Tecnologías apropiadas • de energía renovable para proyectos municipales

Tecnologías apropiadas de energía renovable para proyectos municipales

d . . l 4!9 e 1tona ·~ cutmsolor

mK:ION, DISOO

úta ed1clón contó con el apoyo financiero de la Agencia Suiza para el Desanollo y la Ccoperatión (Cosude), mediante el proyeuo «Fortalecl· miento de cap1c dades para el desarrollo local (Prodcl)», y del Centro de Gestión de t¡¡ Información y Desarrollo de la Energfa (Cubl!encrgfa), med ante el prnvecto •Contribución al desarrollo de modelos de ges­tión energética municipal. fase 11». del programa uDesanollo sostenl· ble de las fuentes reruwables de energfa11. además de la colaboración del Centro de Desarrollo local y Comumtario (Cedel), del Ministerio de Clenda, Tecnom~:ra y Medio Ar.Jbiente (Citma), y la Sociedad Cubana para la Promoc n de las fuentes Renovables de Energfa y el Respeto Ambiental (Cubasolar).

Coordinadores. Alejandro Mon esinos lanosa Ricardo B~rrlz V<tlle Luis Bérm Pért~ Alols Arenctbla Aruca

Coll•ct•vo de a~lores de Cubasolar (por orden allabétlco): Alols Arenr.ibla Aru1 a Luis Bé111l ?értt Ricardo Bérrlz Valle )n1ge Luis Cortlitla fenera Dania Gonz~!el Couret José A. Guardad'> Chacón Alejandro Mon Minos Larrosa Conrado More_"c Rgueredo MadeJa ne Vázquez Gálvez Ricardo Zúñtga lópez

VUAI.IZACIOIJ: Ale¡andro Monltsinos larrosa

corn:cc!Otl: Madelalne Vár.¡cez Gálvez y Jorge Santar:uulna Guerra

DISENO DE CUI!Itl11-'! Ricardo Bérrtz Valle

EDITORIAL

~

«:> ColPctivo d autores, 201r;

«) Editorial Cu~~solar, 2015

CUBASOLAR Callt1 PrtmPra, no. 2, e/ Vía Blan{a y Ave. Rotaria, Regla. La Haba a, Cuba 1~3) 7797')179 amonte@cub olar.cu www.cubasoln .e u

Índice

Prefacio PoR Aw. GllZoN ÚMPORREDONDO

CAPITUL01

CAr•hULO 2

Problemas energéticos del desarrollo local y sus posibles soluciones PoR LutS BtRRIZ PrRrz

Momentos de la gestión energética municipal PoR AtotS ARENCIBIA A RUCA

CAPITULO 3 Recomendaciones mínimas para el ahorro y la eficiencia energética PoR ALEJANDRO M oNTESIN05 l..AAROSA

CAPflUlO 4 Hacia un hábitat más racional y sustentable PoR D.v.r~ GoNZÁl.E.Z Coum

CAPiTULO S La energía solar fotovoltaica y sus aplicaciones PoR AlE¡.\l'iORO MoHtlSINOS lARROSA

CAPfTUL06

CAPitulO]

La tecnología de los pequeños aerogeneradores Poa CoNRADo MoREHO FIGuEW>o

El consumo de agua caliente y los calentadores solares PoR Lu1s B ffiRIZ PtREz

CAPITULO S Bombeo para el abasto de agua PoR ALEJANDRO M oNTESINOS lAR11o~

CAPII\JLO 9 Selección de un molino de viento PoR CoNRADO M oRENO FIGUIREDO

7

9

20

2)

sB

CAPÍTULO 10

El secado solar PoR lutS BERRIZ P~REz

CAPITUL011

La cocción de aUmentos con biogás Po• JosÉ ANTONIO GUARDADO Cw.cóN

<.APinJLO 12

Antecedentes y aplicaciones del horneado conblogás PoR JosÉA'floNto GUAI!OADO CHAcóN

v joRGE LUIS CoRTADA FERRtAA

CAPfTULO 1)

fogones eficientes de cámaras independientes con el uso de blomasas PoR RKARoo ZmltGA lóPEZ

whuLO 14

CAPITuLO 15

Potabilizaclón, desaUnización y destilación de agua POR LUIS BERRlZ PtREZ

Eficiencia energética para la cocción de alimentos en casa PoR MADELAINt VÁZQUEZ GAtvu

Tabla resumen Bibliografía Sobre los autores

61

71

82

85

92 101

102

Prefacio PoR AoA GuzóN ÚMPORREDONDO

La implementación de estrategia! municipales de desarro­llo loco/ demando de conocimientos muy diversos, desde lo$ relativos o tos procesos de planificación territorial hasta saberes relacionados can tecnolo· gías para lograr más eficiencia y menos impactos sobre el medioambiente.

Para ello, el Centro de Desarrollo Local y Comunitario (CedeO ha venido desarrollando el Programa cuatrienal «Fortalecimiento de capacidades munici· potes para el desarrollo local (ProdeO», destinado a la formación de recursos humanos de municipios cubanos, a la vez que ha proporcionado diferentes herramientas técnicas y metodológicas paro los gestores y gestoras municipa· les destinados a apoyar la realización de proyectos de emprendimientos ten­dientes a incrementar la producción y mejorar los servicios municipales.

Teniendo en cuenta que la energfa es un soporte básico de todoslossecto res de la econamfa, y que un mejor acceso o los servicios de energfa contempo ráneos es esencial paro el desarrollo en todas los ámbitos y esferas, resulta imperativo encontrar las alternativas para el aseguramiento energética de las iniciativas que se deriven de los estrategias municipales de desarrollo local.

De ahf que seo necesario determinar cuáles son los fuentes de energfa más respetuosos con el medioombiente, sus aplicaciones en el mundo rural y urbano, y las actitudes necesarias para promover el ahorro y lo eficiencia energética.

Existen en el mundo experiencias relacionados con lo iniciativa energética de los municipios, dirijidas a:

1. Reducir el consumo de combustibles fósiles. 2. Promover y fomentar un mayor ahorro energético y un uso más eficiente

de lo energfa. 3· Propiciar una adecuado gestión de la energfa en cuantas acciones se

realicen en los municipios. 4· Potenciar y determinar la implantación a nivel local del uso de las fuentes

renovables de energfo (FRE). 5· Asegurar la información a la ciudadanía promoviendo su participación en

las acciones previstas.

8~--------------------------------------------~P~R~(~~~C~IO

Lo explotación sostenible de los recursos energéticos locales contribuye o mejorar la situación económico y lo autonomía energético, generar fuentes de empleo. disminuir el impacto sobre el medioambiente gracias a la reduc· ción de emisiones o lo atmósfera. y producir un efecto de motor impulsor poro otros iniciativas de desarrollo dado el nivel de movilización y animación loco­les que conlleva un proyecto energético.

Un proyecto de desarrollo local sustentado en el uso de las FRE permite, entre otros propósitos, mejorar los niveles de vido,logror un mayor acceso o lo in{ormadón, mejorar el suministro de agua y lo prestación de seNicios de salud, y aumentar la productividad.

Los FRE son múltiples. Se troto, en primer lugar, de determinar cuáles son tos polen do les que tiene codo municipio y seleccionar los tecno/ogfos o pro· piados poro cado proyecto.

Esto obra, {rulo del aporte de miembros de la Sociedad Cubana para fa Promoción de las Fuentes Renovables de Energía y el Respeto Ambiental (Cu· basolar), pretende proporcionar a emprendedores y emprendedoras locales ideas y propuestos relacionadas con algunos problemas energéticos del de· sorrotto local y sus posibles soluciones, así como recomendaciones mínimas poro el ahorro y la eficiencia energética. Entre sus ofertas se encuentran ademds propuestas tecnológicas para la electrificación solar de objetos so· ciales y económicos. el calentamiento de agua, el bombeo para el abasto de agua, el secado solar de diferentes productos, el horneado para produccio· nes varios, la cocción de alimentos y la producción de conservas, el tratamien· to de aguas residuales, la potabilización, desalinización y destilación de agua, asf como lograr un hábitat más sustentable y la eficiencia en el hogar.

Como resultado colateral esperamos que esta entrega de propuestas de tecnotogfas apropiadas contribuya a promover procesos de emprendimientos para el diseño, construcción y distribución de equipos para Jos diferentes usos energéticos que demandan los programas de desarrollo en el territorio con recursos propios, y estimule lo iniciativa del gobierno municipal para su fomento por los adores locales.

CAPfTULO 1

Problemas energéticos del desarrollo local y sus posibles soluciones PoR Lu1s B~RRJZ PtREZ

Toda actividad necesita energía~ Todo desarrollo necesita. en primer lugar, un uso más efic.lcnte de la energía, y después, un aumento en el consumo energético. El desarrollo se logra con el aumento generalizado de nuevas actividades puntuales, pero toda actividad nueva requiere de un nuevo consumo energético.

El desarrollo local no es un desarrollo independiente y aislado, sino es parte de un todo y en interacción con el desarrollo de la nación en general. Es posible hacc1 referencia inclusive al desarrollo puntual, también como célula del desarrollo local y nacional. Un desarrollo local sostenible impllra el mejora· miento sostenible, en todo sentido, del medioamblente, y como parte lnte· gran te del mismo, de las condiciones de vida de la población. Si el desarrollo no mejora sino empeora el medioamblente, no es sostenible.

Pero el desarrollo sostenible de un pueblo Implica soberanfa en todo sen· ti do. No puede haber desarrollo sostenible con dependencia externa.

la Independencia energética implica el autoabastecimlento por fuentes energéticas propias, acompañado por la posesión del conocimiento y las tec· nologfas para el aprovechamiento de dichas fuentes.

la situación energética actual de Cuba se caracteriza por:

• Alta dependencia del combustible Importado (más de so%), y por tanto. baja seguridad energética.

• Un consumo relativo doméstico de energfa muy alto (más de so %) en comparación con la industria y el comercio, lo que dificulta una disminu· dónde la demanda máxima por acomodo de carga.

• Alto subsidio al consumo doméstico de electricidad para que esté en co· rrespondencia con el ingreso familiar.

• Una diferencia muy alta entre las demandas de electricidad máxima y mínima durante el día. A pesar de los esfuerzos realizados en el acomodo de carga, la demanda máxima es el doble de la demanda mínima.

• Ausencia de venta asequible a la población de equipos que pudieran dismi· nuir el consumo e inclusive generar electricidad, tales como calentadores solares, sistemas fotovoltalcos, pequeños aerogeneradores, etcétera.

10 CAPITUI O t. PROBLEMAS ENERGITJCOS O El DESARROII O 1 OCAI ••.

Hace algunos años, desde la revolución energética, se ha venido modifi· cando la política energ~tlca cubana. En los «lineamientos de la política econ6· mica y social del Partido y la Revolucióm>, aprobados en el último Congreso del PCC, varios de los lineamientos se refieren a un desarrollo energético sosten!· ble. A partir de ese momento se han tenido grandes avances, como la crea· ción, por el Decreto Presidencial no. 3 de 2012, de la Comisión Gubernamental de Energías Renovables, con los principales objetivos siguientes:

• Reducir la dependencia de los combustibles fósiles, con su consiguiente efecto en la independencia energética del país.

• Disminuir el alto costo de la energía que se entrega a los consumidores, debido a los precios de los combustibles y a la ineficiencia del sistema ell!ctrico que afecta directamente la competitividad de la economía en su conjunto.

• Contribuir a la sustentación medioambiental, teniendo en cuentil que en el país la producción de energía con combustibles fósiles es una de las ma­yores fuentes de contaminación ambiental.

En estos momentos el Estado cubano impulsa el desarrollo progresivo en la producción de electricidad con fuentes renovables de energía. Algunos de estos proyectos son:

• Biomasa cañera: 755 MW • Energfa eólica: 633 MW • Energía fotovoltaica: 700 MW • Hidroenergfa: 56 MW • Biomasa no cañera: 47 MW • Biogás para producción de electricidad: 27 MW

El avance propuesto es considerable si se tiene en cuenta que se parte de un nivel muy bajo de aproyechamiento de las fuentes renovables de energía. Y aquí no está lo principal, que es la disminución del consumo por el aumento de la eficiencia.

Se pudieran, por ejemplo, cambiar todas las luminarias con bombillos aho­rradores y de luz frfa por bombillos LEO; cambiar todas las cocinas eléctricas por cocinas de inducción, de gas o de biogás; construir frigoríficos que traba· jen solamente con energía solar y acumulen el frío durante las 24 horas; hacer que los refrigeradores domésticos y comerciales acumulen frío y no trabajen en horario pico; instalar cientos de miles o millones de calentadores solares; acumular agua en lugares altos con el uso de la energía solar o con bombeo en horas de la madrugada. y no bombearen horario de máxima demanda; producir

LUIS B(RRIZ PtREZ 11

hidrógeno con energía solar como un método efectivo de acumulación de ener­gía. y utilizar los principios de la arquitectura bioclimática para disminuir la demanda energética en la iluminación y climatización de locales.

Mucho se puede y se debe hacer para garantizar la energía necesaria que permita el desarrollo y lograr la independencia energética; pero en primer lugar es imprescindible conocer las necesidades energéticas no por fuente, sino por su uso final.

Un gran problema puede tener una gran solución, o una gran cantidad de pequeñas soluciones. O ambas a la vez que se complementen.

Para poder tomar decisiones adecuadas, no basta con conocer en un m u ni· cipio cuánta electricidad se consume o cuántos portadores energéticos, petró­leo, gasolina y otros. hacen falta. Se debe conocer principalmente el consumo energético por uso final. O sea, cuánta energía hace falta para la iluminación; para la cocción de alimentos, para calentar agua par a el aseo; para cada parte de un proceso productivo tal como la produce Ión agrkola o de materiales de la construcción, de conse!Vas (por cocción o por secado) de productos agropecua· rios, de pan y dulces. y otras industrias locales; para el t1aslado de materiales; para la potabilización del agua en f.'l acueducto; para el suministro del agua según las necesidades; para el transporte público, etc. Mientras más detallado sea este conocimiento, más eficaces podrán ser las decisiones que se tomen.

En segundo lugar es necesario conocer las disponibilidades energéticas locales. Cuánta energía hidráulica, cuánta energía eólica, cuánta radiación solar y principalmente cuánta biomasa residual, e!> decir, cuántos residuales pudieran ser aprovechados como portadores energéticos, los que, sin embar­go, son un gran problema por la contaminación ambiental que producen. El uso de los residuales debe ser en todo lugar prlorizado porque puede resolver tres grandes problemas: el de la contaminación ambiental, el del suministro de biofertilizantes y el de la energía para la cocción de alimentos y otros usos.

En todo caso, debe tenerse en cuenta que cualquier lugar de Cuba posee un potencial en fuentes renovables de energfa muy superior a las necesidades energéticas locales. Por ejemplo, en una casa con un techo de solo too metros cuadrados se recibe una energía solar de so o kilowatt·hora en un día, con la que pudiera producirse con paneles solares fotovoltaicos la electricidad nece­saria para abastecer el consumo de 15 casas.

Es posible que por falta de disponibilidad de energra eléctrica se tenga que limitar el desarrollo si se siguen los métodos tradicionales; sin embargo, si ~e aplican determinadas soluciones se podrán acelerar y multiplicar las posibi­lidades actuales, sin tener que esperar las grandes soluciones.

Según datos de la Oficina Nacional para el Control del Uso Racional de la Energía (Onure), el consumo promedio de una casa bien equipada en Cuba es de 186 kilowatt-hora al mes (Tabla 1.1, en la página siguiente).

12 LAI'II ULU 1, I'I<UI)li:M~ tNtKUt IILU::> Ut:L Ut::>RKKVLLU LVLAL •••

TABLA 1.1 Equipos del S1!ctor re!"tidencial (situación actual)

Equipos existentes Cantidad Potencia Consumo mensual % (W) (k.Wh)

Bombillo ahorrador 4 14 4.70 3 lámpara fluorescente ,, 20 6,70 4 Lavadora 1 400 8,00 4 Refrigerador 1 150 49.50 27 Plancha ---

··--·-··-·---·· 1 1000 s.oo 3

DVD 1 20 0,90 o

Televisor 1 75 13.50 7 Calentador eiéi:trico 1 1000 12,00 6

Ventilador 3 6o 25.90 14

Cocina de una hornilla 1 1200 45,00 24 ---·· ..

Olla arrocera 1 6oo 5,JO 3 Olla Reina 1 8oo g,so 5 Total 5339 186,oo 100

Fuente: Onute, 2015.

TABlA 1.2

Equipos del sector residencial (situación posible)

Equipos eficientes Cantidad Potencia Consumo mensual % 0N) (kWh)

Bombillo LEO 4 7 2,lf0 3 Lámpara LEO 4 9 J,OO 3 Lavadora 1 400 8,00 9 Refrigerador Tnverter 1 120 26,oo 30 Plancha 1 1000 s,oo 6

Televisor híbrido LCD-LED 1 40 7,20 8 -·-·--

Calentador solar 1 o 0,00 o

Ventilador 3 6o 25,90 30 Cocina de gas 1 o 0,00 o óua arrocerá de gas

-··--1 o 0,00 o

Olla Reina 1 So o 9,50 11

Subtotal 2436 8¡,oo tOO

Panel solar fotovoltaico 1 1000 140,00 161

Producción menos consumo 5J,OO 61

Fuente: Onure, 2015.

lj

Si a esta casa se le sustituyen los equipos electrodomésticos y las lumina­rias por otros más eficientes, se le instalan un calentador solar y una cocina de biogás, se logra bajar el consumo de electricidad a solo 87 kilowatt-hora al rnes. Si además de eso se le instala un panel fotovoltaico de 1 kilowatt de potencia que genere 140 kilowatt-hora de electricidad al mes, se convierte en una casa de energía positiva, o sea, que produce más energía eléctrica que la que consume (Tabla 1. 2).

Esta comparación permite apreciar la gran importancia que tiene la gene­ración energética puntual en una casa, un comercio, una escuela, un centro cultura~ un hospital, un organopónico, una cooperativa agrícola o industrial y otros espacios, para lograr el desarrollo local, territorial y nacional.

Este es un ejemplo de desarrollo energético puntual. Pero para que este ejemplo se multiplique es necesario crear las condicio­

nes. Lo primero que hace falta es la generalización del conocimiento: conocer los principios de funcionamiento de un digestor de biogás, un calenlador solar de agua, un secador solar, una bomba de soga, un ariete hidráulico, un panel fotovoltaico ... , además de los principios de la arquitectura bioclimática, la impor­tancia de los colores (principalmente el uso de colores claros en paredes exterio­res), el uso de ventanas y vidrios, y otros saberes esenciales para la vida.

Los materiales son también imprescindibles, y siempre se consiguen, si no es uno, es otro; aunque sería muy favorable que hubiera una adecuada exis­tencia de materiales en los comercios para facilitar la creatividad y resolver estos problemas u otros. También pudiera ayudar mucho la creación de coope­rativas de producción y servicios en fuentes renovables de energía.

La generación puntual de energía con tos recursos energéticos propios es un complemento «imprescindible» para garantizar y acelerar el desarrollo sos­tenible local, territorial y nacional.

CAPrTULO 2

Momentos de la gestión energética municipal PoR Atols ARENCJBIA A RuCA

El desarrollo de la gestión energética municipal basado en las potencialidades locales muchas veces es contundido con la Implementa· ci6n de proyectos nacionales en el municipio, como los parques eólicos. las plantas fotovoltaicas. los proyectos medianos y pequeños de hldroenergfa, etc., cuyo desarrollo es parte de la estrategia nacional de transformación del sistema electroenergético nacional, que hoy depende esencialmente del pe· tr61eo, a uno nuevo más vinculado a la generación descentrñlizada a partir del uso de las fuentes renovables de energía, que existen en abundancia por todo el territorio nacional. Sin embargo, la realización de esos «megaproyectos» de energía en el territorio municipal no «Sale» de la estrategta local de desarrollo, ni depende de la voluntad de sus gobiernos.

También se confunde como gestión energética municipal el desarrollo de experiencias aisladas en el municipio, que se generan a partir de la voluntad de una persona o un grupo de habitantes del municipio, o proyectos nadona· les e Internacionales que ejecutan acciones en la localidad sin que por ello tengan que ser autorizadas por el gobierno municipal.

Muchas veces estas acciones se basan en el uso de tecnologías que utlli· zan el sol para el calentamiento de agua o el secado de diversos productos, la generación de electricidad con generadores rústicos eólicos e hfdricos, etcéte· ra. Sin embargo, el desarrollo de estas actividades en el municipio puede representar un potente acto de sensibilización a escala local que despierte e interés de los actores municipales por esta temática, y los impulse a iniciar e desarrollo de la gestión energética municipal basada en el uso de las potencia lidades locales.

Este proceso de modo muy general se puede organizar en cinco grande etapas: la primera es de carácter sociocultural, en la que los actores locales reconocen la Importancia de esta temática para el desarrollo local y de la existencia de potencialidades locales que hacen viable el tránsito hacia la sostenlbilidad energética municipal basada en el uso de las fuentes renova btes de energfa (FRE).

Posteriormente viene la etapa de toma de decisión política, en la que lo gobernantes determinan incorporar la temática dentro de los contenidos des actuación político-administrativa. Inmediatamente se inicia una etapa de t

ALOIS ARENCIBIA ARUCA 15

bajo de expertos en la que se recaba información en el territorio para la toma de decisiones de forma efectiva.

De este proceso se pasa a la etapa de definición de programas y proyectos municipales concretos que comiencen a «aterrizar» acciones efectivas con soluciones tecnológicas locales para el uso de las FRE y su ejecución entre el corto y el mediano plazos. Por último, corresponde la evaluación de cada una de las etapas considerando los resultados alcanzados y la sistematización del proceso, lo que debe aportar elementos que contribuyan al desarrollo de la capacidad de gestión energética municipal mediante la mejora continua de esos procesos.

Estos cinco pasos o etapas se explican detalladamente más adelante. aunque antes es necesario tener en cuenta algunas premisas.

El desarrollo humano es un complejo desarrollo de procesos tangibles e intangibles que por su carácter transformador requieren de energía: sin ener· gía no hay desarrollo posible. A la vez, es un proceso en expansión, en el que se van incorporando paulatinamente nuevos campos de interés humano y la solución de sus problemáticas. También existe una tendencia al crecimiento de actividades demandantes de energía, lo que puede hacerse con mayor 0 menor eficiencia, por lo que el crecimiento no implica el aumento del consumo y sí de los consumidores.

El desarrollo humano es también un proceso eminentemente cultural, en el que están involucrados a la vez diversos grupos humanos con su particular comprensión del mundo. además de diversas disciplinas y diversos sectores, por lo que se hace imprescindible la participación cada vez mayor de la socie­dad en su conjunto en la toma de decisiones en la esfera energética, dado su carácter decisivo en la dinámica y la armonía del desarrollo. Estas decisiones no se les pueden dejar solo a los energéticos.

la ~estión energética es, al igual que el desarrollo humano, un proceso compleJO atravesado por varias dimensiones, como la ambiental, la sociocul· turat,la económico-productiva y la institucional. Todas ellas son claves para la sostenibilidad de esos procesos.

El pro~eso de transformación del modelo de gestión energética municipal deb.e ser ejecutado por los actores locales, para lo cual debe forjarse el cono· clmr~n~o necesario desde la práctica, pues los actores locales no pueden ser sus~•t.Uidos en su responsabilidad frente al análisis de su realidad y la toma de de~t~Jones, por lo que deben apoyarse en expertos externos al municipio que facrllten el proceso con métodos participativos, como es la educación popular.

En tal sentido, veamos los momentos o etapas del proceso de desarrollo de la gestión energética municipal (para ilustrar este proceso se asumen tres tem.as o tecnologías energéticas: el biogás. el bombeo de agua y las cocinas eflc•entes).

16 ------~CA~P:!_!IT\J~L0~2~-~M~!O~M::!E;:::Ifl~O::.:S:...;D~E:..:LA~G:.:ES:::.n::.::0::.:N.:.....:::.EN.:.:E:;.;.RG;:;,;tn~CA~M.;.;;'U;...~,_;IC;...IP_AL

MoMENTO 1. SEHSIBILIZACIÓN A AG ORES LOCALES

En esta etapa, que tiene fundamentalmente un carácter so· ciocultu ral, los actores locales pueden conocer la importancia del desarr~llo energético municipal basado en el uso de las FRE v las diversas tecno.log~as. Genera lmente esta es una información que viene de afuera del mumclp10 Y puede ser inducida, mediante conferencias y eventos en los que participan los actores locales, en los que se expone la factibilidad de estas tecnologfas. Por lo general, en estos espacios las personas del municipio confrontan sus ide.as con las de los expertos o promotores de la tecnología, lo que les perm1te visualizar o imaginar un escenario local sobre el tema incorporado, resolvien· do problemas en el territorio que pueden ser el aba~to de agua, la ~e jora en la cocina de leña, o la solución de tos problemas ambientales de la cna de gana·

dos mayor y menor. . . . . .• . . Después viene un proceso en el que se soltctta mas mformaeton Y se VI SI·

tan experiencias exitosas en otros territorios, además de las que pueden estar dentro del propiO municipio, a pesar de que «nadie es profeta en su t ierra>~.

También en esta etapa puede desarrollarse algún proyecto demostratiVO local que sirva de vitrina para el estudio de la introducción de la tecnol?gía en el municipio, se formen equipos de trabajo en la instalación y el mane¡o de la tecnología se evalúe la factibilidad a pequeña escala, etc. Este puede ser un proceso m~y rico en aprendizajes para el municipio. El resultado ~ás import?n· te de la etapa esta convicción de varios actores locales de que la mcorporac16n del proceso al territorio es buena, o inclusive mala. También en esta etapa se gana en claridad en relación con cuáles son las potencialidades locales y las barreras que existen para su incorporación en el territorio.

M OMENTO 2. DEClSION POLfnCA LOCAL

En esta etapa los actores locales fundamentan al presidente del gobierno municipal la pertinencia de incorporar a la esfera de gestión local la idea de la sostenibilidad energética del desarrollo municipal basada en las potencialidades locales que están bajo su jurisdicción. Luego, el gobierno se pronuncia y se presenta la propuesta a la asamblea municipal para su aproba· ción. Este proceso también puede entrar directamente por la asamblea, Y en· cargar a la administración que asuma la tarea. En esta etapa el resultado más importante es la aprobación de una trnea de trabajo del gobierno que incorpore una o varias tecnologfas energéticas al territorio, como las mencionadas a modo de ejemplos, iniciando así el proceso de desarrollo de la sostenibilidad energética municipal basada en las potencialidades locales.

ALOIS AREHCIBIA ARUCA

MoMENTO J. DESARROLLO DE HERRAMIEHTAS DE GESTIÓN PARA EL GOBIERNO MUNICIPAL

17

Una vez aprobada la nueva línea de trabajo, se debe hacer un levantamiento municipal de las potencialidades locales para su desarrollo, y en un mapa ubicar las acciones y potencialidades concretas, según tos tres temas propuestos (biogás, bombeo de agua y cocción de alimentos):

• Dónde se concentran las excretas y otros residuales aprovechables, y cuál es su cantidad, el potencial de biogás de cada sitio, sus Impactos ambien­tal y humano.

• Dónde están los pozos de agua, su profundidad y la disponibilidad de vientos o sol en cada sitio para seleccionar las tecnologías más adecua· das para el bombeo, la cantidad de habitantes a beneficiar o el área pro· ductiva y el consumo per cápita de cada usuario.

• Dónde s~ concentra la población que cocina con leña de forma ineficiente cuántas personas están afectadas y cuál es el consumo promedio de leñ~ por cocina.

También se puede incorporar a estos instrumentos informacionales la aso· ciación de estos enclaves con objetivos que, según la estrategia de desarrollo local, te~gan valores económicos, potrticos, sociales y ambientales para el municipio; sus demandas energéticas según el uso rinal; la cantidad de perso· nas prepa~ada.s para darte solución a los problemas tecnológicos de diseño, construcción, mstalación, capacitación, etc., en los que se encuentran; los recu~s.o: tecnológicos y materiales que demandan para cada desarrollo en el mun1c1p1o, Y una gran lista de etcéteras, que irá haciendo de estos instrumen· tos unas «bases de datos» cada vez más completas en la medida en que se usen es • f · ' as m ormactones y aparezcan nuevas necesidades informacionales para los ejercicios de análisis y la toma de decisiones.

C?n la información recogida se pueden hacer análisis de información y estudtos de fact ibilidad tecnológica. económica, ambiental social energética yotras q • ·d • • • 1

• u e permitan 1 entlficar alternativas estratégicas para dar solución a os problemas mediante proyectos concretos.

d En e~ta etapa lo más Importante es concretar un programa o subprograma e ~~abaJo Y los proyectos, instrumentos claves para la gestión por parte del

go •erno, que permitan avanzar en la solución concreta en un período de dos mandatos Mayor r h • . v 1 'd · •empo ana caducar etmstrumento de planificación por la t:C~~~ ad de los cambios en el contexto nacional e Internacional, las nuevas

ogfas, las personas que gobiernan, etcétera.

18 CAPITULO 2. MOMENTOS DE LA GESliÓN ENERGtTICA MUNICIPAl

MOMENTO 4· EJECUCIÓN DEL PROGRAMA O SUBPROGRAMA

YPROYICTOS

En esta etapa se debe caracterizar una dinámica municipal que permita avanzar en el proceso de ejecución utilizando los recursos loca· les, fundamentalmente los financieros, intelectuales, productivos, materiales y otros. Además, se deben obtener varios resultados, siguiendo los ejemplos propuestos:

• La cobertura con biodigestores -según los requerimientos tecnológicos de cada emplazamiento- de todas las áreas que contemplan los proyec· tos en ejecución, lo que disminuiría la contaminación proveniente de la producción agropecuaria y permitiría el aprovechamiento de los productos de la digestión anaeróbica.

• La instalación de diversos bombeos de agua según los requerimientos de los pozos y del tipo de actividad que se demande, generando disponibill· dad del abasto de agua.

•la cobertura con cocrnas eficientes de las viviendas y los comedores m u· nicipales planificados, con la tecnología adecuada, mejorando así las con· diciones de trabajo del personal que trabaja en esas cocinas y dismlnu· yendo los gastos de leña por ineficiencia del proceso.

También se obtiene capacidad de gestionar programas y proyectos muni· cipales, formación de personal calificado en el municipio, mejor a de las siner· gias locales para desarrollar acciones desde el territorio con la animación de diversas producciones y el incentivo de la innovación local, y mejora de la calidad de vida municipal.

MoMENTO 5· EVALUAOÓN Y SISTEMATIZACIÓN DEL PROCESO

Este es un momento trascendental para el desarrollo del municipio, en el que los actores involucrados en estos procesos se reúnen cuantas veces sean necesarias para evaluar los resultados alcanzados en cada etapa y estudiar el proceso en su totalidad, en una lógica de sistematiza· ción con las probables preguntas siguientes: ¿qué ocurrió durante el proceso?, ¿cómo ocurrió lo que ocurrió?, y ¿por qué ocurrió lo que ocurrió?

Para ello se deben preparar bien a los actores involucrados, pues el proce· so de evaluación es de carácter crítico y no ((criticón)); la esencia es identificar en qué se avanzó y en qué no, y por qué, para profundizar en el conocimiento de lo ocurrido y aprender a evadir barreras objetivas y subjetivas en próximos

AlOIS AIIENCIBIA A RUCA 19

procesos. y no la inculpación de alguien o algo. Para ello se deben construir Instrumentos de evaluación cuya aplicación aporte elementos para el proceso de sistematizadón, según las lineas de trabajo que los actores locales necesitan profundizar para aprender. Finalmente, de la sistematización se extraerá una propuesta de las mejoras y lecciones aprendidas, que será el resultado más preciado para iniciar un nuevo ciclo en el desarrollo de la gestión energética municipal.

Estos pasos deben estar acompañados por entidades externas al municipio que raciliten el proceso de aprendizaje desde la práctica. Estas entidades acom­pañantes deben estar capacitadas en esquemas de gestión del conocimiento que partan de la concepción polrtlco·pedagógica de la eduéación popular.

CAPfTULO 3 Recomendaciones mínimas para el ahorro y la eficiencia energética PoR ALEJANDRO MoNTESINOS lARRoSA

En tanto la energía es imprescindible para la vida, es un bien social que todos debemos ahorrar, con acciones conscientes, y optimizar su uso con tecnologías y equipos eficientes.

La energra más barata y menos contaminante es la que no consumimos, o mejor,la que no está asociada a un consumismo banal. la mejora de nuestras cond1ciones de vida exige un aumento en el consumo de energra, pero esas condiciones serán sostenibles en la medida en que cambiemos nuestra matnz energética basada t~n los combustibles fósiles por otra que emplee progresiva­mente las fuentes renovables.

la electricidad es un recurso energético excepcionalmente noble, pero tiene un alto Villor económico y medioambiental si se genera con combustibles róslles, por lo que debemos procurar sustituir el uso de la electricidad para calentar agua por un calentador solar, o iluminar o refrescar el ambiente local mediante la Iluminación y la ventilación naturales.

Con la Intención de lograr el ahorro de energfa y afianzar la eficiencia energética, se proponen estas recomendaciones mínimas, a las que todos podemos agregar otras, a partir de las experiencias personales o colectivas del entorno familiar, laboral o estudiantil:

• Evite y combata el despilfarro. Controle su consumo energético e influya en la racionalidad del consumo colectivo, ya que la responsabilidad es Individual y co1ectiva.

• Cada espacio público o privado requiere de una determinada (óptima) Iluminación: adecue el consumo al confort lumínico.

• lleve un control de sus facturas eléctricas mensuales y, al final del ano, saque sus propias conclusiones.

• Al ahorrar agua, también se ahorra energía. • Estudie, desde el punto de vista del consumo energético, cada nuevo

equipo electrodoméstico que incorpore a su casa, y compárelo con otro!> disponibles en el mercado, no solo teniendo en cuenta los precios o su aspecto exterior.

• Ubique las neveras y los refrigeradores alejados de cualquier fuente de calor, como la radiación solar directa.

ALEJANDRO MONTESINOS LARROSA 21

• Utilice sus equipos electrodomésticos preferiblemente a plena carga. • Recuerde que gota a gota se escapan So litros cada 24 horas (2,4 mJ al

mes), un choírito de 1,5 mm deja salir 230 litros cada 24 horas (7 m1 al mes) y uno de 3 mm despilfarra soo litros cada 24 horas (15m' al mes).

• Procure abrir el refrigerador la menor cantidad de veces posible . • Mantenga limpia y refrigerada la parte trasera de los refrigeradores y neveras . • Regule la temperatura de refrigeradores, neveras y equipos de aire acon­

dicionado según las indicaciones del fabricante y las necesidades concre­tas de confort o uso.

• Eh mine la escarcha de refrigeradores y neveras periódicamente, siempre que la capa sea mayor de cinco milímetros.

• Repare las juntas de los refrigeradores y las neveras cuando sea necesario. • Cocine solo ligeramente las verduras para que no se afecten su sabor y

propiedades nutricionales. • Disminuya la frecuencia de apertura del horno, ya que pierde calor cada

vez que se abre para comprobar el punto de cocción. • Utilice recipientes cuyos fondos sobrepasen el diámetro de acción de la

fuente de calor durante la cocción. • limpie periódicamente los filtros de agua de las lavadoras y de los equipos

de aire acondicionado. • Evite usar la plancha eléctrica para una sola prenda, pues calentará la

resistencia sin aprovechar adecuadamente la ocasión. • Lave con agua a temperatura ambiente, excepto cuando la ropa esté muy

sucia. • Seque la ropa preferiblemente con la radiación directa del sol, siempre

que disponga de las condiciones adecuadas. • Utilice agua caliente por debajo de 6o 0 ( para no provocar la corrosión de

las tuberías convencionales. • Procure instalar un calentador solar como la tecnologfa más rentable para

el calentamiento del agua doméstica. • Evite despilfarrare! agua caliente, aunque provenga de un calentador solar. • Utilice solo las lámparas imprescindibles, sin disminuir el grado de satis­

racción de sus necesidades de iluminación. • Utilice la iluminación natural siempre sea posible. • Sustituya las lámparas incandescentes, fluorescentes y ahorradoras por

lámparas LEO, siempre que pueda acceder a ellas. • Utilice interruptores de presencia u otros dispositivos automáticos, tanto

en las nuevas inversiones como en los locales ya con5lruidos. • Apague las luces encendidas en habitaciones o zonas desocupadas. • Abra las puertas y ventanas solo durante diez minutos para renovar el aire

de una habitación climalizada.

22 CAPfTULO J. RECOMENDACIONES MfNIMAS ..

• Mantenga la temperatura de confort, generalmente de 24 °C, en locales climatizados; cada grado Celsio dlsminujdo eleva el consumo energético en más des%.

• Instale toldos, cubiertas o parasoles, o incorpore una vegetación apropia­da, en las ventanas y puertas como sistemas simples de aislamiento fren­te al calor.

• Desconecte el equipo de aire acondicionado cuando no sea necesario su uso. • Reduzca, reutilice o recicle su «basura», en lugar de destinarla a los verte­

deros o basureros. • Pinte las paredes exteriores preferiblemente con colores claros tenden­

tes al blanco • Pinte de blanco las superficies impermeabilizadas, sobre Lodo en los te­

chos de placa. • Asegúrese de que los frascos o botellas vados puedan ser utilizados para

otras runciones, antes de incorporarlos a la basura doméslica. • Reduzca el uso de papel, ya que por cada tonelada ahorrada de ese mate­

rial se evita el consumo de cuatro metros cubicos de madera, es decir, el derribo de aproximadamente catorce árboles.

• Diseñe su casa, o exija un diseño que tenga en cuenta las posibilidades de la arquitectura bioclimátíca.

• Maneje su auto a la velocidad óptima indicada por el fabricante, para ahorrar combustible; a mayor velocidad, mayor consumo.

• Conduzca con los neumáticos en buen estado y con la presión sugerida por el fabricante.

• Estudie y anaUce con su familia si la adquisición de un nuevo equipo eléctrico satisface sus verdaderas necesidades personales y familiares.

• Ningún esfuerzo, por pequeño que sea, resulta insignificante hacia el desarrollo energético sostenible, en los espacios domésticos, locales y regionales.

CAPfTULO 4 Hacia un hábitat más racional y sustentable PoR DANIA GoNZÁLEZ CouRET

Et cambio climático es una de las más graves consecuencias de la crisis ecológica declarada a finales del siglo xx. Diver¡os autores recono­cen entre las principales causas de este fenómeno la generación y consumo de energía proveniente de combustibles fósiles. así como el transporte, la producción de residuos y las ciudades; aunque estas últimas están asociadas a las tres primeras. Por tanto, es posible afirmar que el medio construido es un factor decisivo en el cambio climático, así como en su mitigación, en la necesa­ria adaptación al mismo, e inclusive en su posible reversión.

Ante este hecho muchas son las iniciativas que se desarrollan a escala Internacional, encaminadas entre otros objetivos a reducir el consumo de ener­gfa convencional, e incrementar el aprovechamiento de las fuentes renova· bies. El objetivo 20·20-2o de la Unión Europea pretende, para el202o, reducir en 20 % el consumo de energía y la generación de emisiones, e Incrementar a su vez en 20 % la energía consumida mediante fuentes renovables. Para el31 de diciembre de 2020 todos los edificios de nueva construcción en Europa deberán ser de consumo casi nulo.

Por su parte, el arquitecto norteamericano Edward Mazrla impulsa un mo­vbnlento denominado Arquitectura 2030. a partir del convencimiento de que cada edificio puede generar toda la energfa que consume y que es posible lkanzar esta meta para el2030. En esta mísma dirección se orienta el concep· to de «ciudad neutral>, que busca et cierre de ciclos, no solo en cuanto a la eaergfa, sino también en relación con el suelo, el agua, el aire y tos recursos, meta que diversos pafses europeos pretenden alcanzar para el2oso, e inclusi· ve antes.

los llamados «edificios de energía cero)), o «casi cero,, constituyen otra forma de contribuir al logro de tales propósitos, y más recientemente el con­~o de «ciudad neutrah, ha ido evolucionando hacia el de c<ciudad inteUgen­IJ» (calificativo que hace unos años solo se aplicaba a los edificios). y que hwolucra a la economfa, la vida urbana, la población. el ambiente, la movilidad

&obernanza. Otro término recientemente empleado en las campañas m un­es el de <<Ciudades resilientes,>, que considera, además, la reducción de

,JIIt~illll1~rabilldad ante los fenómenos meteorológicos que se intensifican con Ambilo climático.

24 CAPITULO 4- HACIA UN HÁBITAT MÁS RACIONAL V SUSTENTARLE

En el campo de la energía, de lo que se trata es de reducir al máximo y por todas las vías posibles la demanda energética, a la vez que se incrementa el suministro proveniente de fuentes renovables, y el punto cero o neutral se alcanzarfa cuando toda la demanda pueda ser satisfecha mediante energfas renovables. Se afirma que esto será posible sin reducir el nivel de servicios, y es precisamente el transporte la actividad de mayor potencial para reducir el consumo, y a su vez la blomasa es la fuente más promisoria para el futuro.

Las medidas de mttigación, adaptación y reversión requieren de importan­tes transformaciones en el medio construido, particularmente las ciudades, donde habitan hoy casitas tres cuartas partes de la población cubana. Para ello es necesario aprovechar al máximo el suelo urbano que es un recurso prácticamente no renovable. con lo cual se evita el crecimiento urbano, se reducen la demanda de infraestructura y las distancias de transportación con la correspondiente disminución del consumo energético y la contaminación ambiental. Esto es posible con el empleo de edificios de hasta cinco plant;¡s que no requieran de ascensores ni de sistemas tecnológicos complejos, y puedan ser ejecutados con técnicas y materiales de construcción convencio· na les.

Una dudad sustentable y resiliente tendría que estar estructurada a partir de unidades con el mayor grado de autonomía posible, como las células de los organismos vivos, cada una de las cuales desarrolla todas las funciones en constante intercambio de materia y energía. Esta descentralización también contribuirfa a reducir las distancias de transportación, y por tanto, a potencia· lizar la movilidad peatonal y el empleo de ciclos.

El verde urbano constituye un sumidero de COJ y un medio esencial para «enfrlam el planeta, contrarrestando no solo el calentamiento global, sino específicamente el efecto de la llamada «isla de calor urbana», que genera un aumento de la temperatura en l"s ciudades con respecto al medio rural. La reducción de la temperatura ex.terior en crmas cálidos y húmedos como el de Cuba, contribuye a mejorar el bienestar térmico de las personas en los espa· cios intenores y con ello a disminuir el consumo energético por climatización o ventilación artificial. No obstante, la vegetación cumple otras múltiples funcio· nes en la ciudad, pudiendo llegar a constituir el llamado «paisaje comestible».

Los edificios, a su vez, requieren de soluciones de diseño que les permitan adecuarse al entorno y aprovechar al máximo las energías y recursos natura· les,lo cual solo es posible mediante proyectos específicos que permitan prote· gerse del sol, a la vez que se aprovecha la ventilación y la iluminación natural diurna como forma de uso pasivo del soL

En el clima cálido de Cuba es necesario evitar que las ventanas de vidrio queden expuestas directamente a la radiación solar, o el cierre de balcones mediante superficies acristaladas. A su vez, es conveniente el empleo de aleros

oANIA GONZAlEZ COURET :;....----

25

y otros elementos de protección solar que permitan mantener las ventanas abier­tas mientras llueve, para seguir disfrutando de la luz y la ventilación naturales.

A estos usos pasivos de las energías naturales debe sumarse armónica­mente el aprovechamiento activo de las fuentes renovables de energía, me­diante la integración al diseño arquitectónico de las tecnologías requeridas. 8 empleo de sistemas de agua caliente solar ubtcados en las cubiertas de los e<llfictos es imprescindible en un pafs en el que a pesar de las altas temperatu·

1 as, tas personas acostumbran a bañarse con agua caliente. Otro uso posible y necesario del sol para secar la ropa lavada, podría optimizarse mediante el empleo de secadores solares de ropa, sobre todo en los edificios de aparta· mentos, donde no es posible disponer del espacio requerido para realizar esta actividad de la forma convencional.

Otras formas de reducir el consumo de energía convencional en tos edifi· etos consisten en el aprovechamiento de la gravedad para el manejo del agua, evttando así el bombeo, como también su reuso o reciclaje, y el rescate de la tradicional colección pluvial.

Por último, es también posible ocupar la~ áreas de cubierta disponibles para instalar sistemas fotovoltaícos u otros dbpositivos que permitan aprove­char las fuentes renovables de energía como los pequeños aerogeneradores o aerobombas urbanas, en la medida en que e~tos estén disponibles, quepo­drfan suministrar energía limpia a la red. Aun cuando esto no sea posible en el presente, es conveniente considerar en los diseños esas posibilidades para su adición progresiva.

CAPfTULO 5 La energía solar fotovoltaica y sus aplicaciones PoR ALEJANDRo MoNTESINos lARRosA

Et efecto fotovoltaico, descubierto por el científico francés Edmund Becquerel, se describe como la aparición de una diferencia de poten· cial (voltaje o tensión eléctrica) entre los terminales de un material cuando es iluminado. A partir de este efecto se diseñaron tecnologías capaces de utilizar la energfa solar fotovoltaica, entendida como la energía eléctnca obtenida a partir de la luz solar mediante celdas solares fotovoltaicas que 1 espondeo a la energía luminosa, generando pares con cargas negativa y positiva (electrón y «hUeCO!>).

las celdas solares, el componente básico de un sistema fotovoltaico. se utilizaron inicialmente como fuente de electricidad en los satélites y naves espaciales, aplicación que facilitó el perfeccionamiento de su tecnología de fabricación. A partir de la década de los años 70 comenzó un proceso de indus­trialización para aplicaciones terrestres como alternativa en la producción de electricidad frente a las fuentes convencionales de energfa. Ya en el siglo xx1 sus costos de producción llegan a ser competitivos en zonas aisladas de los sistemas eléctricos nacionales o locales, y se incrementan tos sistemas foto· voltaicos conectados a la red. Se prevé que el futuro de la expansión de la energfa rotovolralca esté basado en su uso como energfa distribuida.

Muchas celdas fotovoltaicas comerciales están estructuradas báslcamen· te como un d1odo semiconductor, cuyo material mas común y utilizado es el silicio en l~minas delgadas, rectangulares o circulares. En principio, la celda fotovoltaica es una oblea compuesta de dos capas «dopadas)) con Impurezas de diferente naturaleza. la 'apa superior o delantera es finísima y debido a su composición ti('ne facilidad para «entrega m cargas negativas (capa N). la in fe· rior o tr¡:¡sera es más gruesa y está impurificada con elementos qufmlcos que le permiten <<entregar>' cargas positivas (capa P). En la unión microscópica P·N existe una zona de equilibrio que no produce intercambio neto de electrones.

Cuando la radiación luminosa penetra en el interior de la celda se generan electrones y «huecos» que fluyen hacia los extremos, y se «recogen» los e lec· trones mediante conectores metálicos situados a ambos lados de la oblea (en la cara delantera existe una red metálica que «cede)) electrones, mientras que la trasera se cubre con una capa metálica que los <<recoge))), lo que permite transformar la energía luminosa en una pequeña corriente directa. Además del

ALEJANDRO MONTESINOS LARROSA 27

silicio. se investigan y utilizan otros materiales que, con otros principios de funcionamiento. permiten convertir la luz solar en energía el~ctrica directa. En tanto las celdas fotovoltaicas producen electricidad, pueden ser utilizadas para satisfacer cualquier necesidad energética, tanto en las ciudades como en lugares alejados de los sistemas eléctricos nacionales o regionales (Fig. s.t).

Para aprovechar el uso de las celdas es necesario conectarlas eléctrica· mente en una unidad denominada módulo fotovoltaico. A su vez,los módulos se conectan en serie, paralelo o serie-paralelo y conforman los paneles foto­votta1cos para obtener mayores corrientes o voltajes que los aportados por un solo módulo, además de protegerlos del ambiente y racilitar su uso, así como

leyenda: 1. Panel fotovoltaico; 2. Anlena de equipo de radiocomunicación; 3. Lám· paras: 4- Radiocomunicación: s. Radlograbadora; 6. Televisor a color: 7· Regulador de carga solar; B. Inversor DC/AC; 9· Banco de balerras, y 10. Refrigerador.

Fig. 5.1. Esquema de la electrificación de un consultorio dt!l ntPdico de la familia en una zona aislada del sistema elértrico nacional. a finales del siglo xx.

con los equipos que entonces tradicionalmente se Instalaban.

28 CAPITULO:;. LA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAJCA Y SUS APLICACIONES

la utilización de otros componentes que permitan la acumulación, dada la Intermitencia de la fuente primaria de energía Ouz solar), y facilitar la distribu· ción de la energía eléctrica de forma adecuada a las necesidades del hombre; es decir, el panel fotovoltaico es el principal componente del subsistema de captación y conversión de la energía de la radiación solar en electricidad, y está compuesto por la interconexión de módulos fotovollaicos, formados por un conjunto de celdas o células solares.

Existen sistemas fotovoltaicos autónomos y otros conectados a la red. Ge· neralmente,los autónomos están constituidos por los paneles solares, que cons·

Fig. 5.2. Esquema de un sistema solar fotovolraico conectado o la red.

J..

1. Paneles solare~ 2. Regulador 3· Baterías 4.lnversor

autónomo S· Consumo flnill

de la electric.idad

Flg. 5·3· Esquema de un sistema solar fotovoltaico autónomo.

ALEJANDRO MONTESINOS LARROSA 29

tituyen el generador de energía eléctrica: las baterras para almacenar la energía y utilizarla durante la ausencia de radiación solar, y el consumo de energía eléctrica mediante equipos eléctricos domésticos y( o) Industriales (Fig. 5.2). Por su parte, los sistemas conectados a la red están conformados por los paneles fotovoltaicos que se encuentran conectados a la red eléctrica convencional mediante un inversor, lo que implica un intercambio energético entre la red eléctrica y el sistema fotovoltaico, de modo que el sistema inyecta energía en la red cuando su producción supera el consumQ local, y extrae energía de ella en caso contrario (Fig. 5.3).

En los sistemas solares fotovoltalcos también se incluye un controlador o regulador, que es un dispositivo electrónico diseñado para proteger el siste­ma, especialmente las sobrecargas o sobre descargas de las baterías, ade­más de optimizar la carga y las relaciones entre los demás componentes. En los sistemas autónomos casi siempre se incorpora un inversor de corriente alterna/corriente directa, y sus costos dependen de la potencia instalada.

Los sistemas fotovoltaicos pueden instalarse en los más disímiles lugares, desde los techos de las casas y las cubiertas de las rábricas, hasta autos, camiones, embarcaciones y naves cósmicas. ~

En tanto los sistemas fotovoltaicos producen electricidad, su uso puede extenderse a la iluminación,la refrigeración,las comunicaciones ... , inclusive en puntos distantes o de difícil acceso, como las estaciones meteorológicas, las casetas de los guardabosques y los faros.

Últimamente se promueven los sistemas fotovoltaicos para el bombeo de agua (ver epígrafe 8.8), ya que los pJt~cios de todos los componentes han disminuido hasta constituir una opción competitiva desde los puntos de vista econ6mico y social.

CAPfTULO 6 La tecnología de los pequeños aerogeneradores PoR CoNRADO MoRENO FIGUEREDO

Si los sistemas fotovoltaicos, por lo general. son muy pareci­dos unos con otros, o son prácticamente iguales, los pequeños aerogenerado­res se caracterizan por su gran variedad, con diferentes formas y tamaños. Sin embargo, en los últimos tiempos han ido cambiando hacia una configuración común. SI bien pueden parecer distintos, en realidad son muy similares.

Muchos pequeños aerogeneradores trabajan aislados de la red. la tecno­logía de los que trabajan aisladamente es diferente a la que se emplea para las turbinas eólicas conectadas a la red. Las diferencias entre ambas tecnologías afectan todas las partes o subsistemas.

los pequeños aerogeneradores no conectados a la red se emplazan don­de existe una cierta necesidad de energfa eléctrica y la demanda que se debe satisfacer está dada por la aplicación para la cual ha sido seleccionado el aerogenerador.

Para los aerogeneradores conectados a la red se selecciona el mejor em· plazamiento factible y no hay limitación en la energfa generada, excepto algu­na limitación de potencia impuesta por la red eléctrica.

Existen más de doscientos modelos de pequeños aerogeneradores. Las potencias nominales de estas pequeñas turbinas eólicas oscilan entre 40 ooo Wy12 m de diámetro y s Wy 0,53 m de diámetro. Los más grandes también se ofertan para ser conectados a la red.

La mayorfa de los pequeños aerogeneradores presentes en el mercado son de eje horizont'al de cara al viento o a barlovento (reciben el viento de frente) y poseen los siguientes subsistemas: rotor, generador eléctrico, siste­ma de frenado, sistema de orientación, sistema de regulación de velocidad de giro y torre soportante. También los hay de eje vertical, con sus ventajas y desventajas, y con varias formas. pero en mucha menor cuantía (Fíg. 6.1).

6.1. RoroR

El rotor es de tipo hélice. En la tecnología actual el rotor más frecuente es el de dos y tres palas, aunque los hay hasta de seis palas con soluciones intermedias de cuatro y cinco palas. Es decir, la mayoría de los

CONRADO MORENO AGUEREDO ;;-----

31

modelos existentes son tripa las y bipalas. la única ventaja de los rotores bipa­tas es que el precio inicial es más bajo, pero los tri palas trabajan más uniforme· mente y por consecuencia duran más. Mayores números de palas se corres­ponden con turbinas eólicas de potencia nominal menor de 250 W. La mayoría de los pequeños aerogeneradores emplean materiales compuestos para la fabricación de las palas. EJ material más usado es la fibra de vidrio reforzada con poliéster. Una última tendencia es el uso de la fibra de carbón, y algunas se fabrican de madera.

fig. 6.1. Topología de máquinas eólicas.

6.2. GENERADOR EL.tCTRICO

La mayoría de los modelos existentes emplean conexión di· recta entre el rotor y el generador eléctrico, o sea, no poseen caja multiplicado­ra, aunque no están ausentes en la totalidad de los modelos.

La tendencia más generalizada en los pequeños aerogeneradores es la utilización de generadores sfncronos de imanes permanentes (PMG) en todo el rango de potencias existente, aunque los de menor potencia emplean casi exclusivamente generadores de imanes permanentes.

Este generador es el más simple, eficiente y robusto, y suelen tener 4, 6, 8 o 1o polos. La mayoña produce corriente alterna trifásica para hacer un mejor uso del espacio dentro de la carcasa del generador.

32 CAPITUlO 6. lA TECNOLOGfA DE LOS PEQUEÑOS AEROGENERADORES

Es común el uso del diseño invertido, en el cual la carcasa gira por fuera del estator unida al rotor.

Existen modelos que emplean los generadores de inducción, presentes en los grandes aerogeneradores conectados a la red.

6.). StSnMA DE ORJENTAOÓN

Todos los aerogeneradores de eje horizontal tienen un coji­nete alrededor del cual gira y se coloca de frente al viento. A la linea vertical que pasa por este cojinete se le conoce como eje de orientación. Debido a las pequeñas dimensiones, los pequeños aerogeneradores no tienen espado para instalar los mecanismos de transmisión y los motores eléctricos que orientan al rotor de frente al viento, presentes en los grandes aerogeneradores. Por esto, el .sistema de orientación de estos pequeños aerogeneradores es por veleta de cola, excepto en los modelos a sotavento (o de espalda al viento), que no la necesitan. Aparecen las veletas tanto de forma recta horizontal, como elevada con respecto al eje de rotación del rotor.

la veleta se coloca al final de un brazo. Esta captura el viento y aparece una fuerza lateral resultante sobre la veleta, que actúa sobre el brazo que hace girar la máquina sobre el eje de orientación para colocarla de frente al viento. El momento producido por la veleta es simplemente la fuerza lateral multiplicada por la longitud del brazo.

la fuerza lateral depende del área de la veleta y de la velocidad del viento al cuadrado. Como regla simple se puede asumir que la longitud del brazo debe ser igual a la longitud de la pala del rotor. El área de la veleta no debe ser menor que 3% del área de barrido del rotor.

6.4. SISTEMA DE FRENADO

El aerogenerador debe estar diseñado para que trabaje todo el tiempo mientras el viento sea capaz de moverlo. Es suficiente aceptar que el aerogenerador no trabajará en los períodos de baja velocidad (calma). El pro· blema es que puede aparecer una pérdida de balance del rotor o un fallo eléctrico, v en esos casos se necesita una parada de emergencia. También cuando se necesita izar o desmontar la turbina de la torre en un día ventoso, el rotor debe ser detenido. Entonces, todo aerogenerador debe poseer un sub­sistema que asegure la parada del rotor. Este subsistema consiste en un me· canismo capaz de reducir la velocidad del rotor hasta detenerlo totalmente a una velocidad del viento máxima, que es especificada por el fabricante.

ONRADO MORENO AGUEREOO 33

Aunque la mayoría de los pequeños aerogeneradores emplean el sistema de frenado, algunos fabricantes no lo incluyen, por lo que no debe resultar raro encontrar algún modelo sin sistema de frenado.

Los sistemas de frenado más empleados son: mecánico, aerodinámico, pala a posidón bandera, desorientación, cabeceo y cortocircuito del genera­dor.la mayoría emplea doble sistema de frenado: el primero es de tipo mecá­nico o colocando la pala en posición bandera (paralela al viento), y el segundo freno generalmente es de tipo mecánico, aerodinámico o por cortocircuito eléctrico del generador.

6.5. SISTEMA DE REGULACIÓN DE LA VELOCIDAD DE GIRO

No resulta económico instalar un gran generador eléctrico ca­paz de convertir en electricidad toda la potencia contenida en las altas velocida­des del viento. Entonces, esta potencia que no puede ser aiJsoJ bida provoca sobrevelocidades de giro que traen como resultado excesivas altas fuerzas cen­trífugas e indeseables ruidos y vibraciones; en fin, condiciones de trabajo peli· grosas. Si el rotor tiene un diámetro mayor que un metro, esta sobrevelocidad debe evitarse. Por lo general, todos los aerogeneradores, tanto grandes como pequeños, poseen un medio para controlar el rotor expuesto a fuertes vientos, es decir, todos poseen algún medio para prevenir que se supere la velocidad lrmrte de rotación de diseño y lo mantenga dentro de los limites de diseño.

Existen varias soluciones para controlar la velocidad de giro en los peque­nos aerogeneradores.

Regulación por desorientación: El rotor se pliega en el plano horizontal con respecto a la dirección del viento y el rotor gira hacia la cola. El flujo de viento a través del rotor se ve reducido por la disminución del área que enfren­ta a este al ponerse el rotor de lado. De esta forma la potencia que se extrae del viento es reducida. Este es el sistema empleado en los molinos de viento multipalas, usados en el bombeo de agua.

Regulación porcobeceo: El rotor se pliega Igual al caso anterior. pero en el plano vertical, es decir, el rotor se mueve verticalmente. El efecto es el mismo; el áre.a de enfrentamiento del rotor se reduce en función de la magnitud de la velocrdad del viento.

En ambos casos, cuando la velocidad del viento aumenta. la fuerza de empuje axial sobre el rotor también aumenta; cuando esta fuerza alcanza el valor que hace activar el mecanismo de desorientación, el aerogenerador se u~aca en una p~sición no perpendicular al viento, lo que limita la velocidad de g ro Y la potenc1a entregada. En un caso el movimiento del rotor es horizontal; Y en el otro. vertical (por cabeceo).

34 CAPfTULO 6. LA TECNOLOGIA DE LOS PEQUEÑOS AEROGENERAOORES

Regulación por cambio de paso: Es un sistema similar al empleado en los grandes aerogeneradores, pero con la diferencia de que los pequeños usan sistemas de cambio de paso pasivos, en los que la variación del ángulo de paso de las palas se produce mediante mecanismos centrífugos. El ajuste del ángulo de la pala cambia el ángulo de ataque y se reduce la fuerza de susten· taci6n sobre la pala.

Regulación por pérdida aerodinámica: Este sistema es igual al utilizado en los grandes aerogeneradores.

S m regulación: En este caso el aerogenerador se diseña para soportar las cargas que se produzcan en todas las condiciones de operación, incluidas las velocidades de giro que puedan presentarse en funcionamiento en vacío; es común esta solución en los aerogeneradores más pequeños.

Los sistemas más comunes son por cabeceo de la turbina eólica y por cambio de paso pasivo.

6.6. TORRE

Las torres más utilizadas son las auto portantes y las atiranta· das o con tensores, las tubulares y las de celosía. Los tensores son general· mente indeseables por ser vulnerables a accidentes y daños; además, no son agradables a la vista. las torres autoportantes son las más preferidas, pero están sometidas a mayores tensiones, son más pesadas y más caras que las atirantadas. Finalmente, la más frecuente es la tubular con tensores. Estas

e

Fig. 6.2. Los torres más frecuentes son las autosoportontes y las atirantados o con tensores (a), las de celosía (b) y las tubulares (e).

CONRADO MORENO FIGUEREDO 35

d ben ser capaces de resistir las fuerzas máximas que aparecen durante el

·z~Je y las tormentas (Fig. 6.2). 1

Es común que el fabricante ofrezca diferentes tipos de torres, para su lección de acuerdo con las características de la instalación. la altura de la

~:rre también es ofrecida en diferentes tamaños para que sea seleccionada

adecuadamente.

6.7. AEROGENERADOR TfPICO

Si se analizan todas las variantes de aerogeneradores que actualmente se ofrecen en el mercado, se llega a la conclusión de que el aerogenerador de pequeña potencia más común en el mercado es una máqui· na eólica con las caracteñsticas siguientes:

• Rotot de tipo hélice de eje horizontal con tres palas de frente al viento (a

barlovento). • Unido directamente (sin caja multiplicadora) a un generador síncrono de

imanes permanentes trifásico. • Se orienta con respecto a la dirección del vtento por una veleta. • Regulación de la velocidad de giro por cabeceo o cambio de paso pasivo. • Dos sistemas de frenado, uno de ellos de tipo mecánico. • Podría tener cualquier tipo de torre soportante, con diferentes alturas.

CAPfTULO ]

El consumo de agua caliente y los calentadores solares PoR LUis B~RRJZ PtREZ

Una cantidad considerable de la energía consumida en Cuba es utilizada para el calentamiento de agua. tanto para uso residencial, como Industrial, comercial o de servicios.

En el sector residencial, que en muchos municipios significa más de la mitad de la electricidad total consumida, más de 40% se usa entre la cocción de alimentos y el calentamiento de agua.

Diferentes estudios realizados en los últimos años por varias entidades (Grupo de Energía Solar Térmica, Cltbaenergía, Centro de Investigaciones de Energía Solar, Unión de Refrigeración y Calderas del Ministerio de la Industria Sideromecánica, y Copextel), apoyados también por especialistas de diferen­tes universidades y los trabajadores sociales, han aportado los resultados siguientes:

1. El89 % de los cubanos calienta agua para bañarse, y un So% calienta agua con elettricidad. Un dato significativo es que 62% calienta agua con electricidad en horario pico.

2. Se nece~ita un millón de calentadores solares de un metro cuadrado de área de captación, para el suministro de agua caliente a la población. En ese estudio se tomaron en consideración las posibilidades reales de insta­lar los calentadores, por las condiciones de los techos y el suministro del agua, y no las necesidades totales que ascenderían a tres millones de calentadores.

3· Un calentador solar doméstico de vn metro cuadrado de área de capta­ción calienta, como promedio, 150 litros de agua a 45 °(, sufic•ente para una vivienda de tres a cinco habitantes.

lf. Cada calentador solar produce, como promedio, 3 kllowatt-hora (kWh) cada día como energía térmica, o sea, 1 megawatt-hora (MWh) al año. Sin embargo, como resultado de los experimentos realizados en las vivien­das, es conocido que de ese potencial se aprovecha solamente la tercera parte, o sea, el ahorro real de cada calentador solar es de 1 kWh al dfa y de aproximadamente 300 kWh al año en electricidad.

S· Si se tiene en cuenta el costo real actual del kilowatt-hora (o,22 CUC situado en la vivienda), el ahorro anual de cada calentador solar es de 6s,oo CUC.

LUIS BtRRIZ PtREZ 37

6. Como ventaja a die ion al, ya que 78% de los que calientan agua con electri­cidad lo hacen entre las seis y las diez de la noche (en 4 horas), un millón de calentadores solares pudiera bajar la potencia necesaria en el pico eléctrico en cerca de 200 MW.

7· El costo actual de un calentador solar de tubos al vacío para uso domésti­co de un metro cuadrado de área de captación, es de l3o,oo CUC. Por lo tanto, el tiempo de recuperación de un calentador solar (si se tiene en cuenta solamente la electricidad ahorrada), es de dos años.

Es importante conocer y reconocer que las inversiones realizadas en ca­lentadores solares son de rápida recuperación, si se toma en consideración el ahorro de electricidad y combustibles. Este reconocimiento de inversiones que se pagan en un corto período con el ahorro de electricidad y combustibles fósiles, ha contribuido al éxito de la revolución energética en Cuba, con el cambio de bombillos incandescentes, retrigeradores y otros equipos domésti­cos ineficientes, por otros más eficientes. Ha sido precisamente el ahorro lo que ha permitido el crecimiento del consumo eléctrico en otras actividades fundamentales de la economía nacional, sin aumentar la cifra total de la elec­tricidad producida. En el caso de que sea necesalio invertir en nuevas centra­les termoeléctricas para garantizar el desarrollo económico y social del país, es conveniente analizar la variante de invertir en calentadores solares, no solamente para disminuir la dependencia energética y proteger el medioam­biente, sino también por las ventajas económicas que puede significar esta inversión.

Desgraciadamente, la disponibllidad de calentadores solares en el merca­do es tan pota que resulta casi Insignificante. Se hace imprescindible la elabo­ración de un programa nacional que tenga en cuenta todos los factores nece­sarios para su aplicación.

la 'nstalación de calentadores solares puede realizarse importando ca­lentadores, o fabricándolos en Cuba. Esta última parece ser la mejor variante, por la disminución de los costos y la creación de puestos de trabajo.

Para la fabricación de calentadores solares pudiera valorarse la posibili­dad de la construcción de pequeñas fábricas como fomento de la industria local, en dependencia de las posibilidades y necesidades de las provincias o territorios. No debe descartarse la fabricación de calentadores en cooperati· vas de producción industrial, así como la prestación de servicios de instalación y mantenimiento por las mismas.

Pero en cualquiera de las variantes, surgen dos preguntas: ¿cuál tipo de calentador importar o fabricar? y ¿cuáles son las ventajas y desventajas de cada tipo, en dependencia de las condiciones de nuestro país?

CAPfTULO 7. EL CONSUMO DE AGUA CAliE.NTE ...

En el mercado mundial existen, principalmente, tres tipos de calentadores solares para uso doméstico:

1 . Calentador solar plano con tanque-termo. 2. Calentador solar de tubos al vacío con tanque-termo: termosifónico o de

tubos calóricos. 3· Calentador solar compacto.

7.1. ÚlENTAOOR SOLAR PLANO CON TAHQUE·TERMO

El calentador solar de plato plano se compone de dos partes principales: el colector y el tanque-termo.

El colector está compuesto por un plato absorbedor formado por u na placa metálica gran conductora de calor y de baja capacidad calórica, que tiene la función de absorber toda la energía solar posible (Fig. 7.1). Esta placa tiene acoplados tubos por donde circula el agua que es calentada con la radiación solar que recibe el plato. Este colector tiene además una envoltura aislante y una cubierta transparente.

Salada~ Cabezal

~ Entrada

Fig. 7-1. Plato de absorción.

La superficie del plato de absorción debe tener las caracterfsticas necesa· rias para que la mayor parte de la radiación que reciba sea absorbida y muy poco reflejada, lo cual se logra aplicándole diferentes tratamientos químicos y físicos, e impartiéndole un acabado color negro mate. Actualmente se fabrican colectores con platos de superficie selectiva, la que absorbe un máximo de energía so hu y emite un mfnimo de radiación infrarroja.

LUIS B~RRIZ P~REZ 39

la cubierta del colector esta destinada a dejar pasar la radiación solar hacia el plato de absorción y disminuir la pérdida de calor por convección y radiación. Para el efecto aislante, la cubierta está formada por una o dos planchas de material transparente, vidrio o plástico, separadas convenientemente.

la cubierta y la envoltura aislan al plato absorbedor del medioambiente. El material más frecuentemente usado para la cubierta es el vidrio, ya que pose~ la propiedad de dejar pasar casi toda la radiación solar y por el contrario, es opaco a la radiación infrarroja emitida por el plato de absorción. También se usa el plástico (últimamente se usa p~eferiblemente el policarbonato).

El colector va acoplado a un tanque·termo comúnmente confeccionado con metal y aislante de poliuretano.

Ventajas y desventajas de los calentadores de plato plano:

• El comportamiento térmico es inferior a otros colectores solares que se comercializan. Su eficiencia oscila entre 30 y so%.

• El aprovechamiento de la luz difusa permite lograr temperaturas por enci· ma de 40 °C en días nublados.

• En días de radiación normal en Cuba, adquieren temperaturas superiores a los6o 0 C.

• Son sensibles a la rotura del vidrio. Deben fabricarse con vidrios térmicos resistentes a impactos. En caso de rotura del vidrio continúa trabajando, aunque con una eficiencia inferior.

• Su montaje es sencillo si se tiene experiencia. • Son muy sensibles a las incrustaciones debido a que las tuberías del plato

absorbedor son finas. El mantenimiento es complejo si se requiere una limpieza por incrustaciones. La única solución es una limpieza química.

• Pueden trabajar con presiones en el tanque-termo superiores a 4 atmósferas. • Por su forma apantallada no resisten vientos fuertes, por lo que se reco·

mienda su desmontaje en caso de ciclones.

7.2. (ALENTADOR 'SOLAR DE TUBOS Al VACfO

los calentadores de tubos al vado tienen el mismo principio de trabajo que los colectores de plato plano, o sea, la radiación es recibida por el absorbedor y llevada en forma de calor hacia un tanque-acumulador. La diferencia consiste en que el absorbedor está. formado por tubos en los cuales se ha hecho vacío para disminuir las pérdidas de calor, y dentro del tubo van colocados las secciones del absorbedor.

Algunos modelos están formados por tubos sencillos de vidrio,los cuales tienen en su interior un sector de plato plano de absorción acoplado a un tubo

4"-0~-----------~CA_P_fTU....;.....;L0'-'7'-'-· _El_;;CONSUMO DE AGUA CAUENTE. ..

metálico por donde fluye el líquido. En otros modelos, el absorbedor suele ser un tubo interior con tratamiento 6ptko selectivo,lo que mejora todavía más la eficiencia del colector. Entre los tubos interior y exterior, ambos concéntricos, existe vacío.

Existen varios modelos de colectores de tubos al vacío, en dependencia del movimiento del fluido y el método de transferencia de calor utilizado. Los principales son; tubos termosifónicos y calóricos.

En todos tos casos, los tubos están directamente acoplados al tanque­termo o a un cabezal por donde fluye el agua o líquido a calentar.

En el caso de los tubos termosifónicos, el agua del tanque-termo fluye directamente por dentro del tubo interior, y su movimiento dentro del mismo se debe al cambio de densidad del agua más caliente (la cual sube} y la menos caliente (la cual baja). En este caso,la presión del tanque-termo se transmite al tubo de vidrio.

Otra variante es el calentador de tubos al vacío con tubos calóricos, que ha significado un gran avance en la tecnología de transferencia de calor, aplicada en este caso al calentador solar. En este modelo, por dentro del tubo de vidrio no fluye el agua sino que tiene en su eje central un tubo calórico para transmitir el calor solar ganado al agua del tanque-termo o cabezal (Fig. 7.2).

Tanque-termo

- Tubo calórico

Tubo de vidrio al vado

Fig. ¡.2. Esquema de calentador de tubos calóricos.

El tubo calórico forma un sistema cerrado de evaporación-condensación y suele ser un tubo metálico largo y fino, herméticamente cerrado, el cual contie­ne un líquido en equilibrio con su vapor (gas) a determinada presión (vacío) y temperatura. Sí la temperatura aumenta, aumenta la fase gaseosa y si dismi-

LUIS B~RR!Z PÉREZ 41

nuye, aumenta la fase líquida. La presión (vacío) dentro del tubo se selecciona de tal forma que empiece la evaporación a 25 oc, lo que garantiza el funciona­miento del colector solar aun con baja radiación.

La parte superior del tubo calórico va introducida en el agua del tanque­termo o cabezal. De esta forma, cuando la parte que está expuesta a la radia­ción solar (dentro del tubo de vidrio al vacío) se calienta, genera vapor y este sube. Cuando este vapor se pone en contacto con el agua del tanque-termo, la cual está más fría, se condensa, bajando en forma líquida por gravedad a la parte baja del tubo calórico. De esta forma se completa el ciclo.

Ventajas y desventajas de los calentadores.de tubos al vacfo:

• Son equipos de alta calidad y dada la baja emisividad del tubo (o,o8), su alta absorbencia (0,93) y su aislamiento por vacío. se consiguen rendi­mientos superiores a otros tipos de calentadores solares.

• El aprovechamiento de la luz difusa permite lograr temperaturas por enci­ma de 40 °C en días totalmente nublados.

• En días de radiación normal en Cuba, adquiere temperaturas superiores a los 75 oc.

• El comportamiento térmico es superior a otros colectores solares que se comercializan, pudiendo trabajar a temperaturas superiores a los So r.c con una eficiencia superior a so%.

• la curvatura del tubo de vidrio (de 30 a 40 mm de diámetro) ofrece una mayor resistencia a los impactos que los colectores planos. Su montaje es muy sencillo si se tiene expe1 iencia.

• El mantenimiento es muy sencillo y solamente requiere de limpieza una vez al año. No son sensibles a las incrustaciones.

• En los modelos de tubos calóricos se puede trabajar con presiones en el tanque-termo superiores a 4 atmósferas, no así en el modelo de tubos termosifón leos, que no aguanta sobrepresiones.

• En los modelos de tubos calóricos. si un tubo de vidrio se rompe, el calenta­dor sigue funcionando; sin embargo, si un tubo de vidrio se rompe en el modelo de tubos termosifónlcos, la instalación se vacía y deja de funcionar.

• Por su forma aerodinámica, los tubos resisten vientos fuertes. por lo que si el montaje ha sido correcto, no es necesario desmontarlos durante ciclones.

].J . ÚLENTADOR COMPACTO

Un calentador solar compacto está formado, en esencia, por un recipiente cerrado pintado de negro, con una entrada y una salida de agua. Este recipiente está convenientemente aislado por el fondo y los lados con

CAPÍTULO 7· EL CONSUMO OE AGUA CAL lENTE ...

cualquier material aislante, y por arriba (por donde le llega la radiación solar} con un vidrio u otro material transparente.

El recipiente puede tener cualquier forma pero preferentemente debe ha· cerse con un tubo de un diámetro adecuado, pues aguanta más presión y es más fácil taparlo por los extremos.

la envoltura o caja aislante de un calentador solar puede hacerse también con materiales de la construcción, tales como ladrillos, bloques, etc. En la figura 7·4 (en la página 44) puede observarse el corte transversal de una va­riante de calentador solar hecho con un tubo de aluminio, ladrillos y vidrio.

TABlA ].1

Comparación de diferentes tipos de calentadores solares

Calentador plano Calentador compacto con absorbedor de plato con absorbedor acumulador

Temperatura de trabajo Relativamente bajas Relativamente bajas

Eficiencia

Sobrepres•ón de trabajo Gastos de inversión

Gastos de operación y mantenimiento

Influencia a las incrustaciones Resistencia a Impactos

Resistencia al v1ento

Recomeñdaciones

(menos de ]O °C) (menos de 6o 0 C) so% a so oc 40% a 6o oc 30% a 70 oc s atmósferas 150-200 CUC/m' Muy bajos, casi nulos,

si se cumplen las normas de instalación y explotación Muy sensible a las incrustaciones

Depe11de del vidrio de la cubierta

so% a so oc 30% a 6o oc 15% a 70 oc 5 atmósferas 8o-tso CUC/m:

Id e m

Poco sensible a las incrustaciones ldem

Muy sensible a vientos Si se instala pegaoo al suelo altos, tanto el colector es poco sensible

como el tanque· termo a vientos altos No se recomienda para Para uso doméstico las condiciones de Cuba, (calentamiento de agua

principalmente sanitaria) por el efecto de las

incrustaciones y poca durabilidad de su funcionamiento

LUIS BÉRRil PÉREZ 43

Como a veces el sellado de la cubierta no puede ser perfecto, debe dejarse la posibilidad de que salga el agua, en caso de que entre por un pequeño agujero situado en la parte inferior de la base.

Un calentador compacto bien construido y aislado, puede conservar el agua caliente inclusive por la noche.

Ventajas v desventajas de los calentadores compactos:

• El aprovechamiento de la luz difusa permite lograr temperaturas por enci· ma de 40 oc en días nublados.

Calentador de tubos al vacío termosifónico

Calentador de tubos al vacío de tubos calóricos

Temperatura de trabajo Moderadas (entre Moderadas (entre 70 y 8o "(), aunque puede trabajar

Eficiencia

Sobrepresión de trabajo Gastos de inversión

Gastos de operación y mantenimiento Influencia a las incrustaciones

Resistencia a impactos

Resistencia al viento

]O y 80 °C), aunque puede trabajar a 90 oc 70% a so oc 6o% a 6o oc so% a 70 oc 40% a 8o oc 0,2 atmósferas

150-200 CUC/m• Id e m

Id e m

Por su forma tubular

es más resistente a granizadas Por su forma tubular

es poco sensible a vientos altos. Su sensibilidad es

la del tanque-termo

a 90 oc 70% a so oc 6o% a 6o oc so% a 70 oc 40% a So oc 5 atmósferas

300-400 CUC/m• Id e m

Id e m

Id e m

Por su forma tubular es poco

sensible a vientos altos. Su sensibilidad es la del tanque-termo

"Re-=-c_o_m_e-n'd-ac-;-i-on_e_s----=Para uso domést.,...ic-o-. --;;P:-a-ra~t:-o'd-os-:-o:to-=-s-u-=-s-:-os-=-.•M•e:-:j-or--

comercial e industrial. para instalaciones Si se necesita alta industriales o de grandes presión. esta debe dimensiones darse c.on una bomba

conectada después del tanque·termo

44 CAPITULO 7· El CONSUMO DE AGUA CALIENTE. ..

• Son los calentadores más sencillos que existen en el mercado. A diferencia de los otros tipos, no requieren detanque·te1mo independiente, ya que el colector hace también la función de tanque-termo.

• En días de radiación normal en Cuba, adquieren temperaturas de 6o 0 C. • El comportamiento térmico es aceptable. pudiendo trabajar a temperatu·

ras de so 0( con una eficiencia superior a so%.

• Son sensibles a la rotura del vidrio. Deben fabricarse con vidrios térmicos resistentes a impactos, o con policarbonato estabilizado a la radiación ultravioleta. En caso de rotura del vidrio sigue trabajando, aunque con una eficiencia inferior.

• Su montaje es muy sencillo, al igual que su mantenimiento, y generalmen­te no requiere de ninguno.

• Soportan presiones superiores a 4 atmósferas. • Por su forma, aguantan vientos fuertes, porto que no hace falta su des­

montaje en caso de ciclones. • Debido a su sencillez, son de fácil fabricación (Figs. 7.3 y 7.4).

Vidrio

Aislante

Base

Tubo de salida

Recipiente c.aptador

Envoltura

Fig. l-3· Corte transversal del calentador compacto.

Vidrio

-().· - l L .

Tubo de salida

Recipiente captador

Envoltura de ladrillos

Fig. 1-4· Calentador compacto fabricado con materiales de construcción.

Recomendaciones finales:

• La generalización de los calentadores solares puede basarse tanto en la importación como por la fabricación en Cuba, ya que en ambos casos la inversión es de rápida recuperación.

LUIS BÉRRIZ PÉREZ 45

• Es ventajoso para la economía nacional poner en marcha un programa de fabricación enCuba de calentadores solares. En todo caso, los calentado­res a fabricar deben ser del tipo compacto o de tubos al vacío, y no los de plato plano.

• los calentadores compactos son los más baratos y fáciles de construir, por lo que deben tener prioridad.

• En caso de construirse los calentadores de tubos al vacío, deben ser de tubos termosifónicos. los de tubos calóricos deben dejarse para uso in­dustrial, así como en toda instalación donde se requieran altas presiones (por ejemplo, para el turismo).

• En la construcción de calentadores de tubos al vado, deben importarse los tubos y analizar la variante de construcción del tanque-termo de material plástico, según las experiencias obtenidas en Cubaenergía.

CAPrTULO 8 Bombeo para el abasto de agua PoR AUJANDRO MoNTESINos lARROSA

Para satisfacer el abastecimiento de agua pueden concurrir todas las fuentes renovables de energía y varias tecnologías y equipos que las utilizan: desde una roldana y un cubo (energía humana), pasando por un mo­lino de viento (energía eólica). un ariete hidráulico (energía hidráulica) y la generación de electricidad con biogás (energía de la biomasa), hasta un bom­beo solar (energía fotovoltaica), ya que todos los caminos llevan al agua, y el Sol propicia las andaduras sostenibles.

He aquí algunas consideraciones y precisiones que facilitan el abasteci­mientode agua.

8.1. ENE.RGTA EÓUCA

Se denomina energía eó­lica a la energía cinética del viento que pue­de transformarse y utilizarse en otras for­mas de energía aprovechables, como la eléctrica (aerogeneración) y la mecánica (navegación a vela, bombeo de agua, mo­lienda de granos). la causa fundamental del origen del viento radica en la diferencia ~~ de las presiones atmosféricas entre un lugar y otro. El movimiento del aire se esta~lece -...,...:;¡¡¡;¡¡_'" desde los núcleos de presión alta a los de presión baja. En la medida en que aumente el gradiente horizontal de la presión atmosférica, mayor será el viento en un punto determinado. la evaluación del potencial eólico responde a la nece­sidad de conocer las características del viento con el fin de producir energía en un sitio, región o país. Los resultados que se alcanzan mediante esta evaluación son la velocidad media anual del viento, en m/ s, y la densidad media de poten­cia del viento. en W/m~. A los efectos de la producción de energfa eléctrica, los valores más interesantes son las velocidades medias anuales, puesto que el viento no solo cambia constantemente, sino que sus valores medios varían según la hora del día y la estación del año.

Al EJANDRO MONTESINOS LAR ROSA

8.2. M oUNO DE VIENTO

El molino de viento multipala tradicio· ~ nal es el más común entre las aerobombas, y su desa- ~~ rrollo tuvo lugar de 1850 a 1930. Esta máquina aprove­cha la potencia del viento con un rotor compuesto por un rango de doce a veinticuatro palas o más, que mueve una bomba de pistón mediante una barra vertical. El acoplamiento entre el rotor y la barra se realiza median­te un mecanismo de biela y manivela con reducción por medio de engranes. la utilización de la caja reductora hace más versátil la máquina y la adecua para trabajar a grandes profundidades. Por otro lado, la baja velocidad ~~iit!:d~ de trabajo hace la máquina más fiable debido al menor

4Z

desgaste por fricción de los elementos de la bomba y las roturas por fatigas disminuyen. El diámetro del rotor de estos molinos oscila entre 2 y 5 m, pudiendo llegar excepcionalmente hasta 10m. Estas máquinas pueden ser instaladas en sitios con bajas velocidades del viento, entre 2 y s m/s.

El aerogenerador es una máquina que utiliza la energía cinética del viento para mover las palas de un rotor y producir energía eléctrica. los aerogeneradores se clasifi­can, entre otras consideraciones, según su potencia nominal (en pequeños o grandes), la posición del eje de rotación (ver· tical u horizontal) y la orientación del rotor frente al viento (a barlovento o a sotavento). También pueden estar conectados a un sistema local o a la red, en este último caso formando parques eólicos. La mayoría de los pequeños aerogenerado­res existentes en el mercado actual son de eje horizontal de cara al viento y presentan los subsistemas siguientes: rotor; generador eléctrico; sistemas de frenado, orientación y regu­lación de velocidad de gíro, y torre soportan te. Por su parte, los grandes aerogeneradores. que ya alcanzan potencias de s-6 MW, están constituidos por el cimiento, la torre,la góndola (con el tren de fuerza), el rotor (generalmente con tres álabes) y el equipamiento eléctrico, incluyendo el transformador, que no forma parte del aerogenerador, pero es el encargado de convertir la tensión o voltaje que entrega el generador eléctrico de la turbina a la red eléctrica.

CAPÍTULO 8. BOMBEO PARA El ABASTO DE AGUA

84 ENERGfA HIDRAULICA

la energía hidráulica •,v '-.l./ o hidroenergía es la energía potencial ~f"· --(~-·-­gravitatoria de una masa de agua que ~~01 ' ... ~ __ . ~.J _ puede ser transformada en otras for· ~~~-~"'\:'-~ 1 T ft-mas de energía, como La eléctrica (cen· ~ ~'"'' -;r; ~.::---. trates hidroeléctricas) y la mecánica ... ~ (ruedas, molinos, arietes hidráulicos). Esta fuente energética tiene su origen en la energía del Sol, que provoca el ciclo hidrológico: la evaporación del agua de ríos, lagos y mares; la consiguiente formación de las nubes que se tras la· dan a largas distancias. y su precipitación en forma de lluvia o nieve sobre la superficie terrestre, en particular las montañas, muchas veces alejadas del mar. Por acción de la gravedad, el agua busca el nivel de lagos y mares, lo que propicia la formación de ríos y otros cauces. Esos caudales pueden formar saltos de agua que permiten el uso de la energía hidráulica, que también es aprovechable para la construcción de acueductos por gravedad, en tanto con­ducto artificial por donde fluye el agua hacia un lugar determinado, especial· mente para el abastecimiento de agua a las poblaciones. Además del empleo de la energía hidráulica en centrales situadas en cafdas naturales de agua, existen otras que se basan en tos desniveles de presas, canales y lagos.

s.s. HroRoeLtCTRrCAS

Una central hidroeléctrica es el conjunto de instalaciones que transforman la ener· gía potencial de gravedad del agua en energía eléc­trica, mediante generadores accionados porturbi· nas hidráulicas. Todas las centrales hidráulicas a pro· vechan un desnive~ ya sea natural por el salto de un ~iiillliiiii~J' rfo, o artificial por la caída de agua desde una presa o dique. El caudal de agua se controla y se puede ~.....:::;;;;:....__;;=-~,..:...._,.:;._...J

mantener casi constante. El agua se transporta por unos conductos o tuberías forzadas, controlados con válvulas y turbinas para adecuar el flujo de agua con respecto a la demanda de electricidad. El agua que entra en la turbina sale por los canales de descarga. los generadores están situados justo encima de las turbinas y conectados con árboles verticales. El carácter renovable de la ener· gia hidráulica no significa necesariamente que su aprovechamiento implique una acción que propicie el desarrollo sostenible, ya que la construcción de grandes centrales requiere represar mucha cantidad de agua, lo que casi siem·

AlEJANDRO MONTESINOS LARROSA 49

pre ocasiona un impacto indeseable sobre la situación ecológica de la zona. No obstante, las pequeñas. mini y microcentrales que aprovechan pequeños cursos de agua constituyen una solución satisfactoria, tanto sodoeconómica como ambiental.

8.6. ARIETE HIDRÁULICO

la Física reconoce el fenómeno denominado golpe de ariete o choque hidráulico, que ocurre cuando varía bruscamente la presión de un fluido dentro de una tuberfa, motivado por el cierre o abertura de una llave, grifo o válvula; también puede producirse por la puesta en marcha o detención de un motor o bomba hidráulica. Durante la fluctuación brusca de la presión el líquido fluye a lo largo de la tubería a una velocidad definida como de propaga­ción de la onda de choque.

El cambio de presión provoca deformaciones elásticas en el líquido y en las paredes de la tubería. Este fenómeno se considera indeseable porque causa frecuentes roturas en las redes hidráulicas de las ciudades y en Las instalaciones intradomiclliarias, y también es causante de los sonidos caracte· rísticos que escuchamos en las tuberías cuando abrimos un grifo bruscamente en nuestras casas. Por tal razón, con frecuencia se diseñan válvulas de efecto retardado o se instalan dispositivos de seguridad.

El científico ruso N. Zhukovski (1847-1921) estudió este fenómeno por pri· mera vez en su obra Sobre el choque hidráulico, como parte de sus indagado· nes hidroaeromecánicas, que constituyeron la base teórica para la ulterior comprensión del funcionamiento de la bomba de golpe de ariete o ariete hi· dráulico, lo que demuestra que los fenómenos físicos (y los naturales en gene­ral) no deben asumirse como negativos o positivos, sino como leyes que debe­mos incorporar a nuestro arsenal cognitivo hacia una armónica actuación del hombre en la naturaleza y hacia la plenitud creadora del ser humano.

la bomba de golpe de ariete o ariete hidráulico es un motor hidráulico que utiliza la energía de una cantidad de líquido (comúnmente agua) situada a una altura mayor (el desnivel de un río, presa, acequia u otro depósito o caudal), con el objetivo de elevar una porción de esa cantidad de líquido hasta una altura mayor que la inicial, mediante el empleo del fenómeno físico conocido como golpe de ariete. El equipo bombea un flujo continuo y funciona ininte· rrumpídamente sin necesidad de otra fuente ~e energía.

El ariete hidráulico también puede compararse con un transformador eléc· trico, ya que este recibe una tensión baja (en volt) con una corriente eléctrica relativamente alta (en ampere) y obtiene un régimen de mayor tensión Y menor amperaje, y en el caso del ariete ocurre un proceso similar a nivel hidráulico; es

so CAPfnJlO 8. BOMBEO PARA EL ABASTO DE AGUA

decir, recibe un gran caudal (Q + q) con una baja carga (H) y obtiene un régimen de ma­yor presión (h) con un menor caudal (q).

El agua procedente de una fuente de alimentación (1) desciende por gravedad por la tubería de alimentación o impulso (2) bajo la a ce ión del

h

desnivel en relación con el ariete hidráulico (H), con un caudal determinado (Q + q}, y se derrama al exterior del cuerpo o caja de válvulas (3) del ariete en una cantidad (Q) hasta adquirir una velocidad suficiente para que la presión dinámica cierre la válvula de impulso o ímpetu (4).

El cierre brusco de esta válvula produce el efecto conocido como golpe de ariete, lo cual origina una sobrepresión en la tubería de alimentación que provoca la apertura de la válvula de retención (5), que permite el paso del agua hacia el interior de la cámara de aire (6), provoca la compresión del aire exis· tente y cierta cantidad de agua (q} asciende por la tubería de bombeo o desear· ga (?). En ese instante se produce una ligera succión en el cuerpo o caja de válvulas, que provoca una disminución de la presión, la apertura de la válvula de impulso y el cierre de la válvula de retención. De esta forma se crean las condiciones pa1 a que el proceso se convierta en cíclico, con el consiguiente ascenso de una columna estable de agua hacia el tanque elevado (8), median· te la tubería de bombeo.

8.7. StFÓN

A nadie se le ocurre utilizilr una bomba eléctrica para sacar gasolina desde el tan­que de un auto. Casi siempre recurrimos a una simple manguerita, con la que succionamos el lí­quido contenido en el interior del tanque hacia otro recipiente ubicado en el exterior en un nivel inferior. En ese proceder radica el secreto de los sifones.

Imaginemos que necesitamos sacar el agua contenida en una pecera in· crustada en una pared y que el albañil olvidó hacer un orificio en el fondo de la pecera y no dejó mucho espacio entre su parte superior y la pared, de manera tal que pudiéramos introducir un recipiente pequeño para vaciarla poco a poco.

AlEJANDRO MONTESINOS lARROSA 51

En este caso bastará introducir en el agua uno de los extremos de una manguerita y succionar desde el otro extremo, con La precaución de hacerlo desde una cota inferior al nivel superior del agua en la pecera.lnmediatamen­te comenzará a vaciarse, hasta quedar totalmente vacía si el extremo de la manguerita se encuentra por debajo del fondo de La pecera.

Esto es posible porque el peso del agua dentro del tramo de la manguera entre el fondo y la parte superior de la pecera (bloque ligero) es menor que el peso del agua dentro del tramo desde la, parte superior de la pecera y el reci­piente exterior (bloque pesado). Este esquema puede asumirse como la ac­ción del bloque pesado sobre el ligero mediante una cuercta a través de una roldana o polea (parte superior de la pecera), si se entiende como cuerda a las fuerzas de las moléculas de agua.

En esencia, la acción de los sifones se produce por las fuerzas de atrac· ción entre las moléculas de agua y la gravedad terrestre. Por tanto, en todo momento se debe velar porque no penetre aire al sistema, pues se interrumpi­ría la acción de las fuerzas moleculares del agua.

Debido a que el sifón funciona por la diferencia de pesos de las columnas de agua, el proceso de vaciado del agua de la pecera será más rápido en la medida en que sea mayor la distancia entre el borde superior de la pecera y el recipiente exterior, tanto en el eje vertical como en el horizontaL.

La ingeniería hidráulica se auxilia de los sifones para transportar agua por encima de una elevación o colina y en los laboratorios de qufmica también se recurre a estos aparatos, de vidrio, metal o goma, para «bombear» líquidos de un recipiente a otro. Los sifones pueden ser tan diminutos como podamos Imaginar, hasta verdaderas obras ingenie riles, siempre que en el caso del agua la altura entre la fuente y la parte más elevada del sifón no supere los diez metros (en la práctica no supera los siete metros), porque la presión atmosférica no puede mantener el peso de una columna de agua a esa altura.

8.8. BoMBEO soLAR

La aparición de nuevas familias de bombas sumergibles que integran el variador de frecuencia con la bomba, amplía las posibilídades de uso de la energía solarfotovoltaica mediante sistemas de bombeo que incor· poren los sistemas fotovoltaicos. La probada solidez y confiabilidad de los variadores de velocidad por frecuencia, y su combinación con las bombas tradicionales, permiten utilizar sistemas de bombeo solares con alta eficiencia y eficacia para satisfacer la creciente demanda de agua en la ganadeña, el riego y el suministro a comunidades aisladas de los sistemas eléctricos nací o· na les o locales, sin tener que recurrir a las contaminantes fuentes fósiles de

52 CAPITULO 8. BOMBEO PARA El ABASTO DE AGUA

energía. En zonas rurales y de difícil acceso , los sistemas de bombeo fotovoltaico ya son competitivos, sin necesidad de usar bancos de baterías ni inversores convencionales. Debido a que los paneles fotovoltaícos cons­tituyen el generador de energía eléctrica y se instalan de forma modular, el sistema de

' ....

bombeo fotovoltaico puede satisfacer amplías aplicaciones de demanda ener­gética.

8.9. B OMBA SOLAR

Los sistemas eléctricos alimentados por paneles fotovoltaicos pueden facilitar el abasto de agua mediante su conexión directa a bombas de corriente continua, o por medio de un inversor a bombas de corriente alterna. El punto de rentabilidad de este sistema de bombeo se encuentra situado en fun­ción del costo de otro tipo de energía (líneas eléctricas, costo de operación, costo del combustible, etc.), donde se suma no solo el costo de la inversión inicial, sino también el costo de mantenimiento de la instalación, que es fntimo.

La bomba solar es una tecnología apropiada para aquellos lugares en los cuales no exista servicio eléctrico. El equjpo fusiona dos tecnologías aparente­mente contradictorias: el uso de la energía solar fotovoltaica junto a una tec­nologfa popular(bomba de soga), pero de alta eficiencia. Esto permite aprove­char al máximo la energía disponible.

las bombas solares que se han instalado en el país están compuestas por dos paneles solares de 30 W a 12 V conectados en paralelo, un regulador de voltaje, un banco de baterías con capacidad de 150 Ah. un convertidor de 250 W (12 V OC /11o V AC) que energiza un motor eléctrico de 121 W a uo V, acoplado a un reductor con una relación de transmisión igual a 30, y a una bomba de soga de torre (ver el acápite 8.14). Este diseño puede trabajar en zonas remotas donde no se disponga de un suministro constante de electrici· dad o de combustible, eleva el agua a más des m de altura y asegura un caudal definido en unidad de tiempo, pues tiene el respaldo de las baterías, aunque su autonomía depende de la cantidad de horas diarias de bombeo.

8 .10. ENERGfA ANIMAL

El hombre siempre ha vivído en estrecha asociación con di­versos animales para alimentarse, vestirse. realizar trabajos y como masco-

AlEJANDRO MONTESINOS LARROSA

tas. Mediante la protección y la repro­ducción selectiva, los seres humanos transformaron los primeros animales domesticados en razas que les permi· ti e ron mayor productividad. El vínculo

53

de los hombres con los animales, fundamentalmente los domesticados, po­tenció el desarrollo de la agricultura y las comunicaciones. entre otras activida· des vitales. Resulta paradigmática la domesticación de los ganados vacuno y caballar. Además de proveer de alimento y placer estético y espiritual, muchos animales aumentaron su valor de uso por el aprovechamiento de su energía para la tracción, cubrir distancias mayores de lo que era posible a pi~ y aca· rrear agua. Por ejemplo, la potencia de un caballo es diez veces mayor que la producida por un hombre en el bombeo manual, que es de 75 W. Por tanto, la potencia de este animal de tiro se estima en 750 W (en el buey es de s6o W; y en el mulo, de 520 W).

8.11. BOMBA VAQUERA

Una de las tecno· logías energéticas que se introdu­cen actualmente en Cuba, a partir de la energfa animal, es la bomba vaquera que, en principio, consis· te en una bomba de diafragma di· señada para abrevar el ganado y accionada por la fuerza de empuje que ejerce el propio animal sobre una palanca cuando bebe en la es· cudilla o bebedero. Se instala en la base de anclaje (1) y se conecta al codo (?) de una tubería con una

4

válvula de retención, ubicada en la fuente de abasto. Se llena la escudilla (2) con agua y el animal al beber acciona la palanca (4} con su nariz, hasta que lo permita la deformación elástica del diafragma de goma (6), tirado por la varilla que se une a la palanca (4) mediante una bisagra (9), provoca la apertura de la válvula de derrame (8) dentro del cuerpo de la bomba (s), y el cierre de la válvula de retención del cheque. El agua pasa hacía la parte superior de la bomba, que a su vez se derrama en la escudilla a través del orificio de derrame (3). Cuando el animal deja de accionar, la palanca (4) retorna, lo que permite la continuidad del ciclo.

54 CAPfTULO 8. BOMBEO PARA El ABASTO DE AGUA

8.12. ENERGfA HUMANA

El hombre es el artífice de la civi-lización y, al mismo tiempo, un sujeto ~nergético. En tanto principal fuerza productiva de la socie­dad, de su experiencia, hábitos y cultura depende en gran medida la productividad del trabajo social. Los hombres no producen bienes materiales indivi­dualmente, sino en colectividades, y en el proceso de producción entran en determinadas relaciones que no dependen de su voluntad y deseo. Como produce instrumentos. su valor energético intrín· seco se multiplica en ellos. En otra dimensión, al preguntarnos si el hombre es una fuente renovable de energía, habría que tene1 en cuenta, además de las implicaciones éticas que presupone la utilización de la energía humana, la complejidad de su apro­vechamiento, ya que a diferencia de cualquier otra fuente energética el hom­bre necesita satisfacer necesidades específicas e inalienables (alimentación, vivienda, educación, etc.): no es precisamente barata la energía humana.

8.13. B OMBA DE SOGA

Muchos son los ejemplos en que la sola aplicación de la energía humana contribuye a satisfacer necesidades energéticas de la humanidad, como se verifl· ca desde tiempos inmemoriales en el acarreo o bombeo de agua. Desde la última década del siglo xx, en Cuba una tecnología popular y apropiada comenzó a sustituir, princi-

5 palmente en zonas rurales y periurbanas, a las bombas de agua manuales convencionales, de émbolo: la bomba de soga. Este equipo consiste en un circuito cerrado entre la fuente de agua y la superficie o nivel deseado, mediante una soga sinfín en la que se disponen pistones de goma u otro material, a intervalos determinados. la soga (1) as­ciende por el tubo de subida (s), pasa por una polea motriz (3) y baja libre hasta la fuente de agua (?). En la parte

3

1

inferior se coloca una guía (4) que facilita la entrada de la soga y los pistones (2) en el tubo de subida. Entre los pistones y el diámetro interior del tubo de subida, generalmente de PVC, existe una holgura mínima para disminuir el desgaste de los pistones y el interior del tubo, el cual es irregular en dimensio-

AlEJANDRO MONTESINOS lARROSA 55

nes y rugosidad superficial. Los pistones se mueven en una sola dirección y, cuando llegan arriba, el agua bombeada se desvía hacia el usuario a través del tubo de entrega (6}. Al accionar la polea, los pistones que ascienden por den­tro de la tubería empujan la columna de agua hacia arriba por su parte supe· 1 ior. y succionan otra columna de agua por debajo. Al modelo original se han incorporado otros: de torre. para el bombeo no vertical, con bicicleta, con electrorreductor, con molino de viento y con paneles solares.

8.14. B OMBA DE SOGA DE TORRE

Esta variante de la bomba de soga permite solucionar el problema de elevar el agua, de forma manual, hacia un nivel superior a la superficie del pozo o fuente de abasto. El principio de funcio­namiento es el mismo, con la diferencia de que en una torre o poste se sostienen una polea superior, el tubo de subida y la tubería de descarga. la fuerza motriz ya no se aplica en el punto más alto, sino a la altura del pozo con la polea motriz. La soga sube por dentro del tubo de subida hasta la parte superior de la torre, da la vuelta en la polea superior, que gira libremente, y desciende para envolver a la polea motriz en aproximadamente 270° antes de ser con· ducida por la guía superior hasta el tubo guía para entrar en el pozo.

Como torre o poste puede utilizarse cualquier material que soporte el peso de los componentes y la fuerza ejercida para mover la soga.

la altura de bombeo comprende la suma de las

- ~ -,.,.-.-.

alturas desde la superficie del suelo hasta el nivel en que se coloca la guía de profundidad dentro del pozo, y desde la superficie del suelo hasta la tubería de descarga que tributa al tanque elevado, donde se almacena el agua bombea· da que después se utiliza por gravedad. Como esta altura suele ser mayor que la habitual, en la polea se colocan dos manivelas para ser accionadas por dos personas y de esa forma aumentar la potencia de bombeo; como en la bomba de soga para grandes caudales, que adicionalmente tiene las características de mayor diámetro del tubo de subida, menores alturas de bombeo y, por lo tanto, pistones de mayor diámetro. Con este modelo pueden alcanzarse 2 L/s ato m de desnivel de bombeo, con la acción de dos personas.

s6 CAPÍTULO 8. BOMBEO PARA El ABASTO DE AGUA

8.15. 81CIBOMBA

la bicibomba consiste en una bomba de soga de torre aco· piada a una bicicleta, de forma tal que se pueda bombear agua hacia un recipiente elevado a partir de la energía del hombre al pedalear.

El equipo es sencillo y puede ser utilizado para el abastecimiento de agua en bases de campismo, centros turísticos, zonas rurales y zonas periurbanas. Es viable su empleo para el abasto de agua potable y para el uso doméstico, el riego a pequeñas parcelas y el abasto a la ganadería, de forma limitada.

la bicibomba funciona de igual forma que una bomba de soga de to· rre. con la diferencia de que la fuerza motriz no se ejerce con los brazos, sino con las piernas del hombre al pedalear y poner en movimiento la llan· ta. El caudal de agua bombeada de· pende de la relación de transmisión s que se instale. el diámetro del tubo ' ¡ de subida, la altura de bombeo y el ~0- ~~ diámetro de la llanta. Teniendo en ~~ ,~, cuenta que el hombre desarrolla más 2

\ \ 1 potencia con las piernas que en los _ ·~1 brazos (75 W), el acc.lonar de la bici· 1 dJ bomba implica menor esfuerzo físico y mayor productividad.

Los componentes de un modelo de bici bomba, son: 1. Cuadro; 2. Ducha; 3· Estructura o base; 4· Estructu• a de la roldana; S· Estructura o soporte; 6. Guía; 7.llanta; 8. Manubrio; 9· Mecanis· mo de transmisión: 10. Piscina; 11. Pistones; 12. Pozo; 13. Roldana; 14. Rolda· na-tensor; 15. Sillfn; 16. Soga: 17. Tanque; 18. Tubería de descarga; 19. Tubería de subida; 20. Tubería de desagüe, y 21. Viga-soporte.

Como elemento de referencia puede tenerse en cuenta que a una altura total de bombeo de 6 m, una relación de transmisión de 44/18, una llanta de 26 pulgadas y un tubo de subida de 3/. pulgadas, es posible bombear aproxima· damente 2 L/s, con solo 52 W de potencia requerida.

Si se pedalea durante media hora con los parámetros referidos, con la bidbomba se pueden almacenar 36oo l (aproximadamente 3,5 m3) en un tan· que ubicado a 3 m de altura, si la fuente de agua se encuentra a 3 m de profundidad.

ALEJANDRO MONTESINOS lARROSA 57

Como para las vacas lecheras la norma de consumo es de 140 L/ día, con las condiciones descritas es posible satisfacer en ese tiempo las necesidades de agua a una vaquería de 25 animales.

Inicialmente, se deben tener las mismas precauciones que para la instala· ción de la bomba de soga. El mantenimiento y la reparación de la bicibomba son parecidos al de la bomba de soga, con la única diferencia de que debe lubricarse con periodicidad el mecanismo de transmisión de la bicicleta.

CAPfTULO 9 Selección de un molino de viento PoR CoNRADO MoRENO FIGUEREDO

Este capítulo tiene la intención de aportar las herramientas necesarias para la selección del molino de viento más adecuado para una determinada demanda, con el fin de elegir la solución comercial más favorable que se corresponda con la aplicación en cuestión.

La fórmula empírica más empleada para dimensionar estos sistemas de bombeo, y que permite estimar la entrega promedio de potencia, y por tanto de energía en un período determinado, es la siguiente:

Pao,1AVJ Donde: P: Potencia eólica promedio durante el período de estimación (W) A: Área del rotor(ml) V: Velocidad promedio del viento en el período de estimación (m/s) La experiencia práctica indica que el coeficiente que antecede a la fórmula puede variar entre 0,5 y 1,5, según las condiciones del viento. ya sea mayor o menor.

En Cuba, el Ministerio de Industrias fabrica un molino de viento o aerobom­ba con los parámetros tl!cnicos siguientes:

Altura de la torre: 18m • Diámetro del rotor: 3,05 m Número de aspas: 18 • Diámetro del cilindro de la bomba: o,o¡6 m Relación de transmisión del reductor: 3,29:1 Velocidad de rotación del rotor con V= ¡-8 m/s: 85 rpm Golpes por minuto de la bomba con V= 7-8 m/s: 26 Caudal de entrega de agua con velocidad del viento V= 4-8 m/s: 10-15 m3 1 dra Altura total de elevación con V= 4-8 m/s: 20-40 m

Cada fabricante de molino de viento suministra lo que se conoce como tabla de capacidad, que expresa la relación que existe entre el caudal que

CONRAOO MORENO fiGUEREDO 59

entrega al día la máquina y la carga de elevación de esta en función del tama­ño del rotor y del diámetro del cilindro (Tabla 9.1).

TASU. 9•2 Capacidad de bombeo suministrada por el fabricante

Diámetro Capacidad Altura a que put>de elevarse el agua lmJ del cilindro (L/h) Tamaño del rotor del molino de la bomba 6 pie5 8-16 pies 6 pies 8 pies 10 pies 12 pies 14 pies t6 pies (pulgadas) 2 1/4 680 1000 2J 34 52 77 110 180 2 1/2 850 12)0 20 29 43 65 92 150 2 J/4 1000 11¡60 17 25 37 SS So lJO

3 1200 1780 14 21 31 47 67 110 3174 2075 27 l¡O 57 93 Jl/2 1670 2420 11 15 23 35 49 82 33/4 2750 20 JO 44 JO

4 2150 3150 8 12 18 26 )8 61

4 1/2 2750 4000 7 9 Uf 21 JO '•9 5 Jl¡OO l¡OOO 5 8 t1 17 24 l¡O

6 7100 5 8 11 17 26

Ejemplo de aplicación: Si se cuenta con un molino de viento como el fabri-cado en Cuba, de 3 metros de diámetro de rotor, y se desea Instalaren un lugar donde el promedio anual de la velocidad del viento es de 4 m/s, se estima entonces que la energía hidráulica anual que suministra la aerobomba es aproxi-madamente:

~ = o,1 x (6/4)D' x v• x 8760 h/año = = o,tx(ó/4b'4~X 8760 =396 291 Wh/año

Esto equivale a 396 kWh por año, lo que representa 1,1 kWh por día (396/ 365). Cada kWh por día equivale a una capacidad de entrega del molino de viento en Cuba, de 254m' por dfa, por lo que 1,1 kWh equivale a una capacidad de28om1.

Para corroborar este estimado, se puede comparar con la información suministrada por el fabricante de la aerobomba (ver Tabla 9.2, en la próxima página) que se fabrica en Cuba, que indica que bajo condiciones de tamaño de rotor de 3 metros, 3 pulgadas de cilindro de la bomba y velocidad de viento de 4 m/s, este equipo multipala provee una capacidad de 9 m1 al día (1,78 m3/día x 5 horas de bombeo) con una altura de bombeo de 31 metros. E.sto equivale a (9 x 31) 279 m• por dfa, aproximadamente igual a lo calculado.

6o CAPfTUlO 9· SElECCIÓN DE UN MOliNO DE VIENTO

Otra situación que se presenta es cuando se conoce la cantidad de agua que se necesita bombear de acuerdo con la tabla 9.2. Entonces se divide el prom,.dio de consumo de agua diario entre s. para llegar a un equivalente horario de capacidad de bombeo requerida del molino. Ello está basado en las condiciones del viento que permiten al molino bombear el equivalente de unas 5 horas por día.

TABLA 9.2 Promedio de consumo diario

Uso L/dfa Personas 400

Novillo, caballo so Toro 6o Vaca lethera Cerdo 16 Ove¡a 8 Gallinas por c.ren Pavos por cien Bo

De acuerdo con el diámetro del cilindro de la bomba del molino (3 pulga· das), se consulta la tabla de capacidades v se determina la elevación total de bombeo desde el nivel de agua en el pozo hasta el punto de descarga.

Ejemplo de aplicación: Si la demanda es de 9 m1/día, dividimos entre 5 este valor y resulta igual a 1,8 m'/día, o t8oo litros por día. Según la tabla de capacidad, en un sitio donde la velocidad del viento es de 4 m/s, el agua puede elevarse hasta 31 metros.

CAPfTULO 10

El secado solar PoR LUis BfRRIZ PlREZ

El secado es la operación de disminuir la humedad a un de­terminado producto, por medio de la evaporación y eliminación del agua con­tenida en el mismo, sin alterar su composición qufmica.

El secado se utiliza ampliamente en los procesos industriales, principalmen­te en la industria química y en la obtención de materiales de construcción, así como en la alimenticia. Singular importancia tiene el secado para la conserva· ción de productos agropecuarios y marinos. como forrajes, plantas aromáticas y medicinales, frutas, viandas, granos, carnes y pescados, etcétera.

El secado puede ser un proceso natural o artificial. Se conoce por secado natural a la pérdida de humedad de los productos o materiales en condiciones ambientales, estén expuestos o no a la radiación solar directa.

Se llama secado artificial a la pérdida controlada de humedad de los pro­ductos o materiales mediante el uso de equipos o dispositivos especiales, los cuales usan generalmente fuentes adicionales de energía.

El secado natural de productos agrícolas e Industriales es un proceso am­pliamente utilizado, inclusive en el presente. En Cuba es tradicional el secado natural de la madera, el café, el cacao, el coco, los granos, los minerales y otros productos. Sin embargo, por diferentes causas, principalmente por la calidad del producto, el secado artificial o deshidratación ha sustituido en muchos casos al secado natural, técnica que se desarrolla cada día más, tanto en Cuba como en el resto del mundo.

El secado artificial puede realizarse mediante secadores solares de radia· ción directa (fig. 10.1), de radiación infrarroja (Fig. 10.2), por conducción de calor (Fig.tO.J) y de convección (fig.to.4), entre otros (ver páginas 62 v 63).

Las principales ventajas del secado artificial o deshidratación son las si· guientes:

• La calidad del producto deshidratado es generalmente superior, si se se­lecciona y aplica una buena tecnologra del proceso.

• El área utíllzada en la deshidratación es varias veces menor que la utiliza­da en el secado natural.

• Las operaciones de deshidratación son m~s sencillas, y pueden tener un alto grado de automatización.

62 CAPfTULO 10. El SECADO SOlAR

• La velocidad de secado suele ser mucho mayor, disminuyendo considera· blemente el tiempo de secado, lo que influye tanto en la calidad como en el costo del producto.

• las condiciones sanitarias y nutritivas en caso de alimentos) son mejores, ya que el producto no está expuesto a la acción directa del sol, la lluvia, el polvo y los insectos.

El secado artificial o deshidratación en instalaciones convencionales ti e· ne, sin embargo, grandes desventajas:

• Alto costo de Instalación, tanto porta cámara de secado como por la calde· ra, hornos o calentadores de aire.

• Alto costo de producción en caso de que consuma petróleo o electricidad para el calentamiento del aire o el producto.

Bandeja con el productu

Entrada de la bandeJa

A•slante ?'Agujeros ~ara la entrada del aire fresco

Ventanilla para la salida del aire húmedo

Panel aislante

Rg. 20. 2, Secador solar de radiación directa.

Aire húmedo

Vidrio transparente

Supertlcie negra captadora

ite fresco

Rg. 10.2. Secador solar de radiación infrarroja.

LUIS B~RRIZ P~REZ

Entrada de aire fresco Aislante

Fig. JO. J. Secador solar por conducción de calor.

Bandejas para el productoc::IJ;;;;;;(I _ cámara de secado

Aislante

Entrada de aire fresco

Rg. 10.4. Secador solar de convección.

Una variante a considerar es el secado artificial en secadores solares, los cuales tienen todas las ventajas de los deshidratado res tradicionales que tra· bajan con fuentes convencionales de energra. y además no consumen petró­leo ni electricidad para el calentamiento del al re y el producto.

Para lograr un producto de alta calidad, el gran secreto en el secado con­siste en:

1. Secar el producto en el mínimo tiempo posible después de la cosecha y hasta la humedad requerida: ni más ni menos.

2. Lograr que pase el aire seco uniformemente a través del producto. 3. No permitir que la radiación solar directa incida sobre el producto. 4· No dejar que el producto se caliente por encima de la temperatura per·

mitida.

En la selección de una tecnología de secado debe tenerse en cuenta la garantía en la calidad final, y como es natural, el costo del producto seco. La cantidad del material a secar Influye considerablemente en la selección del equipamiento a instalar y en el grado de automatización del proceso.

CAPfTULO to. El SECADO SOLAR

Los secadores solares pueden ser clasificados desde diferentes puntos de vista, pero para los efectos prácticos es conveniente analizarlos por el uso final, o sea, por el producto a secar: granos, plantas medicinales y condimen­tosas, viandas, madera, tabaco v otros

10.1. 5 ECAOO DE SEMillAS Y GRANOS

El secado de semillas y granos se ha convertido en una nece· sidad generalizada en el país para garantizar la soberanía alimentaria. El cul· tivo de arroz, frijoles, maíz, sorgo, café y otros granos por muchos pequeños agricultores y cooperativas agropecuarias, ha extendido la práctica del secado para su posible conservación y posterior consumo.

Para un secado de calidad es necesario que el grano se seque uniforme· mente, y esto solamente se logra proporcionando un nujo uniforme de aire caliente por el colchón de granos. Este es el principio de los grandes secadores industriales de granos. Sin embargo, como la producción de muchos campesi­nos es pequeña, no es económicamente ventajoso tener grandes y costosas instalaciones de secado. Por otro lado, la mayoría de las veces la distancia de las instalaciones existentes al lugar de cosecha es considerable, y encarece mucho el transporle del grano para ser secado.

En el secado de granos se utilizan diversas variantes, en dependencia de la cantidad de la cosecha y la calidad que se requiera conseguir del producto final.

10.1.1. VAAwm 1: PAno O PI.ATMORMA DE SECADO

El patio o la plataforma de secado es un método usado con frecuencia en el secado de granos, principalmente café. Para ello se han utili· zado inclusive partes de carreteras para secar arroz y otros granos. También se utilizan techos como plataformas de ser.ado.

Un patio de secado bien construido debe estar en un lugar donde incida el solla mayor parte posible del tiempo y estar bien nivelado con una superficie plana hecha con una mezcla de arena y cemento y con una pendiente de 1,5 a 2% para evitar ta acumulación de agua. Debe tener un borde del ancho de un ladrillo en todo su perímetro, menos en la parte inferior por donde debe salir tanto el agua de lluvia como la de la limpieza del patio.

El tamaño de la plataforma se puede calcular en dependencia del produc· toa secar y de la producción esperada. Por ejemplo, se quieren secar 3 tone· ladas (3ooo kg) en una cosecha que dura to días de arroz en cascarilla, con un peso específico de 6oo kilogramos por metro cúbico, en un lugar donde las

LUIS B~RRIZ PtRE7 6s

condiciones climáticas han demostrado que se puede secar en dos días con una capa de so miLímetros de espesor, entonces el área necesaria sería de 20 metros cuadrados.

En toda casa campesina debe haber aunque sea un pequeño patio de secado para el autoconsumo, por su simplicidad de construcción y operación, y su bajo costo inicial; además de que también pueden secarse casi todos los tipos de granos.

En un patio de secado se pueden secar diversos productos, disponibles en forma de espigas, mazorcas y a granel. así como productos con su planta. Para secar productos que todavía están con su planta, como el maní y el frijol, el espesor de la capa debe ser de 20 a 30 centímetros, y periódicamente remover el producto para que el secado sea más uniforme. En el caso del frijol, cuando el contenido de humedad lo permita, se desgrana y se termina de secar en una capa des centfmetros de espesor. De la misma forma, las vainas de maní se separan tan pronto sea posible y se continúa su secado en el piso.

El arroz con cáscara se seca esparciéndolo en el patio formando una capa de hasta 10 centfmetros de espesor, la cual se debe revolver periódicamente con un rastrillo para lograr mayor uniformidad en el secado.

Un secado muy rápido puede provocar que la parte exterior esté muy seca y la mteriortodavía húmeda, lo que puede partir el grano, por eso para obtener un arroz de mejor calidad, con más granos enteros, se recomienda secar en varias etapas. El arroz se puede secar en dos o tres días.

Las principales desventajas de la plataforma de secado son: baja calidad del producto secado principalmente por falta de uniformidad, baja capacidad de secado por unidad de área, alta dependencia de las condiciones climáticas, necesidad de mayor cantidad de mano de obra en la operación y altas pérdidas de producto en el secado.

10.1.2. VARIAiflt 2: S ECADOR DE CAJA ROTATORIA

El secador solar de caja rotatoria es un método no tan usado como la plataforma o patio, pero es común su uso en el secado de granos. Consta de una caja formada por un marco de madera con los lados de tela metálica. La caja tiene un eje central formado por un tubo de hierro galvanizado que se apoya en dos pequeños pilares de madera, que permiten la rotación. En los países cercanos al ecuador, su eje de rotación está alineado en la dirección norte-sur. En Cuba, donde la latitud es de 20 a 23 grados norte, es conveniente usar un sistema de rotación en dos ejes, tanto en acimut como en altitud. La inclinación debe acompañar los movimientos del sol para aprovechar mejor la energía solar, por lo que el secador se debe orientar varias veces durante el día.

66 CAPITULO 10. EL SECADO SOlAR

Fig. to.s. Secador solar de cojo rotatoria.

Este secador tiene varias ventajas sobre el patio de secado, pues se a pro· vecha mejor el sol ya que la caja se puede orientar en cualquier momento y aprovecha el vlento,lo que es fundamental para el secado. Además, es más fácil revolver el grano para lograr la uniformidad del secado y es fácil taparlo para evitar que se moje con la lluvia.

A pesar de estas ventajas, es difícil lograr un secado uniforme, pues cuando la caja está en reposo el sol se recibe solamente por los granos que están en la superficie expuesta. De esta forma siempre habrá granos resecos y otros con alto contenido de humedad. Por otro lado, al estar el grano expuesto directa· mente al sol, se pierden propiedades nutritivas. Por estas razones, en un seca· dor de caja rotatoria nunca se podrá obtener un producto seco de alta calidad.

Las cajas suelen hacerse cuadradas o rectangulares de 1 a 1.2 metros de lado con un espesor de 15 centímetros (Fig. to.s). O sea, una caja se puede cargar con So a 150 kilogramos de granos en dependencia de su tipo y peso especffico. La malla metáliéa que se utilice depende del grano que se desee secar. pero una malla fina se puede aprovechar para cualquier tipo de grano.

la cantidad de secadores de cajas rotatorias que son necesarios para una granja o cooperativa agrícola se calcula de acuerdo con la producción media, el tiempo medio de secado y el número de días que se requieren para la cosecha.

Si las cajas son de 1,2 x 1,2 x 0,15 m, tomando el mismo ejemplo anterior, para secar 3 toneladas de arroz en cascarilla en 10 días de cosecha, se nece· si tan 5 secadores.

En un secador de caja rotatoria se puede secar cualquier tipo de grano. Para ello se llena la caja con el auxilio de un embudo especial, dejando una décima parte sin llenar. Esto se hace para faciütar el movimiento de los granos dentro de la caja y poder revolverlos.

lUIS B~RIZ PtREZ 6z

La caja se orienta hacia el sol y se trata de mantenerla orientada el mayor tiempo posible.lo principal para aumentar la calidad de secado es revolver los granos frecuentemente, si es posible cada hora. haciendo rotar la caja. Duran· te la noche o en caso de lluvia se debe cubrir la caja con una lona de plástico para impedir el rehumedeclmlento del grano. Cuando se llegue a la humedad requerida, se descarga el secador.

10.1.3. VARIArn ): Tuaos DE SECADO sow

los tubos metálicos son también utilizados con éxito para el secado de granos. Existen secadores de tubo muy sencillos, y otros más complejos, e inclusive con determinado grado de automatización.

El secador de tubos más sencillo consiste en un tramo de tubo metálico, de aluminio o acero galvanizado, de pared fina y de 4. 6 u 8 pulgadas de diámetro, como los usados en los sistemas de regadío. Este tramo de tubo que puede ser de un metro a metro y medio de largo, se pinta de negro en su parte exterior, se tapa con una malla metálica por un borde, se rellena hasta la mitad con el grano que se quiere secar. se tapa por el otro extremo y se pone en el suelo o sobre cualquier soporte de tal forma que reciba el sol y pueda circular el aire dentro del tubo. El aumento de la calidad en el secado se logra girando fre· cuentemente el tubo de tal forma que los granos cambien de lugar y el secado sea lo más uniforme posible.

Un tubo de 20 centímetros (8 pulgadas) de diámetro y un largo de metro y medio, puede cargarse con 25 litros de granos. O sea, para secar s metros cúbicos en 10 días se requieren 20 tubos.

En los tubos de secado se puede lograr mejor calidad de secado que en las cajas y en la plataforma, principalmente porque los granos no reciben directa· mente la radiación solar y puede lograrse un poco más fácil la mezcla de los granos, pero aún no se logra la calidad y uniformidad óptimas.

10.1.4. VARIANTE 4: SECADOR DE TAMBOR ROTATORIO

El café, cacao,las semillas y otros productos se pueden se· car eficientemente en tambores rotatorios que se colocan dentro de una cáma· ra de secado. En este caso la cámara es por arriba y por los lados este y oeste de material transparente (vidrio o plástico) y el tambor es negro para que absorba bien la radiación.

los tambores suelen tener diferentes diseños en dependencia del mate· rial a secar. Por ejemplo, los que se utilizan para secar café y cacao suelen

68 CAPITULO so. El SECADO SOLAR

tener agujeros para dejar salir la pulpa o miel que se destila durante el proceso de secado. El tambor gira muy despacio, por lo que es necesario utilizar un motorreductor. Este equipo gasta muy poca energía debido a que normalmen­te una vuelta suele durar de cinco a treinta minutos. En este tipo de secador se logra una calidad óptima, pero su precio es alto, por lo que se recomienda solamente para determinados productos (Fig. 10.6).

Cubierta de vidrios -

• Motor

Tambor rotatorio

Fig. 10.6. se,ador solar de tambor rotatorio.

10.1.5. VARIANTE 5: SECADOR SOlAR DECtlfMEHEA CON SILO PARA GRANOS

El secado de granos en silos es común en los procesos indus· tria les pues se garantiza una excelente calidad del grano seco. En la mayoría de los secaderos industriales se utiliza petróleo para calentar el aire v ventila· dores eléctricos para hacer pasar el aire a través de la capa de granos. Existen variantes de secadores de silo en los que el aire se calienta con residuos de la cosecha, como la cascarilla del arroz y el afrecho del café, aunque los hay también de leña.

Se han construido secadores solares de silo par a granos en los que el aire se calienta en calentadores solares situados alrededor del silo, y el tiro del aire se logra por medio de una chimenea. En algunos casos se utilizan también extractores eólicos para ayu·dar el paso de aire a través de los granos. Este secador da un grano seco de alta calidad.

10.2. SECADO DE PLANTAS MEDICJNALES

En Cuba, incluidas las casas del médico de la familia, se reali­za un amplio programa de desarrollo del cultivo y uso de plantas medicinales.

Una de las mayores dificultades que encuentra este programa es el seca· do de las plantas medicinales, ya que es el método más adecuado para su conservación, tanto para su comercialización o distribución, como para su posterior procesamiento.

LUIS B~RRil PlREZ

los factores más importantes y decisivos en la aceptación de un proceso de secado son la calidad del producto seco y el consumo energético por tonelada de producto seco.

La calidad de las plantas medicinales secas se determina por el manteni· miento de sus propiedades originales o sus principios activos, y en la práctica ello se relaciona con el mantenimiento de su aroma y su color.

Cuando el secado de las plantas medicinales se realiza a la intemperie, bajo el sol o a la sombra, el gasto energético es mfnimo, pero el tiempo de secado es prolongado, y además, no se garantiza la calidad requerida del producto.

En experimentos realizados en secadores industriales que utirizan petró· leo como fuente de calor, se demostró que la calidad del producto seco es excelente, tanto en su aroma como en su color; sin embargo, el consumo energético fue muy alto en todos los casos.

El uso de cámaras de secado solar ha demostrado que la calidad del pro­ducto final obtenido es también excelente y los gastos de energía son míni­mos, ya que la fuente principal es la energía solar.

Una cámara de secado solar es, en esencia, una nave o casa de vidrio tipo invernadero, la cual tiene dentro un túnel o cámara metálica ennegrecida que capta la radiación solar y la convierte en calor. Dentro de la cámara va coloca­do convenientemente el producto a secar.

En general, la operación del secado solar de las plantas medicinales es la siguiente:

El producto a secar se prepara convenientemente, esto es, se lava y se corta en dependencia de la planta o de su parte aprovechable, de tal forma que no queden pedazos gruesos que requieran mucho tiempo de secado. El producto se coloca en bandejas, procurando que tenga un máximo de área en contacto con el ah e.

las bandejas llenas se colocan en los carritos y estos se introducen en el secador. que se cierra herméticamente. Esta operación debe efectuarse pre­ferentemente bien temprano en la mañana para aprovechar mejor la radiación solar, o inclusive puede dejarse cargado el secador desde la noche anterior.

Los ventiladores de reclrcutación de aire se ponen a funcionar desde que se cierra el secador y no se detienen hasta que se extraiga el producto seco.

La humedad dentro del secador se regula automáticamente o por medio de las ventanillas de renovación del aire, situadas en los extremos del seca· dor. Si la humedad es alta (por encima de 75 u So%}, el aire debe renovarse con el aire fresco exterior.

Cada planta tiene una temperatura máxima de secado, para garantizar la calidad del producto seco. La temperatura del sec.ador se regula también auto­máticamente o por medio de las ventanillas de renovación del aire: si es muy elevada, las ventanillas se abren.

zo CAPITUlO 10. El SECADO SOlAR

El producto se mantiene dentro del secador hasta que tenga la humedad final requerida. Según las experiencias actuales el secado dura entre dos y cinco días, en dependencia de la planta a secar y de las condiciones climáti· cas. Se conoce que el producto está seco por simple inspección (el material cruje y se parte al tocarlo) o por la determinación de su peso.

Después de seco, el material se extrae y se coloca en sacos. Esta opera· ción debe efectuarse con cuidado para evitar las pérdidas por el arrastre del viento. Después. el secador debe limpiarse bien, preferentemente cuando se va a secar otro producto, para evitar contaminaciones.

Todo lo expresado para las plantas medicinales es válido para las plantas aromáticas y condimentosas.

Es muy importante respetar la temperatura máxima permisible para que no se pierdan tos principios act1vos y las propiedades organolépticas de las plan· tas. Por ejemplo, la manzanilla tiene una temperatura óptima de secado de 40 a 45 oc. la caléndula igual, pero el té de riñón soporta 6o °C, la menta 45 ac,la sábila de 40 a 45 oc y el jengibre hasta so oc, al igual que el llantén¡ sin embargo, el orégano no acepta más de 40 oc.

10.). SECADO DE FRUTAS Y VJAMDA.S

Gran importancia tienen las frutas y las viandas en el logro de la soberanía alimentaria, por lo que su conservación, principalmente de aqut>­llas que son temporales y que presentan sobreproducciones en relación con el consumo, también es importante. El secado de viandas para obtener harinas ha adquirido Importancia internacional, al igual que el comercio de frutas se· casen un mercado de gran escala.

Para el secado de frutas y viandas no se exigen tantos requisitos como para las plantas medicinales y condlmentosas. Sin embargo, pueden secarse de la misma forma y en los mismos secadores solares que las plantas medici· nales, o sea. en cámaras de secado tipo túnel y en bandejas. Pero también pueden ser secados en secadores más económicos como los de túneles de cubiertas plásticas, parecidos a las cámaras de cultivo, pero con otro material de cubierta.

El éxito en el secado de frutas y viandas comlenza con su selección y preparación, pero estas operaciones son diferentes para cada fruta y vianda, por lo que es importante seguir la tecnología de secado de cada producto para conseguir una calidad aceptable.

Es trascendental tener conciencia de que lo principal en la alimentación no esta cantidad que se Ingiere, sino la calidad de lo que se come. Desgraciada­mente, muchos decisores y productores no tienen en cuenta, por ignorancia o

LUIS BtRRIZ PtREZ zt

por inconciencia, el problema de la calidad. Por esta razón, cuando se habla del proceso de secado, es importante repetir lo que se expuso con anteriori­dad. Para lograr un producto de alta calidad los secretos en el secado son:

1 . Secar e! producto en el mínimo tiempo posible después de la cosecha y hasta la humedad requerida : ni más ni menos.

2. Lograr que pase el aire seco uniformemente a través del producto. 3· No permttir que la radiación solar directa Incida sobre el producto. 4- En las plantas medicinales y condlmentosas, no dejar que el producto se

caliente por encima de la temperatura permitida. S· Respetar la tecnología de secado apropiada para cada producto.

CAPrTULO 11 La cocción de alimetos con biogás PoR Jost ANTONIO GuARDADO CHAcóN

Entre las tecnologías apropiadas de energía renovable para la cocción de alimentos y la producción de conservas, el biogás resulta una de las mejores opciones debido a su base material (desechos orgánicos origina· dos en casi todas las actividades humanas, y en ocasiones, en aquellas ajenas a la voluntad del hombre, como ocurre en los pantanos). El biogás es un porta· dor energético producto de la digestión anaeróbica. Su obtención a través de tecnologías apropiadas es conocida como tecnología del biogás, que tiene lugar en Instalaciones denominadas plantas de biogás, o blodigestores.

Construir una plilnta de biogás es crear la capacidad de transformar los residuos orgánicos y contaminantes para obtener en el proceso los nutrientes básicos para la producción de alimentos, eliminarla contaminación al amblen· te, a la salud humana v animal, y además generar energía.

En Cuba aplicar la tecnología del biogás constituye una prioridad nacional y un componente básico para el desarrollo locaL Sin embargo, la experiencia ha demostrado que las plantas de biogás solo son exitosas cuando la tt.>cnolo· gfa forma parte integrante de la conciencia de todos los miembros de una familia, granja, empresa o cooperativa donde se aplique. Por ello, para su sostenibihdad se requiere que se ubiquen en sitios donde la comunidad perci· ba y comprenda la necesidad de su utilización y cuidado.

El aspecto energético en el uso de la tecnología del biogás sigue siendo importante para jerarquizar suJmplementación. Además de la Importancia como portador energético, es necesario la utilización íntegra de otros productos finales que genera dicha tecnología (biat y bioabono), con impactos favorables en el ambiente y el medio circundante.

11.1. GENERALIDADES DEL BIOGÁS

El descubrimiento y el uso del biogás datan de los siglos xvu y x1x, respectivamente. Fue Identificado en 1667. por Shiley, como «gas de los pantanos>> por ser el sitio donde observó su presencia. La primera instalación de biog~s se construyó en 1859 en Bombay, India, para el tratamiento de excretas humanas.

JOS~ ANTONIO GUARDADO CHACÓN ~------~~~--------------------~u

El biogás es un gas combustible que se genera en medios naturales o en dispositivos especfficos como consec:uencla de la descomposición de la mate­ria orgánica en ausencia de oxfgeno (ambiente anaeróbico), determinado ran· go de temperatura (lo-so 0 C) y acidez (pH 6,s·S,s). entre otros factores me· d.iant~ la acción de microorganismos (bacterias metanogénicas, etc.). En su ocio vttal, ~stas bacteria~ se alimentan del residual orgánico y desechan com· ponentes Simples y tambtén el gas metano (CH). en lo que se denomina proce· so de fermentación o digestión anaeróbica. . ~ateriales n.o orgánicos, como metales, celulosas, vidrio, etc., no son

d1gend~s o mod1_fic~dos durante el proceso de fermentación, de ahí que su presencta en el b1o~tg~st?r resulte inapropiada para la obtención de biogás, resultando necesano eltmtnarlos antes de su introducción en el digestor. Por lo general, se puede obtener biogás a partir de cualquier material orgánico.

los materiales orgánicos que pueden ser empleados como «cieno de fer· mentación>~ ;stán compuest.os, en su mayor parte, por carbono (C) y nitrógeno (N). La ~elacton entre ambos llene gran influencia sobre la producción de biogás. .• Es tm_Po~ante lograr un proceso eficiente, y por tanto una mayor produc·

CJon de b1ogas, para lo cual es necesario establecer la relación adecuada de mezcla con el agua para aumentar la fluidez del material de fermentación.

En un cieno líquido las bacterias de metano llegan con mayor facilidad al material fresco, lo que acelera el proceso de fermentación.

El proceso de fermentación se compone de dos fases principales:

1. Fase ácida: ~e forman los aminoácidos, ácidos grasos y alcoholes. a partir de las protemas, grasas e hidratos de carbono disueltos en el residual.

2. Fase_metanogénica: se forman el metano, el dióxido de carbono y el amontaco, entre otlos.

El proceso de fermentación, que ocurre en los biodigestores, simula al que se produce en el aparato digestivo de un ser vivo al ingerir los alimentos, en ,el que estos son descompuestos por la acción de las enzimas. Por lo general, en el proceso de fermentación dentro de un estómago están presentes las bacte· nas metanogénicas. la Instalación construida por el hombre y destinada a la producdón y captación del biogás constituye el biodigestor.

Existen múltiples diseños y formas de digestores (como estómagos en los seres vivos), en función del volumen y la materia prima (residual) que se emplea, materiales con que se construye, etc. La variedad de los modelos existentes permiten su adaptación a las necesidades y posibilidades contemplando el vol u· m en, materiales empleados y residuales orgánicos que se deben tratar.

•

74 CAPITULO u. LA COCCIÓN DE AliMENTOS CON BIOGÁS

11.2. COMPOSICIÓN Y CARACTE.lÚST1CAS DEL BIOGÁS

El biogás es una mezcla constituida por metano (CH). gas c.on poder energético, y otros componentes según se muestran en la tabla 11.1.

Con un contenido de metano menor de so%, el biogás deja de ser inflamable. Su inflamabilidad volumétrica en porcentaje de aire oscila entre 6 y 12%.

El biogás tiene como promedio un poder calorífico entre 18,8 a 23.4 mega· joule por m' (de sooo a 6ooo kilo calorías por m'). Es más ligero que el aire y posee una temperatura de combustión entre 650 y 750 °C, y su llama alcanza una temperatura de 870 °C.

lABIA 11.1

Composición promedio del biogás

Compuestos Yo

Metano (CH) Dióxido de ¿arbono (co)

55•70

HidrÓgeno (H) 0-1

Nitrógeno (N) o.s·J Sulfuro de hidrógeno (H.s) 0·1

Proporciones %Volumen H,S 0-2

Proporciones % Volumen de N, o.s-3 Proporciones % Volumen de H. 1·)

Proporciones% Volumen O, 0·1

Vapor de agua (H O) Trazas

La coccion de alimentos y las producciones de conservas son actividades que demandan energía, tanto en el hogar como en el ámbito del cuentapropis­mo, y en otras iniciativas en el contexto del desarrollo local.

11.). Usos DEL BI06ÁS

El biogás se puede utilizar como cualquier otro combustible, tanto para la cocción de alimentos en sustitución de la leña, el keroseno, el gas licuado, etc., como para producir energía eléctrica mediante turbinas o plantas generadoras a gas, hornos, estufas, secadores, calderas, u otros sis· temas de combustión a gas.

Las mezclas de biogás con aire, en una relación de 1:20, forman un gas detonante altamente explosivo, lo que permite su empleo como combustible en motores de combustión interna adaptados. A pesar de su contenido de H~S, es un combustible ideal y se puede utilizar en cualquier aparato o equipo que

JOSt ANTONIO GUARDADO CHACÓN 75

funcione con gas, inclusive en las proyecciones con automotor del primer mun­do que hoy constituyen novedades tec.nol6gicas y hasta noticias de la ciencia ficción. En Cuba su mayor uso ha sido precisamente en la cocción de a limen· tos, mediante diferentes cocinas adaptadas, en las que se ha evidenciado el ingenio y creación populares.

11./f. TIPO DE BIODIGESTORES SIMPLES

Fig. 11.1. Planto de biogás de campana flotante (tipo hindú).

~~M:::l;~ Fig. 11.2. Plnnto de biogós de cubierto flexible.

Fig. H.J. Planta de biogós de cúpula fija {tipo chino).

Para la producción de biogás a pequeña y mediana escalas a nivel local, se han utilizado y se utilizan los llamados biodigestores simples. Estos, a m· pliamente desarrollados en la práctica, pueden ser clasificados de la manera siguiente:

• De campana móvil (Fig. 11.1).

• De cubiertas flexibles (balón y similares) (Fig. 11.2}. • De cúpula fija (Fig.11.3).

z6 CAPITULO n. lA COCCIÓN DE AliMENTOS CON AIOGAS

En los últimos años se han instalado en el país más de 300 biodigestores de cubiertas flexibles, llamados también tubulares o plásticos. los diferentes modelos de estos biodigestores han sido adquiridos en el mercado internado· nal a un precio aproximado entre 6oo y 8oo dólares para una familia promedio de cuatro a cinco personas. Fabricados en Cuba pueden costar alrededor de 350 dólares en componentes y materiales importados. Estos serían igualmen· te con materia prima Importada.

los biodigestores construidos con materiales de construcción convencio-nales, permiten la posibilidad de tener un biodigestor ucaseron a partir de recursos disponibles en nuestras casas o que se puedan adquirir por las di fe· rentes vfas que ha ido instrumentando el país. Quizás solo sea necesario te· ner, además, algunos conocimientos de cómo fabricarlos, cuestión que se ha facilitado por las diferentes acciones que lleva a cabo el Movimiento de Usua­rios del Biogás, de conjunto con las demás instituciones involucradas. en el tema. Por esta ratón, a continuación se presentan algunos esquemas, 1dl"as generales y conceptos prácticos para la construcción, instalación y .funciona· miento de estas instalaciones, especialmente, cuando se vayan a utilizar para la cocción de alimentos y la producción de conservas.

CAP[TULO 12

Antecedentes y aplicaciones del horneado con biogás PoR Jost AmoNro GuARDADO CHAcóN v JoRGE Lurs CoRTADA FERRERA

~n Cuba no existe mucha experiencia en el uso del biogás para hornead~; sm embarg~. el horneado en producciones varias con leña y otros combustibles convencionales. ha sido una práctica común de nuestros productores y artesanos.

. En los últimos años, la agricultura en Cuba se ha caracterizado por la dtversidad y formas en las que ha participado y participa la población. Con igua.t_carácter ~~rtíci.pativo pudiera valorarse el aporte y creatividad de lapo· blae~on en la uttlrzactón de la tecnologfa del biogás. Estos hechos constituyen una valiosa herramienta en los antecedentes del «arte del biogás en Cuba», a partir de características, posibilidades y condiciones específicas de cada lugar o usuario.

Tal realidad plantea la necesidad de aprovechary elevar el poder creativo de la gente, de los profesionales de las instituciones y de los organismos del Estado, aprovechando al mismo tiempo las particularidades de cada localidad, territorio y región, en función de un cambio positivo de ese paradigma.

las FRE, por sus características, juegan un papel decisivo en ese objetivo, ya que fueron las primeras utilizadas por el hombre. Sin embargo, la aparición de los combustibles fósiles las relegó por muchos años al oMdo. En este nuevo escenano se apuesta al biogás como uno de los portadores energéticos con más posibilidades de uso en el horneado de diversas producciones. Durante los años que siguieron al momento en que el suministro de combustible fósil a Cuba (1989) disminuía drásticamente (el aperfodo especiah)), el país, con una base productiva y de consumo establecida sobre esa fuente energética, debió buscar en todas las posibles fuentes al alcance de la población el modo de mantener el nivel de vida alcanzado hasta ese momento.

La cocción de alimentos fue uno de los puntos claves fuertemente afecta­dos. Evidentemente, comenzaron a proliferar las cocinas ancestrales de leña y carbón vegetal en sustitución de las que funcionaban con combustible fósil (kerosene, diésel, fuel oil, electricidad); pero las fuentes cercanas desapare­cían rápidamente y cada vez costaba mas el transporte hasta las cocinas.

Resultaba necesario disminuir también el uso indiscriminado de ese recur­so forestal, y hasta la quema de muebles y cualquier madera al alcance. Sur­gen entonces las cocinas «eficientes», cuyo diseño permite un mejor aprove-

zs CAPfTUl O 12. ANTECEDENTES Y APLICACIONES DEL HORNEADO CON BIOGÁS

chamíento térmico. En la Isla de la juventud, por ejemplo, se mejoró el diseño publicado por la Comisión de Energía y se introdujeron conceptos en su cons­trucción que dieron lugar a una cocina diferente y eficiente, dadas las caracte· rísticas que se describen más adelante.

La cocina eficiente IJV (Isla de la Juventud) es capaz de conservar un alto grado de calor facilitando el encendido inmediato al preparar el prí_me~ café del día, gradas a un bloque de fábrica que actúa como acumulador termtco.

La entrada del aire fresco se situó no bajo la parrilla, donde se coloca el combustible sólido de baja densidad, sino en el extremo opuesto con el propó­sito de crear un recorrido del aire para su precalentamiento, calentamiento Y llegada al combustible con un alto grado de calor, lo que facilita la combustión.

Bajo la plancha de cocción se prepara un canal de fuego. En la construc­ción de las primeras cocinas se utilizaban las planchas de hierro fundido toma· das de las cocinas a petróleo desactivadas. Actualmente la presencia de esos fogones ha desaparecido y la población utiliza cuatqui~r pla~~ha de acer~ a su alcance; esto no impide las caracterfstic.as que a contmuacton se descnben, pero crea la necesidad de reponer esa plancha cuando comienza a deformarse y su deterioro por el calor así lo exige.

Al producirse la combustión sobre la parrilla. la llama busca la salida, a través del canal de fuego, obligada por el tiro forzado que crea la chimenea. Ese rtujo de gases, en su recorrido por ese canal de fuego, tiene las caracterís­

ticas siguientes:

1. La parrilla donde se coloca el combustible sólido de baja densidad se sitúa en la cámara de combustión y recibe el aire caliente bajo esta desde los tubos que han atravesado el bloque de inercia térmica; mientras que la compuerta por donde se introduce la leña (o cualquier material combusti· ble sólido) es hermética, aislada térmicamente y permanece cerrada du­rante la operación dE; la cocina.

2. La llama producida por la combustión de la leña se dirige a la salida por el tiro forzado creado por la chimenea. En el canal de fuego se producen resaltos bajo los sitios donde se colocan los recipientes que reciben el fuego directo para la cocción de los alimentos

3· Al pasar el flujo del canal de calor a la chimenea, aquel actúa sobre una plancha metálica que se encuentra sobre la cámara de aire, elevando la temperatura del aire antes de recorrer los tubos situados en el bloque de inercia térmica, conduciéndolo a la cámara de combustión

4· Al producirse la salida por la chimenea, luego del recorrido referido en el punto 2, se aprovecha el calor residual para el calentamiento de agua, que !>lrve en la cocina para el fregado, limpieza o la preparación de nuevos alimentos.

lOS~ ANTONIO GUARDADO CHACON V JORGE LUIS CORTADA f'ERRERA 79

Est~s conceptos para el mejor aprovechamiento del recurso energético se ge~erahzaron en numerosas viviendas y centros donde cocinas y hornos se aphcaron para otros muchos usos: hornos para pizzas elabo · • d d l

• . , rae ton e pan y u ces, ceramrcas, preparación de ahumados, etc.

La ~plicaci?n de.este diseño dio un respiro a la búsqueda y transportación de 1? lena, Y as1 surg~eron anécdotas como esta: luego de terminada la cocina efi.CI;nte IJV t~s cocmer~s del contingente que construía la Presa Libertad, extgteron a su ¡e.fe el cam1ón 'argado de leña que, como costumbre, necesita· ban para cum~lrr su tarea, este les dijo que a partir de ese momento la leña estaba tan raCionada .como el diésel y que debían preparar toda la comida << ••• con eso~ cuatro paht~~ ... ,), y para sorpresa y satisfacción de todos el cons· tante a~?b'o desaparecro y un menor volumen de leña pudo mantener la ali· mentacton de sus trabajadores dutante un mes.

Pero no se trataba solamente de la eficiencia en la cocción sino de cómo resolver_localmente la producción de alimentos, sobre todo de tos cárnicos, lo q~e llevo a la poblacrón. ~ la erra generalizada de cerdos y otros animales, y ello dto lugar a 1~ mtroduwon de la tecnología del biogás atendiendo a sus múlti­ples b~nefict~s, entre los que también se incluye el energético.

As1 se reCiben en la Isla los primeros digestores de balón por asignación centra~ que dura.ron muy poco en explotación debido a su fragilidad. Tarnbién s~ ha_bta constnudo una gran planta de biogás de cúpula flotante (tecnología hm~u) en el Cebadero de Toros Ciro Redondo, que operó muy poco tiempo de~1do a la ~~on~ desaparición de aquella masa vacuna por la falta del pienso de tmportacron, s1endo necesario el sacrificio del ganado y la desactivación de la planta de biogás.

Otros intentos también fracasaron por diversas causas, hasta el presente en que una nueva realidad económica y el interés de los productores hacen que vean en la tecnolog~a del biogás la posibilidad de disminuir sus gastos, Incrementar sus gananCiaS y obtener los múltiples beneficios que aporta esta tecnología.

. Bajo esta.s dos premisas: ~isponibilidad de la fuente de alimento de origen a m mal Y un ststema de tratamiento mediante biodigestores. más la eficiencia e~ la cocción, se llega a una nueva fase: la aplicación de la tecnología del ~togás utilizando el metano obtenido de modo más eficiente, aunque bajo las mterrogantes que aún plantea el cambio del combustible sólido de baja densi­dad a la cocción con fuego directo y concentrado que permiten los quemado­res a biogás.

La cocción de alimentos utilizando una fuente energética como son los ga­ses combustibles, sea GLP, butano, propano y el propio metano, es algo resuelto con suficiente eficiencia en los conocidos quemadores y cocinas disponibles en el mercado. Pero aún queda un nicho donde es posible unir ambas tecnologías.

80 CAPITULO 1:2. ANTECEDENTES Y APUCACIONES DEL HORNEADO CON BIOGÁS

La entrada de biogás requiere una trampa de agua

Leyenda: 1. Quemadores a biogás; 2. Placa calient~: '3· Cámara de combustión;

4. Compuerta con aislante y cierre; s. Entrada de aue precatentado: 6. Tubo de Hora; 7· Bloque de acumulador térmico; 8. Entrada de aire fresco; 9· Pl~ncha metálica: 10. Chimenea: n. Canal de fuego~ 12. Entrada de agua; 13. ~ep6sat~ de agua con aislamiento; 14. Salida de agua caliente; 15. Regulador del nu,o de salada, y 16. Soporte para parrilla si se quiere utilizar leña.

Rg. 22.2. Esquema de un horno I)V adaptado a biogás.

En la Isla de la Juvenfud la industria cerámica tiene una fuerte presencia, Y la elaboración de pan y dulces es una necesidad indiscutible. Partiendo de que hay productores a quienes por el número de animales y la .disposic!ón obliga~o­ria de hacer un tratamiento completo desde el punto de VISta ambiental, obt1e· nen más energía de la que necesitan y no encuentran forma de utilizarla.

De ahf surge una pregunta científica base: ¿es posible disponer de hornos que permanezcan encendidos de modo gratuito a temperatura cont.r~lada p~ra las diversas producciones que asf lo requieren? Una respuesta postttv~ sigmfl· ca que estos siempre están dispuestos para la cochura de los mencrona_do~ productos: cerámica artística y utilitaria, que constituyen una fuente economt· ca importante en la localidad, la elaboración de cárnicos y ahumados para consumo propio o por encargo, o la preparación de pan y dulces (Fig. 12.1).

)OSE ANTONIO GUARDADO CHACON Y JORGE lUIS CORTADA FERRERA 81

Esta condición brinda al propietario de la planta de biogás un nuevo ingre· so económico, y por supuesto, la disminución de costos para el productor que, en lugar de utilizar sus hornos eléctricos o a combustibles convencionales. contrata los hornos del criador de animales a un costo que evidentemente deberá ser menor debido a que se utiliza una energía gratuita, aunque al propietario de la planta de biogás corresponde la inversión y esta es un capital a recuperar.

En los hornos de la segunda generación (con biogás) se mantienen todos tos elementos de aprovechamiento térmico mencionados en la primera gene· ración de las cocinas eficientes IJV, pero ahora en lugar del combustible sólido se sitúan quemadores a biogás. la llama alimentada por el metano. en su recorrido hacia la chimenea, es transportada mediante un flujo de aire recalen· tado, y alcanza una temperatura superior siguiendo el mismo ciclo descrito.

Un nuevo diseño para las aplicaciones mencionadas puede requerir un bloque de acumulación térmica de mayor volumen, experimentar la mejor colo­cación de tos quemadores, etc. Como quiera que se resuelva el prototipo. el biogás acumulado en el domo, ya sea fijo, móvil, bolsa o comprimido en tan· ques, extiende su duración al requerir un volumen menor para cualquier otro uso que consideren sus usuarios. También es útil recordar que cada planta de blogás es única, ya que su utilización y aprovechamiento solo está en el libro exclusivo de su usuario, aunque lógicamente siempre bajo los principios gene· rales antes mencionados y lo expuesto en la bibliografía disponible sobre la tecnología del biogás.

Queda por referir que la selección natural también existe en esta tecnolo· gía, y los mejores diseños se extienden de modo natural por la demanda de los resultados de experiencia de quienes lo aplican, los cuales recomiendan a otros interesados para obtener iguales beneficios, o mejores.

CAPfTULO 13 Fogones eficientes de cámaras independientes con el uso de biomasas PoR RICARDO Zú~IGA LóPEZ

Este capítulo pretende aportar soluciones a la cocción de alimentos en los territorios, mediante la construcción. aplicación y generaliza· ción de fogones que permitan utilizar las biomasas de forma eficiente, contri· bu ir al ahorro de energía en el país y aplicar fuentes renovables de energía de forma alternativa, además de mejorar las condiciones de trabajo con la dismi· nución de los gases nocivos y la temperatura en el área de labor del personal de cocina. Su aplicación también posibilita contribuir con la capacitación de los técnicos y trabajadores que intervienen en la construcción, montaje y man­tenimiento de los fogones eficientes de cámaras independientes, así como a la educación energética de la comunidad en los territorios.

la aplicación de estos fogones en los centros educacionales durante die­cisiete años ha permitido que las escuelas continuaran funcionando normal­mente, y en especial los centros internos, en los que trabajan un promedio de doce horas diarias y consumen solamente 25% de la leña u otros combustibles sólidos en comparación con los fogones tradicionales de leña.

los materiales empleados son los comunes que se emplean en cualquier construcción y un herraje de acero para las cámaras de combustión, y para los casos en que se les incluyan hornos. El aislamiento térmico se obtiene con una mezcla de aserrín y barro que permite disminuir el costo.

la decisión de construir fogones eficientes para combustionar biomasa forestal depende de las necesidades que tenga cada territorio, de su disponi­bilidad y factibilidad de los recursos para la construcción.

los diseños y las dimensiones dependen de los tipos de combustibles existentes en los territorios, cantidad de comensales y tipos de ollas o calderos que se vayan a emplear

la eficiencia de los fogones está determinada por el nivel de aprovecha­miento del calor de combustión en la cocción de los alimentos. Por ello es impor· tan te tener en cuenta las formas con que se transmite el calor para el diseño de la variante que se vaya a emplear; de ahf que sea importante la construcción de cámaras independientes en estos fogones con aislamiento térmico, reduciendo al mínimo las pérdidas por conducción, radiación y convección.

Tiene gran influencia en la eficiencia el uso de la leña seca, porque cual· quier combustible verde contiene una cantidad de agua y hay que utilizar

RICARDO ZÚ~IGA L0PEZ

8

simultáneamente durante el proceso de e .• evaporar dicha agua. ombustJOn un grado de energía para

la leña verde de corte reciente contiene o sa. Para que pueda combustionar d b 50 Yo de agua, Y el resto es bioma· cierto gasto de energía. Por eje m' l; t rv~porarse_el agua, lo cual requiere de 18 ooo kJ/kg, entonces 0 5

kg de le~a ' a ~na seca tiene un poder calorífico de ' seca ene un valor calorífico de 9000 kJ/kg,

.tm 2 • J:.. ' i

~ - - 1

~' • . .

leyenda: 1. Rolo para la oUa· Ciü d • triturado· 4 Chi • 2.. n ro para la camara de combustión: J. Combustible de aire y' e. ;~nea; 5· Asp•llera para la salida de gases; 6. Tubos para la entrada 9. Guía ncen ,' o; l· Mueble del fogón; 8. Ventana para la salida de la ceniza·

para mo dar el agujero de combustión; to, Tapa, y 11. Pisonador. •

Fig. lJ.l. Fogón eficiente de dos hornillas paro combustionar aserrín,

84 CAPITUlO t). FOGONES EACIENTIS DE CÁMARAS INDEPENDIENTES ...

para evaporar o,s kg se necesitan u6o kJ. por lo tanto, el valor energético de 1l<g

de leña verde es el siguiente:

Energía de 1 kg de leña verde= ... energía o,s kg leña seca- energía 0,5 kg agua= ::: 9000 k)/kg- 1160 kJ/kg =

= 7840 k)/ kg

El análisis de los resultados revela que cuando se utiliza la leña verde se aprovecha menos de 50 % de la energía en compa.radón con la leña seca, Y también hay mayor desprendimiento de gases asoCiado a los vapores de agua y las resinas de las diferentes maderas. En Cuba hay poca cultura del corte de

la leña, su secado y almacenamiento. Los fogones eficientes pueden emplearse también con horno agregado, lo

que ha resultado un factor de aumento de la eficiencia por el ~provechamiento del calor que se evacua antes de salir por el conducto de la ch1menea, y de esta forma aumentan las posibilidades de variantes en la cocción de los alimentos, sobre todo en el secado del arroz y asado de alimentos.

13.1. f OGONES EACJENltS DE cAMARA.5 INDEPEHDIENltS

Los fogones eficientes de cámaras independientes fundo· nan de forma general con los mismos principios y parámetros constructivos, Y sus cámaras de combustión se pueden adaptar al tipo y características de la biomasa que se vaya a emplear como combustible. En Cuba existen diversos territorios que poseen aserraderos, despulpadoras de café y establecimientos que descascaran el arroz. y generan determinadas cantidades de bioma~a que, en la mayoría de los casos, no se aprovechan y son fuentes ~e combust~bles.

A partir de la experiencia anterior de los fogones efictentes de c.amaras independientes para leña y carbóñ, que estaban generalizad?s en los centro~ educacionales de todas las provincias, se utilizaron como vartantes tecnológl· cas las hornillas de aserrín, pero aisladas térmicamente con tiro fo1zado d~ los gases, las que han tenido gran aceptación, por lo. que desde 1~97.se apltcan para la cocción de alimentos en las escuelas de dtferentes terntonos, funda· mentalmente en los municipios montañosos de Pinar del Río, Holgufn Y otms zonas ruta les y urbanas que disponen de aserraderos. En la figu ra 13.1 (t>n la página anterior) se muestra un fogón eficiente de dos hornillas par.a comb~s· tionar aserrín, cáscara de arroz, cáscara de café u otro combustible sólido

triturado.

CAPrTULO 14 Potabilización, desalinización y destilación de agua PoR LUis Bt.RRIZ PtREZ

• S e denomina agua potable al agua apta para consumo hu-mano, es dew, la que se puede usar y beber sin provocar daños para la salud.

El agua que llega a las casas distribuidas por acueductos es o debe ser P?table. O sea, es agua común que ha tenido un proceso de potabilizaci6n. Dl.ch~s procesos _son muy variados. y van desde una simple desinfección para eli.mmar los ~a.togenos c~ando el origen del agua es bueno; pero si es de on~~~ superf1ctal, provemente de un río. arroyo o de un lago, ya sea natural 0

artlflctal, el tratamiento es más complejo. El peor caso se presenta cuando el agua dis~onibl~ contiene sales y 1 o metales pesados. Los procesos para elimi­nar este ttpo de tmpurezas son generalmente muy complicados y cost"Osos. En zonas con pocas precipitaciones o con disponibilidad de aguas marinas se puede producir agua potable por desalinización, proceso que por lo genera,lse lleva a cabo por ósmosis inversa o destilación.

_ El agua potable debe ser inodora (sin olor), incolora (sin color) e insípida (sm sabor). Una persona puede gastar entre too y 400 litros de agua potable al día, sin embargo, lo que toma es solo 2 litros.

Aunque el agua se potabilice en las plantas de los acueductos. es posible que se pueda contaminar en el largo camino que recorre antes de ser bebida. Por esta razón, se recomienda que pase un proceso de desinfección antes de ser ingerida.

Una posible solución a este problema es darle un tratamiento diferenciado al agua de tomar, o sea, a los dos litros por persona de consumo diario. Esto P.uede lograrse de diferentes maneras. Una de ellas es crear un sistema diferen­Ciado de distribución de agua para tomar. Esto ya existe en muchos pafses, tanto con punto~ de distribución gratuita de agua para beber, como por el suministro de a~ a mmeral en las tiendas a precios asequibles para la población.

Mientras no existan estos puntos que garanticen la calidad del agua pota­bl~ pa~~ beber, es imprescindible conocer y aplicar algún método de desconta­mmaclon o desinfección del agua.

Existen varios métodos de desinfección de aguas contaminadas, o sea, que contienen parásitos, bacterias y virus patógenos que causan enfermeda· des, principalmente diarreicas. Si el agua está turbia, lo primero que hay que hacer es aclararla, lo que se hace de dos maneras. Una de ellas es pasarla por

86 CAPITuLO 14. POTABIUZ.ACIÓN. OESALINIZACIÓN Y DESTILACIÓN DE AGUA

un filtro de cerámica, o de arena, o una tela bien fina, y otra es dejar que el agua repose y se sedimenten las partículas que contiene, y después_ sacar el agua por decantación. Para esto la mejorforma es con una manguenta como cuando se quiere sacar gasolina del tanque de un carro, o se clarifica el vino. También se puede reducir la turbiedad haciendo flóculos o grumos que sedi­menten, usando, po1 ejemplo, semillas trituradas de moringa.

El pñmer método de desinfección de agua es hervirla, tan mencionado en la televisión y la radio. Hervir el agua es un método muy seguro. Hay personas que la hierven durante 10 minutos, aunque es suficiente hervir el agua durante dos o tres minutos. No hace falta más. Pero este método requiere mucha energía. E~ una casa promedio se puede consumir un kilowatt·hora cada día hirviendo agua. Si un millón de hogares hirvieran agua todos tos días, se emplearían decenas de millones de dólares en combustible y electricidad cada año.

Otro método de desinfección es la pasteurización, que consiste en calen­tar el agua a unos 75 grados por un breve tiempo y enfriarla bruscamente. Esto debe repetirse varias veces. Este método es muy poco usado en las casas pues se requiere el equipo de pasteurizar, pero es muy usado en las industrias para purificar los líquidos, principalmente la leche.

La desinfección con cloro es el método usado en las grandes plantas pota· bilizadoras que abastecen a ciudades y pueblos, pero puede usarse también en las casas cuando el agua está contaminada o puede estarlo. En las farma· cias se puede adquirir un pomito de hipodorito de sodio y se deben apücar tres

goticas por litro de agua. El cuarto método es el tratamiento del agua con rayos ultravioletas, tam·

poco usado en las casas pues requiere también del equipo y principalmente la lámpara de rayos ultravioletas. Un quinto método es el tratamiento del agua con ozono. Existen equ1pos o1oníncadores especialmente para este tratamien­to, pero son muy escasos; sin embargo, este método debería extenderse en el país por sus favorables resultados económicos y sociales.

Un sexto método es el filtrado del agua con filtros tratados con una solu­ción de plata en estado coloidal. ESte, como los otros anteriores, es un método muy seguro, pero tampoco está al alcance de la población. En Cuba se están fabricando filtros de este tipo, desarrollados por el Centro Integrado de Tecno· logias del Agua (CITA), del Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH), con el apoyo de la organización Ayuda Popular Noruega (APN). Este filtro es recomendado para la salud, pues si el recipiente es de barro suministra un agua fresca, ideal para ser bebida.

El séptimo método es con la utilización de la radiación solar, que está al alcance de todos en todos los lugares y épocas del año; se llama Sodis Y ha sido desarrollado por organizaciones internacionales como la Unicefy el Pro­grama de Agua y Saneamiento, con el apoyo de Cosude, de Suiza.

LUIS B~RRLZ P~REZ sz

,El método Sodis usa la energfa solar para destruir los microorganismos pato~enos que. causan enfermedades transmitidas por el agua y de esa mane­ra ~e¡~ra la caltda~ del agua utilizada para el consumo humano. El principio es el SigUiente: los microorganismos patógenos son vulnerables a dos efectos de la luz solar: la radiación en el espectro de luz ultravioleta y el calor por el incremento de la temperatura del agua. Se produce una sinergia entre estos dos efectos, ya que la combinación de ambos es mucho mayor que la suma de cada uno de ellos independientemente, dado que la mortalidad de los microor­ganismos se incrementa cuando están expuestos a la temperatura elevada y a la luz ultravioleta, simultáneamente.

Para apücar este método se debe proceder de la manera siguiente (Fig.14.1):

1. Seleccionar un frasco (botella) de plástico transparente. No deben usarse recipi~n~:s azula~os o de colores. Tampoco de vidrio, pues no deja pasar la rad1ac1on ultravioleta. lavar bien la botella al usarla po1 primera vez.

2. llenar 3/4 de la botella con agua, que debe estar totalmente clara. J. Agitar la botella durante 20 segundos. 4· Ahora, llenar la botella completamente y cerrar la tapa. s. Exponer la botella al sol desde la mañana hasta la noche, por lo menos

durante 6 horas.

~--------------~ -------------- ----~ 1 .:a;

1 n 1.~.··.1. :§

·u• L-------------------

3

5 6

Flg. J4. J. Desin{ecdón solar del agua.

88 CAPITULO 14. POTABILIZACIÓN, OESAUNIZACIÓN Y DESTILACIÓN DE AGUA

Después de este proceso, el agua está lista para su consumo. Para que este proceso sea efectivo. deben cumplirse los requisitos siguientes:

• No usar botellas de plástico azu~ verde o marrón, debido a que no transmi· ten la luz ultravioleta. Por lo tanto, deben usarse únicamente botellas de plástico totalmente transparentes sin ningún colo~. N~ se recor_niendan las botellas de vidrio pues transmiten muy malla rad1aclon ultravioleta.

• No usar recipientes con diámetros grandes. lo óptimo es usar botellas plásticas de 1-21itros (mejor relación superficie/volumen). .

• No colocar las botellas en posición vertical, sino horizontalmente o lndma·

das unos 30 grados hacia el sur. . . . . • Luego de aplicar el tratamiento Sodis, no verter el agua llmpaa en reCipientes contamint~dos, pues el agua se vuelve a contaminar. En lugar de ello, sirva el agua tratada di rectamente de la botella usando vas~s o tazas .limpi~s

•la eficacia de Sodis depende de la cantidad de energ1a solar da5ponlble. Por eso la botella plástica se expone al sol durante 6 horas si el cielo está despejado, o con poca nubosidad. Si hay sol, pero también muc~as nu· bes, es mE'jor dejar la botella al sol durante dos días. Durante los d1as con lluvias continuas, Sodis no funciona satisfactoriamente, y en esos dfas se

recomienda hervir el agua.

Si el agua disponible está contaminada con s~les {aguad~ ~ar ~-salobre) 0 con metales pesados, no hay más remedio que 1r a~~ desallmzaCJo,n o de~­mineralizaci6n. Los dos métodos usados con mayor ex1to son los de osmos1s inversa y el de destilación. La ósmosis inve~s~ implica la utili~ac i6~ de me?'· branas con altas presiones y uso de la electncadad, aunque ex1sten mstalaciO· nes solares de potabilización de agua por ósmosis inversa con paneles foto· voltaicos. En todo caso,las instalaciones de ósmosis inversa son gener almen· te de mediana y alta capaci~ades. Para uso doméstico o para muy pequeñas cantidades. puede usarse la destilación solar.

14·1- EL DESTJLADOR SOLAR

Este proceso de evaporar agua salada, o con impurezas, y después condensarla para obtener agua pura, se llama destilación Y puede realizarse artificialmente con un destilador solar.

Un destilador solar consiste en una poceta donde está el agua que se quiere destilar, que puede ser agua salada del mar, o agua sucia con impure­zas e inclusive contaminada. No importa. Independientemente del agua que contenga la poteta, lo que saldrá será agua totalmente pura sin ningún conte·

LUIS BÉRRIZ PÉREZ

nido de sales, ni impurezas. Esta poceta tiene una cubierta de vidrio o sea un techo inclinado. Esta inclinación suele tener entre 15 v 30 grados. ' '

El funcionamiento es el siguiente: la radiación solar atraviesa el vidrio calienta el agua y la evapora. El vapor de agua sube y tiene tontada con eÍ vidrio que está más frfo, por estar en contacto con el aire exterior. Este vapor se condensa y se escurre por la superficie interior del vidrio hacia el extremo pero ya como agua destilada y pura. Esta agua se extrae y se almacena e~ pomos. Mientras haya agua en la poceta y radiación solar, este proceso se repite (Fig. 14.2).

Fig. 24.2. Destilador solar de agua,

la radiación solar que llega por cada metro cuadrado de superficie hori­zontal cada día tiene un valor promedio de 4500 a sooo kilocalorías. Para evaporar un litro de agua hacen falta aproximadamente 6oo kilocalorías. Si el equipo recibe por cada metro cuadrado, por ejemplo, 48oo kilocalorías, el límite Máximo a evaporar ser fa de ocho litros. En la práctica, la eficiencia de un desrtador solar oscila entre 40 y so%, o sea, este equipo puede destilar entre tres V cuatro lítros diarios, como valor promedio. Y lo más importante es que esta agua es también esterilizada, o sea. no contiene virus ni bacterias dañi· nas gracias al efecto de los rayos ultravioletas del Sol. Puede ser usada tanto para los acumuladores de autos como para uso médico; por supuesto, si el destilador está bien construido y la recolección del agua destilada se hace como debe hacerse, sin peligros a contaminaciones del exterior.

CAPfTUlO 15 Eficiencia energética para la cocción de alimentos en casa PoR MAoELAINE VAzQUEZ GALVEZ

El proceso alimentario en el ámbito doméstico se circunscrl· be a ciertas regularidades, que deben interpretarse integralmente para poder garantizar su c.arácter eficiente. Cocinar en casa es una tarea cotidiana que exige mucha organización y amor. Es un proceso que tiene un ritmo propio y una rutina en la que convergen la selección y compra de los alimentos. la planificación del menú, la elaboración de la comida, las fuentes de energía que garantizan su cocclon y el servicio en la mesa. Para el cumplimento de esta práctica es preciso conocer qué vamos a cocinar. el tiempo de que se dispone y adecuar la oferta culinaria a los gustos, disponibili· dades de alimentos y preferencias atimentanas del gru­po familiar.

Para algunos especialistas de la a limen· tac16n, la cocina es un cuerpo de prácti· cas, representaciones, reglas y nor· mas basadas en clasificaciones, además de unos ingredientes básicos y principios de con di· mentación característicos, asf como unos procedí m 1entos culinarios, saberes y habill· da des técnicas transmitidas de generación en genera· ción.la comprensión de este proceso presupone una de· codificación que va desde el metaanálisis a las operado· nes más simples de la cotidla· ni dad en ese ámbito.

Para una mejor comprensión de este proceso se ofrecen a con ti· nuación varias recomendaciones, en· foca das en el uso eficiente de la energía en la cocina:

MADELAINE VÁZQUE7 GÁLVEZ 91

• Utilic~ la olla a presión; su uso abrevia mucho los tiempos de cocción, c~ntribuye a preservar las propiedades gustativas y nutricionales de los alimentos, Y permite un ahorro significativo de las fuentes energéticas utilizadas.

• Use recipientes c~~os fondos sean del mismo tamaño que el fuego o fuen· t~ d~ calor que uttllce: la cocción será más rápida y ahorrará energía.

• St d!spone de agua que ya está caliente, úsela para preparar el arroz o el cafe: el agua precalentada contribuye a ahorrar energía.

• ~antenga lo.s recip~en!es tapados mientras cocina: ahorra combustible y ttempo, y evtta la perdtda de nutrientes.

• Mantenga limpia y bien ventllada la parte trasera de los refrigeradores y neveras, y sitúe los aparatos lejos de las fuentes de calor.

• Evite abrir frecuentemente la puerta del horno, porque cada vez que lo haga para comprobar el punto de cocción de los alimentos, se pierde 20%

del calor acumulado. • Abra el refrigerador lo menos posible, ya que algunos segundos con la

puerta abierta son suficientes para perder buena parte del frío acumulado. • Cuando la olla arrocera se dispare, es decir, se apague, desconéctela

enseguida del tomacorriente. • Es conveniente, de vez en cuando, extraer la escarcha que cubre las pare­

des del congelador de los refrigeradores. •Instale el refrigerador lejos de fuentes de calor, de la luz directa delSoly en

un ambiente bien aireado. • Antes de guardar en el refrigerador algún alimento cocinado, déjelo refres·

careo lugar apropiado. • Para descongelar saque temprano los alimentos del refrigerador, para que

a la hora de cocmarlos se encuentren a temperatura ambiente. • Utilice preferiblemente recipientes de fondo plano; así la hornilla eléctrica

funciona con mayor eficiencia y los recipientes absorben mejore! calor. • Encienda la hornilla eléctrica cuando esté la olla sobre ella. y apáguela

antes de bajarla, cuando los alimentos estén listos. • No conecte la olla arrocera hasta que el arroz esté listo para iniciar su

cocción. • Cocine las viandas en agua hirviendo, y apague la hornilla minutos antes:

el agua con elevada temperatura concluye su cocción. • Desarrolle la tetnologfa de secado solar de plantas aromáticas y frutas,

como apio, perejil, cebollino, moringa, mango, platanito. etcétera.

Usos l lleducclón

1

del consumo ent>rgétlco en edificios.

Tecnologlas VentaJas y bondades Desventajas y limltadones Diseño J• Aprovr.chamiento de la iluminación natural • No tiene.

biodimátlco diurna. pasivo 1· Aumento del confort y disminución del (arquitcttónicu consumo de energía por ventllatión y y urbano) 1 cllmati!ación artifkiales, mediante la

1 reducción de las temperaturas interiores y

J Recomendaclom!S • Desarrollar proyectos

1 especfficos qu~.> aprove<hen al máximo las

1 potendalidades del lugar y se adecuen a él,

1

maxlmi1a11do la protección 1 solar. asl como la

[

aumento de la ventilación natural.

1 • Reducción del cono;umo de agua y enmgfa

l asociada, mediante la colección y uso del

i a&ua pluvial.

Ge11eración de Sistemas

1• los gralldes campos fotovoltalcos mejoran • No existe aún en el pais fa

poslbllid<Jd de venta a posibles usuarios del sector privado.

ventilación e Iluminación 1 naturales.

• Evaluar la posibilidad de ~ destinar paneles fV y .

eletllicidad 1 fotovoltair os la estructura energética del pais. • Rapidez en la í11stalación y puesta en 1 convertidores que puedan

ser adquiridos por lil población.

opera( Ión. • El tosto de los pa11eles rv disminuye

1 continuamente. 1

1

• l'ued•'n ser instalados tambl~n en viviendas 1

-~ y objetivos particulares. _ Aerogenrrodores • los campo'> dl' ,1erogeneradorl's mPjorun la l• No existe en rl p,lf~ la

estructura energt>tica del pi1í~. capacidad de fabrlr aci6n de

l• Evaluar la pos-ibilidad de

1

fabricar pequenos al'rogeneradores que puedan ser adquiridos por la población.

• Pueden sN instalados pequeños 1 pequeños aerogeneradores.

1

aerogeneradores en viviendas. y obll'livos • No existe a6n en P-1 pars la particulares. posibilidad de venta a

1• El costo del volumen de agua bombeada es posibles. usuarios del sector

bajo y 1!1 mantenimiento es mínimo. t pnvado. 1

1

• Exis.te una entidad estaiii dedrcada a la • No eltiste en el mer•::ado t • E.valuar la poslbllrdadde generación de ele<tricidad en mícro y cubano la presencia de pico y 1 fabricar y(o) importar, y

~idroenergia 1

1

1

l Motor de combustión Interna con

1 blog.is (estacionarlo)

Motor dP.

1

combustión Interna con bioglis {transporte)

pequeñas ce11trales hidroeléctricas, así como 1 mic.roturblnas o accesorios distribuir las turbinas, la la Importación del equipamiento requerido p.1ra su venta a la poblatl6n. j g~ne.rado.r~s y siste~as de

para sus plane.s de desarrollo. 1 1 drstnbuCion necesanos

1

• Existe experienc.ia en la fabricación en el 1 para complementar el pafs de turbinas y accesorios. 1 programa estatal.

• Ellnrrna totalmentE' el uso de combust•btc fósil siempre que -.us· ituya un grupo rlertrógt>no convencronal (gt>neralm«>nte ton dt(•sel), además d<' Incorporar electricidad al Sistema liPctroenergético Nacional (SEN). • la vt>ntil a la población de pico y mlcroturblnas, generadores y accesorios importados o de fabricación nacional $lempre seri ventajosa tanto por el ingreso de venta como por el ahorro en el consumo de combustibles. tsta posibilidad acorta los plazos de Incremento de las FRE en la matrl7 energétka cubana que solo dependen de la Inversión estatal. • lJJ población en sitios montai'losos ha fabricado artesanalmente pitoturbínas que a pesar de deficiencias resuelven parte del problema. • su-.tltuye total o parcialmente el uso de combustible fósll. • Puede ser utilizado para el bombeo, generación de electricidad, molienda de granos y cualquier otro u~o. • La venta de eauipos y accesorios importados o de fabricación nacional siempre ser~ ventaJosa tanto por el ingreso de venta como por cl11horro en el consumo de c.ombustibles.

1

• Sustituye total o parcialmente (lJ uso do combuc;tlblu fósil. • PuPde ~t'l utilizado para el bombeo, generar Ión de electricidad, molienda de &ranos y rualquier otro uso.

1• No existe en el mercado cubano la presencia de estos equipos o accesorios n disposición de la población ni de las entidades estatales.

• Requiere de sistemas de vroducci6n y dlstribut16n específicos.

• Evaluar y proponer los 1 precios más adecuados para la venta a la poblac16n de equipos Importados o de fabricación nacional.

• Evafuar la posibilidad efe fabricar y(o) Importar y distribuir equipos y accesorios necesarios para los distintos usos. • Evaluar y proporw.r los prP.tios más adecuados para la venta de equipos a la población, importados o lnbrlcados en Cuba. • lvaluar la posibilidad de

!Importar y distribuir los 1

vl'hiculos desarrollados en otros países para ¡;u venta en Cuba.

1

¡• La venta dP equipos y ac.c.esorios importados ¡· Oe!>arrollar un sistema o de fabricación nilcional siempre será l de producción,

1

ventajosa tantn ptll ellngrt>so como por el distribución y venta. ahorro en el com;umo de combustibles.

Producción Biodlgestm • su~tituye totalmente el uso de combustible • No existe en el mercado 1· Evaluar la posibilidad de de biogás a de .:a m pana doméstico y puedP ser utlli7ado, además, 1 cubano la presencia de fabricar y distribuir los pequeña y móvil 1 para alumbrado, relngeración. calentadores, equipo!> y accPsoríCis a 1 equipos y accesorios en mediana lncubadora'5, etc. 1 disposición de la población. cantidades a solicitud de escalas ¡· Mejora las condiciones de vlda en viviendas • A pesar de que existe un tiendas comerciallzadoras

1

Cocción dE' alimentos

1 Biodlgestor de bolsa y de

1

cubierta flexible

l Blodigestor de cúpula fija

1

Cocina

1

eficiente de biomasa

Potabilización. l Destilador desalinización solar y destilación de agua.

y comunidades. amplio mt>rcado receptor de 1 de In sumos agrícolas. 1 • Produc(' bioabono con alto valor agregado estas plantas y sus • Evaluar la posibilidad dt>l

1

en el me¡oramiento de cosechas y suelo5. 1 beneficios, no se ha creado mercado y los recursos • Resuelve un grave problema ambiPntal. una entidad especializada 1 necesarios para la 1 • Presiones constantes. 1 que brinde se:vlclos de creación dP brigadas y(o)

1

• El gasómetru indica el volumen de gas diseno y construcción. cooperativas para el almacenado. • Presiones bajas. 1 proyec.to, la construcc.ión y • Capacidad de almacenaje mayor.

1• Requiere de mayor la ase!>Orla con personal

1

mantenimh•nto. l certifkado. • Oilkll Instalación del • Ublc-,u a distancias no

l 1

cilindro (gasómetro). mayores de 300 metros de • Comparativamente caro la vivienda (tirea de por su componPnte de acero.¡ r.onwmo del gas).

• Posee todas las bondades de los - 1· No existe en t>l mercado • Ubicar a distancias no

1

blodlgestore!> de campana móvil. cubano la presl'ncirl de ¡ mayores de t:?O metros de • Su montaje es sencillo, al igual que su equipos y ar.cesorlos a la vivienda (área de mantenimiento. 1 disposición de la población. consumo del gas).

1

• RequiPre de mayor protección y atención a • Presiones muy bajas. 1 la hora de la mezcla para su introducción en el • Materiales de importación. biod !gestor. ¡• VIda útil inferior a 10 años.

1

• Posee todas las bondades de los - • No el<.iSte en el mercado ¡· Ubicar a distancias no blodlgestore!t de campana móvil. cubano la presencia dt> mayores de 1200 metros • Su construcción se reali1a con paredes de 1 equipos y acceo;onos a dP la vivienda (área de bloque de hormigón v cúpula de ladrillos, disposición de la población. consumo del gas).

empleando otros matenai('S {Onocidos. como rernento. arena, pit>dra v act-ro construtlivo. asegurando coro ello una alta rPsistencla y durabilidad dP ld obra.

• Pr('Sió.n variable. 1 • Matertales de cons.trucción con gran demanda.

1 • tos materiaiPs son de producción nacional y se gestionan localmentt>. • No presenta partes móviles propensas al desgaste. asr como tampoco partes metálicas propensas a la corrosión. • Su tiempo dtt vida útil supera los 20 años, • Mejor aprovechilmlento de la P-xcavación. • Mejor acceso al digestor, tanto durante lil obra, como para futuros lrabajo<, de revisión. • El método de con!>trucclón empleado es sencillo y de gran rapidez (to a 15 dfas). + • PNmitl' un uso más eficiente de los

+ productos finales. • Precalentamiento v c.irwlaclón interna del • Ño tiene. aire r:allente. (modelo IJV). • Bloque interior de inercia térmica (modelo IJV). 1 • Mejora el aprovechamiento del recurso 1 forestal. • Relativo bajo costO.-- +- • Deben agregarse sales • Posible co~strucciOn artesanal. para consumo humano. • Puede destolar entre tres y cuatro litros diarios, por mPtro cuadrado. • El agua es. también esteri111ada, no contiene virus ni bacterias gracias at electo de los rayos ultravioletas del sol.

~ • Publicar y distribuir la ! información para P.fecutar cocinas eficientes, Incluyendo el modelo IJV.

t• Incluir en las fondones del Mlns:Jp y Mltrans promover y controlar la lntroducd6n de los destiladores solares en su~ laboratorios y unidades.

Mt'todo Sodis • Elimina a íos microorganismos. patógenos • No trabaja en días • No deben usarse rerlpientes de colores, ni de vidrio.

por la dCCión de dos efettos de la luz solar: la nublados. radlacr6n en el espPctto de luz ullravloleta y el calor.

~ __j __ Bombeo para

1

Molino de

1 el abasto de viento

¡''"' 1

~~;::;~""

1

1

Bombeo fotovoltalco

1 Bomba

1

vaquera

L

1 Bomba de

1

• Muy bajo costo ya quE' solo requiere reutlll1ar botella~ plásticas desechadas.

¡• Lavar bien la botella al 1 usarla por primera vez.

1

desde la mañana hasta la noche, por lo menos

1• Expont>r la botella al solj

1 durante 6 horas.

t• La baja veloc1dail de traba¡o hace la • Poco caudal bombeado por • Aplicaren la comunidad máquina más fiable debido al menor desga!>te

1

unidad. 1 que se seleccione el

1

por fricción de 1(1!> elementos de la bomba. y • Su ubicación dt>be conjunto eólíco para 700 las roturas por fatigas dismínuyt>n. l realizarse P.ncima del pozo 1 habitantes, proyectado

1

• Trabaja p1ácttcamente en cualquier sitio donde posiblemente no sea para la Esbec Cuba· que no ¡>resente obstáculos para la el sitio de mayor viento en 1 Nicaragua. circulaciÓn del viento. J los alreded01es. ~-~

f• ÉIPVil el agüainediante la aplicación del l • No existe eñ el mercado • Evaluar la posibilidad de 1 1 principio tísico del golpe de ariete, soto con la

1

cubano la presencia de estos 1 fabricar arli!tes a solicitud

lrnergfa cln~tica del agua desde un¡¡ sencillos disposit ivos a dt> las tlendas det'érmlnad.1 altura hasta una altura mayor disposición de la población. 1 comerclallzadoras de 1 que In inicial, sin requerir combustible. \ lnsumos agrícolas.

1• funciona lnlntel rum_pldamente. _ 1 • Alta eflclencla y eficacia. • Si el sistema incluye • Alma~enar el agua en

1• Adecuado para satisfacer la demanda d101 baterías. su autonomfa tanque l•le ... ado. 1 agua en la ganadería, sistemas de riego y el depende de la cantidad de 1• Evaluar en todos los suministro a comunidades aislados del SEN. 1 horas diarias de bombeo que casos el ahorro que se

1• Sistema competitivo. estas permitan. 1 obtiene durante el 1 • El.eva el agua il más de 5 m df.' altura y 1 bornbeo de las horas ~segura un caudal definido en la unidad de solares.

}~~~~~la energía del animal para funcionar y 1• No existe en el mercado l. Evaluar ia poslbiiidad de~ 1 satisfa'e su propia nPcesidad. cubano la presencia de estos l fabricar y distribuir los

1

sencillos dispositivos a distintos modelos y disposición de la población rantidadt>s de bombas a

1 ~~~!~~~~a~~a1~~~~:~ _j L_

1 soga (simple y j de torre) v blclbomba

CaiPntamiento Calentador de agua solar plano

con tanque· termo

• Utlli1an la t>nergia humana para funcionar. 1" Ídem.

~- 1 1

1" ldern.

• El aprovecl"lamiento de la luz difusa permite • El comportamiento térmico • No se rt'comlenda ara l~grar temperaturas por encima de 40 oc en es inferior a otros colectores l las condiciones de c~ba d1as n~blados. . • • solares. Su eficiencia oscila 1 principalmente por las • En d1as dE> rad1ao6n normal. en C.uba, entre 30 y so%. Incrustaciones. : dqulerE'n t~mperaturas supenores a los 6o oc. • Son sensibles a la rotura • De usarse, tiene que ser

Su rnonta¡e e~ sencillo. del vidrio. Deben fabricarse con lntercambiador de • Resistente a Impactos. En caso de rotura del con vidrios térmicos. calor con un circuito vidrio continúa trabajando, aunque con una • Son muy sensibles a las Sl•cundarlo eficiencia Inferior. Incrustaciones. · • Puede trabajar con presiones en el tanque· • El mantenimiento es termo superiores a 4 atmósferas. complejo si se requiere una

limpieza qufmlca por incrustar.iones. • No resisten vientos fuertes,

fCalent ador T • Son equipos de alta calidad y se consiguen solar de tubos rendimientos :;uperiores a otros tipos de al vacío con calentadores solarl's. tubos • El aprovechamiento de la luz difusa permite

por lo que se recomienda su desmontaje en caso de ciclones. • No aguanta sobrepresiones. • Si un tubo de v1drío se rompe. la instalación se ... acia y deJa de fundonar.

• Se recomienda para todos los usos, principalmentf! parn aquellos lugares donde h.,g¡¡ faha alta presión (turismo. lndustrra, etc.).

termosifón1cos lograr tempNaturas por encima de 40 "C en días totalmente nublados. • En dla!o dr radiación normal en Cuba, adquiere tempe1aturas superiore!> a los 75 "C. • El comportamlenlo t~rmico es superior a otros colectores solares, pudiendo trabaJar a temperaturas superiores a los So ac con una eficiencia superior a so %.

SPcado de $emillas y granos

1

1 1

l 1

1 • La curvatura del tubo de vidrio (dt> 30 a 4o mm 1 de dián•etro) oflell! una mayor resistt>nda a l

1¡0 s impnctos que los colectores planos.

¡• MontaJe s••ndUo. • Mantenimiento ~encilto, ~olamentt>

1 rt>qUit>re de 1\mpiNcl una .ve7 al año. No son sensibles a las lncrustac1oncs. l• Por la forma aerodinámica de los tubos.

1 soportan vientos fuertes. por lo que si el

1 montaJe ha sido correcto, no es necesario t desmontnrlos durante ciclones. t • Es el más caro de to®s los

descritos. ~ Calentador • Posee todas las ventajas de los solar de tubos 1 calentadores al vado de tubos al vacío con termoslf6nlcos.

• Se recomienda para todos los usos. principalmente donde se requiere alta presión.

\

tubos 1 • Putde trabajar a presiones superiores a 4

calóricos 1 atm6sferas. 1

~CalenTador J compacto

• Si un tubo se rompe, el calentador s•gue l ltrabaj:~nd1o·. d t que termo

1• Son sensibles a Ia rotura

l 1 • Se re.:;omfrndan para uso

• No rcqu e•e 1' <Jn · . . independiente, ya que el propio colPctor hace del vldrro.

• Deben fabricarst> 'on

1 esta función. 1 • El aprovechamiento de la lut difusa permite vidrios térmicos res stt>ntes

! lograr temperaturas por encima dt> 40 "C en a Impactos, o con

1 policarbonato estabílizado a

días nublados. la radiación ultravioleta.

1

• En días de radiilclón normal en Cuba, oc 1• Las pérdidas de calor son

adquiere temper<~IUra~ de SS el 6o • relatillamente altas, lo que • El comportarnit'nto t~rmlco es aceptable, l

1 pudiendo trabéljar el temperaturas de so •e limita su uso. 1 es

• 0 %

1

• A temperaturas super or con unl efidPncia c;upenor? 5 • •e la eficiencia es muy 1· En caso de rotura del vldr10 sigue a S'i •

l trabajando, aunr¡ue con menor eficiencia. 1 baja • Su montaje es !\enclllo, al igual que su J

l mant~nlmiento, generalmt>nte no lo rt>qulere.

• Soporta presiones superiores a 4 alm6sferas. • Por su forrna, reslstl'n \lienros fut>rtes, por lo rt>quiel'f! de desmontaje en caso de cJclones. • Son de f~cll fabricadón. • Debe s~r l'l talentador más barato de todos.

don,~r.ti• o, escuelas, J círculos Infantiles Y para todo lugar donde se requiera agua calit>ntt>

1 f'ntre to:oo a m. y 8:oo p.m. l • No se recomienda para el

l turlsrno ni para uso industrial.

1 • El U!>O del calentador

1 sol.u con una resistencia 1 tMttrlca Incorporada debt>

1 eslill prohibido y 1

1 penilll7ado, pUN• !>e puedP 1 considt>rar una l'Stafa.

Patio o plataforma dP

1 secado

• Es élsistema de secado m:ts sencillo de ~ • No se garantiza la calidad • Se recornTenda para todos. del producto secado. secado casero. • St> puede usar cualquier plataform.:~, • Rt>quiere de mucha área

1

• Se puede usar cualauicr inclusiv~ un techo o parte de una tarrett>ra. con relación a la cantidad dt>l plataforma, lnrluslve un

producto a secar. techo o parte de una 1

Secador de + • Es un sistema de relativa sencillez y de fácil caja rotatoria construHion .

rubos de secado solar

Seudorde tambor rotatorio

[

Secador ~alar de chimenea con si lo para granos

• Es un slst<•m;¡ de sPcadu dt> bajo costo.

~ • Es un sistE-ma sencillo y de tácil cons.trucdón. • Es un si stema dP bajo costo.

• Este es ef secador que garant1za fa meror calidad del producto secado. • Las Instalaciones pueden ser modulares, con unidades de secado de 400 kg diarios. • Aporta un producto de calidad', • Es el secador que osa menos ~rea por cantidad de producto a secar. • Puede secar grnndes cantidades de granos.

• Requit>re demucho trabajo manual para movt>r el grano. • No se garantiza la C<llld,Jd dül producto st>cado.

+ • Requiere de mucho trabajo manual para movt>r las ca¡as. • Aunque es mejor, no se garantiza la calidad dt>l producto, principalmente por el trabajo manual. • Requiere de mucho trabaJo manual para mover los tt;bos. • Puede tener un cos1o aTto relativo en comparación con tos métodos anteriores.

• PuE'Óe tener un alto costo pues generalmente son instalaciones industriales.

carretera, segün las 1 condldones de cada lugar. • Se recomienda para poqueno!i consumos donde no se l'xl)d la calldact. • Se r••romTrnda para pcquMos consumos donde la calidad no sea determinante.

• Se recomienda para produtclone~ comerciales donde la calidad sea dcterrnlllante. • S"P. rctomTencfa para grandes cantldildes de productos y la Céllldad sea un requisito Indispensable.

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Bibliografía

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V AlQuEZ GA1vrz, MAoEWNE. Cocina ecológica. en Cuba.la Habana: Ed. José Martí, la Habana, 2001.

SOBRE LOS AUTORES 103

Conrado Moreno Flgueredo: Ingeniero Mecánico y Doctor en Ciencias Técni­cas. Profesor Tit~lar del Centro de Estudio de Tecnologías Energéticas Reno­vables (Ceter). VICepresidente de la Asociación Mundial de Energía Eólica. M:em~ro de la Junta Directiva Nacional de Cubasolar. Ha publicado decenas de artJCulos y los libros Energía eólica: tecnologfos y aplicaciones, y Diez preguntas y respuestos sobre energfa eólica, entre otros.

Ma~elaine V~zq~ez Gálvez: Ingeniera Tecnóloga en Alimentación Social y Ma~ter en ~renc1as de la Educación Superior. Consejera de Slow food lnter· nat10naL Miembro de la Junta Directiva Nacional de Cubasolar. Ha publicado decenas de artículos y los libros Cocina ecológica en Cuba. Beber en el trópico cubano y Comer en casa, entre otros.

Ricardo Zúñlga lópez: licenciado en Educación. Miembro de Cubasolar. Ha publicado varios artfculos y la obra Fogones eficientes de aserrfn.

Esta edición de Tecnologías apropiadas de energía renovable poro proyectos

municipales consta de mil ejemplares y se terminó de imprimir .en septiembre de 2015.

lfT\Preso en el taller gráfico de

Cubaenergfa.