FOGONES EFICIENTES

Tomado de: Construcción y mantenimiento de los fogones eficientes de Ricardo R. Zúñiga

Ministerio de Educación Departamento Agropecuario.

Publicado por la editorial Pueblo y Educación.

El uso de la biomasa en nuestro país ha estado condicionado por la escasez de combustibles (petróleo y sus derivados) y por métodos más modernos para la elaboración y cocción de los alimentos. No obstante en las zonas rurales se emplea la biomasa de forma generalizada, y se observa un incremento considerable también en las zonas urbanas, a partir del comienzo del período especial, como consecuencia de la disminución de las asignaciones de petróleo y sus derivados. Además, si tenemos en cuenta que los fogones tradicionales se construyen esencialmente para leña y poseen una baja eficiencia que oscila entre 1 y 5% de aprovechamiento del calor de combustión, es fácil comprender que hay un excesivo gasto de leña, imposible de mantener sin afectar la ecología del país.

Por lo antes expuesto, resulta necesario buscar soluciones al problema planteado, para lo cual se está desarrollando un trabajo dirigido a la educación energética de nuestro pueblo y, en especial, en el sector de la educación, en cuyos centros existen más de 1 500 cocinas, que lo convierten en un gran consumidor de leña; así como por la influencia que tiene en este sentido, en las nuevas generaciones.

Entre las medidas que se han tomado, está: construir fogones que además de aumentar la eficiencia con la leña puedan emplearse con otros tipos de biomasa como el bagazo de caña, la planta de maíz seca, la cáscara del coco y del arroz, el aserrín, y otras que puedan existir en cada territorio.

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Eficiencia de los fogones

La eficiencia de los fogones está determinada por el nivel de aprovechamiento del calor de combustión en la elaboración o cocción de los alimentos que se procesen. Por esta razón, es importante tener en cuenta las formas en que se transmite el calor de combustión para el diseño de las diferentes variantes de fogones.

El calor por convección tiene su máximo aprovechamiento cuando toda la llama está en contacto directo con la superficie de la olla o recipiente, para lo cual debe cumplirse la relación entre el diámetro del recipiente que se utilice, la altura o distancia de la parrilla a la olla y el diámetro de dicha parrilla.

El máximo de eficiencia se alcanza cuando se cumplen simultáneamente las dos condiciones siguientes:

1) El diámetro de la olla (D) es el doble del diámetro de la parrilla (d): d = ½D.
2) La distancia de la olla a la parrilla (h) es la mitad del diámetro de la olla.(D): h = ½D

Factores que intervienen en la eficiencia de los fogones

El diseño de los fogones para cada tipo de biomasa resulta de gran importancia, ya que debe cumplir tres requisitos fundamentales:

1. Máximo aprovechamiento del calor generado por la combustión.
2. Aprovechamiento del calor por radiación
3. Evitar la disipación del calor a través de elementos conductores.

En la actualidad se han fabricado muchos fogones de leña de diversos diseños.

A continuación explicaremos brevemente uno de ellos.

Fogones con cámaras independientes

Estos fogones resultan de alta eficiencia porque hay un buen aprovechamiento, tanto del calor por convección como por radiación y la olla o recipiente penetra en una cámara cerrada y aislada térmicamente que permite una buena concentración de los gases calientes.

Tecnología de construcción de los fogones eficientes con cámaras de combustión independientes para leña y carbón.

Este tipo de fogón se puede construir de una o varias hornillas. En la figura 1a se muestra un diseño de dos hornillas con sistema de aire regulable por la puerta de alimentación, construido en el Politécnico Calixto García, de Holguín.

Las partes principales de este fogón la componen:

(1) dos cámaras de combustión independientes, (2) el cuerpo o mueble, (3) chimenea, (4) mezcla aislante térmica, (5) puerta regulable y (6) separador de aire.

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La cámara de combustión está conformada por una tambora de hierro fundido con una abertura para el suministro de combustible (biomasa) y en el interior se le construye una parrilla de cabilla para la liberación de la cenizas. La tambora se sitúa sobre un cenicero construido a partir de una llanta de acero o de ladrillo, según se muestra en la figura 2a. Sobre la tambora se coloca un triángulo de apoyo con una guía para la olla o recipiente y sobre éste un rolo de plancha de acero donde se introduce la olla. El diámetro del rolo debe ser 2 cm mayor que el de la olla, de tal forma que quede una holgura entre ambos de 1 cm para la circulación y salida de los gases, todo lo cual permite un área mayor de calentamiento. En el borde superior del rolo se coloca un aro de cabilla para sellar la holgura entre éste y la olla o recipiente, y facilitar una mejor salida del humo a través de una abertura que está construida en la parte superior del rolo que lo comunica con la chimenea.

El cuerpo o mueble del fogón se construye de bloques, ladrillos o tanque metálico, y sus dimensiones y forma dependen de la cámara de combustión y el tipo de olla o recipiente que se emplee, teniendo en cuenta que entre el mueble y la cámara de combustión debe quedar un espacio de 10 cm como mínimo para la mezcla aislante térmica.

La chimenea se construye de barro con una altura de 5 m y un diámetro de 20 cm. Cuando no sea posible construirla de barro, es conveniente levantar un tramo de aproximadamente 2 m con ladrillos y utilizar un tubo metálico para alcanzar la altura deseada. Las chimeneas que son construidas de materiales poco conductores del calor, permiten un tiro de aire más estable que las de aluminio u otros materiales metálicos.

La mezcla homogénea aislante térmica se hace con aserrín y barro a 50 %, que se agrega como relleno entre el mueble y la cámara de combustión. Esta mezcla se puede emplear seca, rellenando de abajo hacia arriba y apisonándola poco a poco; también se puede emplear mezclándola con agua hasta que quede una masa pastosa similar a la empleada para moldear el barro y después agregarla de la misma forma que la anterior.

La puerta regulable permite la entrada adecuada de aire de acuerdo con el tipo de combustible o la intensidad del fuego que se desee, par evitar de esta manera un exceso de oxígeno que acelere la combustión innecesariamente.

El diseño de la puerta permite abrirla totalmente para sacar la ceniza o alimentar la cámara de combustión, y cuando se mantiene cerrada, la cerradura se desliza y permite la entrada del aire o no. Su construcción está formada por un marco que se fija al mueble del fogón, una plancha con una abertura de forma rectangular con un respaldo para que el aire no entre de forma directa. Por la parte delantera de la plancha se fijan la guía y la cerradura (Fig. 1b).

El separador de aire se coloca cuando se utiliza una chimenea con dos o más hornillas para limitar el tiro de aire sólo a la cámara de combustión que se esté utilizando durante la cocción de los alimentos. En este caso, si no se emplea dicho separador, existe un tiro de aire frío por la hornilla adyacente, que dificulta la evacuación de los gases residuales del fogón a través de la chimenea.

Tecnología de construcción de los fogones eficientes con cámaras de combustión independientes para bagazo.

Tiene el mismo principio de funcionamiento que el fogón de leña con cámara independiente, sólo varía el diseño para la parrilla, la alimentación y la entrada de aire. Esta variante se constituye fundamentalmente para el bagazo, pero trabaja también con leña, carbón u otros combustibles sólidos.

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La parrilla se construye en forma de canasta para evitar la acumulación de cenizas en la cámara de combustión y facilitar una mejor entrada de aire por el cenicero. La forma de la parrilla permite sacudirla durante el trabajo sin necesidad de apagar el fogón.

La alimentación se realiza a través de un canal donde el bagazo entra ajustado a éste y se coloca al mismo nivel de la abertura de la tambora y en la parte superior se deja una aspillera para la observación de la combustión y entrada de aire adicional (Fig. 2b). La salida de los gases para la chimenea debe colocarse a 180° con relación a la entrada del bagazo.

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Influencia del uso de la leña seca en la eficiencia.

Un factor importante en la eficiencia es el empleo del combustible seco, porque cuando se emplea cualquier combustible que tenga contenido de agua hay que emplear una energía adicional para evaporar dicha agua.

La leña verde tiene 50 % de agua y 50 % de biomasa. Para que pueda combustionar es necesario evaporar el agua, lo cual requiere de un gasto de energía adicional. Por ejemplo, la leña seca tiene un valor calórico de 18 000 kJ/kg, entonces 0,5 kg de leña secatiene un valor calórico de 9 000 kJ/kg. Para evaporar 0,5 kg de agua se necesitan 1 160 kJ, por lo tanto, el valor energético de 1 kg de leña es el siguiente:

Ev: Energía 1 kg leña verde
Es: Energía 1 kg leña seca
Ea: Energía de evaporación. 0,5 kg agua

Ev = Es - Ea

     = 9 000 kJ/kg - 1 160 kJ/kg
     = 7 840 kJ/kg


Si hacemos un análisis del resultado, es fácil darse cuenta que cuando se emplea leña verde se aprovecha menos del 50% de la energía en comparación con la leña seca que tiene un valor energético de 18 000 kJ/kg.


En Cuba hay poca cultura en la preparación, secado y almacenamiento de la leña para ser empleada en los fogones eficientes, con independencia de las dificultades que se han confrontado con el transporte y las herramientas. En la actualidad, la mayor parte de la leña que se utiliza es verde, lo cual implica un gasto excesivo y una gran afectación de la salud de los trabajadores de la cocina por el desprendimiento de gases durante la combustión.

Recomendaciones para el corte y almacenamiento de la leña:

a) Usar las herramientas adecuadas: Hacha, lima, mandarria y sierra
b) Serrar leña en pedazos de aproximadamente 30 cm.
c) Rajar los trozos de leña con el hacha.
d) Secar la leña antes de su uso. (Un secador solar puede ser de gran utilidad.)