La estufa Franklin es una chimenea revestida de metal que lleva el nombre de Benjamín Franklin , quien la inventó en 1742. [1] Tenía un deflector hueco cerca de la parte trasera (para transferir más calor del fuego al aire de la habitación) y dependía de un "invertido". "sifón" para atraer los vapores calientes del fuego alrededor del deflector. [2] Estaba destinado a producir más calor y menos humo que una chimenea abierta ordinaria, pero logró pocas ventas hasta que David Rittenhouse la mejoró . También se la conoce como "estufa de circulación" o "chimenea de Pensilvania".
Las dos características distintivas de la estufa de Franklin eran un deflector hueco (un panel metálico que dirigía el flujo de los humos del fuego) y un conducto de humos que actuaba como un sifón invertido .
Se utilizaron deflectores para alargar el camino que el aire de una habitación o los humos del incendio tenían que fluir a través de los conductos, permitiendo así que se transfiriera más calor a la temperatura del aire de la habitación o a los humos del fuego. Específicamente, se podrían instalar conductos dentro de la mampostería alrededor de un hogar; El aire frío de la habitación luego entraría por el extremo inferior de un conducto, sería calentado por las paredes calientes del conducto, ascendería y finalmente saldría por el extremo superior del conducto y regresaría a la habitación. Cuanto más largo fuera el camino por el que fluía el aire, más calor se transferiría del fuego al aire. Del mismo modo, cuanto más largo fuera el conducto por el que debían circular los humos del incendio antes de llegar a la chimenea, más calor se transferiría de los humos al aire de la habitación.
El uso de deflectores para extraer más calor del fuego y sus vapores no era nuevo. En 1618, Franz Kessler (c. 1580-1650) de Frankfurt-am-Main, Alemania, publicó Holzsparkunst ( El arte de ahorrar leña ), en el que se presentaba una estufa en la que los vapores de un incendio eran obligados a serpentear a través de cinco cámaras, una arriba. el otro, antes de entrar a la chimenea. [3] Kessler también documentó una estufa de calefacción cerrada que, como la estufa de Franklin, tenía un deflector directamente detrás del fuego, alargando así el camino que los vapores del fuego tenían que recorrer antes de llegar a la chimenea. [4]
En 1624, un médico francés, Louis Savot (1579-1640), describió una chimenea que había construido en el Louvre . Los conductos pasaban por debajo, detrás y por encima del fuego del hogar. El aire frío de la habitación entró por la abertura inferior de un conducto, se calentó, ascendió y regresó a la habitación a través de la abertura superior del conducto. [5] En 1713, el francés Nicolas Gauger (c. 1680-1730) publicó un libro, La Mécanique du Feu (La mecánica del fuego), en el que presentaba diseños novedosos para chimeneas. Gauger rodeó el hogar con espacios huecos. Dentro de estos espacios había desconcertantes. El aire fresco de la habitación entró en los espacios a través de las aberturas inferiores, se calentó mientras serpenteaba alrededor de los deflectores de los espacios y regresó a la habitación a través de las aberturas superiores. [6]
En la estufa de Franklin, se colocó un deflector hueco dentro y cerca de la parte trasera de la estufa. El deflector era una caja ancha pero delgada de hierro fundido, que estaba abierta al aire de la habitación en su parte inferior y dos agujeros en sus lados, cerca de su parte superior. El aire entró en el fondo de la caja y fue calentado tanto por el fuego como por los vapores que fluían por la parte delantera y trasera de la caja. Luego, el aire caliente subió dentro del deflector y salió a través de los orificios en los lados del deflector. [7] El deflector de Franklin cumplía así al menos dos funciones: al igual que la estufa de calefacción de Kessler, alargaba el camino que debían seguir los humos del fuego antes de llegar a la chimenea, permitiendo extraer más calor de los humos; y al igual que la chimenea de Gauger, colocó un conducto cerca del fuego, que calentaba el aire de la habitación por convección.
Algunos de los primeros experimentadores razonaron que si el fuego de una chimenea estuviera conectado a la chimenea mediante un conducto en forma de U, los gases calientes que ascendieran a través de la chimenea atraerían el humo del fuego primero hacia abajo a través de una pata de la U y luego hacia arriba a través del la otra pata y la chimenea. Esto fue lo que Franklin llamó un "sifón aéreo" o "sifón invertido". [8] Este sifón invertido se usó para atraer los vapores calientes del fuego hacia arriba y hacia abajo por la parte trasera del deflector hueco de la estufa Franklin, con el fin de extraer la mayor cantidad de calor posible de los vapores.
El ejemplo más antiguo conocido de un sifón invertido de este tipo fue la chimenea de 1618 de Franz Kessler. [9] El fuego ardía en una caja de cerámica. Dentro de la caja y detrás del fuego había un deflector. El deflector obligaba a los humos del fuego a descender por detrás del deflector antes de salir a la chimenea. La intención era extraer la mayor cantidad de calor posible de los humos ampliando el camino que debían seguir los humos antes de llegar a la chimenea.
La chimenea de 1678 del príncipe Rupert (1619-1682) también incluía un sifón invertido. Rupert colocó una puerta de hierro colgante entre la rejilla del fuego y la chimenea. Para salir por la chimenea, los vapores y el humo del fuego primero tenían que descender por debajo del borde de la puerta antes de subir por la chimenea. [10]
Otro ejemplo temprano de sifón invertido fue una estufa que se exhibió en 1686 en la Foire Saint-Germain anual de París . Su inventor, André Dalesme (1643-1727), la llamó estufa sin humo ( furnus acapnos ). La estufa constaba de un recipiente de hierro en el que se quemaba el combustible. Un tubo se extendía desde el fondo del cuenco y luego hacia arriba hasta una chimenea. Poco después de encender el fuego en la vasija, el aire caliente comenzaba a subir por el tubo y luego por la chimenea; esto creó una corriente descendente a través del cuenco, que atrajo el fuego y sus vapores hacia el interior del cuenco. Una vez que se inició el proyecto, fue autosostenible mientras el fuego ardiese. [11] La estufa de Dalesme podía quemar leña, incienso e incluso "carbón remojado en orina de gato", pero producía muy poco humo u olor. [12] [13] Estos resultados mostraron que los fuegos se podían utilizar dentro de una habitación, sin llenar la casa de humo.
La estufa de Franklin contenía un deflector directamente detrás del fuego, lo que obligaba a los vapores del fuego a fluir hacia abajo antes de llegar a la chimenea. Esto requería un conducto en forma de U en el suelo detrás de la estufa, para que los humos pudieran fluir desde la estufa hacia la chimenea. Así, la estufa de Franklin incorporó un sifón invertido.
El libro de Gauger sobre sus innovadores diseños de chimeneas fue traducido al inglés – Fires Improv'd: Being a New Method of Building Chimneys, So as to Prevent its Smoaking (1715) – por un inmigrante francés en Inglaterra, Jean Théophile Desaguliers (1683-1744). . En una posdata del libro de Desaguliers Un curso de filosofía experimental (1744), Desaguliers volvió a describir brevemente las chimeneas de Gauger y mencionó su propio trabajo sobre el tema. [14] Franklin leyó los dos libros de Desaguliers [15] y desarrolló sus propios diseños para una estufa que podría proporcionar más calor con menos humo.
En 1742, Franklin terminó su primer diseño que implementaba nuevos conceptos científicos sobre el calor desarrollados por el médico holandés Herman Boerhaave (1668-1738), un defensor de las ideas de Isaac Newton. [16] Le suministró su equipo un pionero local del hierro, William Branson, de Reading, PA. [17] Franklin quería que sus estufas estuvieran disponibles para todos, disfrutando del aprecio popular por su trabajo y evitando las patentes . [ cita requerida ] Esta combinación de eventos llevó a que las primeras estufas Franklin fueran fabricadas por Reading Ovens , que era propiedad de la familia local Van Leer . [18] [19] [20] Dos años más tarde, Franklin escribió un folleto que describe su diseño y cómo funcionaba para vender su producto. [21] Por esta época, el vicegobernador de Pensilvania, George Thomas, le hizo una oferta a Franklin para patentar su diseño, pero Franklin nunca patentó ninguno de sus diseños e invenciones. Creía "que mientras disfrutamos de grandes ventajas de los inventos de otros, deberíamos alegrarnos de tener la oportunidad de servir a los demás mediante cualquier invento nuestro, y esto deberíamos hacerlo libre y generosamente". [22] Como resultado, muchos otros pudieron utilizar el diseño de Franklin y mejorarlo. Aunque su estufa estaba destinada a tener el doble propósito de cocinar y calentar una habitación, a medida que pasó el tiempo y aparecieron nuevos diseños de estufas, el uso principal de la estufa Franklin pasó a ser calentar una habitación. Muchos otros mejoraron el diseño de la estufa Franklin, pero hasta el día de hoy, la mayoría de las chimeneas estadounidenses tienen forma de caja, similar a la estufa Franklin. La excepción es la chimenea Rumford , desarrollada por Benjamin Thompson.
La estufa medía aproximadamente 30 pulgadas (76 cm) de alto y tenía forma de caja. El frente estaba abierto, salvo por un panel decorativo en la parte superior de la caja. La parte posterior de la caja debía colocarse a unos centímetros de distancia del conducto de humos (chimenea). En el panel inferior había varios agujeros para permitir que escapara el humo; estos estaban conectados a la chimenea. Los paneles se atornillaron con tornillos de hierro a través de orejas prefabricadas. [23] En el interior había un prisma rectangular pequeño y delgado que forzaría el humo a entrar por los agujeros. Todas las placas estaban hechas de hierro. [ cita necesaria ]
La estufa de Franklin se vendió mal. [24] El problema residía en el sifón invertido: el humo tenía que pasar a través de un conducto frío (que estaba colocado en el suelo) antes de que pudiera entrar en la chimenea; en consecuencia, el humo se enfriaba demasiado y la estufa no tenía buen tiro. [25] El sifón invertido funcionaría correctamente sólo si el fuego ardía constantemente, de modo que la temperatura en el conducto de humos fuera lo suficientemente alta como para producir una corriente de aire.
Una versión posterior, diseñada por David Rittenhouse , resolvió muchos de los problemas que tenía la estufa original de Franklin y se hizo popular. Sin embargo, la fama de Franklin superó a la de Rittenhouse, por lo que la historia recuerda la estufa Franklin en lugar de la estufa Rittenhouse. [26] La estufa Latrobe más pequeña , a menudo denominada calentador Baltimore, fue patentada en 1846 y se hizo popular.