Debo reconocer que soy una persona con suerte. Mi trabajo me apasiona y se ha convertido en mi profesión desde que hace 8 años decidí lanzarme a la aventura de construir Estufas de Inercia Térmica, aunque al principio resultó lento y a veces frustrante.
Decidí invertir en mi formación y viajar a aprender con maestros de Siberia (Rusia), Polonia, Italia, Holanda y Estados Unidos. Todavía tengo mucho que aprender y sigo observando cada estufa que construyó con fascinación, con detalle, orgullo y cariño como si fuese la primera, siempre pensando en mejorar en el próximo proyecto. He hecho grandes amistades con otros compañeros de profesión y con clientes que han confiado en mi trabajo para poner un calor con corazón en sus hogares durante los fríos días de invierno.
Un pequeño sol
De todas las definiciones que podrían explicar lo que es una estufa de inercia térmica, esta es la que más me gusta: Es como un pequeño sol que se convierte en el corazón caliente de la vida invernal de una vivienda.
También las podemos definir como un sistema de calefacción a base de leña, cuya emisión del calor se produce a través de una estructura de mampostería. El calor generado por la combustión de la leña alcanza altas temperaturas en su interior (hasta 950 ºC), aprovechando principios físicos naturales y una cámara de combustión aislada permite un gran aprovechamiento de la energía almacenada en la leña. Este calor se mueve a través de diversos canales o campanas por donde va dejando gran parte de su energía antes de salir por la chimenea.
La forma en que se transmite exteriormente es por radiación, la mejor manera de explicarlo es que se comporta como los rayos del sol, la radiación solar por rayos infrarrojos. Este tipo de rayos, que se transmiten en línea recta, calientan los materiales en función de su densidad con lo que apenas calientan el aire, pero calientan los materiales de las viviendas, permitiendo una temperatura homogénea y una alta sensación de confort térmico. En el cuerpo humano se calientan, sobre todo, los huesos al ser más densos y la sensación de calor interior resultante es muy particular.
El calor
Se estima que el calor por radiación que emiten estas estufas supone el 60–65% del calor total generado, siendo el 35-40% restante un calor por convención del aire, que se distribuye de una manera suave, sin corrientes de aire, por toda la vivienda, debido a la baja temperatura exterior de la estufa. Esta temperatura exterior de las estufas depende del tipo de pared que tenga en su construcción, pero en una estufa de inercia de doble pared suele rondar los 60 ºC de media.
Esta temperatura media, en una superficie de estufa de varios m² radiantes puede conseguir calentar una casa durante 24 horas con 1 carga de leña de 10, 15 o 20 kg, según el tamaño de la cámara de combustión de la estufa de inercia y de la casa.
Eficiencia energética
Las estufas de inercia térmica son estufas de alta eficiencia energética ya que trabajan en rangos de entre el 60-90% de eficiencia energética total, según los diferentes modelos de construcción.
Ventajas
Las ventajas de una estufa de inercia son varias: alta eficiencia, calor radiante y constante, es segura, baja contaminación, sin campos eléctricos o magnéticos, depende de un recurso renovable y que puede ser autogestionable, óptima ionización del aire, con gran confort térmico. Estas y otras ventajas hacen que sea una opción muy interesante como sistema de calefacción.
Diseño
El propósito de este artículo es ofrecer una información básica basada en la experiencia personal para el diseño y construcción de una estufa de inercia térmica. Este proceso está lleno de información, detalles y trucos que son imposibles de transmitir en un corto artículo, pero vamos a tratar los conceptos básicos.
En algunos países más al norte existen normativas y programas de ordenador para diseñar estufas de inercia. Incluyen muchas y diferentes variables, medidas e información. Son caros y se tienen que renovar anualmente. En estos países son de obligado cumplimiento por parte de los maestros estufistas o fumistas y están incluidos en los códigos técnicos de construcción de cada país.
Lo primero que debemos saber para la construcción de una estufa de inercia son las necesidades de calor de la vivienda o espacio que deseamos calentar. Un estudio completo de las necesidades de calor de una vivienda debe ser hecho por un profesional frigorista o arquitecto, e incluye la suma de parámetros como las pérdidas de calor por transmisión, ventilación, infiltración y el fenómeno de paredes frías de los materiales y aislantes de sus paredes, ventanas y techos.
Sin embargo, existen cálculos sencillos que utilizo para calcular, aproximadamente, la necesidad calorífica de una vivienda y que pueden usarse como complemento :
Cálculo simple de necesidades de calor de una vivienda
Las pérdidas de la energía calorífica de una vivienda, en invierno, se pueden medir en W/m², estas indicaciones nos pueden servir como referencia aproximada:
- Vivienda bien aislada: 20–30 W/m² habitable, mejor que lo especificado en el CTE (Código Técnico de la Edificación).
- Vivienda medio aislada: 30–60 W/m² habitable, parecido al CTE.
- Vivienda mal aislada: 60–80 W/m² o más, peor que el CTE.
Estos parámetros debemos multiplicarlos por los siguientes coeficientes de zona climática:
- Zona climática cálida: x 0,85 – hasta 5 grados en invierno.
- Zona climática media: x 1,00 – hasta 0 grados en invierno.
- Zona climática fría: x 1,20 – hasta -5 grados o más en invierno.
Otro parámetro que también influye es la orientación de la vivienda:
- Orientación sur: x 0,90
- Orientación este-oeste: x 1
- Orientación norte: x 1,10
Altura
Sobre una altura media de la construcción de unos 3 m. En caso de ser mayor es conveniente sumar un porcentaje por cada metro más de altura de construcción.
Una vez realizado el estudio de las necesidades, podemos calcular el tamaño de la estufa de inercia térmica. A veces la misión no es calentar toda la casa, sino una parte de ella, aunque lo normal suele ser el primer caso. A menudo y a través de los cálculos, puede resultar que no es posible calentar toda la vivienda con 1 sola carga de leña cada 24 horas, entonces habrá que poner 2 cargas cada 24 horas.
Un detalle importante es que cada kg de leña, cualquier leña (ya que está hecha de lignina), contiene alrededor de 4,25 kW de energía. Por ello debemos tener en cuenta que, la potencia calorífica de la estufa de inercia siempre va a estar relegada a la cantidad de kg de leña que podamos poner en su cámara de combustión.
Ejemplo: Una cámara de combustión de 15 kg de leña nos va a permitir acumular 4,2 x 15 = 63 kW de energía en cada combustión, aunque siempre será un poco menor debido a la humedad de la leña, una eficiencia menor del 100%, calor no transmitido al exterior, etc. Multiplicar por un coeficiente de 0,90 se aproxima a la cantidad de energía aprovechable en cada carga de leña: 57 kW aproximadamente en el caso de nuestro ejemplo.
El grosor de la pared
Según el grosor de la pared de la estufa, el rendimiento calorífico y su capacidad de acumular calor van a variar. A partir de un cierto grosor de paredes la eficiencia baja de manera gradual ya que el calor interior no es capaz de llegar al otro lado, hacia el exterior, antes de que empiece a enfriarse. Y al contrario, una pared demasiado fina se va a agrietar fácilmente con el peligro que ello conlleva.
- Construcción ligera: 8-10 cm, rendimiento 1.130 W/m²
- Construcción media: 10-12 cm, rendimiento 930 W/m²
- Construcción pesada: 12-14 cm rendimiento 700 W/m²
Mayor grosor de paredes y mayor peso
La capacidad de irradiar calor siempre es menor al principio y al final de cada ciclo de combustión, y hay una relación directa entre los kg que pesa una estufa de inercia y la cantidad de horas que puede irradiar calor. A mayor grosor de paredes y mayor peso, la estufa es capaz de irradiar energía durante más horas.
Con todos estos datos volvemos a nuestro ejemplo de construcción:
Necesitamos una estufa para calentar una casa de 100 m², con aislante medio, situada en una zona climática media, con orientación sur:
100 x 45 x 1 x 0,90 = 4.050 W/m²/hora de necesidades de calor.
Es decir, necesitamos construir una estufa de inercia que pueda equilibrar las pérdidas de calor de la vivienda.
Sabiendo que vamos a construir una estufa de doble pared con 14 cm de grosor podemos saber el tamaño aproximado de nuestra estufa: 4.050w/700w/m² = 5,8 m² radiantes.
Debido a que la vivienda estudiada tiene una altura media de 4 m, vamos a dimensionar la estufa un poco más grande para que pueda calentar todo el espacio. Por ello le vamos a añadir 1 m² de superficie radiante, se necesitarán 6,8 m² radiantes.
Nuestra estufa va a tener las siguientes medidas: 200 x 100 x 70 cm (alto-frente-fondo) para tener aproximadamente los m² radiantes, es decir: 6,8 m² (la parte superior no cuenta como superficie radiante).
Este tamaño es típico de una estufa rusa de doble campana. La gran mayoría de estufas de inercia tienen su máxima dimensión en vertical, es decir, se hacen altas debido, por una parte, al aprovechamiento del espacio y por otra a una mejor distribución de los rayos por infrarrojos hacia toda la vivienda.
Tamaño de la cámara de combustión
Se considera que la cantidad de carga de leña de una cámara de combustión es, aproximadamente, de 110 cm² de suelo por cada 1 kg de leña.
De igual manera suele haber una relación entre el tamaño de la cámara de combustión y el tamaño de la estufa, aunque no es aplicable a todos los sistemas de construcción y al hecho de que exista un aire primario y otro secundario en dicha cámara de combustión. En este último caso la relación puede ser de 1 m² de superficie de estufa por cada 300 cm² de cámara de combustión.
La altura de la cámara de combustión tiene que ser la mayor de sus 3 medidas, y es prudente darle al menos 90-100 cm de altura incluyendo la parte superior de la cámara o cámara de postcombustión. En algunos lugares también la llaman cámara de doble combustión.
Pirólisis
La pirólisis o descomposición química de la leña por el calor, va a tener lugar en la cámara de combustión gracias a la ayuda del oxígeno que llega a través del aire primario. Y gracias al aporte extra de oxígeno de un aire secundario precalentado, vamos a poder quemar los gases resultantes del proceso de pirólisis en la cámara de postcombustión o doble combustión. La unión entre las 2 cámaras se hace a través de un estrechamiento que aumenta la velocidad, turbulencias y temperatura. Este diseño hace que el calor aumente lo suficiente para empezar a quemar el CO2 y, además, quedar almacenado en la estructura de mampostería.
Si las medidas de nuestra cámara de combustión van a ser de 38 x 44 cm = 1.672 cm² y lo dividimos por 110, podremos poner unos 15 kg de leña de densidad media, por ejemplo, de roble, fresno, eucalipto, etc. Si las demandas de calor de la casa son superiores a las aportadas por esos 15 kg de leña debemos cargar la estufa con más leña en una segunda combustión. Sin embargo, debemos tener en cuenta que los sistemas de calefacción se diseñan en función de los días más fríos del invierno, y que existen muchos días al principio y al final del invierno en los que puede ser necesario un aporte de energía menor (y, en consecuencia, de leña) que aquellos días mas fríos para los que ha sido diseñada la estufa de inercia térmica.
Diferentes tipos de funcionamiento de estufas
Inicialmente, y basándonos en su funcionamiento natural, podemos dividir en 2 grupos los diferentes tipos de estufas de inercia:
Movimiento Forzado de Gases
Es el tipo más conocido. Su funcionamiento físico se basa en un calentamiento del aire de la chimenea de salida, que al subir forma una depresión que tira del humo de la combustión forzándolo a subir hacia la salida. Es un movimiento de succión. La chimenea se convierte en el motor de la estufa. En las estufas de inercia térmica este calor se mueve a través de canales y cámaras. Las estufas de hierro y la gran mayoría de las estufas de inercia térmica (finlandesas, austriacas, suecas, etc.) se basan en este principio físico.
Movimiento Libre de Gases
Aunque menos conocido, por ser nuevo en su uso y desarrollo, este tipo de estufas cuentan con un gran avance técnico y una gran acogida social. Su funcionamiento físico se basa en un sistema de campanas (normalmente 2, aunque pueden ser más) donde el humo entra por una abertura situada en la parte inferior de la campana, se estratifica libremente por temperatura y sale por otro conducto situado en el otro extremo en la parte inferior. El humo más caliente de la parte superior de la campana empuja al humo un poco más frío a salir de la misma por la abertura. Hay un movimiento de empuje. Las estufas rusas o las llamadas Double Bell Heater (estufas de doble campana) se basan en ello. El tiro de la chimenea sigue siendo importante, pero no tanto como en el otro grupo.
En este artículo vamos a hacer un breve resumen del proceso de diseño y un ejemplo de construcción de una típica estufa de inercia térmica de doble campana con pared doble.
*Fernando Araujo Romero, constructor y distribuidor de estufas de inercia térmica. Formado en Rusia, Estados Unidos, Polonia, Italia y España en la construcción de estufas de inercia, técnicas, funcionamiento y estéticas diferentes, de acuerdo al sistema de cada tipo de estufa. Dirige la empresa Llama Viva.
Artículo publicado en la revista EcoHabitar en el nº 68 en invierno de 2021. Puedes adquirir un ejemplar en papel aquí.
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