La cocina a leña es un artefacto tradicional presente en muchas viviendas, desde la región del Maule hasta Magallanes, principalmente en hogares de zonas rurales. Es preferida porque permite cocinar, hornear, calefaccionar y calentar agua en algunos casos, utilizando leña, un recurso abundante y barato.

La mayor parte de las cocinas a leña se fabrican en La Araucanía y de forma muy tradicional desde hace más 100 años. Por ello, la Asociación Gremial de Fabricantes de Estufas y Cocinas a Leña (AFECMETAL A.G). consciente de la importancia de este producto, en especial para los hogares de menos recursos, se unió al Departamento de Ingeniería Mecánica y al Departamento de Ingeniería Industrial y de Sistemas de la Universidad de La Frontera, para investigar las formas de cómo aumentar la eficiencia energética de las cocinas a leña.

A través de un proyecto INNOVA CORFO, se investigó la forma de mejorar las cocinas, obteniéndose importantes resultados, que permiten tener hoy un producto con superiores características.

EL PROCESO

Todo proceso de combustión requiere de una proporción óptima de combustible y oxígeno (aire), lo que significa que poco aire es perjudicial, ya que se genera combustión incompleta; y el exceso de aire es negativo, porque se produce combustión imperfecta debido a que tampoco se quema completamente el combustible.

Además, el exceso de aire enfría el proceso de combustión, no permitiendo que se alcancen las temperaturas requeridas para oxidar los elementos del combustible.

Esto implica, que en un proceso de generación de calor, se deba controlar la adecuada relación aire-combustible, para lograr combustión completa.

En el caso particular de la leña, no es posible controlar su dosificación de modo continuo como en los combustibles líquidos o gaseosos. Por ello es importante controlar el aire de la combustión para lograr combustión completa de la misma y, por ende, obtener la máxima eficiencia térmica y mínima emisión de contaminantes.

En tanto, un factor muy negativo en la eficiencia de un artefacto es el contenido de humedad de la leña. Ello, porque en el proceso de combustión se utiliza energía para evaporar el agua, aumentando el tiempo para alcanzar las temperaturas apropiadas para quemar todos los elementos combustibles de la madera, lo que da como resultado una elevada emisión de contaminantes. Por estos motivos siempre se debe usar leña con un contenido de humedad inferior al 25%.

En tanto, la cámara de combustión de las cocinas a leña, requiere de acceso de aire primario y secundario controlado. El aire primario es el que ingresa a la base del fuego, a través de la parrilla de la cámara de combustión; y el aire secundario ingresa por sobre la leña para quemar los elementos que se volatilizan de la leña cuando esta arde.

Con la entrada de aire primario se controla la velocidad de quemado de la leña. De ese modo, cuando se inicia el fuego el aire primario debe estar al máximo y el aire secundario cerrado. Luego, cuando se alcanza una alta temperatura, el aire primario se reduce y el aire secundario se activa. Nunca debe quedar el fuego sin entrada de aire primario.

REDISEÑO

Fue bajo estos principios básicos que se rediseñaron las cocinas a leña teniendo siempre en mente, que los cambios no aumentaran significativamente los costos de fabricación.

Los rediseños se centraron en la cubierta o placa calefactora, puerta de la cámara de combustión, parrilla de la cámara de combustión, control de aire primario y secundario, control de recirculación de gases y aislación de la cocina. Tanto la cubierta como la puerta de la cámara de combustión tienen relación con la entrada de aire secundario no controlado.

La forma tradicional de fabricación no incluye sellos en la cubierta ni en la puerta de la cámara de combustión lo que posibilita el ingreso de aire no controlado, también llamado aire parásito, perjudicando la combustión y en definitiva disminuyendo la eficiencia energética de la cocina.

Aun cuando la cocina quede muy bien fabricada, sin la incorporación de sellos blandos las sucesivas dilataciones térmicas provocan deformaciones en los metales que resultarán en aperturas permanentes por donde ingresará un exceso de aire, perjudicando la operación eficiente de la cocina.

Las cocinas a leña se analizaron en el Laboratorio de Combustión y Partículas del Departamento de Ingeniería Mecánica. Allí se estudiaron tres tipos: modelo 70, modelo 80 y modelo 90, números que se refieren al largo en centímetros de la placa calefactora. Y se analizaron 12 cocinas fabricadas en Temuco, totalizando 48 ensayos.

Primero se probaron 3 cocinas sin cambios, para efectos de comparación, las cuales arrojaron rendimientos promedios entorno al 65% y emisiones de monóxido de carbono de 0,4% y más.

Las cocinas con cambios en sus cubiertas y cámara de combustión tuvieron rendimientos promedios de 77% con máximos de 83% y emisiones de monóxido de carbono de 0,1%.

Las potencias máximas de las cocinas a leña estudiadas son de 6 kW, 8 kW y 14 kW para los tamaños 70, 80 y 90, respectivamente.

Asimismo, las temperaturas de la placa calefactora van de 204 a 486 grados Celsius; la del horno de 109 a 231 grados Celsius; la de la cámara de combustión de 424 a 760 grados Celsius; la de los gases de combustión desde los 142 a 231 grados Celsius.

Y en cuanto a consumos de leña, son de 2,0, 2,3 y 3,7 Kilógramo-hora de leña para los modelos 70, 80 y 90 respectivamente.

Un aspecto muy importante de este estudio, es que todas las mejoras fueron realizadas por los propios empresarios, construyendo prototipos siguiendo las indicaciones del equipo investigador.

Esta metodología ha permitido que los empresarios adopten los cambios necesarios para mejorar la eficiencia energética y de este modo los usuarios podrán adquirir cocinas con mejores rendimientos y menores emisiones si son operadas correctamente y esta operación correcta parte con la utilización de leña seca.

El impacto de esta transferencia tecnológica es muy significativo, ya que se estima que se comercializan anualmente cerca de 75.000 cocinas a leña en el país y con ello se busca potenciar el sector manufacturero local, clave para el desarrollo económico regional.