XVIII SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR

1. Lima, 14 al 19 de noviembre de 2011 XVIII SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR ASOCIACIÓN PERUANA DE ENERGÍA SOLAR Y DEL AMBIENTE “DESARROLLO Y APLICACIÓN DE UN PROCESO EXPERIMENTAL PARA CALIFICAR EL FUNCIONAMIENTO TÉRMICO DE UN HORNO PORTÁTIL DE LEÑA” CARLOS ALBERTO SALVADOR TIXE carlosalbertosalvador@gmail.com RAFAEL ESPINOZA PAREDES respinoza@uni.edu.pe CER-UNI

2. ANTECEDENTES La Sociedad Alemana para la Cooperación Internacional GIZ ha creído por conveniente desarrollar una consultoría que califique las iniciativas de diseño y construcción de hornos de leña, la misma que ayudará a afianzar y mejorar el avance en proyectos comprometidos a mejorar la calidad de vida de las comunidades rurales, con lo cual se aporte a la sostenibilidad de dichas iniciativas.” En este escenario, la GIZ encarga al CER-UNI la ejecución de la Consultoría Desarrollo y Aplicación de un proceso experimental para calificar el funcionamiento térmico de un Horno de Leña ajustada a los Términos de Referencia referidos arriba.

3. HORNO PORTÁTIL DE LEÑA

5. INSTRUMENTACIÓN Y EQUIPOS USADOS PARA LA EVALUACION DEL HORNO DE LEÑA

6. MONTAJE EXPERIMENTAL Ubicación de los sensores de temperatura Laboratorio de Energía, N° 5 de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la UNI.

8. En la figura se señala la cantidad, tipo y ubicación de los sensores de temperatura utilizados a lo largo de los ensayos experimentales a los que fue sometido con el objeto de determinar con suficiente detalle información relativa a los siguientes aspectos. a. Grado de calentamiento b. Distribución del calor c. Indicadores de desempeño d. Balance térmico

9. Pruebas experimentales

11. Prueba ensayo carga minima

12. Prueba ensayo máxima carga

13. RESULTADOS : Los resultados gráficos del comportamiento de las temperaturas registradas en las pruebas experimentales realizadas, corresponden a las partes principales del horno: a. superficie exterior e interior del cuerpo, b. ambiente interior, c. superficie exterior de la chimenea d. masa de agua calentada Comportamiento Térmico de Ambientes y Superficies del Horno

16. Composición de los gases de combustión de la leña utilizada eucalipto. En lo que se refiere a la composición de los gases de combustión de la leña utilizada, que fue eucalipto con un mínimo de contenido de humedad, se ha utilizado un equipo analizador marca BOSCH versión BEA V1.13-EURO; versión AMM 5575, aplicándolo en condiciones de sensibilidad a gasolina, GLP y GNC.La elevada sensibilidad del instrumento utilizado permite suponer que los registros obtenidos son sensiblemente representativos para el caso de gases de escape de combustión lenta de leña como es el caso actual.

17. En la tabla que se muestra a continuación se muestran los indicadores de performance para los cuatro ensayos de calentamiento de agua simulando una carga de cocción. Cabe mencionar que se destaca el resultado del día 06 de mayo por las características del ensayo referidas al equipo y a la masa de agua calentada, consideradas como las más adecuadas a los fines perseguidos.

18. La tabla de indicadores de perfomance es el epílogo numérico del resultado final del proceso experimental desarrollado que revelan global y detalladamente el comportamiento del Horno y permiten establecer las conclusiones pertinentes detalladas en el protocolo experimental recomendado. Protocolo experimental recomendado. a. Verificar el estado físico del horno • a1 Cámara de combustión limpia y seca • a2 Cámara de cocción limpia y seca • a3 Chimenea firmemente montada • a4 Puerta del horno manipulable, segura y de cierre correcto • a5 Apoyos interiores rígidos • Preparar la leña para su quemado en la cámara de combustión b1. Seleccionar leña seca b2. Trozarla en tamaño aproximado de 10 a 14 cm de largo y 3 a 5 cm como dimensión transversal máxima. b3. Pesar cada uno de los trozos y marcar este peso en una parte visible del mismo, utilizar una balanza con resolución de un gramo. b4. Acomodar la leña en un lugar seguro y cercano al horno • Preparar la masa de calentamiento. c1. Seleccionar un depósito (olla) de dimensiones próximas a las de la cámara de cocción del horno, con volumen útil no menor que 15 litros. c2. Llenar el depósito con agua, al menos 15 litros. • Preparar el Horno para la prueba de performance c1. Preparar astillas de leña y tiras de papel para el encendido del horno, 50 gramos de cada material. c2. Instalar dos sensores de temperatura en el interior del depósito, llevarlos a través de la tapa del mismo hasta el exterior del horno para el registro de las medidas. c3. Tener lista la “Hoja de registro de datos experimentales, HRDE” c4. Introducir el depósito con agua en la cámara de cocción del Horno tratando de ubicarlo en la parte media del mismo. c5. Cerrar la puerta del Horno con seguridad. c6. Medir el poder calorífico de la leña utilizando un calorímetro. c7. Practicar una verificación final revisando todo el horno y comprobando que se cumplió con lo dicho hasta este punto en el presente Protocolo.

19. Desarrollar la prueba de performance del Horno e1. Ubicar una parte del papel y las astillas en la cámara de combustión del Horno, encenderlas y agregar papel y astillas para lograr una llama suficiente como para encender el primer trozo de leña. e2. Colocar el primer trozo de leña sobre las astillas y papel en ignición y prestar atención al instante en el que empieza a arder. e3. Registrar este instante como el tiempo de inicio de la prueba, además registrar en la HRDE el peso del leño utilizado y las temperaturas que reportan los sensores en el agua. e4. Agregar trozos de leña en la cámara de combustión de forma que se mantenga llena y con fuego vivo mientras se desarrolle la prueba. e5. Registrar el peso de los leños que se agregue y la hora en la que se lo hace cada vez. e6. Registrar los valores de las temperaturas que reportan los sensores en el agua y la hora en la que se hace esta medición; se recomienda hacerlo cada cinco (05) minutos, hasta que ambas temperaturas lleguen a 100°C. e7. Medir la composición de los gases de combustión en instantes de fuego vivo total. e8. Registrar todo suceso u ocurrencia no previsto en el instante en el que se lo observe o detecte. • Cerrar la prueba experimental f1. Revisar la información experimental obtenida y detectar eventuales anomalías que, de darse, deben describirse y registrarse. f2. De no existir anomalías o si las hubiese no serían importantes, validar la prueba y cerrar la HRDE. f3. Abrir la puerta del Horno para permitir un enfriamiento más rápido, después del cual extraer el depósito, desmontar sensores y reubicar todos estos elementos en el lugar que les corresponda. • Calculo de indicadores de performance. g1. Consumo de leña, dividiendo el peso total de leña utilizado (kg) más el peso de astillas y papel, entre el tiempo empleado (horas) en llevar el agua hasta 100°C, en horas, es decir X kg/h. g2. Calor de cocción disponible, multiplicando el peso total de leña más astillas y papel (kg) por el Poder Calorífico de la leña medido (oscila entre 15 y 20 MJ/kg), es decir X MJ en la leña. g3. Potencia Térmica Equivalente, dividiendo el calor de cocción disponible (MJ) entre el tiempo total de calentamiento (en horas) y entre el factor 1000, es decir X KW g4. Factores de rendimiento: - Empleo de leña, dividiendo el peso total (kg) de leña utilizado entre el peso total (kg) de agua calentada, es decir X kg leña/kg agua. (1)

20. - Empleo específico de leña, dividiendo el empleo de leña entre la cantidad de °C de calentamiento del agua hasta llegar a 100°C y multiplicar por el factor 1 000, es decir X gr leña/°C-litro de agua. (2) - Eficiencia térmica, multiplicando el peso de agua (kg) calentada por el calor específico del agua (kJ/kg.K) y por el factor 1 000 y dividiendo el producto resultante por el Calor de cocción disponible (MJ) y multiplicar el cociente que resulte por 100, es decir X % (3)

21. Ficha técnica que caracteriza al horno de leña En la tabla siguiente se especifica la ficha técnica para el horno de leña evaluado.

22. MUCHAS GRACIAS CENTRO DE ENERGÍAS RENOVABLES Y USO RACIONAL DE LA ENERGÍA( CER – UNI) UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA. Av. Túpac Amaru 210, Rimac. Lima. Perú Teléfono 382 1058 e-mail: cer@uni.edu.pe Lima - Perù