Efficient Cooking Stove fueled by Cow Dung/es

Las tortas de estiércol de vaca hechas por mujeres de aldeas en el sur de Asia se usan como combustible para cocinar cuando la leña escasea. El estiércol de vaca se seca y se moldea en forma de tortas que luego se queman para producir calor [1] . La mayoría de las estufas de cocina son ineficientes para producir calor a partir del estiércol de vaca; se han diseñado estufas de cocina de alta eficiencia energética para que el estiércol de vaca genere mayores cantidades de calor. En el pasado, se han realizado muchas modificaciones a las estufas de cocina convencionales. Teniendo en cuenta esas modificaciones y el estiércol de vaca como fuente de combustible, se han diseñado dichas estufas para maximizar la producción de calor al quemar estiércol de vaca.

Estos dispositivos funcionan maximizando la superficie del estiércol e inyectándole más aire. La combustión eficiente se produce al aumentar la cantidad de aire en la estufa, minimizando así la formación de monóxido de carbono. El único subproducto es agua y dióxido de carbono, ya que la combustión es completa. El objetivo es lograr una mayor eficiencia de combustión, dado que el estiércol de vaca suele tener una baja eficiencia. El diseño se ha simplificado al máximo para que los herreros locales puedan fabricarlo ellos mismos.

Se han desarrollado dos estufas principales que utilizan estiércol de vaca como combustible. Una fue desarrollada por Kumar y Shende del Instituto de Tecnología y Ciencias Madhav y utiliza el principio de combustión en lecho fluidizado, mientras que la otra fue desarrollada por Rajendra Prasad del Instituto de Tecnología de la India.

En el sur de Asia, las vacas son de vital importancia. La mayoría de las economías de esta región se basan en la agricultura y la ganadería, por lo que desde tiempos inmemoriales se han explorado y probado los beneficios del estiércol de vaca, utilizándolo como fertilizante, medicina, combustible y, sobre todo, para la obtención de biogás . El potencial del biogás a partir del estiércol de vaca es inmenso y actualmente se está investigando exhaustivamente en Nepal.

En la India, la vaca es objeto de veneración. Durante siglos, la India ha utilizado el estiércol y la orina de vaca para diversos fines. La orina de vaca se usaba como blanqueador en la época de la ocupación británica. Posee diversas propiedades medicinales: ¡algunos la usan para tratar el acné! Protege las semillas, repele los mosquitos y se utiliza como ingrediente en la fabricación de ladrillos, además de tratar las llagas de la piel. Por ello, no es raro ver casas en las zonas rurales del sur de Asia salpicadas de excrementos redondos, que se secan al sol, ¡y uno casi se acostumbra al olor!

La estufa desarrollada por Kumar y Shende se basa en el principio de combustión en lecho fluidizado, donde se quema estiércol de vaca seco y pulverizado en aire precalentado. El diseño consiste en precalentar el aire antes de que se queme y se fluidice simultáneamente con el estiércol. Kumar y Shende estiman que esta estufa es hasta cuatro veces más eficiente que una estufa convencional. El aire se introduce en el horno en dirección opuesta al flujo del estiércol en polvo para producir combustible mediante contracorriente. Inicialmente, el aire se calienta hasta la temperatura de ignición del combustible en la parte inferior de la cámara. El estiércol pulverizado se introduce en el aire precalentado y la combustión tiene lugar en estado fluidizado.

El estiércol de vaca se compone principalmente de carbono, hidrógeno, oxígeno y pequeñas cantidades de nitrógeno. En la combustión se producen dióxido de carbono, vapor de agua y cenizas. Las cenizas se eliminan instalando una rejilla en la estufa. Las reacciones básicas involucradas en la combustión son:

C + O2 -> CO2 + Calor y H2 + ½ O2 -> H2O + Calor

La principal razón para tener el estiércol de vaca en polvo es que una mayor superficie permite una combustión más eficiente, ya que se necesita menos aire para fluidizarlo. Si algunas aldeas no tienen acceso a electricidad, el aire se puede soplar manualmente.

El diseño de la estufa se puede apreciar en el diagrama. El aire se introduce desde la parte inferior de la cámara, la cual asciende al precalentarse. Un embudo en el lado derecho introduce estiércol de vaca en polvo en las cámaras. Una pequeña chimenea, también en el lado derecho, sobre el depósito de cenizas, sirve para la salida de los gases.

Se queman 20 gramos de estiércol de vaca seco en polvo por minuto. El análisis elemental típico del estiércol de vaca por peso es:

• Carbono - 31,6%
  
• Hidrógeno - 05,18%
  
• oxígeno - 37,8%
  
• Nitrógeno - 06,12%
  
• Ceniza - 19,3%
  
• El oxígeno neto requerido del aire fresco es de 17,368 gramos.
  
• El aire suministrado (con un 20% de exceso) es de 90,6 g.
  
• La cantidad total de dióxido de carbono que sale en los gases de combustión es de 22,18 gramos.
  
• La cantidad total de vapor de agua formado es de 9,324 g.
  
• El nitrógeno total que sale en los gases de combustión es de 70,99 gramos.
  
• La cantidad total de oxígeno que sale en los gases de combustión es de 26,05 gramos.
  

El aire se precalienta de 25 °C a 200 °C.

Energía necesaria para el precalentamiento = Ma * Cp del aire * (200 – 25)
91,725 ​​* 0,241 * 175
3868,50 calorías/minuto

El material para la estufa son láminas de hierro, que son fáciles de conseguir. Como esta estufa aún no está en uso, no hay un precio estimado para ella, aunque idealmente debería rondar los 5 dólares estadounidenses, que es lo que la mayoría de los aldeanos pagan por comprar estufas de cocina convencionales.

La estufa de cocina de Prasad fue diseñada tras un estudio de las dos estufas de estiércol de vaca existentes en la India. Identificó algunos problemas básicos que, a su juicio, debían tenerse en cuenta. Entre ellos, destacó la falta de un suministro de aire suficiente y adecuado para una combustión completa, la necesidad de una cámara de combustión lo suficientemente grande para mantener el fuego encendido durante todo el proceso de cocción y, por último, la necesidad de comprender las diferentes propiedades de combustión del estiércol de vaca en comparación con la leña.

• Es voluminoso.
  
• Tiene un alto contenido de cenizas.
  
• Tiene un alto contenido volátil.
  
• El contenido de carbono es bajo.
  
• La relación de combustión es baja.
  

• Cilíndrico de doble pared fabricado con chapas metálicas con una separación de 2 mm.
  
• Varillas de hierro de 0,5 cm de espesor que forman la rejilla.
  
• Patas, asas y soporte para la olla.
  

La función de la doble pared cilíndrica es crear aislamiento térmico para minimizar la pérdida de calor al aire circundante, lo que permite una combustión eficiente al mantener temperaturas más elevadas. Las perforaciones en la lámina metálica cilíndrica interior, situada en la base del hogar, permiten la entrada de aire caliente para una combustión eficaz.

Tiene el aspecto de una estufa cilíndrica convencional, con dos paredes cilíndricas de acero separadas por 2 mm, abiertas en la base y selladas en la parte superior. La pared interior de acero presenta perforaciones en la parte inferior. La parrilla está hecha de varillas de hierro de 0,5 cm de grosor y separadas entre sí por 0,5 cm.
La parrilla suministra el aire primario necesario para la combustión y permite que el aire circule libremente sin que la ceniza la obstruya.

• Reduce el humo.
  
• Reduce la necesidad de repostar constantemente.
  
• Es fácil de encender.
  
• Llamas largas y constantes.
  
• 30 % de eficiencia (lo cual es alto y bueno para una estufa de estiércol de vaca).
  

• 'Combustión de estiércol de vaca en estado fluidizado para uso doméstico' Jha Sharvan Kumar y Shended, Departamento de Ingeniería Química, Instituto Madhav de Tecnología y Ciencias, http://www.ese.iitb.ac.in/aer2006_files/papers/027.pdf
• 'Estufas de bajo consumo de combustible que utilizan tortas de estiércol de vaca' Dr. Rajendra Prasad, Boiling Point, Número 30 (1993) Ventas y subsidios, Centro para el Desarrollo Rural y la Tecnología Apropiada, IIT, Nueva Delhi http://www.hedon.info/goto.php/FuelEfficientCookstovesUsingCowDungCakes
  
• Sitio web de Herbsphere. '¡Santo cielo! El estiércol esconde mucho más de lo que parece' http://web.archive.org/web/20091018122102/http://www.herbsphere.com:80/tester.htm

• Wikipedia: Estiércol de vaca