Estufa
Definición
Una estufa es un espacio cerrado en el que se quema combustible para calentar el espacio en el que se encuentra la estufa, o elementos colocados en la estufa calentada.
Hay muchos tipos de estufas, como la estufa de la cocina que se utiliza para cocinar, y la estufa de leña o una estufa de carbón que se utiliza generalmente para calentar una vivienda.
Debido a las preocupaciones sobre la contaminación del aire, se han realizado esfuerzos para mejorar el diseño de la estufa a lo largo de los años. Las estufas de pellets, por ejemplo, son un tipo de estufa de combustión limpia, y las estufas herméticas son otro tipo que quema la madera de forma más completa y, por lo tanto, reduce la cantidad de subproductos resultantes de la combustión.
En los EE. UU. Desde 1992, todas las estufas de leña que se fabrican deben limitar la emisión de partículas.
Contenido
- Origen
- Estufa de cocina
- Estufa de leña
- Estufas de carbón
- Eficiencia
- Material
- Diseños modernos de estufas
- Estufa hermética
- Regulación de emisiones
- Investigación y desarrollo de estufas
Origen
La palabra antigua Inglés stofa significaba cualquier espacio cerrado individual, como una habitación, y la 'estufa' todavía se usa ocasionalmente en ese sentido, como en 'guarnición'. Hasta bien entrado el siglo XIX, "estufa" se usaba para referirse a una sola habitación con calefacción, de modo que la afirmación de Joseph Banks de que "colocó sus plantas más preciosas en la estufa" o la observación de René Descartes de que obtuvo "su mayor inspiración filosófica mientras sentarse dentro de una estufa "no es tan extraño como parece.
En su primera certificación, la cocción se realizaba asando carne y tubérculos en un fuego abierto. La alfarería y otros recipientes para cocinar pueden colocarse directamente sobre un fuego abierto, pero colocar el recipiente sobre un soporte, tan simple como una base de tres piedras, resultó en una estufa. La estufa de tres piedras sigue siendo ampliamente utilizada en todo el mundo. En algunas áreas se convirtió en un recinto de barro o ladrillo seco en forma de U con la abertura en el frente para combustible y aire, a veces con un segundo orificio más pequeño en la parte trasera.
Estufa de cocina
Una cocina, cocina o estufa es un aparato de cocina diseñado para cocinar alimentos. Las estufas de cocina dependen de la aplicación de calor directo para el proceso de cocción y también pueden contener un horno debajo o al lado que se usa para hornear. Tradicionalmente, estos han sido alimentados con madera y uno de los primeros casos registrados de una estufa de leña fue la denominada estufa de cocción (desarrollada en 1735 por el diseñador francés François de Cuvilliés y denominada oficialmente Castrol Stove ). Versiones más modernas como la popular gama Rayburn ofrecen una opción entre usar madera o gas
Estufa de leña
Estufas de carbón
La estufa de calefacción más común en el mundo industrial durante casi un siglo y medio fue la estufa de carbón que quemaba carbón. Las estufas de carbón vienen en todos los tamaños y formas y diferentes principios operativos. El carbón se quema a una temperatura mucho más alta que la madera, y las estufas de carbón deben construirse para resistir los altos niveles de calor. Una estufa de carbón puede quemar madera o carbón, pero una estufa de leña no puede quemar carbón a menos que se suministre una parrilla. La rejilla puede ser extraíble o "extra".
Esto se debe a que las estufas de carbón están equipadas con una rejilla, lo que permite que parte del aire de combustión ingrese debajo del fuego. La proporción de aire admitido por encima / debajo del fuego depende del tipo de carbón. El carbón pardo y los lignitos producen más gases combustibles que la antracita, por lo que necesitan más aire sobre el fuego. La relación de aire por encima / debajo del fuego debe ajustarse cuidadosamente para permitir la combustión completa.
Eficiencia
En comparación con los fuegos abiertos simples, las estufas cerradas pueden ofrecer una mayor eficiencia y control. En el aire libre, los combustibles sólidos arden a una temperatura de solo 240 ° C (464 ° F), que es una temperatura demasiado baja para que ocurran reacciones de combustión perfectas, el calor producido por convección se pierde en gran parte, las partículas de humo se desarrollan sin estar completamente quemado y el suministro de aire de combustión no puede controlarse fácilmente.
Al encerrar el fuego en una cámara y conectarlo a una chimenea, se genera una corriente de aire que tira del aire fresco a través del combustible encendido. Esto hace que la temperatura de la combustión aumente a un punto (600 ° C o 1.112 ° F) donde se logra una combustión eficiente, el recinto permite regular la entrada de aire y las pérdidas por convección casi se eliminan. También es posible, con un diseño ingenioso, dirigir el flujo de gases quemados dentro de la estufa de manera que las partículas de humo se calienten y destruyan.
Encerrar un incendio también evita que el aire sea succionado desde la habitación hacia la chimenea. Esto puede representar una pérdida significativa de calor ya que una chimenea puede extraer muchos metros cúbicos de aire caliente por hora. En general, se considera que la eficiencia es la máxima producción de calor de una estufa o un incendio, y los fabricantes suelen hacer referencia a ella como la diferencia entre el calor de la habitación y el calor perdido en la chimenea.
Una mejora temprana fue la cámara de fuego : el fuego estaba encerrado en tres lados por paredes de mampostería y cubierto por una placa de hierro. Sólo en 1735 apareció el primer diseño que encerró completamente al fuego: la estufa Castrol del arquitecto francés François de Cuvilliés era una construcción de mampostería con varios agujeros de agua cubiertos por placas de hierro perforadas. También se conoce como estufa de guisado . A fines del siglo XVIII, el diseño se refinó colgando las macetas en los agujeros a través de la placa de hierro superior, mejorando así aún más la eficiencia del calor.
En 1743, Benjamin Franklin inventó una chimenea totalmente metálica con el objetivo de mejorar la eficiencia. Todavía era una chimenea de cara abierta, pero mejoró la eficiencia en comparación con las chimeneas anticuadas.
Algunas estufas usan un convertidor catalítico que provoca la combustión del gas y partículas de humo que no se han quemado previamente. Otros modelos usan un diseño que incluye aislamiento de la cámara de combustión, un deflector grande para producir una ruta de flujo de gas más larga y más caliente. Las estufas modernas y cerradas a menudo se construyen con una ventana para dejar pasar algo de luz y para permitir al usuario ver el progreso del fuego.
Si bien las estufas cerradas suelen ser más eficientes y controlables que los incendios abiertos, existen excepciones. El tipo de fuegos abiertos de "caldera trasera" de calentamiento de agua comúnmente utilizados en Irlanda, por ejemplo, puede alcanzar más del 80% de eficiencia absoluta.
Material
Los calentadores de mampostería se desarrollaron para controlar el flujo de aire en las estufas. Un calentador de mampostería está diseñado para permitir la combustión completa quemando combustibles a temperatura completa sin restricción de entrada de aire. Debido a su gran masa térmica, el calor capturado se irradia durante largos períodos de tiempo sin la necesidad de un disparo constante, y la temperatura de la superficie generalmente no es peligrosa para tocar.
Las estufas de metal comenzaron a usarse en el siglo XVIII. Un ejemplo temprano y famoso de una estufa de metal es la estufa Franklin, que se dice que fue inventada por Benjamin Franklin en 1742. Tenía un camino laberíntico para que escaparan los gases de escape calientes, permitiendo así que el calor entrara en la habitación en lugar de subir por la chimenea . La estufa Franklin, sin embargo, fue diseñada para calentar, no para cocinar. Benjamin Thompson en el siglo XIX fue uno de los primeros en presentar una estufa de cocina de metal que funcionaba. Su chimenea Rumford usó un fuego para calentar varias ollas que también se colgaron en los agujeros para que también pudieran calentarse desde los lados. Incluso fue posible regular el calor individualmente para cada agujero. Sin embargo, su estufa fue diseñada para grandes comedores o cocinas de castillos. Pasarían otros 30 años hasta que la tecnología se haya refinado y el tamaño de la estufa de hierro se haya reducido lo suficiente para uso doméstico. La estufa Oberlin de Philo Stewart era una estufa de hierro fundido de leña mucho más compacta, patentada en los EE. UU. En 1834. Se convirtió en un gran éxito comercial con unas 90,000 unidades vendidas en los siguientes 30 años. En Europa, diseños similares también aparecieron en la década de 1830. En los años siguientes, estas estufas de hierro se convirtieron en aparatos de cocina especializados con conductos de humos conectados a la chimenea, orificios del horno e instalaciones para calentar el agua. Los agujeros originalmente abiertos en los que se colgaron las macetas ahora estaban cubiertos con anillos de hierro concéntricos en los que se colocaron las macetas. Dependiendo del tamaño de la maceta o el calor necesario, uno podría eliminar los anillos internos. La estufa Oberlin era una estufa de hierro fundido de leña mucho más compacta, patentada en los Estados Unidos en 1834. Se convirtió en un gran éxito comercial con unas 90,000 unidades vendidas en los siguientes 30 años. En Europa, diseños similares también aparecieron en la década de 1830. En los años siguientes, estas estufas de hierro se convirtieron en aparatos de cocina especializados con conductos de humos conectados a la chimenea, orificios del horno e instalaciones para calentar el agua. Los agujeros originalmente abiertos en los que se colgaron las macetas ahora estaban cubiertos con anillos de hierro concéntricos en los que se colocaron las macetas. Dependiendo del tamaño de la maceta o el calor necesario, uno podría eliminar los anillos internos. La estufa Oberlin era una estufa de hierro fundido de leña mucho más compacta, patentada en los Estados Unidos en 1834. Se convirtió en un gran éxito comercial con unas 90,000 unidades vendidas en los siguientes 30 años. En Europa, diseños similares también aparecieron en la década de 1830. En los años siguientes, estas estufas de hierro se convirtieron en aparatos de cocina especializados con conductos de humos conectados a la chimenea, orificios del horno e instalaciones para calentar el agua. Los agujeros originalmente abiertos en los que se colgaron las macetas ahora estaban cubiertos con anillos de hierro concéntricos en los que se colocaron las macetas. Dependiendo del tamaño de la maceta o el calor necesario, uno podría eliminar los anillos internos. diseños similares también aparecieron en la década de 1830. En los años siguientes, estas estufas de hierro se convirtieron en aparatos de cocina especializados con conductos de humos conectados a la chimenea, orificios del horno e instalaciones para calentar el agua. Los agujeros originalmente abiertos en los que se colgaron las macetas ahora estaban cubiertos con anillos de hierro concéntricos en los que se colocaron las macetas. Dependiendo del tamaño de la maceta o el calor necesario, uno podría eliminar los anillos internos. diseños similares también aparecieron en la década de 1830. En los años siguientes, estas estufas de hierro se convirtieron en aparatos de cocina especializados con conductos de humos conectados a la chimenea, orificios del horno e instalaciones para calentar el agua. Los agujeros originalmente abiertos en los que se colgaron las macetas ahora estaban cubiertos con anillos de hierro concéntricos en los que se colocaron las macetas. Dependiendo del tamaño de la maceta o el calor necesario, uno podría eliminar los anillos internos.
Diseños modernos de estufas
A medida que han aumentado las preocupaciones sobre la contaminación del aire, la deforestación y el cambio climático, se han realizado nuevos esfuerzos para mejorar el diseño de la estufa. Los mayores avances se han logrado en innovaciones para estufas de biomasa, como las estufas de leña utilizadas en muchos de los países más poblados. Estos nuevos diseños abordan el problema fundamental de que la madera y otros incendios de biomasa consumen de manera ineficiente grandes cantidades de combustible para producir cantidades relativamente pequeñas de calor, al tiempo que producen humos que causan importantes contaminantes ambientales y en el interior. La Organización Mundial de la Salud ha documentado la cantidad significativa de muertes causadas por el humo de los incendios en el hogar. El aumento en la eficiencia significa que los usuarios de una estufa pueden perder menos tiempo recolectando madera u otros combustibles, sufren menos enfisema y otras enfermedades pulmonares prevalentes en las casas llenas de humo,
Estufas de maíz y pellets y hornos son un tipo de estufa de biocombustible. El grano seco de maíz desgranado, también llamado granito de maíz, crea tanto calor como un granito de madera pero genera más cenizas. "Las estufas de pellets de maíz y las estufas de pellets de madera tienen el mismo aspecto desde el exterior. Como son muy eficientes, no necesitan una chimenea, sino que se pueden ventilar al aire libre mediante una tubería de cuatro pulgadas (102 mm) a través de una pared exterior. entonces puede ubicarse en cualquier habitación de la casa ".
Una estufa de pellets es un tipo de estufa de combustión limpia que utiliza pequeños pellets de combustible biológico que son renovables y muy limpios. La calefacción doméstica con una estufa de pellets es una alternativa utilizada actualmente en todo el mundo, con un rápido crecimiento en Europa. Los pellets están hechos de material renovable, generalmente serrín de madera o recortes. Actualmente hay más de medio millón de hogares en América del Norte que usan estufas de pellets para calentar, y probablemente un número similar en Europa. La estufa de pellets normalmente utiliza un tornillo de alimentación para transferir pellets desde una tolva de almacenamiento a una cámara de combustión. Se proporciona aire para la combustión mediante un soplador eléctrico. El encendido es automático, usando una corriente de aire calentada por un elemento eléctrico. La velocidad de rotación del alimentador y las velocidades del ventilador se pueden variar para modular la salida de calor.
Otras estufas eficientes se basan en la corriente ascendente Top Lit (T-LUD) o en la estufa Woodgas o Smoke Burner, un principio aplicado y popularizado por el Dr. Thomas Reed, que utiliza pequeños trozos de palos, astillas de madera o virutas, hojas, etc. Como combustible. La eficiencia es muy alta hasta en un 50 por ciento en comparación con las estufas tradicionales, que son del 5 al 15 por ciento en promedio.
Las estufas alimentadas con alcohol, como el etanol, ofrecen otra opción moderna de estufa limpia. Las estufas con combustible de etanol se han hecho populares gracias al trabajo del Proyecto Gaia en África, América Latina y el Caribe.
Estufa hermética
Una estufa hermética es una estufa de leña diseñada para quemar combustible sólido, tradicionalmente de madera, de manera controlada para proporcionar un uso de combustible eficiente y controlado, y los beneficios de un calentamiento estable o temperaturas de cocción. Están hechos de chapa metálica, que consta de una cámara de combustión similar a un tambor con aberturas de flujo de aire que se pueden abrir y cerrar, y una chimenea de un metro o más de longitud.
Estas estufas se usan con mayor frecuencia para calentar edificios en invierno. La madera u otro combustible se pone en la estufa, se enciende, y luego se regula el flujo de aire para controlar la quemadura. El flujo de aire de admisión está en el nivel donde se agrega o debajo del combustible. El escape (humo) de la estufa generalmente se encuentra a varios metros por encima de la cámara de combustión.
La mayoría de las estufas herméticas modernas cuentan con un regulador a la salida de la estufa que se puede cerrar para forzar el escape a través de un quemador posterior en la parte superior de la estufa, una cámara calentada en la que continúa el proceso de combustión. Algunas estufas herméticas cuentan con un convertidor catalítico, una rejilla de platino colocada en la salida de la estufa para quemar el combustible restante que no se ha quemado. (Los gases se queman a una temperatura mucho más baja en presencia de platino).
El uso de una estufa hermética al aire requiere inicialmente dejar abiertas las compuertas y las rejillas de ventilación hasta que se forme un lecho de carbón. Después de eso, el regulador está cerrado y la ventilación de aire regulada para ralentizar la combustión de la madera. Una estufa hermética y controlada correctamente cargada se quemará de forma segura durante ocho horas o más sin más atención.
Estas características proporcionan una combustión más completa de la madera y la eliminación de productos de combustión contaminantes. También proporciona la regulación de la intensidad del fuego al limitar el flujo de aire y para que el fuego cree un fuerte calado o levante la chimenea. Esto resulta en un uso de combustible altamente eficiente.
Las estufas herméticas son una versión más sofisticada de las estufas de leña tradicionales.
Regulación de emisiones
Muchos países legislan para controlar las emisiones. Desde 2015, los Reglamentos Fase III EPA Woodstove en los EE. UU. Requieren que todas las estufas de madera que se fabrican limiten la emisión de partículas a 4.5 gramos por hora para estufas con quemadores posteriores o 2.5 gramos por hora para estufas con convertidores catalíticos.
La temperatura de combustión en las estufas modernas puede aumentar hasta el punto donde se produce la combustión secundaria y completa del combustible. Un calentador de albañilería correctamente encendido tiene poca o ninguna contaminación por partículas en el escape y no contribuye a la acumulación de creosota en los conductos del calentador o la chimenea. Algunas estufas alcanzan tan poco como 1 a 4 gramos por hora. Esto es aproximadamente un 90% menos de humo que las estufas antiguas, y equivale a casi cero humo visible de la chimenea. Esto se logra en gran medida al hacer que la máxima cantidad de material se queme, lo que resulta en una eficiencia neta de 60 a 70% en comparación con menos del 30% para una chimenea abierta. (La eficiencia neta es la cantidad de energía térmica transferida a la habitación en comparación con la cantidad contenida en la madera, menos cualquier cantidad de calefacción central que deba funcionar para compensar los problemas de flujo de aire).
Investigación y desarrollo de estufas
La búsqueda de cocinas más seguras y limpias sigue siendo para muchos un área importante de bajo perfil de la tecnología moderna. Las estufas de cocción de uso común en todo el mundo, especialmente en países del Tercer Mundo, se consideran peligros de incendio y peores: según la Organización Mundial de la Salud, un millón y medio de personas mueren cada año por inhalación de humo en interiores causada por estufas defectuosas. Desde 1999, el Centro de Investigaciones Aprovecho (Oregón, EE. UU.) Ha organizado un "Campamento Estufa" de un ingeniero con la intención de diseñar una estufa de cocina económica, eficiente y saludable para usar en todo el mundo. Otras sociedades de ingeniería (ver Envirofit, Colorado, EE. UU.) Y grupos filantrópicos (ver Fundación Gates, California, EE. UU.) Continúan investigando y promoviendo diseños mejorados de cocinas.