Un calentador de masa de cohete ( RMH ), también conocido como calentador de masa de estufa de cohete , es una forma de sistema de calefacción radiante de liberación lenta , diseñado principalmente para calentar a las personas y, en segundo lugar, para calentar las áreas en la línea de visión a su alrededor. Las variaciones de RMH también se pueden extender para las funciones de cocinar , calentar agua y producir aire caliente para su distribución. [1]
Los calentadores de masa de cohetes se desarrollaron a partir de estufas de cohetes , un tipo de estufa de leña , y calentadores de mampostería . Un diseño primario de un calentador de masa de cohetes consiste en una cámara de combustión aislada donde el combustible se quema con alta eficiencia a alta temperatura, y una gran masa térmica en contacto con los gases de escape , que absorbe la mayor parte del calor generado antes de que los gases se liberen a la atmósfera . [2] Según anécdotas, un calentador de masa de cohetes podría reducir el consumo de combustible en un 80-90% en comparación con las estufas "convencionales". [3] [4]
A diferencia de las estufas y chimeneas de leña convencionales , en un calentador de masa de cohete, la combustión está casi completa. En un calentador de masa de cohete, los subproductos de la combustión, como el humo , el hollín y los compuestos de creosota , son succionados hacia el túnel aislado de la unidad, donde algunos [¿ quiénes? ] afirman que se queman aún más, liberando aún más energía térmica para impulsar el proceso del cohete, a diferencia de un fuego normal, donde son expulsados por la chimenea . [5]
La palabra cohete se adoptó de la estufa cohete desarrollada por Aprovecho para cocinar, descrita en 1982. [6] La masa se refiere a la masa de mampostería donde se almacena el calor. [1] Los calentadores de mampostería se han utilizado desde tiempos prehistóricos y han evolucionado en varios diseños en Europa, Rusia y China. El principio clave es la incorporación de una gran masa térmica construida de mampostería que absorbe el calor de los productos de combustión que se expulsan y que se dirigen en un camino sinuoso a través de canales incrustados en la mampostería. [7]
El primer prototipo se construyó en la década de 1980. Aunque en cierto sentido son simplemente una variación de un calentador de mampostería, la mayoría de los calentadores de masa de cohete se distinguen por producir calor radiante inmediato (a partir del barril de "combustión" de metal), por estar construidos con materiales mucho más baratos (generalmente una masa de adobe, un tambor de acero de 55 galones y una pequeña caja de fuego de ladrillo) y por requerir una base menos robusta para su construcción, ya que el peso de un calentador de masa de cohete se distribuye sobre un área más grande. [7]
Existen varios tipos de calentadores de masa de cohetes, según su diseño. En todos los diseños, una chimenea interna aislada , denominada "tubo ascendente de calor", produce una combustión eficiente a alta temperatura que crea suficiente corriente de aire para empujar los gases de escape a través del resto del sistema. Los gases de combustión se enfrían a una temperatura relativamente baja dentro del depósito térmico, aproximadamente a 50 °C (122 °F). En algunos diseños, el vapor dentro de estos gases se condensa en líquido , liberando el calor latente asociado de condensación, lo que aumenta aún más la eficiencia, como en una caldera de condensación (a gas) .
En la forma más antigua y popular, la madera se introduce por gravedad en un tubo de combustión en forma de "J", desde donde los gases calientes entran en una cámara de combustión secundaria vertical de ladrillo refractario o cerámica bien aislada , cuyo humo pasa a continuación por un conducto metálico horizontal incrustado en un enorme depósito térmico . El depósito térmico es lo suficientemente grande como para retener el calor durante muchas horas y puede formar parte de la estructura del edificio. Se pueden utilizar con edificios naturales y en diseños de permacultura ; donde normalmente son autoconstruidos y están reconocidos por muchos (pero no todos) los códigos de construcción que regulan el diseño y la construcción de sistemas de calefacción en el interior de los edificios. [5]
Los desarrollos alternativos más recientes han instituido una caja de fuego horizontal alimentada por lotes llamada "caja de lotes", que alimenta el tubo de calor vertical o la cámara de combustión secundaria. En comparación con un RMH de estilo J-tube convencional, un RMH de estilo caja de lotes se puede cargar con más madera a la vez para que pueda funcionar por sí solo durante un período de tiempo más largo. El flujo del conducto horizontal a través de la masa se puede reemplazar por una "campana" pesada de sección transversal más grande donde los gases calientes se ralentizan y se estratifican, donde los gases enfriados salen cerca del fondo como en algunos calentadores de mampostería. [8] Para permitir un flujo de aire adecuado, el puerto vertical en la parte posterior de la caja nunca debe bloquearse. En comparación con el RMH de estilo J-tube, puede llevar más tiempo construir un RMH de estilo caja de lotes. [9]
El tubo ascendente de calor de un calentador de masa de cohete estilo cob está hecho de cob , que es una mezcla de arcilla y arena reforzada con paja. [10] Debido a la conductividad térmica relativamente baja , una masa que consiste en cob puede absorber calor y retenerlo durante un período más largo. [11]
Inventado por Paul Wheaton en 2010, un calentador de masa de cohete de estilo guijarro utiliza guijarros y rocas para facilitar su masa térmica. [12] En comparación con los calentadores de masa de cohete de estilo cob, los calentadores de estilo guijarro pesan menos, lo que permite moverlos y modificarlos fácilmente. El diseño liviano también los hace más adecuados para instalarlos en lugares que tienen piso de madera . Un núcleo de guijarros también proporciona un aspecto estético diferente en comparación con el cob. [13]
Los distintos tipos de calentadores de masa de cohetes se fabrican con distintos componentes y materiales para fines específicos. Todos los tipos de calentadores de masa de cohetes tienen tres componentes principales, denominados alimentación de madera , tubo ascendente de calor y masa de intercambio de calor . Según el diseño, un calentador de masa de cohetes puede tener una arquitectura diferente dentro de estos componentes y también puede contener varios otros componentes diseñados para diferentes propósitos. [1]
El alimentador de madera es la abertura por la que la madera y el aire entran al sistema. En un diseño de tubo en J, el alimentador de madera es una abertura pequeña y estrecha que recibe madera en una orientación vertical. [1] Un alimentador de madera está diseñado de manera que cuando se insertan palitos de madera en el alimentador, solo se quema el extremo inferior de los palitos. Debido a la dirección del flujo de aire , el fuego arde de lado, hacia la cámara de combustión y el tubo ascendente de calor. La dirección horizontal del fuego evita que el humo escape del alimentador de madera al medio ambiente. A medida que se quema la parte inferior de los palitos de madera, se los empuja lentamente hacia el alimentador. [14] El alimentador de madera en un calentador de masa de cohetes de estilo de caja de lotes permite cargar más madera al mismo tiempo. [8]
El tubo de calor es un canal vertical aislado que atrae las llamas hacia arriba y alimenta el resto de la caja de fuego. El tubo de calor debe estar aislado para ayudar a mantener las llamas a altas temperaturas para una combustión completa. [15] La baja conductividad térmica del material de aislamiento permite que la temperatura se acumule dentro del tubo de calor a altas temperaturas. Cuando los gases calientes llegan al barril que los encierra, emiten una cantidad significativamente mayor de calor, lo que enfría el aire caliente a una temperatura relativamente más baja. Este flujo provoca una fuerte corriente convectiva dentro del tubo de calor, que crea un flujo de aire hacia adelante que ayuda a que la madera se queme de lado en la alimentación de madera. [14]
El barril que encierra el tubo de calor es típicamente de 0,2 m3 y sirve como fuente de calor por radiación para el espacio, y cuya parte superior también puede servir como superficie de cocción. Para permitir corrientes convectivas eficientes, el barril debe estar hecho de acero o materiales con mayor conductividad térmica. [7]
La masa térmica que encierra el conducto de escape y absorbe el calor de los gases de combustión calientes es la interfaz que irradia calor al medio ambiente. Puede estar hecha de adobe , rocas, arena o guijarros. La masa térmica a menudo se esculpe en un banco que puede convertirse en un elemento arquitectónico de la casa. [11]
Un calentador de masas de cohetes se alimenta con el calor de la combustión de la madera insertada en el alimentador de madera en orientación vertical. [1] Para iniciar el proceso de combustión, se debe prender fuego al extremo inferior del haz de madera. El fuego solo puede arder de lado en dirección al tubo de calor, ya que el tubo aislado que conecta el alimentador de madera con el tubo de calor es el único camino disponible para el flujo de aire. [14]
Cuando el fuego llega al tubo de calor, el diseño del tubo en J desvía las llamas hacia arriba, hacia la cámara de combustión altamente aislada, lo que permite que la energía térmica se acumule y genere gases a alta temperatura. La temperatura más alta también permite la combustión completa del combustible de madera. [7] Cuando el aire caliente entra en contacto con el barril que lo encierra, la alta conductividad térmica del barril absorbe una cantidad significativa de calor del gas. Debido a que el barril tiene una alta tasa de pérdida de calor, calienta rápidamente la habitación. [7]
Los gases de escape restantes, que consisten principalmente en dióxido de carbono y vapor, salen lateralmente a través de un conducto serpenteante a través de la masa de intercambio de calor, cediendo gran parte de su calor en el proceso. [3] El calor absorbido por la masa de intercambio de calor almacena esa energía y la irradia lentamente hacia el entorno circundante. [11] [16]
