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Perspectiva ambiental de las cocinas solares en la zona altoandina de Tacna Hugo Torres Muro, Carlos Polo Bravo, Orlando López Cornejo, Boris Milla Taco
PERSPECTIVA AMBIENTAL DE LAS COCINAS SOLARES EN LA ZONA ALTOANDINA DE TACNA Primera edición Enero, 2012 Lima - Perú © Hugo Torres Muro Carlos Polo Bravo Orlando López Cornejo Boris Milla Taco PROYECTO LIBRO DIGITAL PLD 0505 Editor: Víctor López Guzmán http://www.guzlop-editoras.com/ guzlopster@gmail.com guzlopnano@gmail.com facebook.com/guzlopster twitter.com/guzlopster 428 4071 - 999 921 348 Lima - Perú
PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD) El proyecto libro digital propone que los apuntes de clases, las tesis y los avances en investigación (papers) de las profesoras y profesores de las universidades peruanas sean convertidos en libro digital y difundidos por internet en forma gratuita a través de nuestra página web. Los recursos económicos disponibles para este proyecto provienen de las utilidades nuestras por los trabajos de edición y publicación a terceros, por lo tanto, son limitados. Un libro digital, también conocido como e-book, eBook, ecolibro o libro electrónico, es una versión electrónica de la digitalización y diagramación de un libro que originariamente es editado para ser impreso en papel y que puede encontrarse en internet o en CD-ROM. Por, lo tanto, no reemplaza al libro impreso. Entre las ventajas del libro digital se tienen: • su accesibilidad (se puede leer en cualquier parte que tenga electricidad), • su difusión globalizada (mediante internet nos da una gran independencia geográfica), • su incorporación a la carrera tecnológica y la posibilidad de disminuir la brecha digital (inseparable de la competición por la influencia cultural), • su aprovechamiento a los cambios de hábitos de los estudiantes asociados al internet y a las redes sociales (siendo la oportunidad de difundir, de una forma diferente, el conocimiento), • su realización permitirá disminuir o anular la percepción de nuestras élites políticas frente a la supuesta incompetencia de nuestras profesoras y profesores de producir libros, ponencias y trabajos de investiga- ción de alta calidad en los contenidos, y, que su existencia no está circunscrita solo a las letras. Algunos objetivos que esperamos alcanzar: • Que el estudiante, como usuario final, tenga el curso que está llevando desarrollado como un libro (con todas las características de un libro impreso) en formato digital. • Que las profesoras y profesores actualicen la información dada a los estudiantes, mejorando sus contenidos, aplicaciones y ejemplos; pudiendo evaluar sus aportes y coherencia en los cursos que dicta. • Que las profesoras y profesores, y estudiantes logren una familiaridad con el uso de estas nuevas tecnologías. • El libro digital bien elaborado, permitirá dar un buen nivel de conocimientos a las alumnas y alumnos de las universidades nacionales y, especialmente, a los del interior del país donde la calidad de la educación actualmente es muy deficiente tanto por la infraestructura física como por el personal docente. • E l p e r s o n a l d o c e n t e j u g a r á u n r o l d e t u t o r, f a c i l i t a d o r y c o n d u c t o r d e p r o y e c t o s
de investigación de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electró- nicas recomendadas. • Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales y mejorar la sustentación de sus presupuestos anuales en el Congreso. En el aspecto legal: • Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edición digital, sin perder su autoría, permitiendo que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita. • Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versión digital. Lima - Perú, enero del 2011 “El conocimiento es útil solo si se difunde y aplica” Víctor López Guzmán Editor
X Simposio Peruano de Energía Solar PERSPECTIVA AMBIENTAL DE LAS COCINAS SOLARES EN LA ZONA ALTOANDINA DE TACNA Hugo Torres Muro, Carlos Polo Bravo, Orlando López Cornejo, Boris Milla Taco Departamento Académico de Física – Centro de Energías Renovables de Tacna (CERT), Facultad de Ciencias - Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, Ciudad Universitaria Av. Miraflores s/n - Tacna – Perú, Telefax: 52 – 88 30 00 Anexo 2101, e-mail: hugotorres@hotmail.com RESUMEN En las zonas rurales del Perú, el uso de la leña como fuente primaria de energía representa una fracción muy importante de todas las necesidades energéticas de la población; y su escasez es cubierta en muchos casos por el uso de la bosta y la yareta; lo que perjudica el rendimiento de las tierras de cultivo y la economía de dichas poblaciones. La población altoandina de Tacna, en su gran mayoría usan la leña, la bosta y la yareta como fuentes primarias de energía, para múltiples aplicaciones domésticas y artesanales como la preparación de sus alimentos y el teñido de lana; esto ocasiona emisión de CO2 por combustión, exacerbando las enfermedades respiratorias, la contaminación atmosférica, degradación de los suelos y sus consecuencias globales. El uso de la leña, en cocinas tradicionales (de tres piedras) para preparar alimentos, produce una fuerte presión sobre los bosques de Q’eñuales primarios de la zona altoandina de Tacna, esto se agrava por la baja eficiencia térmica de estas cocinas tradicionales lo que significa mayor demanda de combustible y mayor velocidad de deforestación de estos bosques. El uso de la leña, la bosta y la yareta, como fuentes primarias de energía es un factor importante que impide un desarrollo sostenible de las comunidades altoandinas de Tacna, agravando el problema de la extrema pobreza. El trabajo de investigación tiene como objetivo proporcionar información que permita determinar el impacto social, ambiental y económico que produciría el uso de Cocinas Solares en la zona objetivo, y determinar la cantidad de CO2 que se dejaría de emitir a la atmósfera con el uso de esta tecnología limpia en aplicaciones domésticas y artesanales en la zona altoandina de Tacna. La demanda de leña para cocinar en la provincia de Tarata es de 960 T/a lo cual está emitiendo a la atmósfera 1728 T/a. y la cantidad máxima de CO2 que se puede dejar de emitir a la atmósfera en la provincia de Tarata, con el uso de cocinas solares SK12, SK14 sustituyendo al fuego de tres piedras equivale a 2 614,2 T/a. Desde el punto de vista de la perspectiva ambiental que tienen las cocinas solares, los resultados obtenidos nos permiten concluir que su aplicación masiva es una alternativa de solución para la crisis de la leña en la zona altoandina de Tacna, que permitirá revertir la situación actual causando impactos positivos significativos, como la reducción de la deforestación, reducción de la migración y extinción de especies, disminución de enfermedades respiratorias, reducción de la degradación de los suelos, mejoras en la calidad de la dieta alimenticia y por lo tanto una mejor calidad de vida de la población.
X Simposio Peruano de Energía Solar 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA crisis global de la energía en general y a la crisis de En las zonas rurales del Perú, el uso de la leña la leña en particular. como fuente primaria de energía representa una En la actualidad se ha conseguido una solución fracción muy importante de todas las necesidades tecnológica para que en una media de 250 días al energéticas de la población; y su escasez es cubierta año la cocción de alimentos sea limpia y sin en muchos casos por el uso de la bosta y la yareta. malgastar leña. Nos referimos a la solar. Existen La población altoandina de Tacna, en su gran diferentes tecnologías, pero en todas ellas se mayoría usan la leña, la bosta y la yareta como obtienen temperaturas idóneas para la cocción fuentes primarias de energía, para múltiples saludable de los alimentos. aplicaciones domésticas y artesanales como la La energía solar como fuente de energía que preparación de sus alimentos y el teñido de lana; sustituya a la leña, representa un aporte importante esto ocasiona emisión de CO2 por combustión, en los programas para combatir la deforestación y exacerbando la contaminación atmosférica y sus desertificación. consecuencias globales. Esta práctica ancestral, produce también una fuerte presión sobre los 2. ACTIVIDADES REALIZADAS bosques de Queñua primarios, particularmente en la • Visita de inspección a los lugares afectados por provincia de Tarata y Candarave. Esto se agrava la extracción de leña. por la baja eficiencia térmica de estas cocinas lo • Encuestas para determinar el perfil de que significa mayor demanda de combustible y por extracción, consumo y comercialización de lo tanto mayor deforestación. La deforestación y leña. desertización por la tala indiscriminada de bosques • Estimación de la cantidad de CO2 que se emite a produce pérdida de ecosistemas y extinción de la atmósfera por el uso de la leña en la zona de algunas especies. estudio. El uso de la bosta como fuente de energía primaria • Evaluación de la eficiencia térmica de la cocina produce una pérdida de fertilidad de las tierras en solar en la zona de estudio. donde se encuentran ubicados los pastos naturales • Estimación de la cantidad de CO2 que se dejaría que sirven de alimento a los camélidos de emitir con el uso de cocinas solares sudamericanos y otros tipos de ganadería, que parabólicas SK14 constituyen la principal fuente de ingresos • Demostraciones del manejo y mantenimiento económicos de las comunidades involucradas. La de la cocina, preparación de alimentos, tiempo quema de estiércol agota la fertilidad de la tierra, de cocción. etc. baja el rendimiento de las cosechas, y contribuye al 2.2. ESTIMACIÓN DE LA EMISIÓN DE CO2 esparcimiento del hambre, la migración de la gente PRODUCIDO POR EL USO DE LEÑA y de los rebaños a tierra más habitable o a ciudades ya sobre pobladas. En la determinación de la demanda de leña, como fuente de energía primaria para aplicaciones 2. METODOLOGÍA domésticas y artesanales en la zona altoandina de La reforestación, el uso de fuentes renovables de Tacna, provincia de Tarata a partir de las encuestas energía y la conservación de combustibles, son los realizadas, se han obtenido los siguientes tres métodos que ofrecen soluciones posibles a la resultados,
X Simposio Peruano de Energía Solar *Cantidad que consumen por mes/familia (1 carga Energía Solar máxima (directa) anual a la es igual a 40 Kg) : 320 kg Sk12 continuamente orientada al sol: Emax = *Total de leña que se consume por mes (250 3110 kWh/m2/a familias) : 80 000 kg Apertura A de la cocina SK12, con *Total de leña que se consume por año (250 seguimiento, latitud 18 o es 1,5 m2 familias) : 960 000 kg Energía efectiva de una cocina SK12: En = *Costo de la leña: S/. 0,50 kg Emax A η = 2333 kWh/a *Costo de leña por mes: S/. 40 000 Poder Calorífico de la leña: H = 15000 *Costo de leña por año: S/. 480 000 kJ/kg = 4,17 kWh/kg *Comercialización: un 30 % de los encuestados Rendimiento del fuego a tres piedras: ηl = compran leña y un 70 % consigue su propia leña. 0,05 *Existen pocos intermediarios. Energía efectiva de 1 kg. de leña: Enl = H ηl *Los tiempos promedios que utilizan para = 0,21 kWh/kg conseguir la leña son entre 3 a 6 horas, por que los Equivalencia máxima de leña por SK12: mmax lugares de extracción cada vez están más lejos del = Emax/En1 = 11 196 kg/a pueblo, a más de 10 km. Emisión de CO2 de la equivalencia máxima: Mmax. CO2 = mmax (1,83) = 20 488,68 kg de Si considerando que 01 tonelada de leña al ser CO2/año (considerando que 4 T de leña emite quemada produce 1,83 toneladas de CO2, a la atmósfera 7,32 T de CO2) podemos estimar la cantidad de CO2 que se está La cantidad máxima de CO2 que se dejará de emitiendo a la atmósfera en la provincia de emitir a la atmósfera con el uso de una cocina Tarata, teniendo en cuenta la demanda de leña solar SK12 continuamente orientada, calculada a partir de las encuestas equivalentes a sustituyendo al el fuego de tres piedras es: 960 T/a, entonces obtenemos que la cantidad de Mmax = 20 488,68 kg/a CO2 emitida por el uso de la leña para cocinar alimentos en la zona de estudio es de 1756,8 T/a. La cantidad de CO2 que se puede dejar de emitir a la atmósfera en forma directa con el uso de una 2.3. ESTIMACIÓN DE LA CANTIDAD DE cocina solar SK12 común suponiendo un uso de CO2 QUE SE DEJA DE EMITIR POR 2000 horas por año (10 h/d durante 200 días del EL USO DE COCINAS SOLARES año) se obtiene con los siguientes parámetros: Temporada T del uso anual: 2000 h/a Para estimar las cantidades de CO2 que se dejarán Potencia N de la cocina solar SK12: 0,6 kW de emitir a la atmósfera por el uso de las cocinas Energía solar máxima para un tiempo de 10 solares parabólicas, en la zona alto andina de Tacna h/d expuestas al sol ( de 8 h a 17 h): E max2 = 1 se debe considerar según el Ing. Dieter Seifert 600 kWh/m2a (1998), lo siguiente: Energía efectiva de la cocina SK12: En2 = Datos de la Cocina Solar tipo SK12, (SK14, Emax2 A η = 1200 kWh/a Equivalencia de leña por SK12: m2 = En2/En1 SK98 ): Diámetro, D = 1,4 m; Eficiencia, η = 5 714,3 kg/a = 50 %
X Simposio Peruano de Energía Solar La cantidad de CO2 que se puede dejar de SK12. En los diagramas de redes que se mostrarán emitir con una cocina solar parabólica SK12 a continuación hay que considerar que el color rojo común, expuesta 10 h/d al sol es: m2. CO2 = indica un impacto negativo importante, el color m2 1,83 = 10 456,6 kg de CO2/a amarillo indica un impacto negativo moderado y el color verde indica un impacto positivo importante y Extendiendo estos resultados para el caso de Tarata, el color celeste un impacto positivo moderado. Los en dónde existe una población estimada de 1 250 números romanos que aparecen en los diagramas de habitantes para el año 2000 (según datos del INEI) redes indican lo siguiente: I Alteraciones en el y considerando que cada familia está conformada Medio Físico; II Alteraciones en el Medio Biótico y por 5 personas, se tiene que la cantidad máxima de III Alteraciones en el medio Socio Cultural. CO2 que se puede dejar de emitir a la atmósfera con el uso de cocinas solares SK12 por 250 familias de Tarata es de 2 614,2 T/a VARIACIO N DE LA TEMPERATURA AMBIENTE, TEMPERATURA DEL AGUA CO N RESPECTO AL TIEMPO 2.4. EVALUACIÓN TÉCNICA DE LA Temperatura (ºC) 100 COCINA SOLAR PARABÓLICA SK14 80 60 Se ha realizado teniendo en cuenta el protocolo de 40 ensayos de RICSA, por lo tanto se ha considerado 20 como carga 01 litro de agua, se ha tomado la medida de la variación de la temperatura ambiente 0 10:46 10:50 10:54 10:58 11:02 11:06 11:10 y la temperatura del agua con respecto del tiempo. Tem. del agua (ºC) Se han obtenido los siguientes resultados: Tiempo (min) Tem. Ambiente (ºC) La temperatura del agua aumenta rápidamente, llegando a hervir el agua en 18 minutos a los 90 ºC, la temperatura ambiente no tiene cambios bruscos durante el tiempo de evaluación. La temperatura del agua asciende progresivamente hasta alcanzar 90 º C. Para hervir 2 litros de agua tarda 24 minutos. 2.5. IDENTIFICACIÓN Y VALORACIÓN CUALITATIVA DE IMPACTOS AMBIENTALES En la Identificación de impactos ambientales se ha considerado los impactos producidos por la extracción de la leña, por el uso de la leña para cocinar, y los posibles impactos ambientales que producirán el uso de las cocinas solares parabólicas
X Simposio Peruano de Energía Solar DIAGRAMA DE REDES DE IMPACTOS AMBIENTALES EN LA EXTRACCION DE LEÑA EN LA ZONA ALTOANDINA DE TACNA DETERIORO MIGRACION CALIDAD DE POBLACIONAL VIDA III CONFLICTO AMBIENTE COMUNIDAD MENOR OPORTUNIDAD REDUCCION PROYECTOS DE OPORTUNIDADES DESARROLLO ECONOMICAS ESPECIES EN EXTINCION MIGRACION CAMBIO USO ------------------------------------------------------------------------------------------------- ESPECIES DEL SUELO DESERTIZACION REDUCCION DE FLORA, DEFORESTACIÓN II FAUNA TERRESTRE PÈRDIDA FERTILIDAD EROSIÓN DE DE SUELOS SUELOS ------------------------------------------------------------------------------------------------- ALTERACION DE LA ALTERACIÓN COMPOSICION DE DEL PAISAJE LOS SUELOS EXTRACCIÓN DE LEÑA I
X Simposio Peruano de Energía Solar DIAGRAMA DE REDES DE IMPACTOS AMBIENTALES DEL USO DE LA LEÑA PARA COCINAR EN LA ZONA ALTOANDINA DE TACNA BAJA CALIDAD III DE VIDA PERDIDA DE EMPLEO ENFERMEDADES RESPIRATORIAS MENOS OPORTUNIDAD PROYECTOS DESARROLLO ------------------------------------------------------------------------------------------------- PERDIDA DE ECOSISTEMAS MIGRACION EXTICIÓN DE DEFORESTACION DE ESPECIES ESPECIES II CONTAMINACION CONTAMINACION EN ANTMSFÉRICA INTERIORES VARIACIONES EMISIÓN DE FISICO QUIMICAS HUMOS EN DEL AIRE INTERIORES I USO DE LEÑA PARA COCINAR
X Simposio Peruano de Energía Solar DIAGRAMA DE REDES REDUCIDA DE POSIBLES IMPACTOS AMBIENTALES PRODUCIDO POR EL USO DE COCINAS SOLARES EN LA ZONA ALTOANDINA TACNA MEJORA EN CALIDAD DE VIDA OPORTUNIDAD REDUCCION DE TRABAJO DEL EFECTO INVERNADERO REDUCCION ENFERMEDADES INCREMENTO RESPIRATORIAS NATURAL DE OXIGENO REDUCCION DE LA DESERTIFICACION REDUCCION DE MIGRACION Y EXTINCIÓN DE REDUCCION DE ESPECIES DEGRDACION DE SUELOS REDUCCION DE LA REDUCCION DE LA DEFORESTACION CONTAMINACIÓN EN INTERIORES USO DE COCINAS SOLARES PARA COCINAR
X Simposio Peruano de Energía Solar 3. RESULTADOS 4. CONCLUSIONES 3.1. EMISIÓN DE CO2 POR EL USO DE • La fuerte demanda de leña esta causando una LA LENA, EN TARATA. serie de impactos ambientales, económicos y sociales en la población de la zona de estudio, • La demanda de leña calculada a partir de las que contribuye a incrementar los bajos niveles encuestas asciende a 960 T/a de calidad de vida de las comunidades en • La cantidad de CO2 que se está emitiendo a la estudio. atmósfera por el uso de la leña para cocinar es • Los impactos ambientales más importantes son de 1756,8 T/a. sobre los ecosistemas, flora, fauna lo cual está provocando que exista una creciente migración 3.2. CANTIDAD DE CO2 QUE SE y extinción de especies, así como una paulatina DEJARÍA DE EMITIR CON EL USO pero constante degradación de los suelos por DE LAS COCINAS SOLARES SK12 erosión causada por las lluvias principalmente. (SK14) • El uso de leña para cocinar sus alimentos causa impactos negativos importantes en la población, sobre todo en aquellas personas que se • La cantidad máxima de CO2 que se dejará de encuentran la mayor parte del tiempo en la emitir a la atmósfera con el uso de una cocina cocina, esto deberá ser verificado a través de un solar SK12(SK14), continuamente orientada, estudio epidemiológico detallado. sustituyendo al el fuego de tres piedras es: • La introducción de cocinas solares parabólicas Mmax = 20 488,68 kg/a SK12, SK14 o SK98 pueden ser una alternativa • La cantidad de CO2 que se puede dejar de de solución para solucionar la crisis de la leña emitir con una cocina solar parabólica SK12 que está ocurriendo en la zona altoandina de común, expuesta 10 h/d al sol es: m2. CO2 = Tacna, permitirá revertir la situación actual y m2 1,83 = 10 456,6 kg de CO2/a además causará impacto positivos • La cantidad de CO2 que se puede dejar de considerables, como la reducción de la emitir a la atmósfera con el uso de cocinas deforestación, reducción de la migración y solares SK12 por 250 familias de Tarata es extinción de especies, reducción de de 2 614,2 T/a enfermedades respiratorias, reducción de la degradación de los suelos, mejoras en la calidad 3.3. EFICIENCIA DE LA COCINA SOLAR de la dieta alimenticia y por lo tanto una mejor PARABOLICA SK12 calidad de vida de la población. • Es necesario realizar un estudio detallado de los Durante la evaluación de la cocina parabólica la impactos que sobre las especies de flora y fauna radiación solar ha sido favorable, con valores tiene la extracción de la leña, particularmente de superiores a los 700 W/m2 establecidos para la Queñua, en la zona altoandina de Tacna. realizar las evaluaciones. La eficiencia de la cocina • Es necesario que las municipalidades y los solar parabólica es del 47,64 %, bajo condiciones gobiernos regionales consideren en sus planes de temperatura y presión para los 3 500 m s n m de estratégicos de desarrollo la implementación de altura a la que se encuentra la provincia de Tarata.
X Simposio Peruano de Energía Solar un programa de capacitación y difusión para el IDMA, (1998), Estudio de Demanda de Leña uso masivo de las cocinas solares en la zona y su Impacto Ambiental en el Santuario altoandina de Tacna, no sólo de las cocinas Nacional de Ampay, Apurímac, Perú. parabólicas SK sino también de las cocinas Mullick, S.C. Et. Al. (1991), Thermal Test solares tipo caja y de las cocinas mejoradas, de Procedure for a Paraboloid Concentrator Solar acuerdo al la aceptación que este tipo de Cooker, Solar Energy, vol 46, USA tecnología tenga en dichas comunidades. Nandwani S., Et. al. (2000), Horno/cocina solar: Construcción y financiamiento, II 5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS World Conference On Solar Cookees. ONU - Para la agricultura y la Aguilar, Margot, (1982), Cocinando con alimentación, (1979) Sistemas de energía solar para cuidar la Tierra, Ediciones almacenamiento de energía para cocinar en GEA, Mexico D.F. las zonas rurales en desarrollo, Lawland Canter, L. (1998), Manual de Evaluación de Torres Muro, Hugo; Polo Bravo, Carlos; Impacto Ambiental, Mc. Graw Hill, 2da López Cornejo, Orlando (2002), Impacto de Edición, Madrid. las Cocinas Solares sobre la demanda de leña CEPIS-OPS/OMS, (1999), Evaluación de y la emisión de Bióxido de Carbono en la Impacto Ambiental, http//www.cepis.ops- zona Altoandina de Tacna, CERT, UNJBG, oms.org Tacna Conesa Fdez, V. (1997), Guía Metodológica Seifert D. y Vílchez M., (1999), La cocina para la Evaluación de Impacto Ambiental, solar SK98, 4º ENCUENTRO SOLAR, Ediciones Mundi Prensa, Madrid. Benicarló, 26 y 27 de junio de 1999 Finck Pastrana, A. Et al. (2001), Seifert, D. (1996), Solar Cooker SK12 - Correcciones al protocolo de ensayos de Experiences and Visions. En: Proceedings cocinas solares para la determinación del EuroSun´96, 10. Internationales rendimiento térmico, Sonnenforum, vol. 4, p. 1.483-1.487 www.g.unsa.edu.ar/asades/actas2000/03- 81.html, Finck Pastrana, A., (2001), Protocolo de cocción solar de RICSA apreciaciones respecto de la determinación de la energía y la carga para determinar la potencia efectiva de cocción, www.g.unsa.edu.ar/asades/actas2000/03- 81.html, Fundación TIERRA, (2000), Perspectiva Ambiental 25: La Cocina Solar, Barcelona, España.
X Simposio Peruano de Energía Solar ANEXOS Foto 1: Vista que muestra la forma cómo las mujeres contribuyen con la recolección de la leña, sin utilizar animales de carga Foto 2: Estudiantes y profesores evaluando y difundiendo el uso de las cocinas solares y otros sistemas solares, en la ciudad de Tarata.
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