Estudio comparativo de la eficiencia térmica y de las emisiones de cocinas de biomasa en Senegal

Díez Martínez, Alicia (2017). Estudio comparativo de la eficiencia térmica y de las emisiones de cocinas de biomasa en Senegal. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM), Madrid.

Descripción

Título: Estudio comparativo de la eficiencia térmica y de las emisiones de cocinas de biomasa en Senegal
Autor/es:
  • Díez Martínez, Alicia
Director/es:
  • Narros Sierra, Adolfo
  • Sota Sández, Candela de la
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: Febrero 2017
Materias:
Palabras Clave Informales: Biomasa, CO, Cocina mejorada, Cocina tradicional, Combustible, Combustión, Consumo, Eficiencia energética, Gasificador, Madera, pellets, PM2.5, Variabilidad, Water Boiling Test (WBT).
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Química Industrial y del Medio Ambiente
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

Comer es una de las necesidades básicas que tiene todo ser vivo, un derecho que debería estar cubierto con total garantía. Lamentablemente, son muchas las familias y hogares en el mundo que tienen que lidiar día tras día con no poder alimentarse, y en caso de poder hacerlo, las condiciones y herramientas con las que cuentan para cocinar no son nada deseables. Aún en la actualidad, la presencia de las llamadas “cocinas o estufas tradicionales” están fuertemente arraigadas en muchos hogares del mundo. Éstas no dejan de ser todos aquellos sistemas simples de combustión ineficiente que se alimentan con distintos tipos de biomasa y suelen tener la ventaja de considerarse baratas. Tanto es el uso de estas cocinas que se estima que alrededor de 3.000 millones de personas cocinan y calientan sus hogares con ellas. En este documento la conocida como “cocina de tres piedras” será la encargada de representar al sector más tradicional, por estar muy extendida y ser clave en las necesidades alimenticias de muchas familias. Como bien se ha indicado, la biomasa conforma la materia prima que alimenta a estos dispositivos. Se considera un combustible sólido que incluye todo tipo de fuentes energéticas como, estiércol, aserrín, residuos forestales o de cultivo, carbón vegetal y principalmente madera (leña) en la cual se centrará el trabajo. Este tipo de combustible sigue estando muy presente en zonas de África Subsahariana y sudeste de Asia donde las limitaciones, sobre todo a nivel económico, dificultan el acceso a otras fuentes alternativas. Son conocidas las innumerables consecuencias indeseables que derivan del uso de cocinas con biomasa poco eficientes y muy contaminantes, que hay que tener presentes para proporcionar soluciones. Los principales daños repercuten en el medio ambiente y la salud. Cualquier tipo de cocina emite una cierta cantidad de gases y sustancias debido, básicamente, a que para su funcionamiento ha de llevarse a cabo una reacción de combustión, y es por eso normal la emisión, entre otros gases, de dióxido de carbono (CO2), gas de efecto invernadero (GEI), que contribuye al calentamiento atmosférico y el deshielo de glaciares. Pero en el caso de las cocinas tradicionales, particularmente la de tres piedras, habitualmente ésta combustión es incompleta. Es por esta razón que son muchas y muy variadas las sustancias que se emiten, entre las que se encuentran, por ejemplo: monóxido de carbono (CO), material particulado (PM) y carbono negro (Black carbon BC), todos ellos productos que repercuten en el medio ambiente y contribuyen al calentamiento global. Aparte de los daños que provocan las emisiones, las cocinas tradicionales consumen vastas cantidades de madera, lo que conduce a una rápida degradación forestal, que puede causar deforestación, erosión de los suelos, cambios en el clima y desertificación. A nivel social, los altos niveles de contaminación a los que se ven expuestos mayoritariamente mujeres y niños en el interior de sus hogares, ocasiona graves impactos sobre la salud, proliferando así enfermedades como apoplejía, neumonía o cáncer de pulmón, responsables de la muerte prematura de 4.3 millones de personas en el mundo cada año. A estos riesgos se añaden los episodios de violencia de género, ataques físicos y sexuales, robos y deshidratación que sufren todas las mujeres y niños que se ven inmersos en interminables días laborables para abastecerse de la gran cantidad de combustible que consumen estas cocinas, afectando a su desarrollo profesional, personal, y en caso de los niños, desarrollo educativo.Ante estos evidentes problemas que afectan a un porcentaje considerable de población, surge el concepto de “cocina o estufa mejorada” (Improved Cooks Stove) conocida por sus siglas como ICS, que aun alimentándose de igual forma con biomasa, tienen alta calidad de combustión y eficiencia que la lleva a un menor consumo, aliviando el problema de la deforestación. Además, cumple con los estándares técnicos, científicos y de seguridad que garantizan una reducción de emisión de humo, ergonomía y estabilidad estructural. El desarrollo de distintos prototipos de cocinas mejoradas se extiende por muchos países del mundo. Todos ellos cuentan con la colaboración de importantes ONG, gobiernos, instituciones privadas u organismos internacionales como la Organización de las Naciones Unidas (ONU), el Banco Mundial, la Red Latinoamericana de cocinas limpias, The Global Alliance for Clean Cookstoves (GACC) o Aprovecho Research Center (ARC), que tienen un especial interés en extender y promulgar programas en el tema de cocinas mejoradas. Todo ello justifica el interés de este proyecto, que pretende dar a conocer una serie de modelos de uso común en los hogares senegaleses, para comprobar si las consideradas como cocinas mejoradas pueden convertirse en la solución intermedia entre las cocinas de biomasa tradicionales y los modernos combustibles y electrodomésticos utilizados por los hogares de países más desarrollados, en la lucha por contrarrestar los impactos ambientales y sociales mencionados. Por lo tanto, Senegal será el país que compete a este trabajo. La ubicación exacta sobre donde se van a utilizar las cocinas no es un tema banal, ya que sus necesidades y circunstancias condicionan el entendimiento de los resultados, y ayudan a crear los requisitos más inminentes que las cocinas deben cumplir. Senegal es un país situado en África Occidental donde la biomasa sigue destacando como fuente principal de energía. Así, el tema energético es particularmente grave en este país, traduciéndose en una degradación de los ecosistemas, que hace que sea imprescindible una gestión sostenible de las áreas forestales a través de la promoción de equipos eficientes que permitan ahorrar energía. Las cocinas a estudio serán: • Cocina de tres piedras: representará la cocina tradicional que quiere ser sustituida. • Noflaye Jeeg: dispositivo metálico tipo “Rocket “, es decir, su cámara de combustión forma un codo con material aislante a 90º. • Jambaar Bois: es de tipo “Cerámica” al contar con un revestimiento arcilloso en la parte interna de su cuerpo exterior metálico. • Prime Cylindrical CookStove: su funcionamiento responde a una tecnología de “Gasificador (TLUD)”, que se caracteriza por reproducir una combustión limpia. Las cocinas mencionadas han sido alimentadas con especies arbóreas frecuentemente empleadas en Senegal para cocinar, como la Cordyla Pinnata (DIMB) y la Casuarina Equisetifolia (FILAO). El modelo de Gasificador también se alimentará por la especie Typha Australis que será procesada en forma de pequeños cilindros prensados de serrín denominados “pellets”. Cada una de las cocinas, junto con un tipo de combustible, han sido ensayadas por medio de la Prueba de Ebullición del Agua (Water Boiling Test), o más comúnmente conocida como WBT. No deja de ser un protocolo estandarizado que somete al conjunto cocina-combustible en cuestión a una simulación simplificada (en un laboratorio) del proceso de cocción, donde el agua hace las veces de alimento específico de la región. El Centre d'Études et de Recherches sur les Énergies Renouvelables (CERER), que cuenta con el Sistema de Monitoreo de Emisiones de Laboratorio (Laboratory Emissions Monitoring System LEMS), fue el encargado de llevar a cabo dichas pruebas y, por tanto, proporcionar la información y resultados que se exponen en este proyecto. Así pues, se expondrán los resultados de los parámetros que se han considerado importantes para caracterizar a cada conjunto cocina-combustible. Esto permitirá tener argumentos más objetivos para sugerir cual sería la alternativa más idónea a la cocina de tres piedras. En primer lugar, uno de los objetivos es compararlas desde el punto de vista del rendimiento energético y consumo de combustible. Ello se conseguirá con el análisis de algunos valores suministrados por el WBT como el Thermal Efficiency (eficiencia térmica), Specific fuel consumption (consumo específico de combustible), Firepower (potencia), Time to boil (tiempo de cocción) o el Specific Energy Consumption (energía específica consumida) entre otros. En segundo lugar, se procederá a medir y registrar la concentración de CO y PM2.5. Se analizan estas y no otras por ser dos de las principales sustancias que denotan si una combustión es completa o no y, por tanto, si se está ante una cocina mejorada o no. Además, es importante remarcar que las PM2.5 son particularmente dañinas para la salud. De igual forma se mostrarán resultados como Total Emissions (Emisiones totales), Specific Emissions rate (Velocidad emisiones específicas) y, sobre todo, Emissions per Kg fuel (Factor de emisión). En cualquiera de los dos casos, se presentará tanto un resultado global como resultados según el comportamiento a alta o baja potencia de cada combinación, y que son obtenidos, mayoritariamente, como el valor medio de entre todas las repeticiones a las que han sido sometidas. Además, y para poder comparar los resultados con los realizados con otras cocinas por otros autores, se procederá a clasificarlas de acuerdo a los “Niveles de Rendimiento” reflejados en la International Workshop Agreement (IWA) bajo la tutela de la Organización Internacional de Normalización (International Organization for Standardization ISO). Asimismo, el resultado de una única repetición del WBT no llevaría a conclusiones auténticas del comportamiento real de cada cocina, ya que hay muchas variables que pueden influir en los resultados. Por esta razón, se estima la variabilidad mediante el cálculo de Desviaciones estándar (SD) y Coeficientes de variación (CoV) para algunas medidas interesantes. Así, se podrá afirmar en qué casos es necesario desechar ciertas repeticiones para no hacer conclusiones erróneas y cuál sería el número de réplicas adecuado. Por último, se recomendarán propuestas de mejoras y soluciones con el fin de seguir avanzando en este ámbito de estudio.

Más información

ID de Registro: 49757
Identificador DC: http://oa.upm.es/49757/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:49757
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 09 Abr 2018 12:24
Ultima Modificación: 09 Abr 2018 12:24
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