Una estufa de leña (o estufa de leña o estufa de leña en el Reino Unido) es un aparato de calefacción o cocina capaz de quemar combustible de madera , a menudo llamado combustible sólido, y combustible de biomasa derivado de la madera , como ladrillos de aserrín. Generalmente, el aparato consta de una cámara de combustión cerrada de metal sólido (generalmente hierro fundido o acero ), a menudo revestida con ladrillos refractarios , y uno o más controles de aire (que pueden operarse manual o automáticamente según la estufa). La primera estufa de leña se patentó en Estrasburgo en 1557. Esto fue dos siglos antes de la Revolución Industrial , por lo que el hierro todavía era prohibitivamente caro. Las primeras estufas de leña eran artículos de consumo de alta gama y sólo gradualmente se empezaron a utilizar de forma generalizada. [1] [un]
La estufa está conectada mediante un tubo de ventilación a un conducto de humos adecuado , que se llenará de gases de combustión calientes una vez que se encienda el combustible. La chimenea o los gases de combustión deben estar más calientes que la temperatura exterior para garantizar que los gases de combustión salgan de la cámara de combustión y suban por la chimenea.
Las estufas de leña pueden triplicar el nivel de contaminación dañina del aire interior . [2] En la década de 2010, 61.000 muertes prematuras fueron atribuibles anualmente a la contaminación del aire ambiente procedente de la calefacción residencial con madera y carbón en Europa, con 10.000 muertes adicionales atribuibles en América del Norte. [3] El uso de estufas de leña en África está asociado con un gran número de muertes cada año, aproximadamente 463.000. [4] Este elevado número de muertes se debe a la inhalación de humos tóxicos emitidos por estufas mal ventiladas y que contienen sustancias nocivas para la salud. Además, la dependencia de la madera como fuente de energía también contribuye a la deforestación y al cambio climático , aunque las emisiones de CO 2 de los combustibles derivados de la madera son las mismas que las emisiones de la descomposición natural.
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Mantener el flujo de aire correcto a través de una estufa de leña es esencial para el funcionamiento seguro y eficiente de la estufa. Es necesario que entre aire fresco a la cámara de combustión para proporcionar oxígeno al fuego; A medida que arde el fuego, se debe permitir que el humo suba a través del tubo de la estufa, creando una presión negativa en la cámara de combustión y saliendo por la chimenea. Para regular el flujo de aire, puede haber dispositivos de compuerta integrados en la estufa, la chimenea y los tubos de la estufa, y generalmente hay un ajuste de entrada de aire para regular la combustión.
Al abrir o cerrar las compuertas , se puede aumentar o disminuir el flujo de aire, lo que puede avivar el fuego en la cámara de combustión o "apagarlo" restringiendo el flujo de aire y reduciendo las llamas. Por lo general, se puede acceder a las compuertas girando perillas o manijas adheridas a la compuerta. Algunas estufas ajustan su propio flujo de aire mediante dispositivos termostáticos mecánicos o electrónicos.
Las mayores eficiencias de calefacción en aparatos cerrados se pueden lograr controlando los distintos suministros de aire a la estufa (operando los controles de aire correctamente). En las estufas modernas, los manuales del propietario proporcionan procedimientos documentados. Los controles de aire completamente abiertos pueden hacer que se envíe más calor directamente hacia la chimenea en lugar de hacia la habitación (lo que reduce la eficiencia). El mayor problema al dejar los controles de aire completamente abiertos en muchas estufas es el "sobrecalentamiento". El sobrecalentamiento se produce cuando se genera demasiado calor dentro de la cámara de fuego, lo que provocará deformaciones, deformaciones y daños generales a la estufa y sus componentes internos. Diferentes estufas tienen diferentes números y tipos de controles de aire. En los últimos años se han desarrollado modelos más eficientes que emplean cámaras de combustión catalíticas para quemar las partículas y los gases restantes dentro del humo antes de que salga por la chimenea, lo que da como resultado una mayor producción de calor, tiempos de combustión más prolongados y menos efectos nocivos para el medio ambiente.
Las técnicas de construcción modernas han creado casas más herméticas, lo que ha obligado a muchos fabricantes de estufas a diseñar sus estufas para permitir entradas de aire exterior. El aire exterior puede mejorar la eficiencia general de la estufa como calentador al extraer aire de combustión frío directamente del exterior en lugar de extraer aire precalentado de la habitación en la que se encuentra la estufa. Muchas estufas modernas pueden usar opcionalmente una entrada de aire exterior. Muchos fabricantes suministran las piezas necesarias en forma de kit (un kit de aire exterior u OAK). Al considerar un kit de aire exterior, es importante saber que el aire debe entrar por debajo del nivel de la estufa. Por ejemplo, es posible que una estufa del sótano no utilice de manera segura un kit de aire exterior. Esto es para evitar una inversión de la ventilación en la que los gases de combustión muy calientes se expulsan a través de una tubería de entrada de aire (generalmente de PVC), lo que podría provocar un incendio en la estructura y/o la liberación de gases de combustión calientes en la estructura.
La leña suele medirse y comercializarse por volumen o masa. En los países de habla inglesa, no completamente métrico, a menudo se mide en cuerdas . Un cordón frontal mide 4' x 8' x la longitud del tronco (generalmente de 16 a 18 pulgadas). Un cable completo mide 4'x4'x8'. Al comprar, cortar o recolectar leña, es bueno tener en cuenta la diferencia entre madera dura y madera blanda . Tanto la madera dura como la blanda tienen contenidos energéticos similares en masa, pero no en volumen. En otras palabras, un trozo de madera dura normalmente sería más pesado y tendría más energía disponible que un trozo de madera blanda del mismo tamaño. Las maderas duras, derivadas de árboles como el roble y el fresno, pueden quemarse a un ritmo más lento, lo que da como resultado una producción sostenida. Muchas maderas blandas se derivan de coníferas , que crecen rápidamente y pueden arder a un ritmo más rápido. Ésta es una de las razones por las que los pellets de madera blanda (para estufas de pellets) son populares.
La principal ventaja de las maderas duras es que tienden a contener más energía potencial que el mismo volumen de una madera blanda, lo que aumenta la cantidad de calor potencial que se puede acumular en una sola carga de estufa. La madera dura tiende a formar y mantener un lecho de brasas, que liberan menores cantidades de calor durante mucho tiempo. Las maderas duras son ideales para quemaduras largas y bajas, especialmente en estufas con poca capacidad para mantener una combustión baja, o en climas templados cuando no se requiere una alta producción de calor.
Las maderas blandas, por el contrario, tienden a arder rápidamente y con poco carbón. Es posible que dejen menos cenizas que las maderas duras. Las maderas blandas son ideales para quemaduras rápidas y calientes. Producen un calor excelente y no llenan la estufa de carbón, un problema frecuente para quienes presionan con fuerza sus estufas de leña para sacarles el máximo calor posible.
No todas las maderas duras tienen un mayor contenido de energía potencial que todas las maderas blandas. La madera varía según la especie e incluso según los árboles individuales (un árbol con muchos años de crecimiento lento tendrá un mayor contenido de BTU que un árbol de la misma especie y del mismo tamaño que un árbol con algunos años de crecimiento rápido). El naranja osage , también conocido como seto, es quizás la madera con mayor BTU común en América del Norte.
Muchas maderas blandas se secarán mucho más rápidamente que muchas maderas duras. Por ejemplo, el pino que ha sido cortado, partido, apilado y cubierto generalmente estará listo para quemarse en un año; Se puede esperar que el roble tarde tres años en las mismas condiciones.
A menudo se dice que es peligroso quemar madera blanda porque genera creosota más peligrosa que la madera dura. Este mito está muy extendido en el noreste de América del Norte, donde ambos tipos de madera se encuentran comúnmente disponibles. No es común en el noroeste, donde la mayoría de los quemadores de leña a tiempo completo queman exclusivamente pinos y abetos.
Es posible que este mito se haya originado en estufas y chimeneas antiguas. Estos aparatos no requerían madera curada y con frecuencia no la recibían. Como resultado, a menudo experimentaban temperaturas de combustión muy bajas, generalmente en conductos que no estaban aislados como lo están los conductos de humos modernos. La combinación de bajas temperaturas en la cámara de combustión debido al alto contenido de humedad en la madera y bajas temperaturas de combustión debido a la falta de aislamiento condujeron a altos niveles de acumulación de creosota. Quemar una madera que emite muchas chispas (como el pino) en una chimenea o estufa antigua hará que las chispas vayan directamente al conducto de humos, lo que puede provocar un incendio peligroso en la chimenea si el conducto de humos está recubierto de creosota.
Las estufas modernas que funcionan correctamente no provocan este alto nivel de acumulación de creosota. Si bien las diferentes especies de madera contienen niveles variables de compuestos orgánicos volátiles , la diferencia es intrascendente ya que todas las maderas producen creosota que se acumula si se quema incorrectamente. Las maderas denominadas peligrosas, como el pino, son de hecho más seguras que las maderas como el roble, ya que se queman más calientes y, por lo tanto, ayudan a mantener altas las temperaturas de combustión, y su rápido secado ayudará a garantizar que los quemadores de leña novatos quemen madera razonablemente seca.
La madera seca produce más calor utilizable que la madera húmeda, ya que la energía no se utiliza para evaporar el agua de la madera antes de que pueda arder. La madera recién cortada (conocida como madera verde) tiene un alto contenido de humedad. Las diferentes especies de madera tienen diferentes contenidos de humedad, que también varían de un árbol a otro. La quema de combustible, que es principalmente agua, utiliza gran parte de la energía de la combustión para evaporar el agua. Esto da como resultado bajas temperaturas en la cámara de combustión y bajas temperaturas de combustión.
La leña con un contenido de humedad inferior al 20 por ciento en peso puede quemarse eficientemente. Este es el contenido de humedad "libre" absorbido en las fibras de la madera y no incluye el contenido de hidrógeno y oxígeno unidos químicamente. El contenido de humedad se puede reducir mediante el secado al aire libre ("condimento"), durante un período de varios meses en clima de verano. Los hornos que funcionan con energía solar o que funcionan con combustible pueden acelerar el proceso de secado. [5]
El proceso más común para eliminar el exceso de humedad se llama condimento . El secado de la madera al aire libre puede llevar tres años o más. La madera se seca en estructuras cubiertas al aire libre y bien ventiladas o en un horno.
Toda la madera liberará vapores de creosota cuando se queme. Las estufas modernas quemarán los vapores, ya sea mediante combustión secundaria directa o mediante un catalizador . Muy poca creosota, si es que hay alguna, escapará de la combustión secundaria de una estufa moderna que funcione correctamente.
La creosota que se escapa puede no ser dañina si sale de la madera en forma gaseosa. No se condensará en superficies a temperaturas superiores a 250 grados Fahrenheit (121 °C). Los conductos de humos modernos están aislados para ayudar a garantizar que no caigan por debajo de esta temperatura durante el funcionamiento normal de la estufa. La acumulación de creosota puede ser peligrosa, ya que es inflamable y arde caliente. Si un conducto de humos se recubre con creosota y se enciende, tal vez por una chispa que sube por el conducto de humos, puede provocar un incendio grave en la chimenea que puede provocar un incendio en la estructura. Esto se puede evitar utilizando estufas y conductos de humos modernos, quemando leña seca, manteniendo los fuegos lo suficientemente calientes como para mantener temperaturas de al menos 250 grados F (121 °C) en la parte superior del conducto de humos y limpiando adecuadamente la chimenea según sea necesario.
Los diseños de estufas multicombustibles son comunes en Europa . Queman únicamente combustibles sólidos, incluida madera , pellets de madera , carbón y turba . Normalmente están hechos de acero o hierro fundido. Algunos modelos también son estufas-caldera, con un tanque de agua adjunto para proporcionar agua caliente, y también se pueden conectar a radiadores para agregar calor a la casa, aunque generalmente no son tan eficientes como una caldera de leña.
También hay modelos de estufas que pueden cambiar de leña a petróleo o gas que se instalan en la casa para suministrar calor a una caldera de agua separada. [6] Las estufas que se convierten fácilmente a petróleo o gas además de combustible de madera se han fabricado en América del Norte y Europa desde principios del siglo XX, y todavía se fabrican. En algunos modelos, el petróleo o el gas pueden alimentar la estufa a través de una conexión de tubería que conduce a un "quemador de olla" en la parte trasera del compartimiento para leña de la estufa.
Las estufas multicombustibles son versátiles, pero generalmente funcionan mal en comparación con una estufa diseñada para quemar un combustible específico lo mejor posible.
Las estufas de leña modernas tienen universalmente algún método de combustión secundaria para quemar gases no quemados para mejorar considerablemente la eficiencia y las emisiones. Un método común es mediante un catalizador.
Una estufa de leña catalítica volverá a quemar los gases de la cámara de combustión en un catalizador: una matriz de acero o cerámica recubierta con un catalizador que permite la combustión de estos gases a temperaturas mucho más bajas de lo que normalmente sería posible. Esta es la razón por la que entre las estufas modernas, los modelos catalíticos tienden a ser mucho mejores para lograr una producción de calor baja y uniforme, lo cual es deseable en climas más cálidos.
Las estufas de leña modernas no catalíticas también requeman los gases de la cámara de combustión, pero requieren una temperatura mucho más alta para la combustión secundaria. No se requiere catalizador. Estos modelos pierden una gran cantidad de eficiencia a bajas velocidades de combustión, ya que no pueden mantener la combustión secundaria, pero pueden ser muy eficientes a temperaturas más altas cuando eso entra en vigor.
También existen estufas híbridas que emplean combustión secundaria tanto catalítica como no catalítica.
Todavía existen estufas que no emplean ninguna combustión secundaria, pero son notablemente menos eficientes y más contaminantes, ya que los productos no quemados salen por la chimenea.
En una estufa convencional, cuando se añade leña a un fuego caliente, comienza un proceso de pirólisis o destilación destructiva. Se desprenden gases (o volátiles ) que se queman encima del combustible sólido. Estos son los dos procesos distintos que ocurren en la mayoría de los aparatos de combustible sólido. En las estufas obsoletas sin combustión secundaria, era necesario admitir aire tanto por debajo como por encima del combustible para intentar aumentar la combustión y la eficiencia. En la práctica era difícil conseguir el equilibrio correcto y muchas estufas de leña obsoletas sólo admitían aire por encima del combustible para simplificar. A menudo, los volátiles no se quemaban por completo, lo que provocaba pérdida de energía, alquitrán de las chimeneas y contaminación atmosférica.
Para superar esto, se desarrolló la estufa de pirolización. Los dos procesos se llevan a cabo en partes separadas de la estufa con suministros de aire controlados por separado. La mayoría de las estufas diseñadas para quemar pellets de madera entran en esta categoría.
La mayoría de las estufas de pirolización regulan tanto el suministro de combustible como de aire, en lugar de controlar la combustión de una masa de combustible mediante una simple regulación del aire como en las estufas tradicionales.
El combustible granulado normalmente se introduce en la cámara de pirolización con un transportador de tornillo . Esto conduce a una combustión mejor y más eficiente del combustible.
La tecnología no es realmente nueva; Se ha utilizado durante décadas en calderas industriales de carbón destinadas a quemar carbón con un alto contenido volátil.
El flujo de aire y la ventilación correctos también son fundamentales para una quema de leña eficiente y segura. Los requisitos específicos serán establecidos por el fabricante de la estufa. Los requisitos legales para nuevas instalaciones en el Reino Unido se pueden encontrar en el Documento aprobado sobre normas de construcción J, Sección 2, Tabla 1 "Suministro de aire a aparatos de combustible sólido". [7]
El funcionamiento seguro de una estufa de leña requiere un mantenimiento regular, como vaciar los ceniceros (contenedores) debajo de la parrilla de leña. También es necesaria una limpieza rutinaria de los tubos de la estufa y de la chimenea para evitar incendios en la chimenea . La creosota y el hollín se acumulan gradualmente en tubos de estufas y chimeneas. Esto podría dañar la chimenea y propagar el fuego a la estructura circundante, especialmente al techo. Cuando el hollín bloquea el flujo de aire a través de los tubos de la estufa o la chimenea, se puede acumular humo en los tubos de la estufa y en la casa.
El principio básico de controlar la combustión reduciendo el suministro de aire significa que muy a menudo hay una zona/condiciones de reducción dentro de la estufa. Esto significa que el dióxido de carbono a menudo se "reduce" a monóxido de carbono , que es altamente venenoso y no se debe permitir que entre en el hogar. Esto puede ocurrir si la estufa o la chimenea no se han limpiado o no hay suficiente ventilación. Los detectores o alarmas de monóxido de carbono siempre deben instalarse de acuerdo con las recomendaciones del fabricante cuando se utiliza una estufa de leña. No todos los detectores de humo detectan monóxido de carbono.
Nunca se deben agregar aceleradores de combustible como carbón, grasa, aceite, gasolina , queroseno , plásticos, etc., a la leña en una estufa de leña, ya que las llamas producidas pueden abrumar fácilmente el compartimiento de leña y los tubos de la estufa y crear un incendio en la casa. .
Según la Ley de Aire Limpio del Reino Unido , las autoridades locales pueden declarar la totalidad o parte del distrito de la autoridad como área de control de humo. Es un delito emitir humo desde la chimenea de un edificio, desde un horno o desde cualquier caldera fija si está ubicada en un área designada para el control de humos. También es un delito adquirir un "combustible no autorizado" para su uso dentro de un área de control de humo a menos que se use en un aparato "exento" ("exento" de los controles que generalmente se aplican en el área de control de humo). El nivel máximo actual de multa es de £1.000 por cada infracción.
Para cumplir con la Ley de Aire Limpio en las "áreas de control de humo", se debe utilizar un electrodoméstico o combustible exento. [8]
La Ley de Aire Limpio de los Estados Unidos exige que las estufas de leña estén certificadas por la Agencia de Protección Ambiental (EPA).
Sin embargo, la EPA no tenía límites de emisiones obligatorios para estufas de pellets, calderas de leña interiores o exteriores, estufas de mampostería y ciertos tipos de estufas de leña que están exentas de la regulación de la EPA. La EPA desarrolló nuevas regulaciones que comenzaron a entrar en vigor en 2015, estableciendo límites de emisiones obligatorios para casi todos los aparatos de leña (las chimeneas, chimeneas y algunos otros aparatos especiales seguirán estando exentos). [9]
En 2019, el límite obligatorio de emisión de humo de la EPA para estufas de leña fue de 4,5 gramos de humo por hora (g/h) según el Paso 1 de los estándares revisados de rendimiento para calentadores de ambiente a leña. [10] [11] El estado de Washington también ha tenido requisitos de un máximo de 4,5 gramos por hora.
El 15 de mayo de 2020 [ necesita actualización ] , el estándar para el humo se reducirá a 2,0 g/h. Los calentadores que utilizan el método de prueba de leña opcional deben cumplir con un estándar de 2,5 g/h. [10]
En algunos lugares, como el Caribe, Centroamérica y Sudamérica, muchas casas cuentan con estufas de leña que se utilizan en el interior sin ningún medio de ventilación adecuada. El humo permanece en la casa, donde los residentes lo respiran, perjudicando su salud. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), casi dos millones de personas mueren cada año a causa de la contaminación del aire interior causada por cocinar a fuego abierto, en su mayoría mujeres y niños. La tala de grandes cantidades de leña también pone en peligro los bosques y ecosistemas locales. [12]
Organizaciones no gubernamentales (ONG) como Rotary International están ayudando activamente a los propietarios de viviendas a construir estufas de leña más seguras y que ahorren menos combustible. Un diseño se llama estufa Justa, estufa Just, Ecostove o La Estufa Justa. Las estufas Justa están hechas de materiales como adobe , cemento y piedra pómez , con chimeneas. También se están introduciendo en estas comunidades otros tipos de estufas de leña, como las estufas tipo cohete y las estufas de paja . Una estufa cohete ahorra hasta un 30% más de combustible que una estufa Justa, pero una estufa cohete portátil pequeña (para cocinar) no tiene chimenea y es apta solo para uso en exteriores. Las estufas tipo cohete más grandes se conectan a la chimenea o al tubo de escape de humos. La estufa de heno es otra estufa de leña para exteriores. Las estufas Haybox utilizan paja, lana o espuma como aislante, lo que reduce el uso de combustible hasta en un 70%. [13] [14]
Italia es uno de los mayores mercados de estufas de pellets de Europa, ya que alrededor del 30% de todos los hogares utilizan leña para calentarse. Esto significa que alrededor de 5 millones de hogares tienen una estufa o cocina de leña. [ cita necesaria ]
En el Reino Unido , la quema doméstica de leña se ha convertido en la mayor fuente de contaminación del aire por partículas pequeñas. [15]
1557: Se concede la primera patente para una estufa de leña en Estrasburgo.
1557: Se concede la primera patente para una estufa de leña en Estrasburgo.
