o reducir el
humo. La manera en que la estufa cocina la comida
es tipicamente la calidad mas apreciada por los que
las usan.
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Introduction
Es posible que con las estufas mejoradas sea mas
facil, seguro y rapido cocinar con lena, ademas de
contribuir a la belleza de la cocina. Una buena estufa
es mas facil de prender, requiere poco
mantenimiento mientras quema y satisface las
necesidades de la cocinera. Un diseno exitoso es una
mejora bienvenida en la calidad de vida lo cual suele
tener mayor importancia que los puntos obtenidos
en una prueba de laboratorio.
Decadas de investigacion
Un gran numero de investigadores ha contribuido a
un entendimiento moderno de la termodinamica de
estufas de cocina. El estudio cientifico de estufas de
lena ha llegado a un punto en el que existe un gran
consenso acerca de la manera en que funciona esta
tecnologia. El Dr. Larry Winiarski ha estudiado la
combustion y la cocina con lena por mas de 30 anos
y ha ayudado a diferentes organizaciones a construir
miles de estufas en paises de todo el mundo. El Dr.
Winiarski es el Director Tecnico del Centre de
Investigacion Aprovecho, donde las estufas han sido
el mayor tema de estudio desde 1976. El equipo de
la Universidad Eindhoven, dirigido por el Dr.
Krishna Prasad y que incluye al Dr. Verhaart y al Dr.
Visser, experimento con estufas de lena durante mas
de diez anos y publico libros fundamentales sobre el
tema. El Dr. Samuel Baldwin resumio anos de
experiencia en Africa occidental y en laboratories
con su libro extenso, Biomass Cookstoves: Engineering
Design, Development and Dissemination (1987)
(Estufas con biocarburantes: ingenieria del diseno,
elaboration y distribution).
El primer capitulo, Teoria de estufas, delinea la labor
de estos investigadores destacados y ofrece estrategias
que un disenador de estufas puede usar para mejorar
una estufa.
El segundo capitulo, Diezprintipios de diseno, detalla
la sintesis de diseno que ha creado el Dr. Larry
Winiarski.
Los capitulos tres y cuatro, Disenar estufas con Baldwin
y Winiarski y Opciones para cdmaras de combustion,
contiene informacion tecnica de apoyo para el
disenador encargado de elaborar un proyecto de estufa.
Y finalmente, el capitulo cinco, Prueba en el campo
de ebullition de agua, provee a disenadores un
metodo para medir en el campo el rendimiento de
prototipos de estufas a medida que se elaboran. Esta
prueba no requiere ordenador ni calculos
complicados para analizar datos.
Respeto por los
conocimientos locales
Esperamos que los siguientes principios de diseno
ayuden en un proyecto, poniendo el enfasis en el
respeto y la inclusion de tecnicas y tradiciones
locales. La sensibilidad y la apreciacion de los
conocimientos locales apoyan el intercambio de
informacion, aprendiendo de la pericia de la gente
local y de su tecnologia mientras se comparten
conocimientos.
Se espera que la diseminacion de principios de
diseno sea mas inclusiva que la promocion de un
diseno de estufa estatico. La literatura
frecuentemente muestra que la creatividad local es
apropiada en cada parte de un proyecto de estufa.
Sin la informacion de la comunidad que usara la
estufa, un proyecto no dispondra de los
conocimientos necesarios para tener exito.
Todos los miembros de un comite de diseno,
incluyendo a cocineras, artesanos, administradores,
organizadores y asesores tecnicos, pueden facilmente
aprender los principios de diseno de estufas. El poder
de invencion y la experiencia practica del equipo
entero son vitales a la hora de crear un producto que
satisface las necesidades y los gustos locales.
La autonomia que brinda el proceso de diseno puede
servir de inspiration para que la poblacion local pase
a capacitar, promover, disenar y fabricar. Los
tecnicos suelen descubrir informacion valiosa sobre
el diseno, la fabrication y la promocion por parte de
la poblacion local y aprenden a la par de ensenar.
Quiza la conclusion que dice que los proyectos
probablemente tendran exito cuando todas las partes
interesadas ayuden a crear una estufa refleja la
esperanza que una mejor representation creara
soluciones a los problemas sociales de mayor
envergadura.
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Teorfa de estufas
Capftulo 1
Teoria de estufas
Hasta un fuego abierto alcanza 90% de eficacia a la
hora de de convertir madera a calor. Pero solo una
proportion pequena, de 10% a 40% del calor
producido, llega a la olla. Mejorar la eficiencia de la
combustion no parece resultar en que la estufa use
menos combustible. For otra parte, mejorar la
eficiencia del intercambio termico a la olla resulta
en una gran diferencia.
Mejorar la eficiencia de combustion es necesario
para reducir el humo y las emisiones daninas que
perjudican a la salud. Mejorar la eficiencia del
intercambio termico puede seriamente reducir el
uso de combustible. El fuego es naturalmente
eficaz, pero las ollas no capturan el calor tan bien
porque pasan el calor ineficientemente. Para poder
reducir las emisiones y el uso de lena, eldisenador
de estufas se esfuerza, principalmente en que el fuego
queme mds limpiamente y luego en que la mayor
cantidadposible de calor pase a la olla o laplancha.
Ambas funciones pueden ser realizadas en un fogon
bien concebido.
Es siempre mejor anadir una chimenea en
cualquier fogon de cocina o de calefaccion que
queme madera. Ademas, es preferible utilizar una
estufa que quema mas limpiamente con el fin de
proteger la calidad del aire dentro y fuera de la casa.
Las chimeneas que captan y eliminan el humo y
otras emisiones del espacio habitable protegen a
familias al reducir la exposicion a contaminantes y
otros peligros a la salud. Inclusive las estufas que
queman mas limpiamente pero sin chimenea
pueden crear niveles malsanos de contaminacion
intradomicilaria.
Las estufas que no estan ventiladas deberian
utilizarse al exterior o en zonas abiertas. Cuando las
chimeneas no se pueden costear o no son practicas,
se puede instalar una campana encima del fuego,
abrir ventanas o crear rejillas de ventilacion en el
techo debajo de los aleros para reducir los niveles
de contaminacion nociva. El uso de una estufa que
quema limpiamente tambien puede ser litil desde
este punto de vista pero, si es posible, todas las
estufas que queman lena deberian tener una
chimenea que funcione.
disenar una estufa que mejora el diseno de
un fuego abierto? Primero, hagamos una lista de las
ventajas que tiene un fuego de tres piedras
comparado con algunas estufas:
> El calor del fuego no se absorbe por la masa de
un cuerpo de una estufa. Las Estufas de alta
masa pueden absorber el calor que podria haber
sido para la olla. Un fuego de tres piedras suele
hervir agua con rapidez.
> El fuego pega contra la base y a veces contra los
lados de la olla, exponiendo mucho de la olla al
calor.
> Es posible meter los palos de lena en
incrementos apropiados mientras las puntas
queman, ayudando a tener una combustion
completa.
> Un fuego abierto con suficiente calor quema
relativamente limpiamente. Toda estufa sufre
porque su masa absorbe el calor. Pero una estufa
mejorada sigue realizando una mejor
combustion y eficiencia que un fuego abierto.
Como mejorar la combustion
(Tener menos polucion dafiina comparado con un
fuego abierto)
> Asegurese que circula suficiente aire por el
fuego.
> Aisle el fuego para que queme mas caliente. Un
fuego mas caliente quema mas gases
combustibles y produce menos humo.
> Evite usar materiales pesados o frios como la
tierra o la arena alrededor de la camara de
combustion.
> Levante la lena que esta quemando para que el
aire pueda pasar por debajo y por el carbon.
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Teorfa de estufas
>• Use una chimenea corta y aislada encima del
fuego para que aumente la corriente de aire y
para que haya un lugar donde se combina el
humo, el aire y el fuego, lo cual reduce
emisiones. Esta estrategia es popular en varias
estufas, como las estufas Z-stove, Vesto, Estufa
Tom Reed, Rocket, Tso Tso, etc. El grupo
Eindhoven utilize una chimenea con la estufa
que mas limpiamente quemo fuego. Micuta
fabrico estufas incorporando esta misma idea
(Modern Stoves for All [Estufas modernas para
todos], 1981). Winiarski desarrollo el concepto a
principios de los anos 80, creando una estufa
cuya combustion es mas limpia y con mejor
eficiencia del intercambio de calor.
> Meta los palos poco a poco en la camara de
combustion para crear un fuego caliente, feroz, y
vivo sin mucho carbon. Este tipo de fuego
producira menos emisiones peligrosas, menos
hollin que termina tapando la chimenea y menos
creosota. Caliente solo la parte de la madera que
quema. No deje que la madera que no este
quemando produzca humo.
> Limite la cantidad de aire frio que entra en la
camara de combustion al crear la abertura al
fuego lo mas pequena posible. Las aberturas mas
pequenas tambien hacen que las cocineras usen
menos lena y que esta se queme mas
eficientemente.
> Una cierta cantidad de aire es necesaria para
obtener una combustion completa. El
precalentamiento del aire que entra ayuda
mantener limpia la combustion.
Falda
alrededor
de la olla
Como mejorar la eficiencia
del combustible
(Aumentar el calor de la olla)
> Aumente la temperatura del gas o de la llama
que toca la olla, haciendo que el calor roce la
base y los lados de la olla por un canal angosto,
mediante una "falda" que atrape el calor contra
la olla.
> Aumente la velocidad de los gases calientes que
salen por la chimenea y rozan la olla. Los gases
veloces penetran un estrato de aire quieto que,
cuando la velocidad es mas baja, puede prevenir
que los gases toquen la superficie de la olla o
plancha. El aire es un medio inferior para el
intercambio termico. Calentar una olla requiere
bastante aire caliente.
> Utilice ollas de metal en vez de ollas ceramicas.
> El poder del fuego determina el tamano del
espacio entre la falda y la olla, asi como la
eficiencia optima del intercambio de calor. Los
fuegos mas pequenos que sirven para cocinar y
que satisfacen al que cocina seran
considerablemente mas eficientes.
> Utilice ollas anchas con diametros grandes. El
uso de una olla ancha crea mas superficie y
aumenta el intercambio termico. Asegurese que
la parte superior de la estufa se inclina hacia el
perimetro exterior de la olla, tal como lo
muestra la figura 2.
"Biomass Stoves: Engineering Design, Development,
and Dissemination (Estufas con biocarburantes: la
ingenieria del diseno, la elaboration y la
distribution), 1987", por Sam Baldwin es un buen
resumen de las formas de fabricar estufas
mejoradas. Es una obra altamente recomendada. El
Dr. Baldwin averiguo la relacion entre el tamano
del canal entre la falda y la olla, la intensidad del
fuego y la eficiencia. Aqui presentamos unos
ejemplos usando una olla de tamano familiar:
1. Un fuego de 1,7 kW con un canal de 6mm que
obliga a los gases calientes a rozar 15cm de la de
la olla tendra una eficiencia de 47%.
Figura 2 - Uso apropiado de una falda
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Teorfa de estufas
2. Un fuego de 4 kW con un canal de 10mm que
obliga a los gases calientes a rozar 15cm de la
olla tendra una eficiencia de 35%.
3. Un fuego de 6 kW con un canal de 12mm que
obliga a los gases calientes a rozar 15cm de la
olla tendra una eficiencia de 30%.
4. Un fuego de 8 kW con un canal de 14mm que
obliga a los gases calientes a rozar 15cm de la
olla tendra una eficiencia de 26%.
Como recomendacion general, Baldwin aconseja
que una estufa de familia que quema menos de un
kilo de madera por hora tenga un canal de 1 Omm
entre la falda y la olla. Si la estufa quema 1,5 kilos
por hora, el canal debe ser de 12mm. Si 2 kilos de
madera se queman por hora, el canal debe ser de
14mm. Por favor lea "Biomass Stoves" para obtener
mas informacion.
En estufas de lena, se transfiere mucho calor a la
olla o a la plancha por conveccion. El poder del
fuego, (la cantidad de lena quemada por hora) y el
tamano del canal son relacionados. Si el espacio
entre la falda y la olla es muy angosto, no hay
suficiente corriente y el humo se llena en el hogar.
Aumente el intercambio termico a la olla al
asegurar que la temperatura de los gases que pasan
por la estufa sea lo mas alta posible. Debe aislar al
exterior de todos los espacios por donde viajan los
gases, menos debajo de la olla o la plancha. Si hay
suficiente superficie dentro de la estufa donde
pueda rozar el calor, los gases que salen de la
chimenea saldran mas frios. Si la temperatura del
aire que sale de la chimenea es mas de 200
centigrados, aumente la superficie dentro de la
estufa para poder utilizar mas calor. Lo mas seguro
es que las ollas o las planchas secundarias cerca de
la chimenea nunca herviran agua, pero si ayudan a
calentar la comida, el agua para lavar platos o para
bafiarse.
Una falda en la olla tambien asegura que entra mas
calor a la olla al forzar los gases a que sigan rozando
los lados de la olla despues de rozar la base.
Figura 3 - Vista superior
de la caja
Figura 4 - Poner la
olla en el aislante
Figura 5 - Poner
una tapa hermetica
encima de la caja
Figura 6 - La comida
sigue cocinando dentro
de la caja
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Teorfa de estufas
Una caja aislante optimiza el uso eficiente del calor
capturado. Una vez que hierve una olla con
comida, solamente tiene que poner la olla caliente
dentro de una caja hermeticamente sellada y llena
de aislante. El aislante mantendra la temperatura de
la olla, y la comida se cocinara sola sin usar mas
lena.
Despues de hervir la comida en la olla, el fuego se
puede extinguir. Poner la olla de comida en una
caja aislada es la mejor manera de usar el calor
generado por el fuego para cocinar. La caja pierde
poco calor y mantiene una temperatura
generalmente constante sin el uso de combustible.
Esta tecnica ahorra enormes cantidades de lena. El
uso de una caja aislada para cocinar (en vez de un
fuego lento) ahorra tiempo para la que cocina ya
que la comida se hace sola.
Errores comunes
1. El calor retenido en el cuerpo de una estufa
ayuda a cocer la comida.
FALSO
Los experimentos realizados por Baldwin han
demostrado que el calor retenido se pierde en su
mayor parte. El carbon sobrante puede calentar la
comida despues de apagarse el fuego, pero el calor
retenido en el cuerpo de la estufa suele ser
demasiado frio para poder calentar efectivamente.
Observe que la energia retenida en una estufa
puede ser una ventaja si se utiliza la estufa como
calefaccion.
2. Mantener el calor de la estufa al disminuir la
corriente de aire ayudara a cocer la comida.
Reducir la temperatura de los gases saliendo de
la chimenea quiere decir que la estufa esta
funcionando bien.
FALSO
Como ya vimos, reducir la corriente dana a la
combustion y la eficiencia del intercambio termico.
Los gases calientes necesitan velocidad para poder
transmitir su calor.
3. Usar un regulador de tiro en una chimenea
permite que una estufa funcione mejor.
FALSO
De nuevo, inhibir la corriente de aire en un fogon
es usualmente danino. Los reguladores de tiro no
son necesarios en una estufa bien disenada.
4. La tierra compactada o las piedras actiian
como un aislante.
FALSO
Los materiales densos absorben el calor con relativa
rapidez, mientras que un aislante detiene el paso
del calor. Un aislante consiste de bolsillos de aire
separados por un material de conduccion pobre y
liviano.
Un aislante es ligero y ventilado. Los materiales
pesados son mejores ejemplos de masa termica. Un
aislante permite que una estufa hierva agua
rapidamente mientras que la masa termica roba el
calor 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 mayor
rapidez que muchas estufas pesadas. El fuego de tres
piedras puede quemar limpiamente y ser
relativamente eficiente con respecto a la
combustion. Aunque el fuego abierto puede
derrochar bastante cuando se usa sin cuidado, las
primeras opiniones en las que cualquier estufa era
mejor han sido reemplazadas por una apreciacion
nueva de esta antigua tecnologia. Los ingenieros
han aprendido a disenar estufas de cocina
mejoradas al estudiar los beneficios que ofrece el
fuego de tres piedras.
10
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Teorfa de estufas
Las pruebas son esenciales
El Dr. Baldwin incluye un capitulo notablemente
completo que trata de las pruebas realizadas con
estufas de biocarburantes. Nos avisa que comprobar
el funcionamiento de prototipos es necesario
mientras se desarrolle el disefio de la estufa.
Las pruebas con estufas tambien determinan si el
modelo es apto para el comercio, si los costos de
production son lo mas bajos posibles y si las
mejoras son necesarias.
Baldwin incluye pruebas para determinar si los
consumidores estan satisfechos del producto, si
ahorran lena y como la estufa ha afectado el estilo
de vida. Sin pruebas continuas, un proyecto de
estufas avanza en la oscuridad y le falta
information tecnica, sociologica, y economica
esenciales. Leer este capitulo es altamente
recomendado.
Las pruebas detalladas con estufas brindan un
entendimiento mas precise sobre la construction
de estufas mejores. Sin experimentation ni pruebas,
el desarrollo de una estufa se basa en conjetura. La
investigation cientifica puede destacar rapidamente
la verdad de la opinion. Conducir pruebas variadas
tiene dos funciones: identificar problemas y revelar
soluciones. Es un ingrediente esencial para poder
progresar. Una prueba sencilla de ebullition de
agua esta incluida en el capitulo 5 la pagina 30.
iLas estufas deben ser
seguras!
Prevenir las quemaduras es posiblemente una de
las funciones mas importantes de una estufa
mejorada. Las quemaduras son bastantes comunes
en casas en las que se utiliza fuego y pueden ser
mortales o desfigurar en forma horrenda. Para
proteger a la familia, la temperatura del cuerpo de
la estufa no debe ser tan alta como para causar
dafio. Las estufas y las ollas deben estar siempre
estables. Rodee al fuego con el cuerpo de la estufa
para que los ninos no se quemen. Las heridas por
incendio son problemas series que se pueden
remediar con una estufa mejorada.
Las chimeneas o las cubiertas de humo sirven para
sacar al humo de la cocina. Segun deducciones
recientes establecidas por la Organization Mundial
de la Salud (OMS o WHO por sus siglas en ingles),
hasta 1,6 millones de mujeres y ninos jovenes
mueren cada ano por respirar aire contaminado en
sus hogares.
La pulmonia y otras enfermedades de los pulmones
que afectan a ninos jovenes radican principalmente
en la respiration de humo. Las estufas sin
ventilation pueden usarse fuera de la casa, debajo
de un techo, o por lo menos cerca se una ventana
abierta.
Las chimeneas operacionales y las estufas
hermeticamente cerradas pueden eliminar
esencialmente toda la polucion del ambiente
intradomiciliario. Los paises industriales utilizan
chimeneas y las requieren para proteger la familia
de las emisiones peligrosas. ^No merece la misma
protection la gente de paises mas pobres?
11
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Diez principios de disefio
Capftulo 2
Diez principios de diseno
Los principios de diseno del Dr. Larry Winiarski han sido utilizados por varias organizaciones para crear
estufas exitosas. La estufa con plancha hecha por HELPS en Guatemala, la estufa EcoStove hecha por
PRO LENA en Nicaragua, la estufa Justa hecha por AHDESA y por "Trees, Water and People" en Honduras,
la estufa ProBec de Sudafrica, la nueva generation de estufas GTZ en Africa, y la famosa estufa Rocket han
sido todas disenadas con estos principios. Los disenos de Winiarski combinan la combustion limpia y
completa junto con la optimization del intercambio termico. Todo tipo de estufa de alimentation
intermitente de lena puede disenarse primero conforme a las necesidades de la poblacion local y terminar
por adaptar estos principios.
Las estufas que queman un gran volumen de carburante a la vez, y las los que usan ventiladores, funcionan
diferentemente. Estos metodos alternatives en el diseno de estufas pueden ser igualmente utiles para mejorar
estufas de lena. Mientras que muchos expertos enfocan el diseno de estas estufas, ambos Crispin Pemberton-
Pigott y el Dr. Tom Reed han desarrollado modelos excelentes que estan a la venta. Para obtener mas
information sobre el diseno de la estufa de gran volumen de carburante, se ruega poner en contacto con:
Crispin Pemberton-Pigott, vesto@newdawn.sz o VESTO, P.O. Box 85274 Emmarentia, Republica de
Sudafrica 2029.
El Dr. Tom Reed ha consagrado decadas a la experimentation con la combustion de madera. Sus estufas con
ventilador son excelentes invenciones. Es posible ponerse en contacto con el Dr. Reed mediante Biomass
Energy Foundation Press, o tombreed@comcast.net.
PRINCIPIO UNO:
En la inedida de lo posible, es necesario aislar
alrededor del fuego con materiales livianos y
resistentes al calor. Si es posible, no use materiales
pesados como la arcilla y la arena. El aislante debe
ser liviano y lleno de cavidades pequenas de aire.
Los ejemplos de materiales naturales con
propiedades aislantes incluyen la piedra pomez, la
vermiculita, la perlita y la ceniza de madera. Los
ladrillos refractarios livianos (ladrillos horneados y
resistentes a las quebraduras en temperatura altas)
pueden fabricarse con los materiales disponibles en
la region.
Un aislante alrededor del fuego lo mantiene
caliente, lo cual ayuda a reducir el humo y las
emisiones daninas. Incluso, un aislante alrededor
del fuego asegura que el calor del fuego llegue a la
olla, en vez de al cuerpo frio de la estufa.
Desafortunadamente, el metal no dura mucho
tiempo cerca de un fuego caliente. Sin embargo, es
posible encontrar baldosas ceramicas de fabrication
local que sirven como paredes duraderas en una
camara de combustion. Un aislante suelto puede
llenar el espacio alrededor de esta construction.
(Vease en el capitulo 4, la section Option 1: Baldosas,
pagina26).
Ladrillo aislante
Espacitos de aire que
demoran latransferenciadel
calor al ladrillo
Figura 7 - Aislante alrededor del fuego
12
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Diez principios de disefio
Instalar una chimenea corta y aislada directamente encima del fuego.
Una chimenea corta encima del fuego estimula una fuerte corriente de aire
y hace que el fuego queme caliente y feroz. La chimenea debe ser
aproximadamente tres veces mas alta que su diametro. El humo tocara las
llamas en la chimenea y la combustion sera completa, reduciendo las
emisiones. Las ollas o las superficies a calentar se ponen directamente
encima de esta chimenea interna. Una chimenea mas alta, tres veces mas
alta que el diametro de la abertura limpia mas humo, pero una chimenea
corta transporta gases calientes a la olla. Una chimenea demasiado alta
puede crear un exceso de corriente y el aire frio que entra puede reducir el
intercambio termico.
Figura 8 - Chimenea corta
encima del fuego
Calentar y quemar las puntas de los palos a medida que se meten al fuego. Si unicamente la madera que
se quema esta caliente, habra mucho menos humo. Intente que el resto del palo este tan frio que no pueda
estar incandescente ni hacer humo. La meta es lograr una cantidad de gas apropiada para que arda
limpiamente sin crear carbon o humo. ;E1 humo es gas que no se ha quemado! No se debe respirar. Inclusive
las combustiones de apariencia mas limpia contienen emisiones peligrosas.
Figura 9 - Combustion mas limpia
Figura 10 - Madera incandescente que hace humo
Crear temperaturas altas y
bajas segiin la cantidad de
lena que se mete al fuego.
Ajuste la cantidad de gas y el
fuego creado conforme a la
tarea prevista. (La madera se
calienta y emite gas. El gas
prende fuego y crea calor.)
Figura 11 - Fuego lento
Figura 12 - Fuego alto
13
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Diez principios de disefio
Mantener una corriente de aire buena y rapida
en todo el carburante. Justo como soplar el fuego
o el carbon puede crear calor, tener una corriente
apropiada ayudara a mantener altas temperaturas
en su estufa. Un fuego caliente es un fuego limpio.
Figura 13 - Mantener una buena corriente de aire
La falta de corriente de aire en el fuego resulta en
huino y exceso de carbon. Sin embargo,
demasiado aire enfria al fuego y no es litil.
Aberturas mas pequenas en el fuego ayudan a
reducir el exceso de aire. Mejorar la eficiencia del
intercambio termico a la olla o plancha es el factor
mas importante que reducira el uso de combustible
en una estufa de cocina. Mejorar la eficiencia de
combustion reduce la contaminacion, pero es
menos importante cuando se quiere ahorrar lefia.
Figura 14 - Equilibrar la corriente de aire en una
estufa de varias ollas
La abertura al fuego, el tamano de los espacios
dentro de la estufa por donde pasan los gases
calientes y la chimenea externa deben ser
aproximadamente del mismo tamano. Esto se
llama mantener una superficie transversal
consistente y ayuda a mantener una corriente
pareja en la estufa. Una buena corriente no solo
mantiene el calor del fuego, sino que tambien es
esencial para que el aire caliente creado por el fuego
pueda transferir efectivamente su calor a la olla. El
aire no carga mucha energia por lo cual tiene que
pasar mucho aire por la estufa si se debe calentar
comida o agua.
El tamano de las aberturas es mayor en las estufas
que queman mas lena y crean mas calor. Como
regla general, una puerta orientada al fuego con
una abertura cuadrada de 12cm por lado con
chimenea y tiineles del mismo tamano al interior
de la estufa producira un fuego adecuado para la
cocina de la familia. Las estufas comerciales
necesitan mayores aberturas, tuneles y chimeneas
porque los fuegos mas grandes requieren mas aire.
Para mas informacion, consulte el capitulo Disenar
estufas con Baldwin y Winiarski en la pagina 17.
Figura 15 - Mantener constante el area transversal
/2
fes
8
10
14
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Diez principios de disefio
PRINCIPIO OCHO:
Usar una reja debajo del fuego. No ponga los
palos en el piso de una camara de combustion.
Tiene que pasar aire por debajo de los palos que
queman, por el carbon y dentro del fuego. Un
estante en la abertura de la estufa tambien levanta a
los palos para que el aire pueda pasar por debajo de
ellos. Cuando se queman palos, es mejor tenerlos
juntos y pianos en el estante, con un espacio de aire
entre cada palo. Los palos ardientes mantienen el
calor del fuego y cada fuego refuerza al otro para
que se quemen completamente. Lo ideal es que el
aire pase por debajo del estante y por los carbones
para que cuando llegue al fuego, ya este
precalentado para que los gases se quemen
totalmente. El aire que pasa por encima de los
palos no es tan litil ya que es mas fresco y enfria al
fuego. Un fuego ardiente y caliente es un fuego
limpio, mientras que un fuego frio puede ser
bastante sucio.
Rejilla
para lefia
Figura 16 - Uso de una rejilla debajo del fuego
PRINCIPIO NUEVE:
Aislar la trayectoria del aire caliente. Las cocineras
suelen preferir estufas que hierven agua
rapidamente. Esto puede ser especialmente
importante en la manana cuando miembros de la
familia tienen que ir a trabajar. Si el calor pasa al
cuerpo de la estufa, la olla se calienta lentamente.
^Para que calentar 50 6 100 kilos de estufa cada
manana cuando lo que se quiere es calentar un kilo
de comida o un litro de agua? Los materiales
aislantes en una estufa mantienen calientes los gases
de combustion para que calienten mejor la olla o la
plancha. Los materiales aislantes estan llenos de
orificios de aire y son extremadamente livianos. La
arcilla, la arena u otros materiales densos no son
aislantes. Los materiales densos absorben el calor y
lo desvian de la comida.
PRINCIPIO DIEZ:
Aumentar el intercambio termico la olla con
espacios adecuados. Transmitir calor a una olla o a
una plancha es mas facil con canales pequenos. Los
gases calientes de combustion estan forzados por
estos canales estrechos, donde rozan la olla o la
plancha. Si los canales son muy grandes, los gases
pasan por el centre y no transfieren su calor a la
superficie apropiada. Si los espacios son demasiado
angostos, la corriente disminuye enfriando el
fuego, aumentando las emisiones e impidiendo que
pase el calor a la olla.
Cuando se disena una estufa, es posible reducir el
espacio en el canal al lado de la olla o plancha hasta
que el fuego "flojee". Probando y errando, abra el
espacio poco a poco hasta que el fuego se mantenga
caliente y vigoroso.
15
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Diez principios de disefio
Los dos facto res mas importantes para aumentar el
calor que pasa a una olla o plancha son: 1) mantener
la mas alta temperatura posible de los gases de
combustion que tocan la olla o la plancha; y 2)
forzar los gases calientes a rozar la superficie con
rapidez y no lentamente. El aire no conserva mucho
calor. Los gases de combustion mas veloces que
rozan la olla o la plancha podran transmitir mucho
mas calor que el aire frio y lento.
Es posible calcular el tamano del canal al
mantener constante la superficie transversal del
interior de la estufa. Cuando se usa una chimenea
externa con mayor corriente, es posible reducir los
espacios de los canales. Para mayor informacion
sobre estos espacios, se ruega consulte el siguiente
capitulo.
Figure 17 - Un canal de tamano
apropiado optimiza el intercambio
termico con la olla
Figure 18 - Un canal demasiado ancho
reducira el intercambio termico con la olla
16
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Disefiar estufas con Baldwin y Winiarski
Capftulo 3
Disenar estufas con Baldwin y Winiarski
Forzar que los gases de combustion pasen por la
superficie de una olla o plancha por un canal
angosto es una estrategia de diseno popularizada por
el Dr. Samuel Baldwin y el Dr. Larry Winiarski. En
1982, el Dr. Winiarski creo una falda para ollas, un
cilindro de metal delgado que rodea la olla,
formando un canal estrecho y mejorando la
eficiencia del intercambio termico. El Dr. Baldwin
estudio estufas en Africa y en 1987 escribio su libro
Biomass Stoves: Engineering Design, Development,
and Dissemination (1987) (Estufas de biocarburantes:
ingenieria del diseno, desarrollo y distribution) en el
que se enfatiza la importancia de estos canales
angostos para transmitir mas calor a la olla.
En general, hay tres maneras de aumentar el
intercambio termico por conveccion:
*• Los gases de combustion que rozan la superficie
por calentar deben ser lo mas calientes posibles.
*• La superficie del intercambiador de calor debe ser
lo mas grande posible.
*• La velocidad de los gases de combustion calientes
debe incrementarse lo mas rapido posible. Una
corriente rapida al exterior de la olla altera la capa
de aire frio estacionario y evitar que se caliente
eficientemente.
Los canales angostos formados cerca de la olla por
una falda aislada (ver la figura 19) pueden ayudar a
optimizar los tres principios de manera simple y
economica. Aunque un espacio estrecho puede
aumentar la eficiencia del intercambio termico,
Canal angosto
Falda
Figura 19 - El canal angosto cerca de la olla
aumenta el intercambio termico por
conveccion
tambien puede reducir el flujo de aire que pasa por la
estufa. Por lo tanto, el tamano del espacio debe
corresponder al poder del fuego. Mientras mas lena
se quema por minuto, mas aire requieren la
combustion y la corriente que evita la difusion del
humo en el hogar. Si el espacio es muy estrecho, el
fuego quemara bien a fuego lento aunque le faltara
aire a fuego alto. Por otra parte, un canal grande
permite un fuego grande, aunque se desperdiciara
calor debido al intercambio termico escaso.
Estrategias de diseho
Los dos disenadores de estufas enfocan de manera
diferente el problema del tamano del canal.
Winiarski, en Rocket Stove Design Principles
(Principios del diseno de estufas Rocket) (1997),
recomienda que los tecnicos empiecen a disenar
estufas manteniendo un area transversal constante en
toda la estufa. Establece el area en la abertura del
fuego, o cargador de combustible, y crea a
continuation los espacios apropiados alrededor de las
ollas, conforme a la necesidad de mantener el area
constante en todo momento. El metodo de Baldwin
requiere que el disenador seleccione el maximo de
poder alto para la estufa. Segun el nivel de poder fijo
seleccionado, se calcula el tamano del canal. En un
caso, Winiarski elige el tamano de la entrada de lefia
primero mientras Baldwin usa el poder de la estufa
como punto de inicio. Los espacios en la estufa son
determinados por una de estas dos opciones
principales.
Figura 20 - Los gases calientes de combustion
son forzados por la superficie de las ollas en un
canal angosto
17
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Disefiar estufas con Baldwin y Winiarski
Metodo de Winiarski
Los siguientes diagramas y cuadros (veanse las
paginas 19 y 20) muestran como el tamano de los
canales cerca de la olla o plancha cambia a medida
que se agranda la entrada de la lena. El Dr.
Winiarski aconseja que una abertura de 12cm por
12cm suele bastar para una estufa de una familia.
Las aberturas mas grandes que permiten el uso de
mas lena producen un fuego mas alto y requieren
espacios y canales mas grandes.
Establecer una misma area transversal dentro de
una estufa asegura que habra suficiente corriente de
aire para mantener una buena combustion
mientras se crean canales que mejoran la eficiencia
del intercambio termico. Esto significa que la
abertura a la camara de combustion, la camara de
combustion, el espacio debajo de la olla o plancha y
la chimenea son del mismo tamano (cantidad
constante en centimetres cuadrados) aunque sus
formas scan diferentes. Winiarski aconseja a los
disenadores de estufas que construyan prototipos
que mantengan un area transversal constante para
optimizar el flujo de aire que pasa por la estufa.
Reducir la velocidad de la corriente de aire
perjudica tanto a la combustion como a la
eficiencia del intercambio termico con la olla.
Olla
Tapa
Falda de
la olla
Chimenea
corta aislada
encima del
fuego
Entrada del
combustible
Parte
superior de
la estufa
Pared
de la
estufa
Figura 21 - Una estufa tipica de Winiarski
(Utilice este diagrama junto con los cdlculos en las pdginas 19 a 25 para
determinar el tamano apropiado del canal)
18
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con lefia Disefiar estufas con Baldwin y Winiarski
AREA TRANSVERSAL PARA CAMARAS DE COMBUSTION CUADRADAS
Utilice estos cuadros para crear estufas con un Area transversal constante
Cuadro 1
Camara de combustion cuadrada de 12 cm
Tamano de la olla (cm) 20
ESPACIO A (cm) 3
ESPACIOB(cm) 2,5
ESPACIO C (cm) 2,3
ESPACIO D (cm) 2,1
Camara de combustion cuadrada de 14 cm
Tamano de la olla (cm) 20
ESPACIO A (cm) 3,5
ESPACIOB(cm) 3,1
ESPACIO C (cm) 3,1
ESPACIO D (cm) 2,7
Camara de combustion cuadrada de 16 cm
Tamano de la olla (cm) 20
ESPACIO A (cm) NA
ESPACIOB(cm) NA
ESPACIO C (cm) NA
ESPACIO D (cm) NA
Camara de combustion cuadrada de 18 cm
Tamano de la olla (cm) 20
ESPACIO A (cm) NA
ESPACIO B (cm) NA
ESPACIO C (cm) NA
ESPACIO D (cm) NA
Camara de combustion cuadrada de 20 cm
Tamano de la olla (cm) 20
ESPACIO A (cm) NA
ESPACIOB(cm) NA
ESPACIO C (cm) NA
ESPACIO D (cm) NA
X 12 cm
30
3
2,5
1,5
1,5
X 14cm
30
3,5
3,1
2,1
2
X 16cm
30
4
3,7
2,7
2,5
X 18cm
30
4.5
4.3
3.4
3.1
X 20cm
30
5
4,9
4,2
3,7
40
3
2,5
1,1
1,1
40
3,5
3,1
1,6
1,5
40
4
3,7
2
1,9
40
4.5
4.3
2.6
2.4
40
5
4,9
3,2
3
50
3
2,5
0,9
0,9
50
3,5
3,1
1,2
1,2
50
4
3,7
1,6
1,6
50
4.5
4.3
2.1
2
50
5
4,9
2,5
2,4
19
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con lefia Disefiar estufas con Baldwin y Winiarski
AREA TRANSVERSAL PARA CAMARAS DE COMBUSTION CIRCULARES
Cuadro 2
Camara de combustion de diametro de 12 cm
Tamano de la olla (cm)
ESPACIO A (cm)
ESPACIO B (cm)
ESPACIO C (cm)
ESPACIO D (cm)
Camara de combustion de
Tamano de la olla (cm)
ESPACIO A (cm)
ESPACIO B (cm)
ESPACIO C (cm)
ESPACIO D (cm)
Camara de combustion de
Tamano de la olla (cm)
ESPACIO A (cm)
ESPACIO B (cm)
ESPACIO C (cm)
ESPACIO D (cm)
Camara de combustion de
Tamano de la olla (cm)
ESPACIO A (cm)
ESPACIO B (cm)
ESPACIO C (cm)
ESPACIO D (cm)
Camara de combustion de
Tamano de la olla (cm)
ESPACIO A (cm)
ESPACIO B (cm)
ESPACIO C (cm)
ESPACIO D (cm)
20
3
2
1,8
1,6
diametro de 14 cm
20
3,5
2,4
2,4
2,2
diametro de 16 cm
20
NA
MA
NA
NA
diametro de 18 cm
20
NA
NA
NA
NA
diametro de 20 cm
20
NA
NA
NA
NA
30
3
2
1,2
1,2
30
3,5
2,4
1,6
1,5
30
4
2,9
2,1
2
30
4,5
3,4
2,7
2,5
30
5
3,8
3,3
3
40
3
2
0,9
0,9
40
3,5
2,4
1,2
1,2
40
4
2,9
1,6
1,5
40
4,5
3,4
2
1,9
40
5
3,8
2,5
2,4
50
3
2
0,7
0,7
50
3,5
2,4
0,9
0,9
50
4
2,9
1,3
1,3
50
4,5
3,4
1,6
1,6
50
5
3,8
2
1,9
20
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con lefia Disefiar estufas con Baldwin y Winiarski
Baldwin: el poder del fuego determina el tamaho del canal
Como lo indica el siguiente cuadro, los metodos de Baldwin y Winiarski parecen crear espacios similares en
tamano. Estos valores son derivados de cuadros encontrados en Biomass Stoves, que resume los descubrimientos
de Baldwin. El cuadro es una aproximacion cuyo objeto es servir de guia para la relation entre el poder del
fuego, la cantidad de lena usada por hora, el largo y el ancho del canal y la eficiencia de la estufa.
Cuadro 3 - Tamanos de los espacios sugeridos por Baldwin
Madera quemada
por hora (kg)
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
Espacio entre olla
y falda (mm)
8
10
11
12
13
14
Largo de canal (cm)
20
20
20
20
20
20
Eficiencia termica
de la estufa (%)
40
35
30
28
26
25
Poder del
fuego (kW)
2,8
4,1
5,5
6,9
8,3
9,6
Una estufa tipica disenada por Winiarski con una camara de combustion cuadrada de 12cm x 12cm quema
lena a una velocidad de 1,5 kg/hora cuando quema a alto poder. En su programa informatico, Baldwin usa
una olla de 30 cm de diametro como "tamano familiar." Considerando este tamano de olla, el espacio
debajo del perimetro de la olla usando el metodo de Winiarski se calcularia al dividir el area (A = 12cm x
12cm = 144 cm2 para una camara cuadrada) por el perimetro de la olla (P = pi (d), la circunferencia, o 3,14
x 30 = 94 cm). El espacio que resulta es 144cm/ 94cm = 1,5cm (15mm). Al seguir el cuadro de Baldwin,
vemos que una estufa quemando lena a una velocidad de 1,5 kg/hora ocuparia un espacio de 13mm para
lograr su maxima eficiencia, una diferencia de 2mm del modelo de Winiarski.
21
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con lefia Disefiar estufas con Baldwin y Winiarski
Calculos
Para utilizar los metodos de Winiarski en mantener un area constante debajo de la olla, es necesario calcular
la altura correcta del espacio debajo de la olla. Esta altura variara a medida que uno se desplaza del centre de
la camara de combustion hacia la orilla externa de la olla. Para lograr este calculo, calcule el espacio necesario
al borde la camara de combustion y al borde de la olla. Aunque parezcan complicados, estos calculos son
realmente sencillos. Hay 5 pasos para lograr este calculo:
1. Calcule la superficie de la camara de combustion que se mantendra por toda la estufa. Si la camara es
cilmdrica, el area se calcula usando la formula:
A = n • r2
c c
...donde AC es el area, n = 3,14y (r) es el radio, equivalente a mitad del diametro del circulo. Si la
camara es cuadrada o rectangular, el area se calcula usando la formula:
Ac = I • w
...donde /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. Para
determinar el espacio necesario al borde de la camara de combustion, primero determine la
circunferencia del area por la cual pasaran los gases calientes. Para obtener este calculo, mida desde el
centre de la salida de la camara de combustion hasta la orilla mas lejana, r. En una camara de
combustion circular, esto sera el radio. En una camara de combustion cuadrada, la distancia
necesaria se mide desde el centre de la salida de la camara a una de las esquinas. Determine la
circunferencia asociada con esta distancia. La formula es:
C =2 • K• r
c c
Para una camara de combustion rectangular, la circunferencia es igual al perimetro del rectangulo, 6
C =2./+2.«;
3. Luego, divida el area transversal^, del circulo, tal como se determine en el paso 1, por C, tal como
se determine en el paso 2. Esto es:
G =A/C
c c
...donde Gc es el espacio necesario entre el fondo de la olla y el borde superior de la camara de
combustion.
4. Ahora determine el espacio Optimo al borde de la olla. Mida la circunferencia, G de la olla. Esto es la
distancia que mide todo el cuerpo externo de la olla. La circunferencia puede medirse de dos
maneras. La mas facil es rodear la olla con un trozo de hilo y luego medir el hilo. Otro metodo
consiste en determinar la circunferencia usando el radio de la olla, r.
C =2 • n• r
p <•
22
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con lefia Disefiar estufas con Baldwin y Winiarski
5. En forma similar al paso 3, divida el area transversal ^4,, tal como se determine en el paso 1, por C,
tal como se determine en el paso 4, para calcular el espacio necesario al horde de la olla, G. Esta
formula es:
Gf-A/Cf
Tal como se nota arriba, el area debajo de la olla debe reducirse lentamente mientras viaja desde la orilla
de la camara de combustion hasta el borde de la olla. Los lectores meticulosos notaran que esta reduccion del
espacio no es linear. Sin embargo, utilizar las reglas presentadas aqui para lograr una aproximacion cercana
sera la mejor manera de lograr esto. Segun sus calculos, aproxime la distancia del espacio desde la orilla de la
camara de combustion a la orilla de la olla de una manera linear.
Tras crear el prototipo con un area transversal constante, se tendra que afinar la estufa al reducir el
espacio del canal mientras tenga el fuego en alto poder. Reduzca el espacio lo mas posible mientras permita
suficiente corriente de aire para lograr una combustion limpia. Es buena practica recordar que las estufas se
operaran a menudo a muy alta potencia; por lo tanto, un disenador esmerado no apretara los espacios mas
de lo que aguanta un fuego de alto poder. Ampliar la distancia mas alia del espacio teoricamente ideal
tambien provee algo de proteccion contra las obstrucciones de productos de combustion incompleta.
Ejemplo 1
Considere el caso de una estufa con una camara de combustion cilmdrica, con 12cm de diametro y con una
olla de 30cm de diametro.
El primer paso es calcular el area transversal de la camara de combustion. Usando el radio, esto es:
Ac=n.62 = K- 36= 113,1cm2
Luego, calcule el espacio necesario entre el centre de la olla y el borde mas cercano de la camara de
combustion. Primero buscamos la circunferencia del area por la cual pasaran los gases. Este calculo es:
Cc = 2-K'6 = K-l2 = 37,7cm
De este calculo podra encontrar el espacio necesario entre la olla y la salida de la camara de combustion,
siendo:
G = 113,1/37,7 = 3,0cm
Si este espacio fuese de solo dos centimetros de altura, el area transversal medida como Espacio A seria
solamente de 75,4cm2, reduciendo la corriente de aire y aumentando la produccion de humo. Si el tamano
de Espacio A fuese de cinco centimetros, el area transversal seria de 188,5cm2. Esta area es tan grande que
aunque se mantenga el flujo, disminuye la velocidad de los gases y estos no se rozan contra el fondo de la
olla, lo cual impide la provision de energia a la olla.
Al borde de la olla, la circunferencia por la que tendran que pasar los gases calientes es:
C = 2 • TT • 15 = TT • 30 = 94,3cm
El espacio necesario debajo de la orilla de la olla es:
Gp= 113/94,3 = 1,2cm
23
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha Disenar estufas con Baldwin y Winiarski
Es importante tener en mente que estos numeros son aproximaciones y que el espacio se debe afinar en el
campo usando el mas alto fuego en la estufa. En adicion, necesitaremos reducir gradualmente el espacio de
3,0cm al horde de la camara de combustion a 1,2cm al horde de la olla.
Ejemplo 2
En muchos casos es menos costoso construir camaras de combustion cuadradas o rectangulares. Considere
el caso de una camara de combustion rectangular de 10cm x 12cm con una olla de diametro de 30cm.
El primer paso es calcular el area transversal de la camara. Esto es:
A = 12 • 10 = 120cm2
c
A continuation, calculamos el espacio necesario entre la olla y la salida de la camara de combustion. Primero
determinamos la circunferencia del area por cual circularan los gases calientes. Esto es igual al perimetro del
rectangulo, 6:
C = 2.1 + 2.w = 2.12 + 2.10 = 44,0cm
Con este calculo, podemos encontrar el espacio necesario entre la olla y la salida de la camara de
combustion:
G = 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:
C = 2 • n • 15 = n • 30 = 94,3cm
El espacio necesario debajo de la orilla de la olla es:
Gf = 120/94,3 = 1,3cm
De nuevo hay que tener en mente que esta es una aproximacion y que el espacio tendra que ser afinado en el
campo usando el mas alto fuego en la estufa. En adicion, debemos reducir gradualmente el espacio desde
2,7cm al borde de la camara de combustion hasta 1,3cm al borde de la olla.
Ejemplo 3
Otra aplicacion de la regla de area transversal constante consiste en determinar el espacio necesario entre la
olla y una falda aislada para la olla. Una falda aislada es una lamina de metal fina aislada al exterior, que
rodea la olla, obligando los gases calientes a circular por los lados de la olla. Considere la estufa con la camara
de combustion cilindrica con un diametro de 12cm y una olla de 30cm, tal como se examine en el ejemplo
1.
Para calcular el espacio entre la olla y la falda a lo largo de sus paredes verticales, es decir el espacio D de la
figura en la pagina 18), empiece con el area de camara de coccion que muestra el ejemplo 1:
Ac=n.62 = K- 36= 113cm2
24
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con lefia Disefiar estufas con Baldwin y Winiarski
Divida esto por la circunferencia alrededor de la olla:
Cp = 2 • K • 15 = n • 30 = 94,3cm
El espacio necesario es, entonces:
GfaUa = Ac/CP = 113,1/94,3 = 1,2cm
Note que este es el mismo espacio entre el horde de la olla y la superficie de la estufa. Siempre recuerde que
este numero es una aproximacion, pero una aproximacion muy buena. Tambien recuerde que esto es
unicamente un punto de inicio y que el espacio siempre debe ser afinado en el campo, con la estufa prendida
a todo poder.
Conclusiones
Los metodos de ambos Winiarski y Baldwin resultan en soluciones funcionales que parecen estar
estrechamente vinculadas. La creacion de canales pequenos que aumentan la eficiencia del intercambio
termico es una estrategia cornun empleada por ingenieros para optimizar el intercambio termico. La
aplicacion de esta tecnica a las estufas de cocina ha logrado mejorar la eficiencia de la combustion. Hasta un
fuego abierto es a menudo 90% eficiente en transformar lena a calor. Pero solo un pequeno porcentaje, de
10% a 40% del calor producido llega a la olla. Mejorar la eficiencia de combustion tiene pocos efectos
apreciables en la eficiencia total del sistema de coccion; es decir, el consumo reducido de lefia. Por otro lado,
mejorar la eficiencia en el intercambio termico con la olla puede hacer una grande diferencia, ahorrando
cantidades significantes de lena.
Las estufas deben usar espacios que son suficientemente grandes para soportar la corriente de aire mientras
queman a todo poder. Mucho menos poder es necesario para mantener hirviendo a la comida. No obstante,
sufre la eficiencia del intercambio termico en esta situacion porque los canales son demasiado grandes
cuando baja la velocidad de la corriente. Por esta razon, sin espacios ajustables, las estufas tienden a
demostrar un mejor intercambio termico cuando son operadas a alto poder. Una falda ajustable para la olla
resuelve este problema.
Es interesante que Baldwin estuviera impresionado por las mejoras realizadas al instalar una chimenea corta
y aislada encima del fuego, caracteristica que define a la estufa Rocket de Winiarski. Al reconfigurar la
camara de combustion de esta manera, Baldwin indica un aumento en la velocidad de los gases calientes de
combustion debido a la altura de la chimenea, lo que resulta en una combustion limpia y un uso eficaz de la
lena (pagina 43, Biomass Stoves). Instalar una chimenea corta y aislada encima del fuego parece ayudar a
limpiar la combustion. Obligando los gases calientes a rozar la olla o plancha mediante espacios estrechos
puede aumentar la eficiencia del intercambio termico sin aumentar seriamente las emisiones daninas.
25
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Opciones para camaras de combustion
Capftulo 4
Opciones para camaras de combustion*
Varias pruebas de la estufa de arena y arcilla
"Lorena", iniciadas en 1983, mostraron que el
hecho de poner materiales con alta masa termica
cerca de un fuego puede tener un efecto negative
en la receptividad, la eficiencia del carburante y las
emisiones de la estufa, ya que estos materiales
absorben el calor del fuego. Ejemplos de materiales
de alta masa termica son el barro, la arena y la
arcilla. Cuando se construyen estufas con estos
materiales, su eficiencia (cuando se comprueba en
laboratories) puede ser peor que la de un fuego de
tres piedras.
^Que materiales se pueden usar entonces? Las
estufas que queman mas limpiamente pueden
producir temperaturas tan altas en la camara de
combustion (donde arde el fuego), que el metal,
hasta el acero inoxidable, puede destruirse. Las
camaras hechas de hierro colado, aunque mas
duraderas, son caras.
Mientras que el barro, la arena y la arcilla son de
alta masa termica, si brindan ciertos beneficios. Se
encuentran en casi todas regiones, son baratos, facil
de usar y suelen ser duraderos porque no se gastan
con el calor intense producido por un fuego. La
creatividad y la buena ingenieria permiten que un
disenador sepa utilizar estos materiales
provechosamente sin permitir que sus altas masas
termicas afecten la calidad de la estufa.
Los fabricantes de estufas han estado usando piezas
de ceramica por muchos anos. La estufa de balde
Tailandesa usa una camara de combustion
ceramica. La estufa "Jiko" de Kenya tambien usa
un estrato de ceramica para proteger el cuerpo
metalico de la estufa. Se han escrito varies libros
que describen como disenar camaras de
combustion que duraran por varies anos.** Existe
una cooperativa de mujeres en Honduras llamada
Nueva Esperanza que fabrica piezas ceramicas
refractarias y duraderas para estufas con una mezcla
de arcilla, arena, estiercol de caballo, y goma de
arbol. Estas camaras de combustion se usan en las
estufas Dona Justa y Eco Stoves (Eco Estufas) que
son populates en Centra america.
La ventaja de las camaras de combustion hechas de
ceramica en estas instancias es su longevidad.
Como veremos en el ejemplo que sigue, la clave a
la hora de minimizar las desventajas del material
ceramico consiste en usar la menor cantidad
posible sin comprometer su fuerza y al rodearlo
con un material aislante.
Opcion #1: baldosas
Don O'Neal, de Helps International, y el Dr.
Winiarski localizaron un material alternative en
Guatemala conocido como baldosas. Estas baldosas
son de 2,5cm de grueso y pueden cortarse o
ensamblarse conforme a la configuration de la
camara de combustion. Un aislante suelto llena el
espacio entre la camara de combustion y el interior
del cuerpo de la estufa. La ceniza de madera, la
Figura 22 - Baldosa ceramica
*Publicad.o origlnalmente 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 cerdmica de Kenya: una guia para fabricantes de estufas]
HughAllen, 1991)
26
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Opciones para camaras de combustion
piedra pomez, la vermiculita, la perlita son todos
buenas fuentes de aislantes sueltos resistentes al
calor natural.
La baldosa es barata y ha durado cuatro afios en las
estufas con aislamiento de HELPS y "Trees, Water
and People" en Centroamerica.
La prueba de la baldosa consiste en meterla en un
fuego hasta que este al rojo vivo. Luego se saca y se
mete rapidamente a un balde lleno de agua. Si la
baldosa no se fractura, es probable que dure en la
camara de combustion. Las baldosas suelen
fabricarse con arcilla roja y secarse al horno bajo
900° - 1000° centigrados. Son mas o menos
porosas y emiten un sonido agudo cuando se
golpean con un nudillo. El uso de baldosas para
construir una camara de combustion rodeada de
aislante suelto es otra opcion en materiales para el
disenador de estufas.
Opcion #2: ceramicas
aislantes
El objeto de las siguientes formulas es ayudar a los
promotores de estufas a fabricar ceramicas aislantes
para usar en estufas de cocina mejoradas. Cada uno
de estos materiales incorpora arcilla que funciona
como un aglomerante. La arcilla forma una matrix
alrededor de un relleno, lo cual brinda calidades
aislantes. El relleno puede ser un material liviano e
incombustible (como la piedra pomez, la perlita o
la vermiculita) o un material organico (el carbon o
el aserrin). En este segundo caso, el material
Cuadro 4 - Ceramicas aislantes
organico se quema mientras se hornea la ceramica,
dejando espacios de aire aislantes en la matrix de
arcilla. En todos los casos, se mezclan el relleno y la
arcilla 1 con una cantidad predeterminada de agua,
esta mezcla se introduce en moldes para crear
ladrillos. Los ladrillos humedos se ponen a secar, lo
cual puede tomar varias semanas, y a continuation
se cuecen a temperaturas comunes en los hornos de
ceramica y ladrillos de Centroamerica.
Nuestras muestras de comprobacion utilizaron
arcilla de tipo "raku" obtenida en una alfareria
local. En otros paises, la mejor fuente de arcilla
seria la del tipo usado por alfareros o ladrilleros
locales. En casi todas partes, la gente ha descubierto
mezclas de arcilla y tecnicas de horneo que crean
ceramicas durables. Las ceramicas aislantes
necesitan ser livianas (baja densidad) para pro veer
funciones aislantes y de baja masa termica. A la
misma vez, tienen que ser fisicamente durables y
poder resistir fracturas y abrasiones cuando se
empuja la lena al fondo de la estufa. Estos dos
requisites existen en oposicion: anadir mas relleno
la mezcla creara un ladrillo mas liviano y mas
aislante, pero tambien sera mas debil. Anadir arcilla
suele aumentar la firmeza del ladrillo pero lo hace
mas pesado. Pensamos que un buen compromiso es
un ladrillo cuya densidad esta entre 0,8 gm/cc y
0,4 gm/cc.
Las formulas del cuadro 4 indican las proporciones,
por peso, de varies materiales. Recomendamos estas
formulas como punto de inicio para hacer
Relleno
Tipo (peso en gramos)
Aserrin
Carbon
Vermiculita
Mezcla de perlita
Mezcla de
piedra pomez
490
500
300
807
1013
Arcilla (humeda)
(peso en gramos)
900
900
900
900
480
Agua Horneados Densidad
(peso en gramos) (temp, en centfgrados) gr/cc
1300
800
740
1833
750
1050
1050
1050
1050
950
0,426
0,671
0,732
0,612
0,770
27
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Opciones para camaras de combustion
ceramicas aislantes. Las variaciones en las arcillas
locales y los rellenos probablemente requeriran
ajustes en las proporciones para obtener los
resultados ideales.
Las ceramicas aislantes usadas en estufas pasan por
ciclos repetidos de caliente y frio (ciclos termicos).
Estos ciclos pueden eventualmente producir
fracturas pequenas que pueden desmenuzar o
quebrar los materiales. Todas estas formulas parecen
durar suficientemente bien bajo ciclos termicos. La
unica prueba verdadera, sin embargo, es instalar en
una estufa y usarla durante un tiempo y en
condiciones actuates de cocinar.
Aserrin/arcilla:
En esta formulacion, el aserrin fino se obtuvo
colando un aserrin basto (de un sitio de
construction) por un tamiz No. 8 de 2,36mm. A
continuation, la arcilla se mezcla a mano con agua
hasta formar un barro denso. Despues se anade el
aserrin, y el material que resulta se pone en moldes
rectangulares. Es posible fabricar excelentes
ceramicas aislantes usando aserrin u otros
materiales finos organicos como la corteza de coco,
el estiercol de caballo o la cascara de arroz. El
problema con este metodo es obtener grandes
cantidades de materiales apropiados para una
operation comercial. Los residues de la cosecha
agricola pueden ser muy dificiles de moler lo
suficiente para poder usarlos en la fabrication de
ladrillos.
Este metodo seria apropiado en lugares donde hay
aserraderos o talleres de carpinteria en los que se
produce mucho aserrin.
Carbon/Arcilla:
En esta formulacion, el carbon crudo (no en
briquetas) se redujo a un polvo fino usando un
martillo y una trituradora. Se paso el polvo
resultante por un tamiz No. 8 (2,36mm). La arcilla
se mezclo a mano con el agua y luego se anadio el
carbon. Una mezcla acuosa resulto y se puso en los
moldes para secar. Fue necesario esperar varies dias
hasta que el material se secara suficientemente para
poder sacarlo del molde. Luego los ladrillos se
hornearon a 1050° C. El carbon se puede
encontrar en casi todos lugares y se puede usar
cuando no hay otros materiales. El carbon es
mucho mas facil de reducir en tamano que otros
materiales organicos.
La mayoria del carbon se quemara fuera de la
matriz del ladrillo. Cualquier cantidad de carbon
que permanece en el ladrillo suele ser liviano y
proveer calidades aislantes.
Los ladrillos de carbon y arcilla suelen achicarse
mas que los de otros materiales durante el secado y
el horneado. El producto final parece ser liviano y
generalmente durable, aunque pruebas completas
no se han hecho con estos materiales.
Vermiculita/arcilla
En esta formulacion, la vermiculita comercial (un
aditivo de tierra para la jardineria), que puede pasar
facilmente por un tamiz No. 8 (2,36mm), se
mezcla directamente con agua y arcilla y se
introduce en los moldes. El material se seca al aire y
sehorneaa 1050° C.
La vermiculita es un material liviano, barato e
incombustible producido por depositos naturales
de minerales en muchas partes del mundo. Se
puede usar en la fabrica de ceramicas fuertes,
livianas e aislantes con muy poco esfuerzo. Como
las particulas de vermiculita son planas de
estructura, estas son fuertes y muy resistentes al
calor.
La vermiculita parece ser uno de los mejores
materiales disponibles para la fabrication de
ceramicas aislantes.
Mezcla de perlita/arcilla
Para los mejores resultados, la perlita debe
mezclarse con otros materiales antes de que se
combine con arcilla para formar un ladrillo. Para
preparar esta mezcla, primero separe la perlita
cruda en grupos compuestos de tres tamanos:
9,5mm - 4,75mm, 4,75mm - 2,36mm y 2,36mm
y mas finos. Recombine (por volumen) dos partes
del tamano mas grande, una parte del tamano
28
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Opciones para camaras de combustion
mediano, y siete partes del tamano mas pequeno
para formar la mezcla de perlita. Esta mezcla ahora
se puede combinar con arcilla y agua y formar
ladrillos, que luego se secan y hornean.
La perlita es la obsidiana, calentado hasta dilatarse y
volverse liviano. Tambien se usa como aditivo a la
tierra en la jardineria y como material aislante. Los
depositos minerales de perlita ocurren en muchos
paises del mundo, pero el producto dilatado y
liviano solo se encuentra en paises que tienen
fabricas comerciales de dilatacion artificial. Cuando
se halla disponible, la perlita suele ser barata y
abundante.
Los ladrillos de perlita y arcilla son uno de los
materiales mas liviano s y utiles de ceramica que
hemos producido hasta la fecha.
Piedra pomez/arcilia:
La piedra pomez, como la perlita, produce los
mejores resultados cuando se mezcla en forma
gradual. Se debe tratar de obtener la piedra pomez
mas liviana posible para la mezcla. La arena
volcanica, que se suele encontrar con la piedra
pomez, puede ser pesada y no servir para las
ceramicas aislantes. Puede que sea necesario moler
piedras mas grandes para obtener los tamanos
pequenos necesarios. La mezcla se prepara al
separar la piedra pomez en tres tamanos: 12,5mm
- 4,75mm, 4,75mm -2,36mm, y 2,36 mm y mas
fmos. En este caso, los componentes se recombinan
(por volumen) en una proporcion de dos partes de
las particulas grandes, una parte de las medianos y
cuatro partes de las mas pequenos. La arcilla se
combina con el agua y se mezcla hasta formar un
barro acuoso. La mezcla pomez se anade despues y
el material que resulta se introduce en los moldes.
Es posible que se deba aplicar bastante presion para
eliminar el aire y producir un ladrillo solido. Se
puede quitar el molde inmediatamente y dejar que
seque el ladrillo durante varies dias antes del
horneado.
La piedra pomez se encuentra en muchas partes del
mundo y es barata y abundante. Debe prestarse
atencion a la calidad de la piedra lo cual puede ser
un problema en muchos lugares. Es muy facil que
un ladrillo liviano y aislante se convierta en uno
pesado de alta masa termica si no se presta atencion
a los detalles del proceso. La piedra pomez (asi
como la perlita) es sensible al calor alto (mas de
1100° C). Hornearla mucho puede causar que las
particulas se contraigan y se vuelvan rojas,
resultando en un producto inferior. A pesar de
estos temores, la piedra pomez es una buena forma
de suministrar cantidades altas de ceramicas
aislantes en muchos lugares del mundo.
Hay muchas formulas viables para fabricar camaras
de combustion refractarias y livianas. Un aislante
alrededor del fuego permite hervir agua mas
rapidamente, prender la estufa con mayor facilidad
y ahorrar lefia. Es necesario crear temperaturas altas
en la camara de combustion afin de eliminar las
emisiones peligrosas. Lastimosamente estas
temperaturas altas degradan rapidamente a los
metales, incluyendo el acero inoxidable. Las
ceramicas refractarias proveen un material que es
duradero y que no reduce las temperaturas de
combustion a diferencia de los materiales de alta
masa termica.
29
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Prueba en el campo de ebullicion de agua
Capftulo 5
Prueba en el campo de ebullicion de agua
Esta prueba brinda al disenador de estufas datos
fiables sobre el comportamiento de diferentes
modelos de estufas de lena. La prueba consiste en
tres fases que determinan la capacidad de la estufa
en: 1) hervir agua desde un punto de inicio frio; 2)
hervir agua cuando la estufa esta caliente; y 3)
mantener el agua caliente a fuego lento. Esta
prueba sirve para evaluar una serie de estufas a
medida que se elaboran. La prueba no sirve para
comparar estufas de diferentes zonas porque las
ollas y la madera diferentes utilizadas influyen los
resultados.
La prueba es una version simplificada de la revision
de la Universidad de California en Berkeley (UCB
por sus siglas en ingles) y de la Fundacion Shell de
la Prueba de Ebullicion de Agua de Norma
Internacional de VITA de 1985. La madera usada
para hervir y calentar a fuego lento, y el tiempo
necesario para hervir se determinan por sustraccion
sencilla. Todos los calculos pueden hacerse a mano
en el campo.
Utilizando una olla cornun y corriente, y tomando
en cuenta la cantidad de humedad en la madera, la
cantidad de vapor generado y otros factores, la
prueba completa de ebullicion de agua de la UCB y
la Fundacion Shell permite comparar estufas de
diferentes lugares.
Antes de iniciar las pruebas...
1. Reiina por lo menos 30kg de combustible
secado al aire para tener suficiente
combustible para realizar tres pruebas en cada
estufa. Es posible que las estufas grandes de
ollas multiples requieran mas combustible.
Use madera del mismo nivel de secado y de
tamano similar. No use madera verde.
2. Ponga 5 litres de agua en la olla de pruebas y
calientelos hasta hervir con fuerza. Asegurese
que el fuego este muy alto y que el agua este
hirviendo con ardor. Use un termometro digital,
precise a una decima de grado, para medir la
temperatura de ebullicion local. Meta al
termometro al centre de la olla, 5cm mas arriba
del fondo de la olla. Anote la temperatura del
punto de ebullicion del agua en la hoja de datos
(ver pagina 34).
3. Realice las pruebas en un lugar completamente
protegido del viento.
4. Apunte todos los resultados en la hoja de datos.
Equipo para la prueba en el campo
de ebullicion de agua:
• Balanza de por lo menos 6kg de capacidad
y que mida a 1g de precision
• Almohadilla resistente al calor para
proteger la balanza
• Termometro digital, precise a un decimo
de un grado, con sondas termoconectoras
sumergibles
• Temporizador
• Ollas de prueba
• Instrumento de madera para sujetar la
sonda de termometro en el agua
• Pequena pala o espatula para remover el
carbon de la estufa
• Pinzas para manipular el carbon
• Otra pala para transferir el carbon
• Bandeja de metal para contener el carbon
mientras se pesa
• Guantes resistentes al calor
• Tres bultos de madera secada al aire. Uno,
usada para cocinar a fuego lento, de 5
kilos. Los otros dos, para hervir de inicio
frio o caliente, de unos 2 kilos cada uno.
30
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Prueba en el campo de ebullicion de agua
Inicio de la prueba
a. Apunte la temperatura del aire.
b. Apunte el peso de una olla de uso cornun sin la
tapa. Si se usa mas de una olla, apunte el peso de
cada una. Si los pesos son diferentes, asegurese
de no confundirse de olla durante la prueba. No
utilice tapas de ollas para esta fase, o cualquier
otra fase de esta prueba.
c. Apunte el peso del envase del carbon.
d. Prepare dos bultos de madera de unos 2 kilos
cada uno para las pruebas de inicio frio y
caliente. Prepare un bulto de combustible de
madera de unos 5 kilos, para uso la prueba de
coccion a fuego lento. Use palos de madera de
tamano similar para todas las pruebas. Apunte
las dimensiones aproximadas del combustible.
Pese y apunte los pesos en los espacios
apropiados de la hoja de datos. Identifique cada
cantidad y mantengalos separados.
Fase de alto poder con inicio frio
La temperatura de la estufa debe ser ambiental.
1. Llene cada olla con 5 litres de agua fria y limpia
(-20 centigrados). Apunte el peso de la o las ollas
mas el del agua.
2. Usando los instrumentos de madera, ponga una
sonda de termometro en cada olla para que la
temperatura se pueda medir en el centre, a 5cm
del fondo de la olla. Asegurese de utilizar un
termometro digital. Apunte las temperaturas del
agua.
3. Apunte el peso de los materiales de inicio.
Utilice siempre la misma cantidad y el mismo
material.
4. Prenda el fuego con la madera del primer bulto
de 2 kilos.
5. Una vez que arda el fuego, empiece el
Temporizador y apunte "0". Si se esta utilizando
un reloj, apunte la hora de inicio. Hierva la
primera olla sin gastar mucho combustible.
6. Cuando el agua en la primera olla llega a su
punto de ebullicion, indicado por el
termometro digital, haga lo siguiente en cuanto
antes:
a. Apunte la duracion de tiempo que tardo la
olla principal en llegar a su punto de
ebullicion. Apunte tambien la temperatura
del agua en las otras ollas.
b. Quite toda la madera de la estufa y apague
todas las llamas. Suelte todo el carbon de las
puntas de la madera y pongalas en la bandeja
usada para pesar carbon.
c. Pese la madera no quemada de la estufa junto
con la madera restante del bulto
anteriormente pesado. Apunte el peso.
d. Pese cada olla, con su agua. Apunte el peso
e. Quite todo el carbon de la estufa, combinelo
con el carbon que sacudio de los palos y
peselo. Apunte el peso del carbon y de su
bandeja.
Esto completa la fase de alto poder con inicio frio.
Continue sin pausa a la fase de alta poder con
inicio caliente de la prueba. No deje que se enfrie la
estufa.
Fase de alto poder con inicio caliente
1. Rellene la o las ollas con 5 litres de agua fria.
Pese la o las ollas (con agua) y mida la
temperatura inicial. Apunte las dos medidas.
2. Prenda el fuego usando lena menuda y madera
del segundo bulto de 2 kilos. Apunte el peso de
cualquier combustible adicional usado para
prender el fuego.
3. Apunte la hora cuando se prendio el fuego y
caliente rapidamente la primera olla hasta su
punto de ebullicion sin gastar demasiado
combustible.
4. Apunte la hora en que la primera olla alcanza el
punto de ebullicion local. Apunte la
temperatura de todas las ollas.
31
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Prueba en el campo de ebullicion de agua
5. Una vez que se alcanza el punto de ebullicion,
haga lo siguiente en cuanto antes:
a. Quite toda la madera de la estufa y sacuda
cualquier carbon suelto depositandolo dentro
del contenedor de carbon. Pese la madera
quitada de la estufa, junto con la que sobro
del segundo bulto. Apunte los resultados.
b. Pese cada olla, con su agua, y apunte estos
datos.
6. Quite el carbon que queda en la estufa y peselo
(incluyendo el carbon que se quito de los palos).
Apunte al peso del carbon con el contenedor.
Sin pausa, siga directamente con la prueba de
coccion a fuego lento.
Prueba de coccion a fuego lento
Esta fase esta disefiada para comprobar la capacidad
de una estufa en hervir agua a fuego lento usando
lo menos lena posible. Utilice la madera del bulto
de 5 kilos para hervir el agua. A continuation,
apunte el peso de la madera que sobra, y siga
cociendo el agua lentamente por unos 45 minutos.
Solamente la olla principal se utiliza en esta
prueba.
Inicio de la prueba de poder reducido:
1. Apunte el peso de la madera que sobro del bulto
original de 5 kilos.
2. Rellene la olla con 5 litres de agua fria. Pese la
olla (con agua). Apunte el peso. Apunte la
temperatura.
3. Prenda el fuego de nuevo con la madera del
bulto pesado anteriormente. Apunte al peso de
cualquier combustible adicional usado para
prender el fuego.
4. Haga hervir la primera olla sin gastar mas
combustible de lo necesario. Justo cuando se
llega al punto de ebullicion local, haga lo
siguiente en cuanto antes y con cuidado.
5. Apunte el tiempo que tardo en hervir el agua y
su temperatura. Rapidamente pese el agua en la
olla principal y pongala de nuevo en la estufa.
Apunte el peso de la olla con el agua. Apunte el
peso de la madera que sobro del bulto original
de 5 kilos. Vuelva a poner el termometro en el
agua y prosiga con la prueba de coccion a fuego
lento reduciendo el fuego. Mantenga el agua lo
mas cerca posible de 3 centigrados bajo el
punto de ebullicion.
6. Apunte la temperatura inicial del agua.
7. Apunte el tiempo de inicio. Durante los
proximos 45 minutos, mantenga el fuego a un
nivel que conserve la temperatura del agua lo
mas cerca posible de 3 centigrade bajo el punto
de ebullicion.
8. Una vez que transcurran 45 minutos, haga lo
siguiente en cuanto antes:
a. Apunte la hora en que se termino la prueba
(debe ser 45 minutos)..
b. Apunte la temperatura del agua al fin de la
prueba.
c. Quite toda la madera de la estufa y sacuda
todo el carbon suelto de las puntas de la
madera. Pongalas en la bandeja usada para
pesar carbon. Pese la madera que queda,
incluyendo la madera no utilizada del bulto
original. Apunte el peso de la madera.
d. Pese la olla con el agua que queda. Apunte el
peso.
e. Extraiga todo el carbon que sobra de la estufa
y peselo (incluyendo al carbon que se solto de
los palos). Apunte el peso de la bandeja con
el carbon.
Esto concluye la prueba completa de ebullicion de
agua. La prueba completa debe realizarse por lo
menos tres veces con cada estufa para obtener
resultados exactos.
32
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Prueba en el campo de ebullicion de agua
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 de
mas de 3 centfgrados debajo de la temperatura de ebullicion local.
2. La prueba es invalida si la temperatura en la olla baja de mas de 6 centfgrados debajo de la
temperatura de ebullicion.
3. La persona que realiza las pruebas no debe partir la madera en pedazos mas pequenos para
reducir el poder del fuego.
ANALISIS DE LOS RESULTADOS
• Averigiie que tiempo requiere la ebullicion con
inicio frio, inicio caliente y para la fase de
ebullicion de la prueba de coccion a fuego lento.
• Calcule la cantidad de madera usada restando el
peso de la madera sobrante al final de cada fase
del peso inicial. Haga esto para las pruebas de
alto poder con inicio frio, alto poder con inicio
caliente, la fase de ebullicion de la prueba de
coccion a fuego lento y para la coccion a fuego
lento.
• Calcule el agua que se perdio con el vapor para
cada una de las cuatro fases sustrayendo el peso
restante del peso inicial del agua.
• Haga lo mismo para el carbon producido.
• Use estos numeros para evaluar el
funcionamiento de la estufa. Cambie el diseno
de la estufa para reducir el uso de madera y crear
menos carbon. El hecho de crear mucho carbon
indica que la combustion es pobre.
• Calcular la cantidad de vapor perdido es un
metodo valioso para comprobar que el
funcionamiento de la estufa es similar en todas sus
fases. Usualmente la prueba de alto poder con
inicio caliente usa mucho menos combustible y el
tiempo de ebullicion es mas rapido comparado
con la fase de alto poder con inicio frio. Si existen
serias diferencias entre los pesos apuntados, el
tiempo de ebullicion y el vapor perdido entre las
fases 2 y 3, se recomienda repetir las pruebas
prestando atencion a no variar demasiado como se
mete lena al fuego.
• El vapor perdido durante la fase de coccion a
fuego lento tambien es un buen indicador de la
capacidad de funcionamiento de una estufa
cuando se usa a bajo poder. Es dificil disefiar una
estufa que pueda hervir agua rapidamente y
cocinar bien a fuego lento sin usar una gran
cantidad de combustible. Sin embargo, como la
mayor parte del tiempo dedicado a la coccion se
hace con fuego lento, los ahorros mas grandes
de combustible pueden residir en una estufa que
funcione eficazmente durante este tiempo.
Grandes cantidades de vapor durante la coccion
a fuego lento es serial de que la estufa tiene
problemas en pasar del alto poder requerido
para hervir agua rapidamente al bajo poder
requerido para la coccion eficaz a fuego lento.
Trate de cambiar el diseno para que la estufa
pueda cocinar a fuego lento sin dificultad a la
par de satisfacer a los que cocinan y desean una
ebullicion rapida.
Tenga en mente que los resultados de esta prueba
no sirven para comparar estufas comprobadas en
otros lugares. La prueba completa de UCB/Shell
debe ser usada para dichos propositos.
Para mas informacion, visite nuestra pagina Web
en www.aprovecho.net o contactenos en:
Aprovecho Research Center
80574 Hazelton Rd.
Cottage Grove, OR 97424
(541)942-8198
33
-------
Hoja de datos
Fecha | |
punto de ebullition local |
temperatura del aire |
dimensiones de la madera |
peso olla 1 |
peso olla 2 |
peso del contenedor de carbon |Y
BULTO 1 - 2kilos Alto poder con
inicio frio
inicio fin
tiempo | A |B
peso madera |#Q IH
Temp agua olla 1 | |
Temp agua olla 2 | |
peso olla 1 mas agua |N |0
peso olla 2 mas agua | |
peso materiales usados | |
para prender fuego
2 -2k
Prueba Numero |
_l
Estufa | |
Notas: DATOS DE LA PRUEBA EN ELCAMPO DE EBULLICI6N
DE AGUA Y HOJA DE CALCULOS
Deben rellenarse todos los espacios
Resultados del DOS y el TRES deben ser similares.
Las estufas mejores usan menos madera y producen menos carbon.
Los que cocinan suelen apreciar una ebullition rapida
Alto poder con 3 -
inicio caliente
inicio fin
c ID I
#i U I
I I
I I
P IQ I
I I
I
5k Hervir
inicio
IE
I#K
I
IR
I
4 Cocinar
lento 45
fin inicio
IF I I
IL I
I I I
Is I
I
a fuego
minutos
fin
I
lM
I
IT
Peso carbon y contenedor
[u
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha Hoja de calculos
Hoja de calculos
Tiempo de ebullicion:
= B - A = Tiempo que requiere la ebullicion en la fase de alto poder con inicio frio
= D - C = Tiempo que requiere la ebullicion en la fase de bajo poder con inicio caliente
= F - E = Tiempo que requiere la ebullicion en la fase de ebullicion de la coccion a fuego
lento
Uso de madera:
= G - H = Uso de madera para la fase de alto poder con inicio frio
= I - J = Uso de madera para la fase de bajo poder con inicio caliente
= K - L = Uso de madera para la fase de ebullicion de la coccion a fuego lento
= L - M = Uso de madera para la fase de coccion a fuego lento
Agua convertida a vapor:
= N - O = Agua perdida al vapor durante la fase de alto poder con inicio frio
= 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 ebullicion de la coccion a fuego lento
= S - T = Agua perdida al vapor durante la fase de coccion a fuego lento
Carbon creado:
= U - Y = Carbon creado en la fase de alto poder con inicio frio
= V - Y = Carbon creado en la fase de bajo poder con inicio caliente
= X - V = Carbon creado o consumido durante la fase de coccion a fuego lento
(Si esta cifra es positiva, significa que se creo carbon durante la coccion a fuego
lento, y si es negativa, significa que se consumio carbon durante la fase de
coccion a fuego lento)
35
-------
Page Intentionally Blank
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Apendice: Glosario determines
Apendice
Glosario de terminos
Altopoder—Modo de operation de la estufa
cuando el objetivo es hervir el agua lo mas
rapido posible; el poder mas alto con el que
pueda funcionar una estufa.
Bajopoder—Modo de operation de la estufa
cuando el objetivo es calentar el agua o el
alimento a fuego lento; el poder mas bajo con
el que pueda funcionar una estufa y seguir
manteniendo una llama y cociendo comida.
Baldosa—Azulejo de piso aproximadamente de
2,5cm de espesor, que se puede cortar o moldear
en formas apropiadas para una camara de
combustion.
Caja aislante—Recinto aislado, relativamente
hermetico, que mantiene la temperatura de la
olla, permitiendo que se terminen de cocinar
los alimentos una vez que se quita la olla de la
estufa.
Camara de combustion—Parte de la estufa en la
que quema el combustible.
Capa limite—Capa muy delgada de aire inestable
lento inmediatamente adyacente a la superficie
de la olla; aisla la olla de los gases calientes de
combustion y disminuye la cantidad de calor
que entra a la olla.
Carbon de lena—Material negro y poroso que
contiene carbon en su mayor parte y que se
produce al quemar madera o un biocarburante.
Convection—Intercambio termico en un gas o un
liquido debido el movimiento del aire o del
agua.
Corriente de aire—Aire que se desplaza por una
estufa y que sube por la chimenea.
Eficatia del combustible—Porcentaje de la energia
termica del combustible que se utiliza para
calentar alimentos o agua.
Eficacia de combustion—Porcentaje de la energia
termica del combustible liberada durante la
combustion. La eficacia de combustion se
refiere a la cantidad de la energia del
biocarburante que se convierte en energia
termica
Eficacia de intercambio termico—Porcentaje de
calor liberado por la combustion que pasa a
una olla.
Emisiones—Subproductos del proceso de
combustion que se descargan en el medi
ambiente.
Lio
Energia retenida—Energia de calor que calienta
los recintos alrededor del fuego que no se
escapa a su exterior; se puede utilizar para
calentar una sala.
Estufa de gran peso—Estufa hecha de tierra sin
aislante, de arcilla, de hierro fundido u otro
material pesado que requiere un alto nivel de
energia para poder calentarse cuando se utiliza.
Exceso de aire—Cantidad de aire usada en exceso
de la cantidad necesaria para la combustion
completa.
Falda de la olla—Cilindro, que suele ser una
lamina de metal, que rodea una olla, creando
un espacio estrecho que permite que mas calor
de los gases de combustion pase a la olla.
Gases de combustion—Gases calientes que fluyen
de la camara de combustion y salen por la
chimenea (si hay una chimenea).
Potencia del fuego—Tasa de consume del
combustible, generalmente en kilogramos de
combustible por hora.
Prueba de ebullition de agua (WBTpor sus siglas
en ingles)—Prueba que sirve para medir el
rendimiento general de una estufa de cocina.
37
-------
Principios de diseho para estufas de coccion con leha
Apendice: Glosariodetermines
Hay varias versiones de la prueba de ebullicion
de agua. En general la prueba consiste en tres
fases: 1) hervir agua desde un punto de inicio
frio; 2) hervir agua con una estufa caliente; y, 3)
mantener el agua a fuego lento.
Rejilla—Red de barras o maya que sirve para
mantener fijo el combustible o la comida en
una estufa, un horno o una chimenea.
Vermiculita—Material ligero, barato e
incombustible, producido por depositos
minerales que existen naturalmente en muchas
partes del mundo. La vermiculita sirve para
hacer ceramicas ligeras y aislantes, con muy
poco esfuerzo. Es muy fuerte y resistente al
calor, y parece ser una de las mejores opciones
para hacer ceramica aislante.
38
-------
Page Intentionally Blank
-------
Aprovecho Research Center
SHELL
FOUNDATION
&EPA
United States
Environmental Protection
Agency
Office of Air I
(6609J)
Radiation
EPA-402-K-06-005
July 2006
------- |