ESCUELA SUPERIOR POLTECNICA DEL LITORAL
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y CIENCIAS DE LA PRODUCCION
TERMODINAMICA
INFORME TEMA: EFICIENCIA DE COCINA DE INDUCCIÓN
NOMBRE: NÉSTOR JAMIL MORA RENDÓN PARALELO: 1
RESUMEN En ingeniería es muy común estudiar la energía y las diferentes formas en que se presenta, es la termodinámica la materia encargada de relacionar este estudio de la energía con las aplicaciones diarias y comunes de la vida cotidiana. Es por eso que en este informe se hablara de un tema en específico del que todos debemos saber ya que se refiere a algo que todos conocemos como lo es una cocina. A lo largo de la historia las cocinas han cambiado de manera considerable empezando por la cocina de leña o carbón, pero ya en la actualidad encontramos una gran variedad de estas debido al avance tecnológico, en la actualidad encontramos cocinas de gas licuado de petróleo (GLP), cocinas eléctricas y ahora ultimo cocinas de inducción. Estos cambios se dan siempre pensando en mejorar la cocción de los alimentos y es por ello que se debe tener muy en cuenta la eficiencia energética, que es uno de los pilares de la segunda ley de la termodinámica. Las mejoras siempre hacen que se mejore esta eficiencia energética, por ello que probablemente las cocinas de GLP van a ser cosa del pasado en los próximos años considerando que una de cocina de inducción tiene una eficiencia de 84% contra la eficiencia de una de GLP que tiene una eficiencia de entre 40%y 50%. Al momento de dejar atrás las cocinas de GLP hay que tener en cuenta varios aspectos como: -tiempo de cocción -energía utilizada -costo promedio mensual -emisión de gases -riesgo de accidentes, etc Los cuales se detallan a continuación en este informe.
INTRODUCCIÓN Eficiencia La eficiencia en términos básicos es la relación de la energía útil y energía requerida.
Eficiencia energética La eficiencia energética es una práctica que tiene como objetivo reducir el consumo de energía. La eficiencia energética es el uso eficiente de la energía, de esta manera optimizar los procesos productivos y el empleo de la energía utilizando lo mismo o menos para producir más bienes y servicios. Dicho de otra manera, producir más con menos energía. No se trata de ahorrar luz, sino de iluminar mejor consumiendo menos electricidad.
Eficiencia térmica El rendimiento térmico o eficiencia de una máquina térmica es un coeficiente o ratio adimensional calculado como el cociente de la energía producida (en un ciclo de funcionamiento) y la energía suministrada a la máquina (para que logre completar el ciclo termodinámico)
Dependiendo del tipo de máquina térmica, la transferencia de estas energías se realizará en forma de calor, Q, o de trabajo, W.
La energía de salida siempre será menor que la energía de entrada, esto es un enunciado de la segunda ley de la termodinámica, lo que nos dice que la eficiencia no puede ser mayor a 1. En un proceso real siempre habrán perdidas.
Cocinas de GLP Como ya sabemos el funcionamiento de una cocina de GLP es muy sencillo ya que por una tubería llega el gas hasta las hornillas saliendo de aquí se le agraga una chispa la cual produce fuego ya que este gas es altamente inflamable, al poner una olla o sartén en esta se produce calentamiento.
Cocinas de inducción Las cocinas de inducción tienen un funcionamiento más complejo por ende también se necesitan los materiales adecuados ya que no podemos calentar por inducción a cualquier material. Cuando el material conductivo de una pieza es colocado en un campo magnético cambiante (por ejemplo, un campo generado por CA), un voltaje se induce en la pieza de trabajo (Ley de Faraday). El voltaje
inducido dará como resultado el flujo de electrones: ¡corriente! de electrones. La corriente que fluye a través de la pieza de trabajo irá en dirección opuesta a la corriente en la bobina. Esto significa que podemos controlar la frecuencia de la corriente en la pieza de trabajo controlando la frecuencia de la corriente en la bobina. A medida que la corriente fluya a través de un medio, habrá algo de resistencia en el movimiento de los electrones. Está resistencia que se manifiesta en forma de calor (Efecto de calentamiento de Joule). Los materiales que son más resistentes al flujo de electrones ofrecerán mayor calentamiento mientras fluyan a través de ellos, pero también es posible calentar materiales que son altamente conductores (por ejemplo, cobre) utilizando una corriente de inducción. Este fenómeno es crítico para el calentamiento por inducción.
¿Qué necesitamos para el calentamiento por Inducción? Todo esto nos dice que necesitamos de dos cosas básicas para que pueda ocurrir el calentamiento por inducción: 1. Un campo magnético cambiante 2. Un material eléctricamente conductivo colocado dentro del campo magnético
Partes de una cocina de inducción.
¿Cómo se compara el calentamiento por inducción con otros métodos? Existen varios métodos para calendar un objeto sin usar la inducción. Algunas de las prácticas industriales más comunes incluyen hornos de gas, hornos eléctricos y baños de sal. Estos métodos están basados en la transferencia de calor hacia al producto de las fuentes de calor (quemador, elemento de calentamiento, sal líquida) a través de convección y radiación. Una vez que la superficie del producto es calentada, el calor se transfiere a todo el producto a través de la conducción térmica.
Los productos calentados por inducción no dependen de la convección ni de la radiación para el suministrar calor a la superficie del producto. En su lugar, el calor es generado en la superficie del producto a través de la corriente de flujo. Después, el calor de la superficie del producto se transfiere a través del producto con la conducción térmica. La profundidad a la cual el calor es generado directamente utilizando la corriente inducida depende de algo llamado referencia eléctrica de penetración. La referencia eléctrica de penetración depende en gran medida de la frecuencia del flujo de la corriente alternativa de la pieza de trabajo. Una corriente de frecuencia superior dará lugar a una referencia eléctrica profunda. Esta profundidad depende de las propiedades eléctricas y magnéticas de la pieza de trabajo.
OBJETIVOS
Familiarizar al estudiante con la segunda ley de la termodinámica ya que un aspecto fundamental de esta es la eficiencia.
Conocer las ventajas y desventajas de una cocina de inducción frente a las convencionales de GLP y vitrocerámica.
Informar sobre la importancia del uso de cocinas de inducción en el ecuador y el plan que el gobierno ofrece a quienes ya hacen uso de ellas.
MARCO TEÓRICO o
Segunda ley de la termodinámica.
La segunda ley de la termodinámica es una de las 3 leyes fundamentales que rigen el universo conocido, esta nos dice que al realizar un trabajo mecánico ocasiona una elevación de temperatura, por lo que la energía mecánica se ha transformado en calor con una eficiencia de 100%, pero es imposible que la energía calorífica se transforme en energía mecánica con una eficiencia de 100%. Esta regla constituye el fundamento de la segunda ley de la termodinámica. La cual dice: "es imposible construir una máquina que, funcionando de manera continua, no produzca otro efecto que la extracción de calor de una fuente y la realización de una cantidad equivalente al trabajo". Este enunciado es tal y como lo menciono el físico inglés, William Thomson Kelvin: "Es imposible construir una maquina térmica que transforme en trabajo todo el calor que se le suministra".
De acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, es imposible construir una maquina térmica que transforme en trabajo todo el calor suministrado. Esta limitación de las maquinas térmicas, cuya eficiencia nunca podrá ser del 100%, se debe a que la mayor parte de calor proporcionado en lugar de convertirse en trabajo mecánico se disipa en la atmosfera, ya sea por el calor que arrastran los humos y gases residuales calientes o por el calor perdido a través de la radiación y la fricción entre sus partes móviles. En realidad, la eficiencia de las maquinas térmicas es bastante baja, pues en las máquinas de vapor va de un 20% a un 35% máximo. Por definición: la eficiencia o rendimiento de una maquina térmica es la relación entre el trabajo mecánico producido y la cantidad de calor que se le suministra. Matemáticamente se expresa:
Como el trabajo neto por la maquina es igual a la diferencia de calor que se le suministra (Q1) y el calor que no puede aprovecharse porque se disipa en la atmosfera (Q2):
Por lo tanto la eficiencia de una maquina térmica se expresa:
También se puede calcular la eficiencia de una maquina al dividir la potencia útil o de salida de la maquina entre la potencia total o de entrada de la misma, es decir:
Como podemos observar la eficiencia es uno de los aspectos más importantes que definen esta ley, la cual se aplica para toda máquina. En el informe presentado se analiza una maquina comúnmente usada en todos los hogares como ejemplo de que estas leyes están presentes en todo lo que nos rodea. Se comparará tres tipos de cocinas como son la de gas licuado de petróleo (GLP), resistencias y la de inducción, conociendo las ventajas y desventajas que cada una posee al final es estudiante podrá decidir según su criterio cual es la que mejor se ajusta a las necesidades. o
Cocina de GLP ventajas y desventajas.
Las cocinas de gas son consideradas las más respetuosas con el medio ambiente. Este tipo de cocina sólo emite unos 200 gramos de CO2 por cada kWh. Pero, estas necesitan un mantenimiento y revisiones periódicas, ya que es necesario controlar los posibles escapes que puedan ocasionarse. Esto no sucede con las vitrocerámicas ni las placas de inducción.
La cocina a gas es la preferida por los profesionales y por aquellos consumidores que les gusta cocinar. Mientras que las placas de inducción son requeridas por consumidores que carecen de tiempo para cocinar y en los hogares que haya niños pequeños, para que no ocurran accidentes.
Desventajas de la cocina a gas:
El procesa de limpieza es el más complicado de los tres tipos. El precio de la bombona se encuentra en sus máximos históricos. Se necesita realizar revisiones periódicas. Los accidentes en cocina son más probables con el gas.
Ventajas de la cocina a gas:
o
Consume menos energía. Calienta más rápido que la vitrocerámica. Admite cualquier tipo de recipientes.
Las placas de inducción y la vitrocerámica ventajas y desventajas.
Las placas de inducción y la vitrocerámica son prácticamente de la misma apariencia, pero el tiempo de la primera en calentar es mucho mayor al de la segunda La vitrocerámica es más económica que la de inducción. Pero, a la hora de medir el consumo y eficiencia energética nos quedaríamos con la primera. Además de hacer que ahorremos en el largo plazo hace que el tiempo de consumo sea menor ahorrándonos también en tiempo, como en dinero. .
Estas funcionan con electricidad y hay que tener en cuenta el mercado eléctrico. Este no está viviendo su mejor momento, pero la rapidez con la que se puede llegar a cocinar, con las placas de inducción, supondría un ahorro al consumir menos tiempo. Las placas de inducción más modernas solo emiten 360 gramos de CO2 por cada kWh, mientras que la vitro emite 450 gramos por kWh. En las placas de inducción no podemos cocinar con cualquier recipiente por ello. si estamos planteando cambiarnos la cocina deberíamos cambiar los utensilios de cocina también. ,
desventajas de la inducción:
Coste de adquisición elevado Se necesitan recipientes adecuados, de material ferromagnético. Aunque cada vez se fabriquen más recipientes que parecen ser adecuados para las placas de inducción, no todas lo son. Para comprobar esto basta con acercar un imán a las piezas; si este se pega las sartenes y cazuelas son adecuadas para inducción.
ventajas como hemos nombrado serían:
Rapidez Seguridad Bajo consumo de energía Rápida limpieza Calienta directamente el recipiente, debe ser de material ferromagnético. Tecnología muy novedosa
Desventajas de la vitrocerámica:
Calientan lento Consumen mucha energía Se debe tener especial cuidado al limpiarlas
Ventajas de la vitrocerámica:
Precio de adquisición muy económico Permite utilizar cualquier tipo de recipientes Comodidad en la limpieza
Comparación de las cocinas de gas y cocinas eléctricas convencionales versus las cocinas eléctricas de inducción.
Equivalente calorifico-energetico-electricidad de GLP
Observando los factores de eficiencia energética para cada una de las fuentes, se puede perfectamente decidir, realizando un análisis de costos, muy sencillo y que sean perfectamente comparables, cuál de ellas es económicamente más conveniente a los intereses de cada usuario.
Como se puede apreciar, es indiscutible que al ser eliminado el subsidio del GLP e internacionalizar su precio de venta (estimado en 15 USD por cilindro de uso doméstico), resulta ser un poco más económico consumir 1 kWh de energía a través de una Cocina de Inducción (9.979 ¢USD) que a través de una Cocina Eléctrica convencional (11.327 ¢USD) y que a través de una Cocina funcionando con GLP (16.35 ¢USD).
Otro cálculo realizado por diario el Comercio.
o
Plan nacional para el cambio de cocinas de GLP a cocinas de inducción
La Secretaría Nacional de Planificación y Desarrollo – SENPLADES, en su condición de Secretaría Técnica del Sistema Nacional Descentralizado de Planificación Participativa, elaboró el Plan Nacional de Desarrollo, denominado Plan Nacional para el Buen Vivir (PNBV 2009-2013) como el instrumento del Gobierno Nacional para articular las políticas públicas con la gestión y la inversión pública. El Plan cuenta con 12 Estrategias Nacionales; 12 Objetivos Nacionales, de entre los cuales y específicamente en la Estrategia 6.7, referida al Cambio de la Matriz Energética, se indica lo siguiente: “...El programa de sustitución de cocinas a gas (GLP) por cocinas de inducción deberá ejecutarse tan pronto como exista la factibilidad de la generación eléctrica para este plan. Los ahorros energéticos tienen emparejados con la disminución de contaminantes...” Con la finalidad de armonizar el programa de implementación de sustitución de cocinas a gas (GLP) por cocinas eléctricas de inducción, el ministerio de Electricidad y Energía Renovable (MEER) se encuentra en plena difusión de su Plan nacional de Cocción Eficiente, manteniendo reuniones de socialización del mismo, con actores, representantes, responsables y gestores de los sectores energético, eléctrico y productivo d el país, con a finalidad de establecer los requerimientos técnicos del proyecto y de finir acciones de corto y mediano
plazo para la implementación del mismo, acciones que permitirán estar plenamente preparados para dicha sustitución tecnológica. Para que el presente programa de sustitución tecnológica sea exitoso, debe cumplir con las siguientes características: 1) debe ser específico, definiendo claramente a q ué y con qué sectores se iniciará la implementación del mismo; 2) debe ser medible, pues lo que no se mide; no se puede controlar y lo que no se controla; no se puede gestionar; 3) debe ser alcanzable, definiendo de manera responsable el universo objetivo y sus límites; 4) debe ser orientado a obtener resultados satisfactorios; a saber: Ahorro económico para el Estado ecuatoriano y para los consumidores, incentivo para las empresas productoras, generación de fuentes de trabajo, reducción de emisión de gases efecto invernadero, entre otros; y, 5) debe ser definido en el tiempo, acompañado debidamente con un estricto cronograma de ejecución. Todo esto, teniendo como premisa que este proyecto de sustitución tecnológica debe ser el cierto y firme inicio del desarrollo de los grandes proyectos necesarios para reorientar al sistema energético nacional hacia un sistema eficaz, eficiente y amigable con el medio ambiente, características que no solo deben ser parametrizadas con un retorno económico-financiero de la inversión que haga o tenga que hacer el Estado ecuatoriano; sino también, considerar responsablemente los retornos social, medio ambiental y sus relaciones.
Investigación realizada por diario el universo sobre las inquietudes acerca de las cocinas de inducción. Una de las principales inquietudes de las personas que llegan a los almacenes de electrodomésticos en busca de información sobre las cocinas de inducción es el consumo que estas tendrán. Esto, porque el Gobierno informó en marzo pasado que subsidiaría 80 kWh (kilovatio/hora) por el uso de estos aparatos y 20 kWh por las duchas eléctricas, y que se pagarían $4 al mes. Especialistas consultados hablan de promedios de consumo de cocinas de una hornilla de 30 kWh al mes y de tres hornillas que consumirían alrededor de 105 kWh mensuales. A criterio de Alberto Tama, exgerente de la Eléctrica de Guayaquil, el consumo dependerá de los hábitos de cocina. Estimó que una cocina de inducción de una hornilla requiere entre 1 y 1,5 kWh por día, es decir, entre 30 kWh y 45 kWh al mes. Según la tarifa promedio de venta de energía del 2012, para clientes residenciales, que es de 0,09 centavos/kWh, representaría $ 4,05. José Pileggi, experto energético, situó el consumo promedio en una vivienda, que utilizaría 2 o 3 hornillas por 3 horas diarias, en 105 kWh al mes, es decir alrededor de $ 9,45.
CONCLUSIONES
Se estableció una relación de vital importancia entre la segunda ley de la termodinámica y la eficiencia energética, la que fue analizada de una maquina comúnmente usada como es una cocina, con la que se puede concluir que las leyes termodinámicas están en todo lo que nos rodea.
Se conoció las principales ventajas y desventajas de los diferentes tipos de cocinas qu e existen en la actualidad (Cocina a gas (GLP), cocina eléctrica (vitrocerámica), cocina de inducción), dando al lector la oportunidad de poder elegir alguna de estas según sus necesidades y posibilidades.
Se dio a conocer el plan de buen vivir en el que el gobierno incentiva el cambio del tipo de cocinas, de gas a inducción, dándole suma importancia a esta segunda ya que con el cambio de la matriz energética en el 2018 se subsidiara el consumo de energía eléctrica y se dejara de subsidiar el GLP ascendiendo su valor a $22 aproximadamente (depende de la economía internacional), cabe recalcar que las personas que ya hicieron el cambio de cocina ya están recibiendo beneficios.
RECOMENDACIONES
La elección de un nuevo sistema de energía para cocción de alimentos implicará, además de nuevas inversiones, una serie de costos adicionales que el usuario debe considerar. Actualmente, nueve de cada 10 hogares ecuatorianos cocinan con gas, según datos del Ministerio de Electricidad publicados en su página web. En consecuencia, el precio del producto es altamente sensible y por ello se ha mantenido subsidiado desde el 2003.
Con la investigación es expuesta es recomendable el cambio a las cocinas de inducción ya que, además de usar una energía menos contaminante, reducirá el tiempo dedicado a la cocción por la alta eficiencia.
Tener en cuenta que cuando se hace el cambio no solo no se perjudica el medio ambiente, sino que también se contribuye a la economía del país ya que el ecuador pierde millones con el subsidio del tanque de gas.
El cambio es voluntario, pero cabe recalcar que es más conveniente ya que en el 2018 el cilindro de gas dejara de ser subsidiado y este alcanzara valores de hasta 10 veces su precio actual.
Si se hace el cambio, es recomendable tener una cocina de gas como respaldo ya que a veces se corta el fluido eléctrico.
ANEXOS Preguntas frecuentes sobre el tema. 1. ¿Dónde me inscribo para el programa de cocinas de inducción y así pagar a plazos el electrodoméstico y recibir el subsidio al consumo eléctrico? A partir de agosto, el Ministerio de Electricidad habilitará una página web para que los interesados en ingresar en el programa de compra de las cocinas de inducción se inscriban. Allí el usuario podrá también pedir que la empresa eléctrica de su localidad cambie su medidor para que este pueda soportar un voltaje de 220 voltios (v), que es el requerido para las cocinas de inducción. En caso de tener un medidor bifásico o trifásico, el usuario no requerirá el cambio. Luego de haberse inscrito, puede adquirir cualquiera de los 27 modelos de cocinas de inducción cuyos precios oscilarán entre USD 156 y USD 696, dependiendo del número de quemadores (focos o zonas de inducción) que tenga el artefacto y si tiene horno eléctrico o no. En el almacén, el usuario autorizará el cobro mensual de la cocina en su planilla de luz por un plazo de hasta tres años. Si no quiere acceder al crédito, el usuario podrá pagar la cocina d e contado.
2. ¿A qué subsidio accedo si compro la cocina de inducción? El Estado subsidiará el consumo de 80 kilovatios hora (kW-h) de energía al mes (alrededor de USD 7 en la planilla) para quienes cambien su cocina de gas por la cocina de inducción. Esto porque las cocinas de inducción aumentan el consumo de energía de una familia. El subsidio a la energía destinada para cocinas se mantendrá hasta finales del 2017. En enero del 2018, los 80 kW-h de energía para cocinar tendrán una tarifa de USD 0,04 por kil ovatio hora. Es decir, la mitad del costo real.
3. ¿Es obligatorio cambiarse de cocinas de gas a cocinas de inducción? No. El programa es voluntario. Si el usuario lo prefiere, podrá continuar usando su cocina de gas. De hecho, podrá utilizar tanto el sistema gas como la cocina de inducción al mismo tiempo.
4. ¿Cuánto me cuesta el gas sin subsidio y cuánto me cuesta el mayor cons umo de electricidad por las nuevas cocinas? De acuerdo con la Agencia de Regulación y Control Hidrocarburífero, el costo del tanque de 15 kilogramos de gas doméstico sin subsidio asciende a USD 22,27. Mientras que el Régimen estima que la población consumirá 80 kW-h más de energía al mes con las cocinas de inducción. Esto representa entre USD 7 y US D 8 en la planilla. Pero este valor será subsidiado. El subsecretario de Energía Renovable del Ministerio de Electricidad, Alfredo Samaniego, explica que aunque las cocinas de inducción consumen más energía eléctrica, son mucho más rápidas para cocinar los alimentos debido a que tienen una eficiencia del 85% cuando las cocinas de gas tienen una eficiencia de hasta el 50%.
5. ¿Cuándo se levantará el subsidio al gas? El expresidente Rafael Correa indicó años pasados que el subsidio del gas se retiraría en el 2016 con el ingreso de las nuevas centrales hidroeléctricas como el Coca-Codo Sinclair, el Toachi Pilatón y Sopladora. Sin embargo, el ministro de Industrias, Ramiro González, señaló que el subsidio al gas se mantendrá hasta finales del 2017 para que todos los usuarios puedan cambiarse a la nueva cocina de inducción y tengan el tiempo suficiente para terminar de pagarla.
6. ¿Qué cambios de conexiones eléctricas debo realizar en mi hogar para tener una cocina de inducción? Luego de verificar que tenga un medidor que soporte los 220v, el usuario deberá extender un cable desde el medidor o desde la caja de breakers hasta el toma corrientes do nde vaya a conectar la nueva cocina de inducción. Allí deberá además hacer un cambio del mismo tomacorriente ya q ue los enchufes de las cocinas de inducción son especiales y tienen tres patas. El costo por este cambio de instalaciones partirá de los USD 30, según el Ministerio de Electricidad. Se evalúa la posibilidad de que estas instalaciones las hagan las mismas empresas eléctricas y se las cobre por medio de la planilla.
7. ¿A qué precios saldrán las nuevas cocinas de inducción? Las nuevas cocinas tendrán un precio de venta al público que oscilará entre USD 156 y USD 191 para los electrodomésticos de dos quemadores (focos o zonas de cocción); entre USD 243 y USD 303 para tres quemadores; y finalmente e ntre USD 243 y USD 318 para los de cuatro quemadores. Pero también se ofertarán cocinas de cuatro quemadores con horno eléctrico que USD 585 a USD 696. Las marcas que tendrá las cocinas serán Ecasa, Ferromédica, Electrococ, Ener -Intelco, Fibroacero, DME, Mabe, Kangle, Haceb, Induglob, Motsur y Golden Age.
8. ¿Tengo que cambiar toda la instalación de mi casa a 220v? No. Solamente el enchufe donde vaya a conectarse la nueva cocina de inducción.
9. ¿Qué mantenimientos requieren las nuevas cocinas de inducción? De acuerdo con el subsecretario de Energía Renovable del Ministerio de Electricidad, Alfredo Samaniego, las cocinas de inducción solo requiere de una limpieza básica superficial sobre el vidrio o la vitrocerámica con un paño húmedo. Al no tener piezas móviles, no requiere de mayor mantenimiento que el que requiere un horno de microondas, explicó el funcionario.
10. ¿Qué tipo de ollas se requieren para las cocinas de inducción? Las cocinas de inducción utilizan un campo electromagnético para la cocción de alimentos. Por ello, necesitan de ollas y recipientes ferromagnéticos. Es decir, estos tienen que ser de hierro o acero. En caso de los utensilios de aluminio, estos no funcionan a menos que tengan una base de acero. En todo caso, el usuario debe identificar el sello de inducción (un espiral acostado) para saber si sirven las ollas que va a adquirir. Estas también serán de fabricación nacional y el juego de tres ol las con tapas y un sartén tendrán un costo de USD 34. Este contenido ha sido publicado originalmente por Diario EL COMERCIO en la siguiente dirección:
http://www.elcomercio.com/actualidad/ecuador-negocios-cocinas-induccion-preguntas.html.
