DOS NUEVAS LEYES PARA LA FÍSICA : LA COMBUSTIÓN A BAJA TEMPERATURA Y SU APLICACIÓN EN LA TURBOCOCINA EL IMPACTO DE ESTA TECNOLOGÍA EN EL DESARROLLO SOSTENIBLE DE EL SALVADOR

Por René Núñez Suárez 2005
turbococina@cyt.net
El Periódico Nuevo Enfoque

Lograr la total oxidación del combustible y reducir la emisión de contaminantes son los dos temas principales de investigación en el campo de la combustión avanzada. Ya que se considera que un proceso de combustión es perfecto, si se oxida totalmente el combustible y no se producen contaminantes. Por lo que los productos de la combustión de un combustible orgánico compuesto de carbono, hidrógeno y oxígeno deben ser únicamente: dióxido de carbono, vapor de agua y calor.

Dicho de otra manera, el grado de imperfección de un proceso de combustión se determina por lo incompleto de la oxidación del combustible y por la cantidad de contaminantes producidos. Y por consiguiente, la medida de imperfección del proceso de combustión lo da la cantidad de monóxido de carbono, que es un producto parcialmente oxidado, y la cantidad de óxidos de nitrógeno, que son los contaminantes.

Pero la finalidad de los procesos de combustión es la obtención de calor a partir de la oxidación del combustible. Y la producción total de calor depende de tres procesos de oxidación que producen calor y de otro, que es indeseable, que absorbe parte del calor producido.

SE DEBE ELIMINAR CONTAMINACIÓN

De los procesos de oxidación que producen calor, el primero es el de oxidación del carbono gaseoso en monóxido de carbono, el segundo es el de oxidación de este monóxido en dióxido de carbono y el tercero es el de oxidación del hidrógeno que se transforma en vapor de agua. Y el que absorbe calor, es el de formación de los óxidos de nitrógeno. Por este efecto negativo y por ser fuertes contaminantes, es que se ha tratado de eliminarlos de los procesos de combustión. Y desde tiempo atrás, se conoce que la producción de los óxidos de nitrógeno aumenta en función de la temperatura y a medida que en la combustión se alcanzan temperaturas más altas, se producen cantidades mayores.

Esta ley que rige la producción de los óxidos contaminantes, expresada de una manera diferente y con la adición de una temperatura límite inferior, es la ley fundamental de la “Combustión a Baja Temperatura”, la cual, se expresa de la siguiente manera: “En todo proceso de combustión la producción de óxidos de nitrógeno es menor en cuanto menor es la temperatura de combustión y si la temperatura se disminuye, a un valor lo suficientemente bajo, se alcanza el valor límite de temperatura al cual no se producen los óxidos de nitrógeno”. Este límite de temperatura es la temperatura de cero-ionización del nitrógeno, y a valores de temperatura iguales o inferiores a este valor límite, el nitrógeno no se oxida y se comporta como un gas inerte en el proceso de combustión. Por lo que el proceso de combustión en aire se comporta como un proceso de combustión en oxígeno puro. Y el combustible se oxida totalmente sin producir los contaminantes óxidos de nitrógeno. Es decir, que la combustión es perfecta.

¡Con la determinación de la temperatura de cero-ionización del nitrógeno y con la construcción de un pequeño reactor, con una cámara de combustión de temperatura controlada, en donde la máxima temperatura no excede a este valor crítico, es que se dio inicio a la primera aplicación del Método de Combustión a Baja Temperatura!

TURBOAHORROS

Y es así, que en el año 1995 se realizaron las primeras pruebas experimentales, empleando el pequeño reactor metálico, de forma tubular, y utilizando el combustible más popular de El Salvador. Después de cientos de experimentos y otros cientos de cambios pequeños, finalmente se llegó a un modelo de funcionamiento aceptable. Y al pequeño reactor, que fue desarrollado para fines culinarios, se le empezó a conocer con el nombre de la turbococina. Ya que la Turbocombustión , es el sinónimo de la Combustión a Baja Temperatura.

Durante el año de 1996, se pusieron a prueba las primeras cien turbococinas, que se distribuyeron entre un número igual de familias de la zona rural del departamento de Chalatenango. Y después de un año de mantener un control, en el uso de esas turbococinas, se determinó que la reducción en el consumo de la leña, fue de una relación de nueve a uno. Es decir, que lo que gastaban de leña en un día, con las turbococinas, les duraba para nueve días.

Para comprender el significado de esta reducción en el consumo de la leña, es necesario compararlo con el ahorro del 40%, logrado en los mejores proyectos de sustitución de las cocinas tradicionales por las cocinas mejoradas. Ya que si consideramos el ahorro porcentual del 40%, que es equivalente a un ahorro por unidad de 0.40, al compararlo con el ahorro de ocho unidades, logrado con las turbococinas, se tiene una relación de ahorro comparativo de veinte a uno. Que es el cociente de dividir los ahorros, por unidad, de ocho entre 0.40.

Posteriormente, con modelos más avanzados de turbococinas, la reducción en el consumo de la leña alcanzó un valor sin precedentes de veinte a uno. Es decir, que lo que antes gastaban en un día, con este nuevo modelo de turbococina, les duraba veinte días. Por lo que la relación de ahorro comparativo, entre las turbococinas y las cocinas mejoradas, llegó a un valor de cuarenta y siete a uno.

VERIFICACIÓN EN CANADÁ

Para finales del año de 1998 se realizaron las pruebas de emisiones de la turbococina, en el Instituto de Investigación de Tecnología Avanzada de Combustión del Canadá. ¡Y los resultados, de cero emisiones de óxidos de nitrógeno y de tres partes por millón en volumen, de monóxido de carbono, fueron la confirmación contundente que la Combustión a Baja Temperatura era... la combustión perfecta!

En cuanto las emisiones de monóxido de carbono de las cocinas tradicionales y de las cocinas mejoradas, éstas, van desde un valor del 20% al 80% en volumen, que son equivalentes a 200,000 y 800,000 partes

por millón en volumen, que al compararlas con las 3 partes por millón, de las turbococinas, se tiene una relación comparativa que va desde 66,000 a uno, hasta 266,000 a uno.

Pero, para el mes de enero del año 2000, ya se había corregido el diseño del reactor para tener cero emisiones de monóxido de carbono y definitivamente, con el siglo XXI, la combustión perfecta... llegó para quedarse. Y su ley fundamental se expresa de la manera siguiente: “Para que en un proceso de combustión, la combustión sea perfecta, es condición necesaria que la máxima temperatura de combustión no exceda la temperatura de cero-ionización del nitrógeno”.

LIDERAZGO CON SABOR SALVADOREÑO

Ya con la seguridad de tener una combustión perfecta y disponiendo de todo el calor del combustible, los esfuerzos de la investigación fueron dirigidos a eliminar las pérdidas por transmisión de calor. Y de tal manera se han reducido, que podemos esperar, que al sustituir las cocinas tradicionales por las turbococinas, lo que hoy gastan de leña en un día... les alcanzará para todo un mes.

Con la combustión perfecta del método de Combustión a Baja Temperatura, aplicado en las turbococinas, se tiene que los únicos productos de la combustión son: dióxido de carbono, vapor de agua y calor. Lo que se puede apreciar en la fotografía de una turbococina encendida, en donde el vapor de agua, resalta alrededor de la llama de combustión. Y posteriormente, al reducir al mínimo las pérdidas por transmisión de calor, se logró reducir al valor mínimo el consumo de combustible.

El día 29 de octubre del 2002, en la ciudad de Nueva Delhi y durante la celebración de la Octava Convención Mundial de Cambio Climático de las Naciones Unidas, recibí, por el descubrimiento de este método de combustión, el premio de “Liderazgo en Tecnología del Clima 2002”, premio que me fue entregado por la Iniciativa Tecnológica del Clima, que es la institución científica que analiza las propuestas para mitigar el cambio climático. Ya que con este método de combustión se gasta el mínimo de combustible, por lo que tiene la mínima cantidad de emisiones de dióxido de carbono. Excediéndose sobre el mandato del Protocolo Internacional de Kyoto, de reducir las emisiones de dióxido de carbono. Y además, al no producir las emisiones de óxidos de nitrógeno, se cumple con el mandato del Protocolo Internacional de Montreal, de eliminar las emisiones que destruyen nuestra protectora capa de ozono.

MÚLTIPLES APLICACIONES

Vale la pena mencionar, que a una reducción del consumo de leña en proporción de veinte a uno, le corresponde una reducción porcentual de 95%, y por consiguiente, la reducción de emisiones de dióxido de carbono es del 95%. Y el Protocolo de Kyoto manda reducir en un 5.3%, las emisiones de dióxido de carbono, por lo que es posible exceder el mandato de Kyoto en 18 veces más.

Posteriormente, el 25 de noviembre del 2003, la Oficina de Patentes de los Estados Unidos de América, me concedió la aprobación de mi solicitud de patente del método de Combustión a Baja Temperatura, la que había solicitado, con el nombre de: “Método y Aparato de Combustión Presurizada y de Transferencia de Calor”.

Si bien hasta ahora, la aplicación de este método de combustión, ha sido en una cocina de leña, las aplicaciones son múltiples. De las que podríamos mencionar: las cocinas a gas, las planchas para las tortillerías, los rostizadores para pollos, los hornos para las panaderías, los hornos para quemar productos de barro, los calentadores de agua, las pasteurizadoras para agua y para productos lácteos, los generadores de vapor para usos industriales y los generadores térmicos de energía eléctrica. ¡Con lo que con esta tecnología, se tiene a disposición de la industria salvadoreña la base... para un desarrollo industrial!

AHORRO PRO BIODIÉSEL

Pero volviendo al tema de las turbococinas, es necesario señalar, que éstas demandan para su funcionamiento la leña delgada que se obtiene de la poda de las ramas de los árboles. Y por consiguiente, si lográramos distribuirlas de manera masiva para sustituir las cocinas de leña tradicionales y mejoradas, sería posible suministrar toda leña necesaria para cocinar con sólo la poda anual de las fincas de café. Y quedaría, anualmente, un excedente de un millón y medio de toneladas métricas, que podría ser utilizado como materia prima para elaborar el metanol, que es necesario para la producción del biodiésel. De manera alternativa o complementaria, se podría utilizar para producir la energía eléctrica, que hoy producimos con combustibles derivados del petróleo. ¡Y todo esto... sin talar un solo árbol!

Aunque todavía podría mencionar muchos de los beneficios, que puede traer ésta tecnología a El Salvador, éstos ya han sido ampliamente cubiertos en anteriores presentaciones y en recientes artículos en las revistas de FESIARA y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, Conacyt. Por lo que recomendaría la lectura del artículo, que con el título de: “Resolviendo el problema energético ambiental”, se ha publicado en las mencionadas revistas.

ARDUA Y PELIGROSA BÚSQUEDA

Aunque más importante que todo lo mencionado anteriormente, es mencionar el hecho que en nuestro país, todos los días, miles de niños y de niñas, de jóvenes y de adultos, y de adultos mayores, salen a buscar la leña, que es el combustible que les asegura su supervivencia. Y cada día les es más difícil encontrarla y en muchos casos... hasta arriesgan su vida para conseguirla, pues quienes la tienen... quieren proteger, de manera equivocada, los pocos árboles que nos van quedando. Y después de regresar a sus hogares, queman las montañas de leña que han cargado desde quién sabe dónde. Y al cocer los frijoles y hacer las tortillas también se queman los pulmones... cuando respiran el humo de las cocinas... construidas con lodo y arena.

Y entonces, después de todo ¿cuánto vale una turbococina? A lo que yo quiero responderles, que una turbococina vale el derecho de llevar una vida decente, aunque para otros... es una esperanza•

* Conferencia en el Primer Encuentro de Investigadores Científicos e Inventores Salvadoreños, celebrado en el campus de la Universidad Francisco Gavidia - 31 de Julio del 2005

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