Un calentador de mampostería (también llamado estufa de mampostería ) es un dispositivo para calentar un espacio interior a través de calefacción radiante , capturando el calor de la quema periódica de combustible (generalmente madera ) y luego irradiando el calor a una temperatura bastante constante durante un período prolongado. Los calentadores de mampostería cubiertos de baldosas se llaman Kachelofen (también estufas de baldosas o estufas de cerámica ). La tecnología ha existido en diferentes formas, desde los períodos neoglacial y neolítico . Las excavaciones arqueológicas han revelado excavaciones de habitantes antiguos que utilizaban humo caliente de los fuegos en sus viviendas subterráneas, para irradiarlo a los espacios habitables. Estas formas tempranas eventualmente evolucionaron hasta convertirse en sistemas modernos.
La evidencia encontrada del 5000 a. C. de bloques masivos [ cita requerida ] de mampostería utilizados para retener el calor presagiaba formas tempranas de hogares de fuego que se usaban como fuentes de calor multifuncionales. Evoluciones posteriores llegaron con el hipocausto romano y la estufa de leña austro-alemana ( kachelofen , literalmente 'horno de tejas', o steinofen , 'horno de piedra'), que usaban el humo y los gases de escape de un solo fuego. En Europa del Este y del Norte y el norte de Asia, estas estufas evolucionaron en muchas formas y nombres diferentes: por ejemplo, la estufa rusa ( en ruso : Русская печь ), la estufa finlandesa (en finlandés: pystyuuni o kaakeliuuni , 'horno de tejas', o pönttöuuni , ' horno de tambor ' para la versión revestida de metal) y la estufa sueca (en sueco: kakelugn , 'estufa de tejas') asociada con Carl Johan Cronstedt. Los chinos desarrollaron el mismo principio en su estufa de cama Kang .
ASTM International define un calentador de mampostería como un "sistema de calefacción ventilado de construcción predominantemente de mampostería que tiene una masa de al menos 800 kg (1760 lb), excluyendo la chimenea y la base del calentador de mampostería. En particular, un calentador de mampostería está diseñado específicamente para capturar y almacenar una parte sustancial del calor de un incendio de combustible sólido en la masa del calentador de mampostería a través de canales de humos de intercambio de calor internos, para permitir que una carga de combustible sólido (mezclada con una cantidad adecuada de aire) se queme rápidamente y de manera más completa a altas temperaturas, con el fin de reducir la emisión de hidrocarburos no quemados, y debe construirse con una masa y una superficie suficientes para que, en condiciones normales de funcionamiento, la temperatura de la superficie externa del calentador de mampostería (excepto en la región que rodea inmediatamente la(s) puerta(s) de carga de combustible) no supere los 110 °C (230 °F)". [1]
Un calentador de mampostería está hecho de mampostería como ladrillo ( ladrillo refractario ), esteatita, baldosas, piedra, estuco o una combinación de materiales, en lugar de acero o hierro fundido. Por lo general, requiere un soporte especial para soportar su peso. Consiste en una caja de fuego y canales o particiones de intercambio de calor que proporcionan un área de superficie adicional. Estos absorben el calor de los gases de escape calientes antes de que los gases salgan por la chimenea . Cuando no se enciende, la conexión del calentador de mampostería a la chimenea a veces tiene un regulador para evitar que el calor se escape por la chimenea; luego, el calor se irradia desde la mampostería.
La mampostería tarda más en calentarse que el metal; sin embargo, una vez caliente, el calentador irradiará este calor durante un período de tiempo mucho más largo y a una temperatura mucho más baja que la que utilizaría una estufa de metal (el metal está caliente solo cuando hay fuego ardiendo dentro de la estufa y durante un breve período de tiempo después). Se pueden construir asientos e incluso camas junto a la estufa de mampostería; esto es posible porque las superficies exteriores del calentador están lo suficientemente frías como para tocarlas sin peligro. La característica de liberación lenta del calor puede hacer que un calentador de mampostería sea una opción más conveniente para calentar una casa que una estufa de leña de metal.
El estrés térmico es una preocupación importante durante la construcción de calentadores de mampostería. Las diferencias de temperatura dentro del núcleo de mampostería del calentador pueden provocar una expansión diferencial. Un albañil experto en calentadores sabe cómo prever esta tensión al diseñar y construir el calentador, evitando así que la expansión desigual provoque grietas en el exterior. Hay dos formas generales de abordar esta preocupación. Una es incorporar un espacio entre el núcleo interior del calentador y su "piel" exterior. La otra es construir un diseño más monolítico con aspectos de postensado para compensar mecánicamente la expansión y la contracción. [2] : 172
La velocidad con la que una estufa, de mampostería o de otro tipo, alcanza la temperatura adecuada está determinada por el espesor específico y las características de los materiales utilizados en su construcción. Los calentadores de metal muy sensibles se calientan más rápido y son buenos para ajustes más rápidos de la temperatura interior. Los calentadores menos sensibles tardan más en calentarse, pero son más adecuados para períodos prolongados de clima frío porque almacenan y proporcionan calor durante un período más largo. [2] : 131
El kachelofen (hornillo de leña) alemán es un calefactor doméstico relativamente grande, revestido de baldosas de cerámica, que existe desde hace al menos cinco siglos. Durante el Renacimiento en Alemania, los constructores de este tipo de estufas formaban parte de un oficio diferenciado y se los denominaba hafnermeister . [3] : 98
Un kachelofen utiliza un pasaje similar a un laberinto creado a partir de ladrillos refractarios para liberar lentamente los gases y el humo del fuego de leña, lo que permite que el ladrillo retenga la mayor cantidad posible de calor de los gases y el humo. La baldosa cerámica que rodea la estufa también actúa como aislante para retener el calor. Estas estufas fueron diseñadas cuidadosamente para que se escapara la mínima cantidad de calor, solo la necesaria para calentar el conducto de humos y mantener una corriente de aire adecuada. El ladrillo refractario utilizado en la construcción retiene un 80% más de calor que los metales ferrosos como el hierro fundido, mientras que su conductividad térmica es 1/45 de la del hierro o el acero. [3] : 98 Un kachelofen es lo suficientemente eficiente como para calentar una casa durante hasta 6 a 12 horas después de que el fuego haya dejado de arder. [3] : 100
La estufa rusa, otro calefactor típico de mampostería, surgió en Rusia en el siglo XV, después de que se añadiera el conducto de ladrillo a la tradicional chimenea de leña negra, que carecía de chimenea y ventilaba directamente a la habitación. La adición del conducto de humos permitió un mejor aprovechamiento del calor al pasar el humo y los gases a través del laberinto de ladrillos llamado kolenya ( коленья , 'rodillas' o 'curvas') antes de dejarlos pasar a la chimenea. La gran masa térmica de estas curvas capturaba el calor, liberándolo lentamente después. La estufa rusa típica es una gran masa de mampostería, generalmente cúbica, que suele pesar alrededor de 1 o 2 toneladas, construida en el centro de una cabaña de troncos tradicional , cubierta de estuco y cuidadosamente encalada. [ cita requerida ]
La mayoría de las estufas rusas consisten en un enorme hogar de ladrillo refractario , a menudo lo suficientemente grande como para que quepa en él un hombre adulto, con un conducto de humos que continúa hasta un intercambiador de calor en forma de laberinto construido con un ladrillo normal, normalmente con una estufa incorporada para cocinar, que a veces utilizaba una chimenea secundaria para cocinar rápidamente los alimentos sin calentar todo el conjunto; todo ello cubierto con una carcasa exterior de ladrillo, normalmente con un pedestal para la cocina y camas incorporadas en él. La estufa se construía normalmente junto a una de las paredes de la casa o, en las casas más grandes y de varias habitaciones, se colocaba en una de las paredes, en cuyo caso la habitación sin chimenea, y por tanto sin humo, pero calentada por el lado de ladrillo de la estufa, se llamaba svetlitsa ('la habitación clara') y se utilizaba como sala de estar, mientras que la otra se utilizaba como cocina. Los pequeños espacios que quedaban detrás de la estufa y bajo su base de troncos se llamaban zapechye ('detrás de la estufa') y podpechye ('debajo de la estufa'), y se utilizaban como almacenamiento seco y cálido.
Las estufas tradicionales finlandesas siguen de cerca el aspecto de la estufa sueca de tejas redondas, construida típicamente con ladrillos. A fines del siglo XIX, la idea de usar anillos de chapa metálica, en lugar de tejas, se popularizó en Finlandia. La primera mención del uso de metal para cubrir la estufa se puede encontrar en una solicitud de patente sueca [4] que data de 1878. La estufa revestida de metal no se popularizó en Suecia, pero se convirtió en el tipo de estufa de mampostería más popular en Finlandia. El metal generalmente se dejaba al descubierto y se construía con chapa galvanizada , también se podía pintar. La estufa de mampostería revestida de metal se conoce como pönttöuuni en finlandés y plåtugn en las regiones de habla sueca.
En la construcción se utilizó mortero de arcilla en lugar de cemento, la salida de la chimenea a menudo se colocaba en la base del calentador para que este pudiera mantenerse en pie por sí solo debido al movimiento por la expansión y contracción térmica. [4]
Entre las ventajas de cubrir el calentador con chapa metálica se encuentran la eliminación casi total de las fugas de humo en la habitación, lo que a su vez permite que el calentador se encienda con más frecuencia y a temperaturas más altas que su contraparte de baldosas, que podría desarrollar grietas y dejar escapar humo si se tratara de manera similar. La superficie de metal también era fácil de mantener limpia. Los anillos son reutilizables y, una vez que el calentador de mampostería se desgastaba, se podía derribar y reconstruir con ladrillos nuevos.
El pönttöuuni todavía se fabrica en Finlandia. Los avances modernos incluyen puertas de vidrio y la combustión secundaria de los gases de combustión mediante la introducción de aire fresco por encima de las llamas ayudan a cumplir con los estándares modernos. El calentador puede construirse con materiales diferentes a los ladrillos tradicionales. El ladrillo todavía se usa, pero en los calentadores modernos la propia cámara de combustión está hecha de ladrillos refractarios de alta temperatura, el resto del calentador está hecho de ladrillos más económicos. En los calentadores tradicionales, el interior de la cámara de combustión a menudo se cubría con mortero de arcilla para protegerlo.
Dado que los calentadores de mampostería arden con calor y rapidez, pueden aceptar cualquier tipo de madera seca y partida, generalmente de entre 8 y 13 cm (tres y cinco pulgadas) de diámetro. Estos calentadores a veces se encienden de manera efectiva utilizando pasto , paja y heno . Es común en Europa del Este modificar estos calentadores para que estén conectados a la red de gas y se alimenten con gas. Algunos modelos modernos incorporan elementos de calefacción eléctricos conectados a un termostato . La calefacción eléctrica es necesaria para evitar que el edificio sufra daños por congelación si se deja desatendido durante períodos prolongados durante el invierno.
Algunas estufas de mampostería modernas no tienen un exterior de baldosas de cerámica. En su lugar, los ladrillos refractarios están cubiertos por un tipo de yeso resistente al calor. Una puerta de vidrio permite ver el fuego encendido. Como en el pasado, una vez que se quema la leña, la masa calentada de la estufa continúa irradiando calor, pero los tamaños de los conductos de humos de las estufas de mampostería modernas están calculados con mayor precisión para proporcionar una mayor eficiencia y rendimiento y utilizar menos leña.
Algunos calentadores de mampostería modernos están hechos de esteatita , que tiene una retención de calor particularmente alta. En Finlandia también se utiliza roca de olivino .
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