Teoría de campanas en estufas de masa térmica

Una campana (bell en inglés) en el mundo de las estufas, es un volumen hueco en su interior que recibirá un caudal de gas caliente proveniente de una cámara de combustión, en nuestro caso de una estufa a leña. Se le llama así por su similitud en aspecto a una campana sonora, ya que ambas son estructuras huecas y en donde circula energía por su interior, en un caso en forma de vibraciones y en el otro en forma de calor. Por lo general confeccionado de ladrillos, pudiendo adoptar diversas formas y usos, como ser bancos, barras tipo desayunadoras, escaleras, o bibliotecas, convirtiéndolas en superficies irradiadoras de calor. A modo de referencia, la temperatura en sus superficies con una estufa en régimen varía desde los 30°C-50°C en bancos, y 70°C-90°C en barras. La longitud de las campanas no pueden ser extremadamente largas ya que el calor disponible en el humo es limitado, y como consecuencia suelen no calentarse en las puntas. Nuestro maestro Lars Helbro, tenía como límite de largo de banco en Gymse 4 metros. Hoy en día nosotros tendemos a hacerlos más cortos. Un exceso puede generar consecuencias muy adversas para la estufa, como condensaciones y humedades en los extremos de las campanas, por estar muy cerca del punto de rocío de esos gases en zonas muy alejadas. Por su puesto cada diseño de estufa tiene sus condiciones de funcionamiento que habilita más o menos metros, pero una regla de oro es nunca pasarse con el banco. Siempre es preferible quedarse corto, y en caso de ver un buen desempeño, anexar otro banco chico en otra área. Ahora bien, ¿hay algún otro misterio detrás de estas campanas en términos técnicos, además de la utilidad que nos proveen sus espacialidades? ¡Dale que si! Te explicamos algunas cuestiones elementales para que le saques el máximo jugo a tu estufa.

Las estufas que construimos se denominan sistemas de “comportamiento libre de gases” y consisten en 3 módulos principales. El cuerpo principal, en donde se aloja el núcleo o cámara de combustión, la sección de las campanas que son las estrellas de estos sistemas actuando como baterías de calor, y por último la chimenea. Cada módulo cumple un rol fundamental y hace a la eficiencia global de la estufa. El núcleo debe quemar bien para maximizar la extracción de calorías de la leña, mientras que la chimenea tiene que funcionar en unos parámetros de tiraje muy equilibrados para exhaustar los humos ni muy lento, ni muy rápido. Y las campanas están diseñadas para que los gases a altas temperaturas que se generan en el núcleo, se vayan enfriando naturalmente, propiciando una transferencia calórica armónica a la masa térmica de la estufa. Resaltamos la palabra “natural”, ya que esto es lo que en esencia sucede en este proceso en donde solo interviene la física de los gases.

Flujo laminar
Flujo Laminar

Cuando el gas ingresa a la campana, se relaja, como cuando entramos a un spa. Es como si éste ingresara de una zona muy turbulenta, de mucho stress, como es el núcleo, a una zona en donde puede comportarse libremente, sin apuro. Allí tiene todo el tiempo del mundo para ser, para moverse, para enfriarse a su ritmo, sin mezclarse con otros. Así como el agua, los gases también son fluidos, y comparten muchos aspectos. A medida que el gas se enfría, se convierte en una masa más pesada, y naturalmente desciende. En esta sinfonía de intercambio de energías, gases calientes que van ingresando, van reemplazando estratos más elevados, y los anteriores van ocupando estratos levemente inferiores. De ahí surge el concepto de estratificación en la campana: imaginemos una torta milhojas con cientos de láminas de diferentes temperaturas que se van enfriando gradualmente a medida que nos acercamos al piso. Y todo esto sin que nosotros intervengamos, ni forcemos, ni guiemos, ni nada! Simplemente hemos generado el espacio y las condiciones para que el fenómeno se produzca naturalmente, minimizando las resistencias en su interior para evitar cualquier tipo de turbulencia que entorpezca este flujo laminar, que es lento y pacífico.

La clave está en cómo conectar la campana con la chimenea. Como ya vimos, los estratos más fríos, que ya han dejado todo su calor en la estufa, han descendido, siendo los que hay que evacuar primero. Ahí esta el primer truco, siempre salir a la chimenea por las hiladas inferiores. Cada diseño de estufa y cada situación dictará cuantas hiladas libres dejar. El segundo truco es siempre ingresar a las campanas por estratos superiores. Esa es la forma correcta para asegurar un comportamiento libre de gases. Cualquier campana que ingrese por zonas inferiores, tengan seguridad que no funcionará adecuadamente. El tercer truco es mantener la sección de la campana lo más constante posible para evitar cambio de secciones abruptas, que conllevan cambios en la velocidad y presión del gas. Es preferible tener campanas amplias, para que pueda fluir cómodamente en un ambiente laminar, y evitar turbulencias en estrangulaciones. Recordemos, siempre que lo perturbamos de alguna u otra forma, perdemos eficiencia.

Otra pieza clave de este tipo de sistemas, es un factor que los hace únicos y es en gran parte responsable de su alta eficiencia, y es la cualidad de la chimenea de funcionar como un dispositivo no forzado. ¿Que quiere decir esto? Te lo contamos en el próximo post!

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