DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y MEDIDA DE LA EFICIENCIA DE UN PROTOTIPO DE COCINA RURAL PARA SU USO FUNCIONAL EN LAS COMUNIDADES CAMPESINAS DE LA CORDILLERA NEGRA

DE ANCASH.

TESIS:

INTRODUCCION

Grandes volúmenes de recursos financieros para investigación son destinadas a la producción de mayor cantidad de alimentos y en menor medida al alivio de la pobreza y del hambre.

Las mayoría de familias campesinas de la cordillera negra de Ancash, cocinan a fuego abierto, desperdiciando leña, indirectamente degradando los suelos y ocasionando erosión.

Para tratar de solucionar en parte el problema de la escasez de leña, poder ahorrar energía y contribuir a ser más grato y saludable el ambiente de la familia campesina; se debe considerar la instalación de un prototipo de cocina rural ,de bajo costo, funcional y de efecto multiplicador.

Tomar las medidas adecuadas para conservar el patrimonio ecológico, utilizando racionalmente los RR NN, acelerando los programas de reforestación para incrementar la producción de leña, así mismo cuidar la salud y contribuir al equilibrio entre la naturaleza y el hombre.

OBJETIVO GENERAL.

Diseñar y construir un prototipo de cocina rural eficiente de costo menor, utilizando materiales de la zona y que tenga efecto multiplicador para todas las familias campesinas de la Cordillera Negra.

HIPOTESIS.

Diseñar , construir y demostrar un prototipo de cocina rural mejorada funcional, barata y fácil de construir en las Comunidades Campesinas de la Cordillera Negra.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA- JUSTIFICACION

¿De qué manera se solucionaría la escasez de leña y la erosión en la Cordillera Negra?

La gravedad de la crisis de leña y la influencia en la que pueda tener la estabilidad del medio ambiente, en la producción y en el desarrollo rural, se debe considerar la instalación de un prototipo de cocina rural mejorada, de bajo costo, funcional, práctica y de efecto multiplicador para las demás familias Campesinas.

¿De qué medida influenciaría en la economía Campesina la instalación del nuevo prototipo de cocina?

Al instalar las cocinas rurales mejoradas se ahorraría leña y se evitaría las enfermedades de la vista, como de los pulmones.

¿De qué manera solucionaremos los problemas de la salud pública y ambiental en los hogares Campesinos?

Mediante un mejor uso forestal evitaremos la erosión al introducir el nuevo prototipo de cocina, que además de ahorrar energía contribuirá a ser más grato el ambiente de la familia.

¿Cómo contribuye la instalación de una cocina mejorada al equilibrio entre la naturaleza y el hombre?

Acelerar los programas de reforestación a fin de incrementar la producción y la oferta de leña en la Cordillera Negra, conservando el equilibrio ecológico.

MARCO TEÓRICO

Participación de la mujer en programas de desarrollo

Escasez del recurso forestal en la cordillera negra (causas)

Las cocinas tradicionales

Las cocinas mejoradas

Programas de forestación y de cocinas mejoradas para su sostenibilidad

Referencias de cocinas a nivel Mundial:

La estufa Lorena, perfeccionada en la estación experimental Choqui,

Quezaltenango, Guatemala; el diseño Lorena ha sido reproducido o

adaptado en África Occidental, Java, Nepal, los Estados Unidos y toda

América latina (Instituto Aprovecho).

Estudio de caso: Corea del Sur. Por Erik Eckholm 26, febrero de 1979;

Planting for the future: forestry for Human, Needs, worldwatch paper.

Estufa rural con ladrillos de barro, Siris-el-Layyan,Manoufie, Egipto-FAO.

The wood-burning stove group, the Netherlands.

Referencias de cocinas a nivel Local:

El proyecto FAO-Holanda/INFOR-GCP/PER/027-NET-CENFOR III-Huaraz

“Apoyo a las plantaciones forestales con fines energéticos y para el

desarrollo de comunidades rurales de la Sierra Peruana”- las cocinas de

cerámica- año 1984. por Arjen Jetteman y César Dávila.

Referencias de cocinas a nivel Nacional:

Datos técnicos de las cocinas mejoradas realizadas por el proyecto FAO-

Holanda/INFOR-CENFOR VIII-Huancayo en el Departamento de Junín-

Perú, por Francesca Pasetti Bombardella- 1984.

Materiales:

• Adobes medidas 20 x 40 cm.

• Yeso

• Arcilla (diferentes calidades)

• Arena

• Bosta (estiércol de acémilas)

• Gigantón (San Pedro)

• Agua

• Latas (manteca y/o aceite) para chimeneas

• Calamina plana para chimeneas 4m largo x 0,10m de

diámetro.

• 01 plancha de fierro 1/32” x 0,50m x 0,70m.

• 01 plancha de latón de calamina 0,50m x 0,70m.

Materiales y herramientas utilizados para la construcción de cocinas rurales:

Herramientas:

• Pico

• Lampa

• Badilejos

• Plancha de albañil

• Nivel

• Balde

• Wincha 3 metros.

• Costales de plástico

• Zaranda

• Cuchillo

• hacha

Equipos:

• Cocina de cerámica

• Molde de madera desarmable.

Utensilios:

• Ollas de diferentes tamaños.

• Cuchara.

Otros:

• Fósforos

• Para medir temperatura (Termómetro 100 °C )

• 01 cuadernillo de apuntes

• Leña de eucalipto.

• Lapicero y/o lápiz

1. Molemos la arcilla lo mas fino posible (batán) luego se zarandea.

2. Con el cuchillo cortamos en rodajas el gigantón (San Pedro), sirve como

aglomerante, lo dejamos reposar en agua por una noche.

3. Luego agregamos arcilla, arena, bosta desmenuzado hasta obtener una

mezcla homogénea. Control de calidad de la mezcla:

Prueba de la cintilla: Verifica el grado de plasticidad de la mezcla.

Descripción: De la mezcla se toma un poco para formar una cintilla de

20 centímetros de largo, luego se moldea y se alza para obtener su

comportamiento puede suceder lo siguiente:

Preparación de la mezcla para las cocinas de barro con molde y sin molde

• Si la cintilla se rompe a una altura de 15cm. Se tata de una mezcla

con mucha arcilla.

• Si la cintilla se rompe entre 5 y 15 cm. La mezcla se adecua para la

construcción de la cocina.

• Si la cintilla se rompe antes de los 5cm. Es una mezcla con mucha

arena y no es recomendable.

Esta prueba nos sirve también para determinar el grado de humedad

que es muy importante.

4. Luego agregamos el agua del gigantón a la mezcla, posteriormente se

pisa el barro hasta que este suave.

5. Lo cubrimos con un plástico para que madure por el tiempo de dos

días bajo sombra.

FACTORES QUE DETERMINAN LA EFICIENCIA DE LAS COCINAS

o Secado de leña.

o Densidad de leña.

o Poder calorífico de la leña.

o Temperatura del agua.

o Cámara de combustión- arcillas.

o Lomo de corvina.

o Chimenea (construcción)

METODOLOGIA PARA INSTALAR UNA COCINA DE CERAMICA

Dimensiones de la cocina de cerámica 1º hornilla y 2º hornilla

Partes de una cocina de cerámica

1. Diseño

2.- Costo de instalación de la cocina mejorada de ceramica:

COCINA MEJORADA DESCRIPCIONCOSTO

UNITARIO S/.

COSTO TOTAL

S/.1.- Mano de Obra:No Calificada 2 dias 15,00 30,00

30,002.- Materiales:Adobes 18 unidades 0,50 9,00Arcilla preparada 3 latas 1,00 3,00Leña 1/2 carga 5,00 5,00Yeso 2 bolsas 2,50 5,00

22,003.- EquiposCocina de arcilla 2 partes 10,00 20,00Chimenea 2mts. De largo 10,00 20,00

40,00

TOTAL : S/. 92,00

TOTAL

TOTAL

TOTAL

1.- Seleccionamos un lugar ventilado y con techo, y medimos el espacio para la base de la cocina

3.- Procedimiento de construcción:

2.- Empezamos con la construcción de la base como se muestra.

Apreciamos la construcción del poyo con leña y

posteriormente se cubre con barro.

Como preciamos se puede utilizar adobes para las paredes de la

cocina.

La cocina de cerámica consta de dos partes,

también se puede utilizar ladrillos de pared.

Terminado el llenado, bases de las hornillas no olvidarse de utilizar el nivel.

Se procede al llenado con la mezcla especial, tal como se aprecia.

Una vez revestido con la mezcla, terminado con las bases de las ollas y la chimenea

Después del secado de 03-04 días

Se procede con la obra blanca (yeso).

La cocina de cerámica funcionando. No se aprecia el humo.

METODOS PARA HALLAR LA EFICIENCIA DE LAS COCINAS MEJORADAS A LEÑA

El procedimiento estándar internacional efectúa la siguiente decisión en tres pruebas diferentes:

1. Prueba de ebullición de agua: Una prueba para determinar la eficiencia de la cocina.

2. Prueba de cocción controlada: una prueba para determinar la diferencia en el consumo de la leña en varias cocinas donde se prepara el mismo tipo de alimento.

3. Prueba de funcionamiento de las cocinas: un estudio sobre la cantidad de leña consumida y los platillos preparados en los diferentes lugares, durante un periodo mas o menos (semana o mes), comparado con la situación tradicional

METODO SELECCIONANDO PARA LA PRESENTE INVESTIGACION

1. Prueba de ebullición de agua.

Ejemplo para hallar la eficiencia técnica de una cocina mejorada de cerámica

Condiciones iníciales

Hora: 8:57 a.m. Olla 1 v = 4 lts. T = 15º C.Olla 2 v = 2 lts. T = 15 º C.

Tiempo olla 1 olla 2

9`20” 60º C 50º C9`33º 90º C 65º C9`55” 90º C 90º C

59,034,2400,1.... humedaleñaladeDensisdad

689,0..sec.... eucaliptodealeñaladeDensisdad

%100

Humedo

SecoHumedo

%100598,0

689,0598,0

%15

Condiciones finales

Olla 1 V = 1,800 Lts. T = 90º COlla 2 V = 1,700 Lts. T = 90º C

Cálculos

• Energía necesaria para calentar un grado centígrado de agua es 4 200 joules.

• Energía necesaria para evaporar un litro de agua es 2 257 000 joules

joulesjoulesLtE 00,000.2601̈200,41590.4

joulesjoulesE 00,400.9654́00,000.2572́)8,14(

joulesaTemperaturdediferenciainicialaguadeCantidadE 200,4I)Tº-F(TºTº.....

joulesjoulesLtE 000,630200,475.2 )00,000.2572́().( joulesinicialVolumenalVolumenFinE

joulesjoulesE 100,677)00,000.2572́()7,12(

OLLA Nº 11.- Cuanta energía necesito para aumentar la temperatura del aguaFORMULA: Tenemos la cantidad de agua inicial x 4,200 joules x diferencia de Tº(TºF-TºI).

2.- Cuanta energía se necesita para la evaporación del aguaFORMULA: (Volumen final – volumen inicial) x (2 257 000 joules)

OLLA Nº 21.- Cuanta energía necesito para aumentar la temperatura del aguaFORMULA

2.- Cuanta energía se necesita para la evaporación del aguaFORMULA

nevaporacióparaEnergialaTaumentarparaEnergia ..º...

joules00,400.2256́

nevaporacióparaEnergialaTaumentarparaEnergia ..º...

joules00,100.3071́2º.1º. NOLLANOLLATOTAL

Energía total que se necesita para hervir el aguaOLLA Nº 1

OLLA Nº 2

).....(00,000.000´18sec.... leñadeunKgdaqueenergiajoulesaleñaladePesoE joulesKgE 00,000.775´2600.000.000´1885,0.750,1

Formula para hallar la energía de la leña

%100)...( leñadeEnergianecesariaEnergiaEficiencia

%28%100)00,000.775´2600,500.532´7( joulesjoulesEficiencia

Formula para hallar la eficiencia

Categoría alta de acuerdo al cuadro de eficiencia del grupo tecnológico de la Universidad de Holanda.

)100

1(....humeda

humedaleñaPSLP

)100

151(750,1

)15.01(1750

.488,1 Kg

Formula para hallar: “Peso Leña Seca”

Humedad: 15%

Energía = 0,48 x 18 000 000 (Energía que da 1kgr de leña seca)

= 26 775 000 joules.

RESULTADOS

La cocina con mayor eficiencia es la cocina de cerámica con 28 %, la cocina de

barro hecha con molde de madera con 18% eficiencia; también la cocina de barro

construida con fuste de madera con 16%, seguida por la cocina construida con

latón de calamina con 5,6% y por ultimo la cocina con plancha de fierro con 11%.

Estimación de las eficiencias de las Cocinas instaladas

TIPO DE COCINA EFICIENCIA % COSTO S/. CALIFICATIVO

1.- Cocina de barro con molde 18 76,5 BUENA

2.- Cocina de ceramica 28 92 ALTA

3.- Cocina de barro hecho con fuste 16 72 BUENA

4.- Cocina con laton (calamina) 5,6 101 BAJO

5.- Cocina con plancha de fierro 11 107 MEDIUM

CARACTERISTICAS 1º PRUEBA 2º PRUEBA 3º PRUEBA TOTAL PROMEDIO1.- Cocina con Molde 17,95 17,98 18,07 84,00 28,02.- Cocina de Ceramica 27,97 27,98 28,05 54,00 18,03.- Cocina con Fuste 15,98 16,02 15,99 47,99 16,04.- Cocina con laton 5,50 5,60 5,70 16,80 5,65.- Cocina con plancha de fierro

10,97 10,98 11,02 32,97 11,0

Laboratorio de Cocinas Mejoradas “Ciencia y Tecnología”

Suma de cuadrados gl Media cuadrática F Sig.

Inter-grupos842,582 4 210,645 62198,462 ,0001

Intra-grupos,034 10 ,003

Total842,616 14

Calculando la VarianzaANOVA

Según el análisis de varianza, las diferencias encontradas son estadísticamente significativas.

Consumo de leña para hervir 2 Litros de agua

COCINACONSUMO DE LEÑA

(Kg)

TEMPERATURA DEL AGUA AL

INICIO

40´

32´

40´

26´

40´

I = 5,07 T =5,47

3.- CON FUSTE DE MADERA

I = 1,25 T = 2,05

TIEMPO DE EBULLICION (90º C)

14º C.

15º C.

15º C.

16º C.

16º C.

I = 11,42 T = 12.22

I = 2,20 T = 5,52

4.- LATON DE CALAMINA

I = 11,50 T = 12,16

5.- PLANCHA DE HIERRO

1

0,750

1

1,700

1,400

1.- CON MOLDE

2.- CERAMICA

I = Tiempo de inicioT= Tiempo final

Consumo de leña por 04 personas por familia /Día/Mes/Año – considerando: desayuno, almuerzo y cena

COCINAS DIA Kg. MES Kg AÑO KgAhorro x año Kg. De leña

/persona

1.- COCINA CON MOLDE 7,500 225,000 2 700 165

2.- COCINA DE CERAMICA 4,375 131,250 1 575 396

3.- COCINA CON FUSTE DE MADERA 10,000 300,000 3 600 -60

4.- COCINA DE LATON DE CALAMINA 10,700 322,500 3 870 -128

5.- COCINA DE PLANCHA DE FIERRO 11,250 337,500 4 050 -173

Formula: diasdeNumeropersonasdeNumero

KgenleñadeConsumoCONSUMO

......

.....

Nota: El consume de leña por habitante en los pueblos en desarrollo, la FAO determina aproximadamente 1m3/año/ persona = 840 Kg

1 era. H 2da. H

Con Molde 3,000 2,550 15º 51´ 83´ 18

Ceramica 1,750 1,490 15º 36´ 61´ 28

Con Fuste de Madera 4,000 3,400 15º 50´ 105´ 16

Laton de calamina 4,300 3,660 15º 75´ 93´ 5.6

Plancha de Hierro 4,500 3,830 15º 70´ 140´ 11

COCINA

PROMEDIO DE

EFICIENCIA %

CONSUMO DE LEÑA

Kg. (con % de agua)

CONSUMO DE LEÑA Kg. (sin % de agua)

Tº AGUA INICIO

TIEMPO DE EBULLICION 90º C

Eficiencias de los cinco modelos de Cocinas Mejoradas

NOTA: El promedio ha sido obtenido al haber efectuado tres pruebas de eficiencia por cada cocina

1.- De las cinco cocinas rurales mejoradas que se diseñaron, construyeron y se

probaron sus niveles de eficiencia técnica en términos de ahorro de leña en el

laboratorio experimental, resultaron dos ser las más eficientes; la cocina de

cerámica y la de molde de madera desarmable, sin embargo, desde el punto de

vista económico, la menos costosa resultó ser la cocina de molde.

2.- En el experimento realizado, la cocina de cerámica obtuvo un nivel de

eficiencia técnica del 28%, permitiendo un ahorro de leña de 396 kilogramos por

persona al año, frente a 18% de eficiencia de la cocina de molde, el costo de

inversión de la cocina de molde resultó ser la menor (S/.76,5/unidad) en relación

de la cocina de cerámica (S/.92,00/unidad.

CONCLUSIONES

3.-Las cocinas mejoradas con menor eficiencia técnica que las anteriormente

señaladas, fueron las siguientes: la cocina con fuste de madera, con 16% y

con un déficit de consumo frente al estándar de la FAO de -60 kilogramos por

persona al año; seguida por la cocina de latón de calamina, con 5,6% de

eficiencia y un déficit de -128 kilogramos por persona al año; y la cocina con

plancha de fierro con 11% de eficiencia técnica y un déficit de -173 kilogramos

por persona al año.

4.-Los factores determinantes de la eficiencia técnica de las cocinas

mejoradas que se probaron en la experimentación fueron: la densidad,

humedad y poder calorífico de la leña; la temperatura y el volumen del agua;

el uso de ollas con tapa; la altura de la base de las ollas respecto del lecho del

fuego; la altura de la boca de cámara de combustión (primera hornilla); el lomo

de corvina; y la de la chimenea.

5.-El método experimental utilizado en el laboratorio de cocinas

mejoradas, resultó consecuente con los objetivos esperados y las

pruebas reiterativamente realizadas a fin de objetivizar y medir los

resultados.

RECOMENDACIONES

1.-A partir de los resultados aquí hallados, se recomienda a las Autoridades de los Gobiernos Nacional, Regional y Locales, así como a los dirigentes de las Comunidades Campesinas de la Cordillera Negra, coordinadamente desarrollar un programa integral de uso de cocinas mejoradas en las zonas donde se cocina a fuego abierto y tengan escaza disponibilidad de leña.

2.-Por su mayor índice de ahorro de leña, es recomendable el uso preferente de la cocina de cerámica en las zonas rurales, peri urbanas y urbanas de la Cordillera Negra con escasez del recurso forestal y con ciertos recursos económicos para la inversión de ésta cocina. En cambio, la cocina de molde es preferible difundirla masivamente en las zonas de extrema pobreza y pobreza de las zonas rurales de la Cordillera Negra.

3.-El uso de la cocina mejorada con latón de calamina y la de plancha de fierro sólo deben utilizarse en zonas con relativa abundancia del recurso forestal (bosques) y limitarlas en las zonas con relativa escasez debido al déficit de consumo de leña por persona al año y consecuentemente por agravar la deforestación y erosión de los suelos.

4.-Es recomendable realizar investigaciones experimentales sobre la variabilidad de las emanaciones de humo de las cocinas mejoradas y su repercusión en la salud pública y ambiental, como complementarias a las aquí realizadas. Por pertinencia, las Universidades están llamadas a organizar y poner en funcionamiento un centro de energías renovables (biomasa).

5.-Asociado al Programa Integral de uso de cocinas mejoradas, es menester que se emprenda desde los Organismos del Estado en sus diversas instancias y campo de acción en la Cordillera Negra, Programas de forestación, prioritariamente en las zonas con mayor escasez de leña y con la presencia de la pobreza extrema.

GRACIAS

Consumo de leña para hervir 2 litros de agua

Estado de Clima

Tº Ambiental Humedad relatiba Ambiental

1 CERAMICAPeso: 2,250 kg. Consumo : 0,750 Kg. Sobrante : 1,500 Kg.

NORMAL 21 74%

2 MOLDEPeso: 1,5 kg. Consumo : 1,0 Kg. Sobrante : 0,500 Kg.

LLUVIOSO 15 74%

3 FUSTEPeso: 1,5 kg. Consumo : 1 Sobrante : 0,500 Kg.

NUBLADO 17 74%

4LATON DE CALAMINA

Peso: 2 kg. Consumo : 1,700 Kg. Sobrante : 300 Kg.

NORMAL 20 74%

5PLANCHA DE

HIERRO

Peso: 2 kg. Consumo : 1,400 Kg. Sobrante : 600 Kg.

NUBLADO FRIOLENTO

16 74%

DATOS METERIOLOGICOSLEÑA DE EUCALIPTO

(Kg)COCINANº

Caracteristicasmodelos de cocinas

1) COCINA CON MOLDE

1.- Se puede construir en cualquier momento, diámetro de base para ollas mas grandes. 2.- Se puede utilizar adobe en remplazo del molde de madera. 3.- Se conserva la comida caliente. 4.- Se construye con materiales de la zona 5.- Es economica. 6.- Es estable.

1.- El consumo de leña es un poco mas que la cocina de arcilla. (1.250 Kg)

2) COCINA DE CERAMICA

1.- La eficiencia es alta (28%) que las otras cocinas. 2.- Se conserva la comida caliente. 3.- La camara de combustion es refractorio por la cual el calor no se disipa.

1.- No se puede transportar a zonas lejanas se pueden romper. 2.- Las familias campesinas al no calcular el peso de las ollas, rompen el anillo de la primera hornilla. 3.- Los diametros de las bases de las ollas son casi standar; no dando lugar para ollas de otros diametros de base. 4.- El costo es elevado para las familias campesinas. 5.- Uso mayormente para zonas periféricas a la ciudad.

3) COCINA COSTRUIDA CON FUSTA DE MADERA

1.- Es economica. 2.- Es facil de construir 3.- Se construye con materilaes de la zona. 4.- Cuando se rompe se puede construir una nueva. 5.- Solo se utiliza adobes como molde. 6.- Conserva la comida caliente.

1.- La eficiencia es un poco menor que la cocina de molde y la de ceramica

VENTAJAS DESVENTAJAS

4) COCINA CONSTRUIDA CON LATON DE

CALAMINA.

1.- Se puede utilizar en lugares donde se cuente con bastante recurso forestal (leña)

1.- Por la regilla entra mayor

cantidad de aire, más el tiro de la

chimenea, ademas de la altura

de la camara de combustion;

trayendo como consecuencia

mayor consumo de leña.

2.- por utilizar laton de calamina

no pega la mezcla y/o barro

ocacionando siempre rajaduras.

3.- Consume mas leña que otras

cocinas.

4.- No mantiene la comida

caliente.

5.- Al caer por la rejillla la ceniza,

se enfria el carbon muy rapido.

6.- Su costo es alto para las

familias campesinas.

5) COCINA CON PLANCHA DE FIERRO

1.- Uso mayormente en zonas que tienen recurso forestal suficiente.

1.- La altura de la cámara decombustion es muy alto.2.- Por ser plancha de fierro nose pega la mezcla y/o barro,ocacionando rajaduras. Y sepueden quemar los niños.3.- Consume mucha leña.4.- Es demaciado cara para lasfamilias campasinas.

6) COCINA TRADICIONAL1.- Se puede instalar en cualquier sitio, sólo utilizar piedras y7o adobes.

1.- Consume mucha leña. 2.- Negrea la cocina con el hollin. 3.- Al no utilizar chimenea el humo ocaciona enfermedades a los ojos y pulmones. 4.- El humo ocaciona mal olor a la ropa. 5.- La estetica de la cocina y comedor darian mal aspecto.

1era ALTERNATIVA 2da ALTERNATIVA 3era ALTERNATIVA

COCINASCOSTO CERO S/. - Mano de obra - Fuste de madera

COSTO REAL COSTO REAL

- Sin considerar yeso

1.- MOLDE DE MADERA 23,30 76,50 71,502.- CERAMICA 40,00 92,00 87,00

3.- CON FUSTE DE MADERA 20,00 72,00 67,004.- LATON 45,00 101,00 96,00

5.- PLANCHA DE HIERRO 55,00 107,00 102,00

Costo de instalación de cocinas mejoradas:

Gases producidos por la pirolisis.

GAS FORMULA VOLUMEN %

Dioxido de carbono CO2 30

Hidrocarburo gaseoso CnHm 8Monoxido de carbono CO 35Hidrogeno H2 11

Metano CH4 12

Nitrogeno N2 4

Fuente: Brame and King 1967