Optimizando diseño de cocinas para uso de leña

Optimizando diseño de cocinas para uso de leña Ingeniería Mecánica Ingeniería Industrial y de Sistemas Afecmetal CORFO

Dr. Robinson Betancourt Astete robinson.betancourt@ufrontera.cl Departamento de Ingeniería Mecánica

M.Sc. Nicolás Gutiérrez Departamento de Ingeniería Mecánica Dr. Galo Paiva Cravero galo.paiva@ufrontera.cl Departamento de Ingeniería Industrial y de Sistemas Fig. 1: Imagen izquierda y central, representación de la termografía de la cocina a leña. Imagen derecha, sistema de ajuste de entrada de aire primario.

Investigadores de los Departamentos de Ingeniería Mecánica e Ingeniería Industrial y de Sistemas de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Universidad de La Frontera (UFRO), en conjunto con AFECMETAL (Asociación que reúne a los fabricantes de estufas y cocinas a leña de Temuco) con el apoyo del proyecto Innova CORFO (código 18 PDTA-100857), se encuentran optimizando las cocinas a leña para mejorar su eficiencia energética y disminuir sus emisiones. Mediante este proyecto se busca generar diseños de cocinas a leña eficientes, para responder a la demanda de un amplio sector de la población de la zona sur del país (desde la región del Biobío a Coyhaique) que, por razones de costos y disponibilidad del recurso, utilizan leña como combustible. Fredy Gerten, Presidente de AFECMETAL, sostiene que se ha generado una relación virtuosa entre los Departamentos de Ingeniería Mecánica e Ingeniería Industrial y de Sistemas y los fabricantes de cocinas pertenecientes a la Asociación. Mediante el trabajo conjunto e innovación, buscan cumplir con las normas medioambientales que irán en beneficio de la salud de la población; además, permitirán que fábricas que tienen 50 años de operación se mantengan vigentes y así favorecer a la generación de empleos en la región. Los procedimientos de investigación han generado que distintos fabricantes trabajen en el diseño y construcción del modelo tradicional de cocinas con modificaciones en cubiertas, cámara de combustión, suministro de aire secundario y sellos en puertas que permiten optimizar el aumento de la temperatura (imagen izquierda y central en figura 1), suministrando flujos de aire controlados (imagen derecha en figura 1). Aunque las cocinas mantienen su estructura tradicional, es importante mencionar que se ha optimizado el diseño de su cámara de combustión, la cubierta radiante (figura 2) y la parrilla de

la cámara de combustión (figura 3).

Modelo Cocina A Modelo Cocina B Modelo Cocina C

Fig. 2: Representación de las modificaciones entre cámara de combustión y superficies radiantes, donde la versión más eficiente se obtuvo con la imagen derecha.

Fig. 3: Representación de las modificaciones de las parrillas ensayadas.

Dentro de las mejoras obtenidas, se tiene un impacto inmediato en la eficiencia energética y la reducción de contaminantes atmosféricos. Los siguientes gráficos representan la disminución en más de un 60% en la temperatura de los humos entre la cocina a leña convencional (Cooking Wood Stove A) y las modificadas (B y C), como también el aumento de la temperatura entregada al ambiente por la cocina a leña.

Se han desarrollados nuevos diseños en las instalaciones de fabricantes miembros de AFECMETAL, los que se han evaluados en el Laboratorio de Combustión del Departamento de Ingeniería Mecánica, con procedimientos estandarizados: CH 5G EPA Method 5G (CH5 y Method 5 CH28 EPA Method 28 y NCH 3173 Eficiencia Energética).

Evaluación del comportamiento térmico de cocinas a leña modificadas

Se busca promover el consumo de leña de predios con buen manejo forestal y que cuente con la autorización de CONAF, a modo de proteger los bosques Guía Práctica para el buen uso de leña, Ministerio de Energía (08.2014) y permitiendo, de esta forma, que el usuario disponga del recurso con una humedad inferior a 25%, Leña con humedad bajo 25%, genera proceso de pirólisis a 260°C. Con 590°C se origina llama, obteniendo energía requerida, disminuyendo la emisión de contaminantes.

Los investigadores, también participaron en el equipo dirigido por el INN que elaboró las normas que regirán la fabricación de las cocinas a leña, aportando los conocimientos técnicos y visión de los fabricantes.

Es importante destacar, que se ha buscado que las mejoras en los modelos tradicionales, como la incorporación de sellos, ajustes y rediseño de partes, no impliquen grandes cambios en los métodos de producción actual ni en los materiales utilizados, de tal modo que no se eleven los costos de fabricación.

Jorge Brand, miembro de AFECMETAL, indica que la transferencia tecnológica generada en este proyecto, debe permitir, a mediano plazo, certificar la calidad de las cocinas y garantizar al usuario un funcionamiento eficiente y que cumplen con las normas medioambientales. De esta forma, las Pymes de esta área de fabricación pueden proyectar sus unidades de negocio al mediano plazo.

Investigadores del proyecto sostienen que la innovación tecnológica busca generar modelos de cocina, que resuelvan las necesidades de calefacción, calentamiento de agua, cocinar alimentos, como opción complementaria a otras que utilizan hidrocarburos con costos de operación más elevados.