Construir horno a leña “barro” doble cámara de combustión, alta eficiencia

Posted by drcooling on Noviembre 27th, 2009 filed in Cocina, alimentos y bebidas.

-Segunda Parte. Construcción del horno a leña con doble cámara de combustión (alta eficiencia).

Viene de la primera parte: http://www.fotografianoviasymatrimonios.com/blog/construir_barbacoa_quincho_horno-a-lena

Bueno, como les contaba, todo el proyecto está centrado en este hallazgo que encontramos entre la chatarra.

Un filtro industrial de 3/8 de pulgadas de espesor que nos permitirá poder hacernos de un espectacular horno “de barro” a leña. “De barro” entrecomillas, por que no tiene barro por ningún lado, en vez de eso ladrillos y mortero de cemento.

En honor a la presición del contenido, debo aclarar que hay dos tipos de “hornos de barro”. Están los que son tipo bobeda, y los metálicos cubiertos de barro.

Definiciónes, antecedentes y documentación sobre hornos de barro y similares:

Ambos tienen sus singularidades.

Hay muchísima información en este sitio web : http://www.elhornodebarro.com.ar/

Por lejos, el mejor horno en cuanto a resultados culinarios es el tipo bobeda, por que donde se quema leña o carbón es exactamente el mismo lugar donde se cocinan más tarde los alimentos.

http://www.elhornodebarro.com.ar/Mashornos.htm

Esto tiene por consecuencia que los humos residuales de la combustión quedan dentro del horno y contaminan los alimentos, pero esta contaminación aportan sabores que le dan un toque realmente exquisito a las preparaciones. Estos hornos no necesariamente son de barro, ya que es posible hacerlos con sofisticados ladrillos refractarios, y en algunas zonas de europa, donde se especializan en cocinar con esta clase de hornos, tienen chimeneas para mantener el horno funcionando continuamente durante todo el tiempo que sea necesario. El inconveniente principal de estos hornos es su tamaño, que son tremendamente ineficientes manejando el combustible y que el control de la temperatura es prácticamente un arte que se aprende sólo con experiencia. Con respecto a la ineficiencia de quemar el combustible, los hace bastante contaminadores y producen muchísimo humo, no se me ocurre tampoco como instalarle una doble cámara de combustión sin atentar con su funcionamiento, por lo que para la realidad Santiaguina, está completamente descartado su uso.

http://santosnoco.googlepages.com/home

Imagen obtenida de http://santosnoco.googlepages.com/home

Imagen obtenida desde http://www.la-alpujarra.org/timar/home.html

Imagen obtenida desde http://www.la-alpujarra.org/timar/home.html

El segundo tipo de horno “de barro” es el típico horno hecho con un tambor de aceite y forrado de barro, pero nuevamente, podemos apelar a métodos mas contemporáneos para lograr un aparato de mejor calidad y eficiencia.

http://www.elhornodebarro.com.ar/hornos_de_tacho.htm

El horno metálico revestido con aislante cocina por radiación y por convección. No altera el sabor de los alimentos con el humo y aunque es algo negativo, no es nada grave, pero tiene la ventaja que se puede prescindir de la experiencia por que controlar la temperatura es mas fácil, en especial si se cuenta con un termómetro adecuado.

Imagen obtenida desde http://www.szot.cl/hornobarro.html

Imagen obtenida desde http://www.szot.cl/hornobarro.html

Imagen obtenida desde http://www.inta.gov.ar/sanjuan/extension/Folleto%20PH%20Horno%20Casero%20de%20Barro%20y%20Metal.pdf

Imagen obtenida desde http://www.inta.gov.ar/sanjuan/extension/Folleto%20PH%20Horno%20Casero%20de%20Barro%20y%20Metal.pdf

Ecología del proyecto

Originalmente, este proyecto sólo contemplaba la construcción del horno, pero por una cuestión de aprovechamiento del espacio se incluyó la barbacoa para los asados. Uno de los objetivos generales trazados antes de comenzar con la planificación de todo el proyecto, es que sea ecológico (a mi me gusta esa onda ecologista y de optimizarlo todo para alcanzar la máxima eficiencia), eso implica el uso de materiales biodegradables, reciclables, reciclados (como la chatarra) y que impliquen un uso eficiente de la energía bajando en lo posible cualquier clase de contaminación producida por el funcionamiento del sistema.

Ahora, desglosemos por que es ecológico este proyecto:

1- Está fabricado con basura, con chatarra. Esto implica bajar los desechos que produce este proyecto y por que emplea los desechos de otros.

2- Está fabricado con materiales reciclables. El acero, los ladrillos y el mortero empleado son perfectamente reutilizables. El acero se funde y los escombros que pudieran resultar de la construcción o cuando este aparato tenga que ser demolido, son perfectamente utilizables como relleno de forma inocua (como las piedras).

3- Está fabricado con materiales biodregradables.

4- Es barato de fabricar. Esto es importante, por que cuando se emplean tecnologías costosas, financiarlas siempre implica generar daño al medio ambiente de otra forma.

5- Tiene una vida útil elevada. Tiene relación con el ítem anterior, al ser longevo su costo baja  y se producen también menos desperdicios.

6- Consume poca energía. Al tener doble cámara de combustíon y estar bien aislado, el aprovechamiento de la energía es elevado. Consideren que es precisamente la energía que se pierde como escape la que se emplea para cocinar.

7- Usa combustible amigable con el medio ambiente, barato y renovable. La leña es barata y sus emisiones al ser quemada son inocuas. De hecho funcionará quemando palets usados, que me permitirá gastar menos dinero en combustible y reutilizar mas desperdicios.

8- Baja la cantidad de partículas sólidas que se lanzan al medio ambiente.

Construcción estructura metálica horno a leña:

Ahora bien, un problema típico de los hornos de este tipo es su vida útil por el problema de la oxidación. Se eligió este tipo de horno, por que es posible incorporar una segunda cámara de combustión para calentarlo, ya que como dije en el articulo anterior, soy de Santiago, y en esta ciudad está permitido quemar sólo leña seca en equipos que cuenten con este sistema, por que la eficiencia es alta y la cantidad de partículas solidas que escapan por el cañón son mínimas, lo que ademas trae consigo un sin número de ventajas, como economía en el combustible, control de la temperatura, posibilidad de altas temperaturas de servicio, etc.

En este tipo de hornos, es importantísimo emplear acero grueso, conforme más grueso, mejor aun, ya que estos elementos estarán sometidos al calor que acelerará el proceso de oxidación de los mismos.

La oxidación es una reacción química, y las reacciones químicas, aumentan su velocidad de reacción aproximadamente al doble por cada 10ºC que se sube la temperatura, de modo que a 250º, el acero se oxida varios millones de veces mas rápido que a temperatura ambiente, no es casualidad que cuando se hacen hornos de barro con un tambor de aceite de 200 litros, estos no duren más que unos meses y podría ser aun mas rápido si consideramos que de hecho, gran parte del oxígeno se consume en la combustión y no en la oxidación del metal. Una forma de prevenir esto es usando acero inoxidable-refractario o aceros enlozados o bien usando acero de buen espesor.

Como ha quedado claro, estamos usando la opción de acero de buen espesor, lo que trae consigo una ventaja adicional y es que la temperatura interna del horno será más homogénea, ya que al ser tan gruesa la pared del horno, el calor se distribuirá uniformemente por todo el material. Hay que considerar que dentro del horno, no sólo el aire caliente cocina los alimentos, también lo hará la radiación que generan las paredes del horno caliente y si estas no son uniformes podría arrebatar ciertas zonas de los alimentos, lo cual influirían negativamente en los resultados de nuestras preparaciones.

Bueno, como es evidente, la primera cosa que hacemos es limpiar el filtro, quitar las partes que no sirvan entre otras cosas.

Como se puede apreciar, en el interior tenia varias varillas y obstáculos que entorpecian la construcción, todo esto se retiró junto con las llaves y conexiones para mangueras.

Fue “un hueso duro de roer”. Todas las partes estan hechas con acero de a lo menos 8 milímetros de espesor :S

El fondo de este filtro, en realidad es un doble fondo que también era de acero grueso y que además nos complica la vida por la posición. Decidimos quitarlo también.

A la tapa que trae el filtro, le hago una perforación e hilo de ½ pulgada NPT para instalar un termómetro de caldera de 0-300ºC para monitorear la temperatura interna a la que se cocinarán los alimentos.

Hay personas que usan termómetros de 0-400ºC ya que es posible hacer funcionar el horno a esa temperatura, en incluso más, fácil hasta 700ºC, pero para cocinar no se justifica un horno a más de 225ºC, por sobre esa temperatura, los alimentos se queman en el exterior y quedan crudos en el interior, lo que se conoce como “arrebatar los alimentos”, y a menos que pretenda usar el horno para soldar radiadores, no le veo utilidad (bueno, al menos ahora, hace un año me lo habría cuestionado :P ). Un horno para fines culinarios debería tener un rango de operación de 175-225ºC que son las temperaturas más empleadas, para preparaciones gruesas el rango bajo, bolones de carne, pavo, piezas muy gruesas de pan, etc… y preparaciones delgadas el rango alto, pizza, galletas, biscochos, etc…

Retiramos la placa de acero que tenía encima, donde antes estaban las especificaciones del filtro.

Lo que hacemos ahora que tenemos todas las partes que se van a usar y el cilindro esta en condiciones mas aptas para su manipulacion, lavamos el interior para quitar toda la grasa que nos sea posible. Para esto le damos un “baño de esponja” con parafina, y luego con detergente en polvo

Lamentablemente el cilindro tiene pintura en su interior y será difícil removerla. Tendré que conformarme con quemar el horno antes de usarlo, para descomponer la pintura. La idea de lavarlo minuciosamente era presisamente evitar que exista en su interior componentes que puedan generar malos olores con el uso, pero bueno, al menos hemos minimizado su existencia. Una solucion podria ser intentar retitrar la pintura con acetona industrial, por que es un solvente sumamente volátil y de bajo precio, pero probablemente termine quemandolo solamente .

Lo que hacemos a continuación, es, con mucha paciencia, soldar en la carcaza externa del filtro una serie de protuberancias de acero de ½ pulgada. Esto tiene por objeto aumentar la superficie de contacto de los gases calientes y el horno, bajando de este modo la resistencia térmica del sistema aumentando la eficiencia del horno que consumirá menos combustible, no serán necesarias temperaturas elevadas para calentar el horno (lo que aumentara su vida útil), y permitirá que la temperatura del horno sea mas controlable. Adicionalmente ayudará a vencer la enorme inercia térmica del horno, despues de todo son mas de 50 kilos de acero que hay que calentar.

Es importante tratar de que la separación por la cual circulen los gases sea la menor posible, no mas de unos 5 centímetros, ideal si es menos (ojala 2cm), aunque la verdad es que constructivamente es muy difícil de lograr. De este modo obligamos a los gases a viajar a mayor velocidad generando más turbulencia en el exterior del horno, esto contribuye a aumentar el coeficiente de convectividad y mejora el intercambio de calor entre los gases calientes y el horno. Hacerlo de mayor separación desperdiciará mucha energía de forma poco útil, ya que la probabilidad de que un gran porcentaje de las moléculas que circulan por el espacio entre en contacto directo con la superficie del horno será baja.

Post quemador, segunda cámara combustión leña:

El cilindro irá montado sobre la estructura que oficiará de segunda cámara de combustión.

El principio de doble cámara de combustión es mucho más sencillo de lo que parece. Consiste en inyectar aire caliente al fuego en una segunda etapa. Este aire se inyecta además, de tal forma que eleve la turbulencia de los gases en el interior de la cámara de combustión principal. Esto se logra metiendo el aire caliente por pequeños orificios que apuntan al interior de la cámara de combustión.

Perdonen lo burdo del dibujo, pero lo hice en paint. La lista con partes es la siguiente:

1- Entrada principal de aire

2- Combustible solido (leña) en proceso de gasificación y formación de brasas. Exactamente a esta parte se le conoce como combustión primaria o primera cámara de combustión.

3- Gases en combustión

4- Entrada secundaria de aire

5- No es muy explícito, pero esto se supone que es el aparato que calienta el aire secundario de la cámara de combustión secundaria, por lo general es un tubo plano muy ancho con perforaciones en su parte pinferior. Suele colocarse de modo que entorpezca el paso del humo para que de este modo se pueda calentar.

6- El aire inyectado a la zona de gases en combustión. El encuentro entre este y los gases se conoce como cámara de combustión secundaria, no es un lugar aislado, aunque podria estarlo. El encuentro además produce turbulencia y agiliza la combustión de los gases.

7- Los gases de escape que calientan el aire secundario y que finalmente escapan por el cañón, en nuestro caso, que calentarán el horno.

La segunda cámara de combustión no es más que un calentador de aire, que calienta los gases entrantes con el calor que produce el escape de la misma combustión. Es un sistema primitivo de “convertidor catalítico” que requema el material particulado que no se alcanza a consumir en la primera combustión, y no requiere ser tan sofisticado como un verdadero convertidor catalítico, pues, la combustión de madera seca por si sola produce residuos bastante inofensivos (básicamente gases y partículas sólidas de material sin quemar o parcialmente quemado como el hollín). Este método permite el aprovechamiento del humo como fuente de energía, baja las emisiones, baja el consumo de combustible, sube la temperatura de servicio, etc… el único “pero” que existe, es que un sistema con doble cámara de combustión requiere necesariamente que el sistema sea hermético, que el aire que entra al sistema pueda ser controlado. El tiraje de estos aparatos se realiza regulando la cantidad de aire que entra en el sistema, generalmente la entrada principal de aire, la entrada secundaria suele estar a maxima apertura. Los sistemas tradicionales, en cambio se regulan controlando la cantidad de gases que salen, generalmente gracias a una obstruccion en el cañón.

Conforme más caliente se inyecte el aire dentro de una cámara de combustión, mas eficiente será el desempeño del sistema, esto ocurre entre los 300 y 400 ºC y permite que el fuego arda entre 800 y 900 ºC, a diferencia del fuego sin doble cámara que arde a 550ºC aproximadamente. Esto se logra haciendo una cámara de combustión de gran volumen, que retengan los gases durante el mayor tiempo posible (como tratare de hacerlo yo) y aumentando la superficie de contacto de los gases de entrada con el fuego, precalentando el aire de la segunda camara de combustión haciendo una suerte de “radiador”. Evidentemente, hay que saber que un aparato con doble cámara de combustión, no funciona si no hasta que el sistema está caliente, por lo que al comienzo humea tanto y calienta tan poco como cualquier sistema mas primitivo que funcione quemando leña.

La aislación en la cámara de combustion es importante también, ya que lo que se busca, es poder invertir todo el calor generado en la combustión en la misma combustion (valga la redundancia), ya que conforme más caliente este la madera, más eficiente es el proceso de quemado.

La explicacion es sencilla. La madera cuando se quema, primero se calienta hasta que el agua que contiene se evapore, eso sucede obviamente cerca de los 100ºC. Conforme sube la temperatura, la madera se comienza a descomponer y se gasifica. Esta gasificación es a la que común y vulgarmente le llamamos “humo”. Este “humo” esta compuesto de sustancias que pueden quemarse y que ademas pueden condensarse. Cuando el “humo” se quema, produce llamas visibles (mas visibles o anaranjadas conforme mas fria es la llama), lo que no alcanza a quemarse se escapa al ambiente como humo y el que queda pegado (condensado en realidad) en los cañones se conoce como hollin.

Hay una tercera parte que consiste en la formacion de lo que se conoce como “brasa”, pero lo ignoraremos básicamente por que las brasas se consumen muy eficientemente por si solas. Si no se queman, se convierten en “carbon”.

Entonces, el humo, es en realidad lo que queremos quemar y contiene una gran cantidad de energia quimica disponible para la combustión. Lamentablemente, para que el humo se queme eficazmente requiere de temperaturas elevadas, superiores a 800ºC que por lo general no se logran en sistemas corrientes. Otra forma de quemar eficientemente el humo es tenerlo mas tiempo quemándose (que obvio no?). Esto depende de la temperatura a la que se quema, ya que si logramos tener la cámara de combustión a muy alta temperatura, unos 900ºC por ejemplo, la cantidad de tiempo que debemos retener el humo será menor y vice versa.

Mantener bien aislada la cámara de combustión permite que el mismo calor de la combustión, caliente aun más la misma combustión haciéndola más eficiente (no es casualidad que las estufas de doble cámara de combustion tenga ladrillos refractarios en la cámara de combustión primaria) y lo que tengamos que calentar más tarde, lo hagamos con el calor de los escapes, los cuales deberian tener muy poco material particulado (humo), lo que al menos para el caso de nuestro horno es ideal, no asi para los sistemas de calefaccion de casa ya que la mayoria de la energia se pierde en el cañon.

********* Inicio paréntesis

Aun así (y aunque no viene al caso comentarlo), los sistemas de doble cámara de combustión, por lo general superan con creces lo que exigen hasta las normas mas estrictas sobre contaminación ambiental, de hecho, un sistema típico de doble cámara de combustión a leña emite a penas 1/3 de lo que establece la norma Chilena (de promedio, recuerden que al principio el aporte de la segunda camara de combustión es nula), o sea, unos 100 miligramos de material particulado por Mega Joule de energía utilizable (la norma establece que el limite es 320 miligramos por Mega Joule de energía utilizable) y hay que considerar que el sistema comercial típico de doble cámara de combustión es relativamente ineficiente, básicamente por que está hecho para ser de construcción barata, mientras que si se le destina mas atención y presupuesto a un sistema realmente eficaz de doble cámara de combustión, las emisiones pueden bajar fácilmente hasta 10 miligramos de material particulado por Mega Joule de energía utilizable, el resto de las emisiones son sólo CO2, nitrógeno y oxigeno sin quemar (consideremos que las temperaturas no son tan elevadas como para producir ozono ni óxido nitroso, y no existen aditivos en la madera que produzcan gases venenosos como pasa con los combustibles derivados del petróleo).

Un articulo relacionado: http://www.territorioverde.cl/energia/estufa.html

Es lamentable que el uso de la madera como combustible este tan desprestigiado, básicamente por que quemar leña sin control como sucedía en las chimeneas, generaba algo así como 5000 miligramos de material particulado por mega joule de energía disponible, en parte por la malísima oxigenación y control de la quema de la leña, y por que la chimenea en si era un sistema que enfriaba más de lo que calentaba. Una chimenea cuando estaba encendida, forzaba la recirculacion interna de aire en mas de 5 veces el volumen existente por hora y considerando que estas se encienden cuando hace frio, el aire nuevo que ingresa a la habitación es evidentemente frio, lo que entorpece la calefacción del lugar, mas encima, durante la noche, todo el poco aire caliente que pudiera quedar en la habitacion se escapaba por la misma chimenea (el aire caliente tiende a subir, esto quedara en evidencia mas abajo). Eran aparatos romanticos, pero muy ineficaces, por suerte eso es tema del pasado. Lo que no es del pasado, es que estamos en crisis energética, básicamente por que se están agotando los yacimientos de petróleo que nos obliga a buscar fuentes alternativas de energía, no solo que sean sustentables, si no, que además baratas.

En ese sentido, la madera representa una alternativa sustentable en el tiempo y es además el método más económico. Por ejemplo, para calefaccionar una habitación promedio de unos 60 metros cuadrados, por hora, se necesitarían unos $100 pesos chilenos (20 centavos de dólar estado unidense) de madera, unos $200 pesos chilenos (40 centavos de dólar estado unidense) de parafina, $300 pesos chilenos (60 centavos de dólar estado unidense) de gas natural y $500 pesos chilenos (1 dólar estado unidense) de electricidad, no es precisamente una información poco relevante, sobre todo si analizamos con mas detalle el hecho de que la quema de parafina y gas produce emanaciones de gases venenosos que se emiten directamente a la habitación o que la producción de electricidad amenaza irrecuperablemente la flora, fauna y vida humana de todo el sector que debe inundarse si se usa energía hidroeléctrica (en chile casi toda la energía eléctrica es producida con centrales hidroeléctricas) o del daño que producen las centrales termoeléctricas a nuestro planeta, pero bueno, esto da para mucho mas análisis y la idea no es aburrirlos con algo que no tiene directa relación con la construcción del horno.

Si bien usar leña como combustible es barato y además amigable con el medio ambiente por tratarse de un producto renovable y que la contaminación que produce es totalmente asimilable por la naturaleza (de hecho, es necesaria para la naturaleza, el carbono y el oxígeno contenido en la madera se reintegra al ecosistema de muchas maneras, una de ellas es quemandose, pero eso es otro analisis que tendrá que esperar), es importante usarlo con el máximo de eficiencia posible, el hecho de que sea barato y renovable, no es sinónimo de que deba despilfarrarse, de hecho, usarlo con eficiencia tiene un impacto interesante en el sistema económico, ya que al ser un producto de baja demanda (por que se consume con eficiencia) y que es capaz de renovarse mas rápido de lo que se consume, evita que su precio suba escandalosamente con el tiempo como está sucediendo con los combustibles fósiles, especificamente con el petróleo.

El usar leña como combustible es ecológico, especialmente si se usa con eficiencia. Nuestro horno es un proyecto amigable con el medio ambiente, por que usamos chatarra, materiales reciclables y consume poca energía.

********* Fin paréntesis

Sigamos:

Esta guía es un poco anacrónica, de hecho si hubiera escrito estas entradas en el orden especifico en que se construyó, probablemente nisiquiera habria podido publicar la primera parte jejeje. Bueno puedor hacerlo así, por que todo estaba dibujado y planificado en AutoCad y espero todas las medidas calcen.

Bueno, retomando la construcción de la estructura de hormigón, les recuerdo que esta se fabricó en conjunto con una barbacoa quincho para hacer asados.

La bobeda que sera el exterior del horno, está a medio terminar por que es preciso terminar primero toda la estructura metálica que va en su interior.

Como retomé la construcción de la bobeda, me preocupo de picar bien el interior para dejar el ladrillo desnudo. Luego agrego una segunda capa de ladrillos en la parte interior trasera, ya que de otro modo, el ladrillo exterior se calentará mucho lo que traerá como consecuencia una perdida de calor y que la operación del sistema sea poco seguro (el fondo del horno de hecho es la pandereta divisoria que da al patio del vecino).

Con esta modificación me encargo de aumentar la temperatura interna de la cámara de combustión, pero sin que el exterior se caliente hasta llegar a ser incómodo al tacto. La foto muestra sólo un avance, pero cubro toda el interior trasero de la bobeda, ya que las paredes laterales ya son suficientemente gruesas (15 cm de espesor).

La parte superior del horno deberá ser engrosada también pero de esto hablaré más adelante.

Ahora hay que resolver el tiro (”tiraje”) del sistema. La solución propuesta (que ya estaba fabricada y que por el entusiasmo olvide documentar el proceso paso a paso) es un tubo de acero de 5 pulgadas de diametro.

Primero, picamos con cuidado un agujero en la parte superior, que sea semejante al diámetro interior de cañon que emplearemos. Esta es una imagen vista desde adentro.

Luego, instalé un tubo de acero de 5 pulgadas de diámetro interior, donde más tarde instalaré los cañones hacia arriba. Este lo pegué al horno con una generosa capa de hormigon (piedras, arena, cemento). La parte inferior del tubo tenia soldada unas protuberancias para generar agarre con el hormigón.

Sobre este tubo pondre el cañon de 5 pulgadas. Se necesitaran unos 2 metros por lo menos, para que funcione correctamente.

Nuestra segunda cámara de combustión estará fabricada con tubos de acero de 4 milímetros de espesor, con los que fabricaremos una especie de parrilla-radiador que calentara los gases entrantes y los diseminara dentro de la cámara de combustión. Las patas que soportaran el filtro, también serán parte de la doble cámara de combustión, esta hecho con los mismos tubos y esta conectada al calentador de aire.

La fabricaremos con una estructura que nos sobraba, la que ademas tiene una generosa pieza de 1/2 Pulgada de espesor que luego emplearemos para la puerta del fogón.

Toda la estructura tiene distribuidos agujeros de 5 milímetros de diámetro que apuntan en todas direcciones para aumentar la turbulencia del sistema.

Esta dibujado de este modo, pues así se logra la menor cantidad de conexiones logrando el mismo propósito. Así se ahorra trabajo, discos de corte, soladura, tiempo, etc…

Evidentemente es harto engorroso de fabricar y de haber comprado los materiales y herramientas necesarias, este horno me habría costado un riñón y una cornea, pero bueno, puedo darme este lujo ya que en mi empresa manejamos toda clase de herramientas para trabajar en acero :P . De todos modos, si ustedes quieren repetir de alguna manera esta experiencia, pueden poner una caja de metal o un tubo lo suficientemente grande justo por donde debería evacuarse el humo, algo que le permita al humo calentar la caja y que lo mezcle con aire caliente.

Lo primero que hacemos, es remover la placa de acero con cuidado de no estropear ni los tubos ni la placa, ya que de esto saldran dos partes de nuestro horno

Cortamos los tubos para que estos puedan calzar segun nuestro esquema. Esta imagen muestra los tubos solo “presentados”. Es una vista “inferior” (el post quemador va puesto al revez) del inyector de aire.

Solo los tubos que serán las patas que soportarán la estructura y agregaran oxígeno a la base del fuego estan soldados y perforados.

Los tubos estan cortados de modo que luego de ser soldados el movimiento del aire sea continuo.

En el extremo de la pata, hice unos cortes con el esmeril angular para que pueda moverse el aire, pero de forma turbulenta. Hubiera sido suficiente hacer un agujero, pero de este modo el movimiento del aire es mas desordenado.

Ahora me encargo de perforar los tubos donde exista una conexión, para que el aire pueda moverse libremente.

Y procedo a “pincharlo” (soldarlo parcialmente) sólo para armar la estructura, luego me preocupare de tapar las uniones con soldadura semiautomatica (lo habria hecho de inmediato pero en mi casa solo tengo soldadura de arco manual, tengo que ir a la fabrica de muebles para usar la MIG)

Bueno, una vez armada mi complicada segunda cámara de combustión, esta queda así:

Observen como es que está lleno de perforaciones en la parte inferior y en la parte interior.

Esto tiene por propósito inyectar aire caliente a los gases de escape de la quema de la leña y dar pie a la segunda combustión. Adicionalmente, tantas perforaciones equidistantes permiten que el movimiento interior de los gases de combustion sean sumamente turbulentos maximizando la eficiencia de la combustión, que genera gases mas calientes, que calientan más el post quemador que inyecta aire mas caliente, que genera gases mas calientes… etc… se vuelve un circulo virtuoso a medida que esta pieza se calienta.

El montaje previo para ver si las medidas calzan nos confirma que todo está bien hecho.

Ensamblado horno a leña:

Ahora, le soldamos los rieles por donde se montara la bandeja donde se cocinarán los alimentos, según este esquema:

Esta hecho así, por que es la manera en la que mejor se aprovecha tanto como el ancho, como el alto del cilindro, ademas contempla la posibilidad de poner 2 placas de granito de 20mm de espesor, aunque el granito suele ser muy caro ($150.000 pesos chilenos el metro cuadrado del granito mas barato) y la economía también es un factor que afecta a la ecología del sistema. Una alternativa muchísimo más barata, es la de usar palmetas cerámicas sin recubrimiento de loza, que son usadas en las fábricas de cerámicos para hacer pruebas. Estas palmetas se conocen como “coto” y haciendo algunas llamadas telefónicas es posible conseguirlas. Por suerte tengo un amigo que tiene un familiar muy ligado a la producción de cerámicos y me regalaron algunas para mi horno ahorrando bastante dinero (unos $40.000 entre las dos bandejas).
Continuará…

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8 Responses to “Construir horno a leña “barro” doble cámara de combustión, alta eficiencia”

  1. enzo1310 Says:

    gracias x la rapida respuesta,la estufa rusa k quiero construir es para calentar una casa de montaña en bergamo italia k en invierno llegamos a menos 10,no sera suficiente frio para k tire la chimenea?la chimenea es pre existente interna en la pared de rocas y echa de ladrillos y de unos 5 metros de altura.
    lo del ventilador seria ademas de para meter aire aprecion en la segunda combustion,para forzar el tiro ya k este disminuye en las estufas rusas.
    denuevo muchas gracias y ya te hare ver mi proyecto cuando lo realize

  2. drcooling Says:

    Es intersante lo que planteas, por que de hecho pense en ese problema pero aplicado a Santiasco, por que la verdad es que me parece un poco aberrante lo sobrecobradas que son las estufas a leña con doble camara de combustion, mientras que fabricar algo como una estufa rusa en el interior de una casa es considerablemente mas barato y seguro, pero el problema radica en el tiro.

    Mi analisis personal (dado a que no soy experto en esa clase de estufas) es que creo hay que entender la fisica del funcionamiento de una estufa rusa. Estas son eficientes por que retienen mucho tiempo el fuego y de este modo el combustible se quema bien, pero eso podria ser resuelto con mucha mas eficacia con un sistema de doble camara de combustion, como el propuesto para el horno de esta entrada, y como ventaja adicional, sumar el diseño modificado de una estufa rusa.

    La segunda ventaja que incorpora una estufa rusa, es que en un calefactor a leña, un gran porcentaje de la energia se pierde por el cañon, ya que es comun que solo se emplee la camara de combustion para calentar el ambiente. Es cosa de observar como las estufas a leña corrientes pueden poner los cañones al rojo vivo, esto significa que los gases de escape en ese lugar estan cerca de los 700ºC, es mucha energia que se pierde.

    La estufa rusa, captura toda esa energia y la almacena en la enorme capacidad calorifica de la estufa, o sea, en los ladrillos con que esta fabricado en vez de solo permitir que se arranque por el cañon.

    Los materiales ceramicos en general tienen baja conductividad termica y eso baja la capacidad de estos para calentarseles, para absorver calor. La forma de resolver ese problema, es aumentando al maximo la superficie de contacto entre el ceramico y los gases calientes, exactamente como lo que se logra en el laberinto de una estufa rusa, pero para aumentar la superficie no es necesario que sea un laberinto, podria ser una gran cantidad de “tuberias” verticales paralelas, tal como lo hace un radiador de agua. Esto permitira aumentar muchisimo la superficie de contacto de los ceramicos y el fuego sin aumentar la resistencia al paso del humo. De hecho, al ser vertical, es posible hacer ductos muy estrechos, probablemente del mismo espesor de un ladrillo refractario (unos 2cm) y asi aumentar la masa de la estufa rusa, ya que se supone, conforme mas pesada logre ser la estufa rusa, mejor su funcionamiento. Como son verticales no deberian poner grandes problemas su funcionamiento y mantenimiento. Una sugerencia que lei hace tiempo, es que arriba, en vez de pegar ladrillos, es mejor poner una placa de acero de unos 8mm de espesor (para contener la oxidacion) cubierta con arena, de este modo, se tiene una tapa removible que facilitaria el mantenimiento una vez al año.

    El tiro seria entonces como en una estufa corriente, o sea, bastarian unos 3 metros de cañon de unas 5 pulgaads de diametro para que funcione bien. Mas diametro y mas altura ayudarian a tener mas vacio y lograr mejor tiro, aunque insisto en no exagerar (salvo que se tengan dos plantas), el sistema realmente se calienta muchisimo sin necesidad de ser tan grande, estos equipos desarrollan muchos muchos watts de calor. Los 5 metros de tiro que tienes deberian ser mas que suficientes, sin necesidad de forzar la salida o entrada de los gases. Recuerda ademas, que el aire al entrar al sistema, se calienta, si metes mucho aire, lo que se lograria seria bajar la temperatura con la que entra y eventualmente afectar negativamente el desempeño del sistema.

    En ese sentido, siento que es un poco contraproducente poner “serpentines” dentro de la camara de combustion, por que lo que hace finalmente es bajar la temperatura de servicio del sistema, llevandose calor que podria aprobecharse mejorando la combustion generando un circulo vicioso (menos temperatura, combustion ineficiente que provoca menos temperatura, etc…).

    Ahora bien, un par de detalles. Las estufas a leña de doble camara de combustion, mejoran la capacidad de aprovechar la energia usando puertas de cristales templados, de este modo, es posible calentar el ambiente ademas por la radiacion que produce la combustion dentro de la estufa, lo que ademas, permite comenzar a aprovechar el calor desde el momento que se enciende la estufa. Del mismo modo estan pavonadas, para subir el coeficiente de emisividad exterior, y asi aportar con la capacidad de transferir calor al exterior. Si yo pudiera hacerme una estufa rusa (tal vez cuando me mude al sur de chile jejeje) lo cubriria con palmetas ceramicas de piso, de color negro, las mas opacas que sea posible conseguir (sin contar con que ademas es un color bastante sobrio y elegante jejeje).

    Considera estas opiniones como sugerencias, ya que como te dije, no soy experto en las estufas rusas, pero basado en las cosas que he hecho, pues, podrian funcionar :) .

    Saludos

  3. enzo1310 Says:

    gracias x tus observaciones,creo k tienes razon en k se podria enfriar si inyecto mucha precion de aire con un ventilador en el serpentin,solo k vi un modelo de estufa k usava este sistema y segun el inge k la construyo funcionava de maravillas y ayudava el tiro forzandolo a pasar por el laberinto de la stufa rusa,pensava talves de provar con un pekeño ventilador de computadora de 8 cm,k no vota tanto aire,lo dela puerta en vidrio temeperado seria genial solo k si la camara de combustion se calienta demasiado es facil k se quiebre en mil pedazos,lo mejor seria el vidrio ceramico pero cuesta un ojo de la cara el temperado es mucho mas economico pero reciste menos calor,ademas ver las llamas da mas sadisfaccion…lo malo es k se ensucia rapidisimo,a este punto vi un sistema de una estufa autolimpiante k no es nada mas una inyeccion de aire contra el cristal k hace k el humo no toke el mismo,pero esto no influye con la combustion?tambien vi una con encendido rapido k no era mas k una inyeccion de aire forzado al momento de encenderla(un poco fijado con el aire no?jejeje)
    la doble combustion es algo a lo k no kiero renunciar,kisiera tu sujerencia sobre dos puntos:
    1)al ser dos entradas de aires para las dos combustiones fria y caliente,cuando enciendo el fuego y abro la primera entrada de aire,la segunda la del serpentin deve estar cerrada?
    2)el serpentin lo puedo hacer con un tubo flexible en aluminio de 8cm-3.1pulagadas de diametro de esos k se usan para enpalmar la estufa a la chimenea?tenia pensado hacer un circuito con una sola entrada y una sola salida con una serie de curvas k rodean las paredes y el techo de la camara de combustion y k terminara en la parte baja dela camara donde arden las llamas,pero e observado k la tuya tiene dos entradas y muchas salidas ademas de los huecos al rededor de todo el serpentin y k ademas versarian el aire en toda la camara y no solo en un punto como pensava hacerlo yo.
    no veo la hora de realizar esta estufa nos pelamos de frio con la chimenea abierta k tenemos y k consume mucha leña
    muchas gracias otra vez y espero de no aburrirte con mis preguntas.
    pd: estoy ansioso de ver como funciona tu horno.

  4. enzo1310 Says:

    una ultima cosa el laberinto de la estufa rusa lo pensava hacer en horizontal xk el plano k encontre en ret para fabricarlo era de este sistema pero como dises tu en vertical y con la tapa de hierro y arena seria lo maximo de simple para limpiarla,mi duda era si influye con el tiro realizar el laberinto en vertical mejor k en horizontal..

    saludos desde italia estamos a menos 3 en este momento frrrrrrio!!!

  5. drcooling Says:

    A ver.

    Las estufas de doble camara de combustion, usan cristales de borosilicato que soportan temperaturas del orden de los 1200 grados, tal vez te convendria ir a una chatarreria a ver si pillas uno que sobre de un horno.

    En las estfas comerciales, se evita que se ensucien, por que el aire principal, se hace rebotar contra el cristal, lo que eleva la temperatura en su superficie (si queda ollin, este se quema encima del cristal) y de pasada se aumenta la turbulencia del sistema. En estas estufas, el aire principal tambien entra caliente. Por este motivo, el calentador de aire que usare para mi horno, tiene ranuras en las patas, para poder alimentar la combustion primaria con aire caliente cuando el sistema ya este encendido.

    En mi experiencia, inicialmente hice unos aparatos sin una entrada de aire adicional, aparte de la que tiene originalmente el calentador de aire (voy a tratar de colgar una foto en esta respuesta, pero tal vez mañana por que estoy sin mi PC), por que cuando encendia la estufa, humeaba mucho. Se resolvio cuando le puse una pequeña abertura en la parte de abajo de la puerta donde se metian la leña que abria cuando encendia el fuego. El resultado era que las llamas se avivaban y en menos de 10 minutos, el fuego estaba bien encendido como para cerrar la abertura (de hecho, en esa etapa el fuego llegaba a rugir). Luego de eso podia cerrar esta abertura sin que por el cañon salga humo, de ahi en adelante, el fuego se alimentaba solo con el aire que le llegaba a travez del calentador.

    Cuando hablaba de un serpentin, me referia a que hay gente que pone tuberias en la camara de combustion para calentar agua, no me referia al calentador de aire. El calentador de aire (que da origen a la doble camara de combustion) es un radiador y tiene muchos agujeros pequeños para aumentar la turbulencia, por eso estan distribuidos. El calentador de aire es indispensable para que mejore la combustion de la leña. La cantidad de agujeros, estan calculados de acuerdo al tamaño de la entrada de aire, para que la suma de las superficies de los agujeros sean equivalentes a la superficie del agujero por donde entra todo el aire. Estos son ademas de unos 5 o 6 milimteros de diametro, por que mas pequeños se taparian con el mismo oxido que se forma en la combustion.

    Con respecto al tiro.

    Debes entender que el tiro se produce por la diferencia de densidades del humo y del aire ambiente. Es exactamente lo mismo que pasa cuando uno se sumerge en la piscina, conforme mas abajo se meta uno, mas se siente la presion. esto es por que la presion de un fluido depende de la columna de fluido que esta sobre el punto donde se mide, por eso un cañon mas alto genera mejor tiro, por que se tiene mas presion, del mismo modo, conforme mas diferencia de densidades (que a su vez depende de la temperatura), mas presion.

    El camino horizontal de un fluido no afecta en nada a la columna que lo presiona, por lo que no hay ganancia de presion, solo se gana presion en la vertical. Eso con respecto al desarrollo de la presion.

    Ahora bien, cuando un fluido se mueve, sus moleculas se rozan entre si, y se rozan ademas con las paredes que lo contiene, a medida que mas velocidad adquiere un fluido, mas resistencia se opone a su desplazamiento (de hecho, aumenta con el cuadrado de la velocidad). Cuando hay cambios de direccion, ocurre una perdida de energia puntual, y esta crece casi exponencialmente a medida que el cambio de direccion es mas brusco. Un codo de cañeria de 45º pierde cerca de la decima parte de la energia que pierde un codo de 90º. Imagina cuanta energia se pierde si en vez de eso se pone un cambio brusco de direccion en 180º (como en los laberintos propuestos en la mayoria de las estufas rusas). Por ese motivo es que sube tan estrepitosamente la dificultad para que el gas se mueva. Si quieres investigar a fondo este tema, busca perdidas de carga singulares en un fluido o investiga las leyes de bernoulli en un fluido.

    El humo, no deberia hacerse circular por conductos con cambios de direcciones bruscos, solo deberia viajar verticalmente, ya que de otro modo se pierde tiro (y no poco). Por eso te sugiero usar un diseño con conductos paralelos verticales en tu estufa rusa, encima de la segunda camara de combustion, y tal vez sobre eso poner un serpentin para calentar agua. Si es necesario generar un cambio de direccion, en lo posible que sea sutil, usar radios de curvatura generosos para que de este modo el gas no pierda energia subiendo.

    De todos modos, si por algun motivo te quedaras con tiro insuficiente, la solucion mas adecuada es instalar en el extremo exterior del cañon, un estractor eolico, que son esas campanas de lata que giran cuando el viento pasa, son increiblemente eficaces.

    Saludos :)

  6. enzo1310 Says:

    ok ahora ya entendi lo de los conductos verticales a k te referias,sin cambios en la direccion xk todo el humo solo subiria atravez de los conductos hasta la chimenea,puede ser una buena opcion.
    lo del serpentin de agua es mas o menos lo k keria hacer pero usarlo como el calentador de aire,envez de hacer el radiador de hierro cuadrados hacerlo como un serpentin tubular x donde circularia el aire calentandose en la camara de combustion,con una entrada y una salida,lo k pasa es k no tengo la saldadora y hacer el radiador como el tuyo me seria dificilisimo,talvez es mas eficiente tu metodo de hacer k el aire entre x pequeños orificios envez de uno solo como pensava hacer yo,lo k no se es el diametro del tubo k deve entrar,un tubo de diametro de 3 pulgadas seria demasiado?
    muchas gracias por la pacienzia.

  7. drcooling Says:

    Perdona mi arrogancia, a veces creo que todos tienen las facilidades para construir cosas.

    Una solucion que podrias intentar, a falta de soldadora, es usar un tubo ancho, de unas 6 x 2 pulgadas y te haces una caja. De todos modos tendras que recurrir a soldadura, pero sera mucho menos.

    Trata de mirar por ahi en alguna tienda una estufa con doble camara, veras que arriba, justo enfrente del cañon, hay una caja cuadrada con agujeros distribuidos. Es lo mismo que el radiador que te propongo, pero considerablemente mas barato, aunque lo ideal seria algo mas elaborado, pero bueno, el principio ya se entiende, solo habria que modificarlo para tu aplicacion.

    Si vivieras en Chile te habria ayudado, a mi me entusiasma particpar de proyectos novedosos, y lo que tu quieres hacer nunca lo he hecho :)

    Saludos

  8. enzo1310 Says:

    si es una buena idea lo de la caja,vi k en las estufas modernas estan diseñados mas o menos asi,are una prueva en mi chimenea abierta,la tapare con un vidrio temperado y vere como funciona,gracias x las ideas y ya te informo como funciona.

    saludos!

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