Preparación de un serpentín en acero inoxidable para la estufa rusa

Recientemente os mostré cómo obtener mejor rendimiento de una estufa de madera, mediante ladrillos refractarios al estilo de las estufas rusas.
Sin embargo me di cuenta que podía obtener más rendimiento aún (el diseño del acumulador de refractario no es muy eficiente), además es una estufa potente y podría aprovechar todavía más el calor de las llamas añadiendo un serpentín similar al colocado en la otra estufa de mis padres con la que calientan su casa.

Calefacción por suelo radiante
Además cuando se reformó este piso en el 2003 tuve la gran idea de colocar suelo radiante casero



(del que sólo conservo esta foto) realizado con tubos de cobre que se taparon con masa con poca cantidad de cemento para que quedara flojo y permitir dilataciones de los tubos.

En mi sistema debí haber aislado el suelo por debajo del tubo radiante, pues debajo está la roca de la montaña a la que se transmite un 30% del calor, actuando de acumulador y tardando más en alcanzar la temperatura. Lo bueno de ello es que si se calienta el suelo a 30ºC (lo que requiere de varias cargas de leña en la estufa) se mantendrá caliente durante 24 horas más ;-). Además usar cobre también fue un error, porque aunque después de 8 años sigue funcionando bien, es mucho más caro y difícil de instalar que los tubos de plástico que habitualmente se utilizan.

Estos materiales son más adecuados y económicos

La técnica de utilizar el suelo en vez de radiadores es el mejor sistema para calentar la casa por múltiples razones:

• Al ser una gran superficie la emisora de calor, la temperatura del agua de calefacción puede ser mucho más baja por lo que el aprovechamiento es entre un 15 y 20% mayor que con otros sistemas.
• Por la misma razón, se pueden utilizar sistemas como la energía solar térmica para trasladar la energía del sol del tejado a las habitaciones de la casa, por su rendimiento con bajas temperaturas (del orden de 20 a 40ºC).
• El confort es mayor, ya que el calor se distribuye uniformemente y desde abajo hacia arriba... es una gozada andar descalzo con las baldosas a 25ºC! Además el suelo actúa de acumulador de calor, por lo que calentándolo varios días seguidos, estaremos calientes hasta dos días más.
  
• Eliminamos los molestos radiadores, que suelen colocarse al lado de ventanas, cubiertos con cortinas con lo que las pérdidas a través de los cristales se acentúan. Todo esto lo evitamos.
• Al trabajar con bajas temperaturas podemos utilizar materiales más baratos de plástico; se suele utilizar PE.

Las desventajas de este sistema casi no existen. Se puede mencionar que requiere más obra y mano de obra (que si se realiza al construir la casa puede ser incluso más barato), que si hay una fuga tiene difícil reparación (podría conllevar levantar una gran superficie) y que no es conveniente usar suelos con baja transmisión de calor como los de madera.

 Tuve una caldera de gas alimentando este sistema durante un año, y ahora la aprovecharé para que circule el agua, activando la bomba con un termostato, pero esto ya lo comentaré en otra entrada.

Construyendo el serpentín de acero inox.
Cuando pensé en construirlo me decidí en hacerlo en inoxidable porque aguantaría la presión en caso de pararse la bomba de agua y porque me permitía mucha más libertad en la forma que si lo hubiera hecho de cobre.
Sin embargo requiere algo de destreza con la máquina de soldar con electrodos, que en otra entrada comentaré sus técnicas y trucos.

Antes de empezar cualquier cosa hay que planificar, al menos el funcionamiento básico del sistema lo tenemos que tener claro.

Teniendo en cuenta el diseño interior de la estufa que instalé, lo que nos interesa es no obstruir la colocación de la leña ni restar espacio. Además cuanta más superficie de contacto con las llamas y el humo tenga, el aprovechamiento será mayor.
También debemos tener en cuenta la sección del tubo y la potencia calorífica que puede absorber los radiadores o suelo que vamos a calentar; en este caso el suelo absorbe toda la energía que le echemos al tener una gran masa absorbedora (como he comentado no aislé la base del edificio), y por muy eficiente que sea el serpentín no vamos a tener problemas de exceso de temperatura en el sistema.
Básicamente el serpentín lo planteé según el siguiente esquema, que se suele utilizar a menudo en captura de calor en los captadores de energía solar térmica. Se le fuerza al agua a pasar por los tubos centrales de menor sección al entrar por una esquina y salir por otra:


También quería aprovechar el calor del humo y llamas cuando el fuego es intenso, así que he extendido el serpentín hasta la parte superior en la abertura de la chimenea, retirando el elemento que desvía el humo ( y cuya función es mejorar el rendimiento):


Sin embargo tenía el problema que no podía sacar directamente el tubo hacia afuera (y evitar acumulación de aire) en esa zona, por lo que tuve que hacer un codo desviando un poco hacia abajo el tubo de salida de agua caliente.
Esa parte quedará por la mitad de aire (dependiendo de la fuerza de la bomba, que podría irlo arrastrando en forma de burbujas), pero si queda horizontal no quedará ningún tubo vacío, lo que tenemos que evitar ya que se recalentaría pudiendo llegar a hacer vapor de agua (que luego eliminaría poco a poco el autopurgador de aire de la caldera).

También retiré la chapa de refuerzo que trae esta chimenea, separada del fondo para proteger la chimenea del exceso de calor, y tomé la medida del fondo donde irá la parrilla de tubos.


Atención: Aunque en la imagen se ven ya practicados, los agujeros para el agua no deben realizarse hasta que tengamos el serpentín terminado, con el que marcaremos la posición exacta según nos hayan quedado colocados.

En esta ocasión la chimenea está ya empotrada por lo que colocar los tubos de entrada y salida se había complicado un poco; la distancia hasta la la calle atravesando la estufa es de 30 cms. Si fuera una estufa externa como en la primera que preparé con serpentín de cobre, hubiera sido más sencillo empalmar los tubos.

Formas variadas
El serpentín se puede preparar y colocar de múltiples formas, pero lo ideal es que esté en contacto con las llamas, que éstas lo atraviesen. He visto serpentines a modo de parrillas en forma de V donde se colocaban los troncos y tanto las brasas como las llamas contactaban los tubos. Otros simplemente lo ponen debajo de los troncos, pero tienen menor rendimiento porque enfrían las brasas y no aprovechan el calor de las llamas/humo que suben.

Teniendo la forma en la cabeza, nos ponemos a preparar la parte más ancha, que irá en el lateral del fondo de la estufa, donde no molesta.

Para empezar tomamos la medida de espacio interior donde irá el serpentín, y dibujaremos el rectángulo en la zona de trabajo.
Ponemos los tubos a presentación con las chapas (también de inox) que voy a utilizar para capturar mejor el calor y transmitirlo a los tubos, y marcamos el lugar donde haremos el corte o agujero para empalmar la parrilla de tubos de menor sección. Los tubos más anchos son de 25 o 30 mm y los más estrechos de unos 18 mm. de diámetro, con una pared de 2 o 3 milímetros (cuanta más pared mejor resistirá la presión).


Para unir los tubos, una vez cortados a la medida, en vez de hacer agujeros con un taladro, simplemente he cortado un poco con la rotaflex y un disco de desbaste.

Primero se puntean (dando un poco de soldadura sólo para mantener las piezas en su sitio) y luego se terminan de soldar, y limpiamos la escoria con una piqueta para comprobar que no nos han quedado agujeros o poros. En caso contrario, yo lo que voy haciendo es no soldar de seguido, sino a toques, y con la pinza en un ángulo cerrado para evitar que la fuerza del material aportado haga que se funda la zona y se descuelgue.



Y así hasta que cerramos el poro o agujero. Gracias a este trabajo iremos cogiendo mucha práctica con la máquina de soldar. Es recomendable no intentar hacer esto si no tienes ya práctica con la máquina de soldar por electrodos; conseguir soldaduras sin poros no es moco de pavo.


Una vez tuve preparada la parte de abajo, tomamos medidas de cómo debe ser la parte superior, dejando margen para poder maniobrar al meter y sacar el serpentín.



La chimenea se estrecha en la boca de salida del humo. Al hacer el serpentín más estrecho en esa zona, provocamos que el agua circule a mayor velocidad(el agua tiende a ir por donde menos le cuesta ir, por donde menor es el rozamiento), pero como va a ser la zona donde las llamas den con más fuerza, nos interesa que el agua lo enfríe más, por lo que es hasta positivo.


En la siguiente imagen le pego un par de cortes para ponerle otro tubo en medio. Ya va cogiendo forma.


Lista la parte superior, la unimos a la parte inferior; podemos ayudarnos colocando las dos partes en la chimenea para ver qué inclinación lleva. Se puede apreciar que no está en el mismo plano que la parte inferior por la forma de la boca de humos.


Ahora ya sólo falta colocar los tubos de entrada y salida. Como hemos comentado, el de salida tiene más complicación ya que no podemos practicar en este caso el agujero directo en la estufa como en el de abajo (quedaría un tubo tan largo que no podríamos meter el serpentín); pues la estufa está ya empotrada y no podemos acceder a la parte trasera.



Colocamos a presentación y marcamos dónde tenemos que practicar los agujeros.



Realizando los agujeros de los tubos de agua

Primero realicé cortes con un disco de corte y la rotaflex de 125 mm., y con un cincel retiré los trozos donde irían los tubos.

Aquí se puede ver cómo quedó una vez colocado el serpentín.


Con un martillo eléctrico perforé la pared de ladrillo desde dentro, y luego terminé de agrandarlos un poco desde fuera.

Y finalmente y tras varios ajustes en la longitud de los tubos, presenté la parrilla de tubos.


Comprobando el serpentín

Con los tubos de la longitud adecuada, procedemos a hacer la rosca con una terraja de 1/2 pulgada (que es el diámetro que se suele usar en tubos de 20/25 mm.). En mi caso el tubo no tenía la medida, por lo que tuve que darle más diámetro con un poco de soldadura y luego arreglando con la rotaflex para finalmente roscar.


Hechas las roscas, ya podemos probar sin problemas. En teoría la calefacción no necesita más que 1,5 kg. de presión y en casa tenemos 6,5 kg., así que lo conecté a un grifo, taponé el otro extremo con un tapón (en este caso es un tapón que hice para quitar el aire, con una válvula de bici) y comprobé si habían quedado poros por donde pudiera perder agua.


Cerrando las fugas
Efectivamente, quedaron dos poros, que para cerrar hay que limpiar un poco con la rotaflex, escarnando en forma de cuña para darle más fuerza a la soldadura.





Una vez arreglado, lo volvemos a probar durante dos horas al menos con tres veces la presión que tendrá cuando funcione para garantizar que resistirá.

Terminando el serpentín
Lo único que le faltaba al serpentín era mayor superficie de contacto con las llamas, así que se me ocurrió soldar unos trozos de chapa de 3 mm. de espesor que tenía en el almacén de chatarra.
Los puse planos en la parte inferior e inclinados en la salida de humos para no cerrar el paso del humo y que el propio movimiento de las llamas y humo al salir "acariciara" las chapas, enfriándose.

Es importante no hacer cordones de soldadura completos en las chapas, para dejar margen para las dilataciones. Sin embargo debemos soldar casi toda la zona de contacto (para mejorar la transferencia de calor), en cordones de 3 cm con 2 cm de separación entre ellos.


Ya sólo faltaba conectar las tuberías a la calefacción de suelo radiante para probar que funcionaba. En este caso coloqué codos de acero (no inox.) que debo cambiar una vez pruebe que funciona por el mismo material u otro que no se oxide (por la corrosión cuando diferentes materiales se unen).


Me ayudé de una llave de perro (llamada así por la forma de cabeza de perro ;-)).


En la siguiente imagen, ya de noche, se aprecian los tubos de PE que estoy usando para probar el serpentín, y que todavía están sin sujetar.

Corté la tubería original de la calefacción y empalmé los tubos con codos de 90º de bronce e inox de 1/2 pulgada y dos machones entre ellos.



Purgando el aire del circuito
Esta es la vieja caldera Fagor con llama piloto, sin tapa. Puse un interruptor puenteando el motor para ponerlo en marcha para hacer la prueba (en la parte inferior de la imagen).


Antes de encender el fuego hay que eliminar el aire, por lo que (aparte de eliminarse poco a poco por el purgador de la propia caldera) el motor trae un tornillo que se puede aflojar un poco, y a la vez que funciona irá expulsando el aire que pasa por el mismo.
Cuando ya no hace el sonido característico de burbujas en el circuito, o ya no se oye salir aire, y hemos regulado la presión a 1,5 bares, ya podemos encender el fuego... ¡qué nervios!!


Al principio le cuesta coger calor; todo está muy frío y el agua de la madera se condensa en el serpentín, cayendo sobre el fuego. Poco a poco coge fuerza y el agua empieza a salir más y más caliente. Se oye un murmullo, como agua en un manantial, si te acercas a la estufa; se debe al espacio con aire que ha quedado en la parte más alta; ahí los tubos sólo se han llenado por la mitad.


Después de una hora el suelo empieza a subir de temperatura lentamente, pasando de 15 a 20ºC, y la temperatura de salida desde el serpentín llega a casi los 40ºC... ¡Es todo un éxito!!

Al día siguiente saqué una foto del serpentín ennegrecido; se aprecia que las zonas más frías los alquitranes y humos se han quedado pegados, en cambio las chapas están prácticamente limpias por efecto de la pirólisis (al coger mucha temperatura el fuego las limpia).


La acumulación de resinas y suciedad no es problema, ya que cuando llegan a cierto espesor (unos 2 mm) se queman. Debido a esto mismo las chapas son muy recomendables para mejorar la transferencia que se pierde por el aislamiento del hollín en los tubos.

Sólo me falta poner el termostato para que se active el motor por sí solo cuando haga fuego, un SAI para el caso de los apagones...

La estufa perfecta
Gracias a este serpentín podré obtener todavía un mayor rendimiento de la estufa; con una sola carga de leña al día tengo toda la casa caliente (45 m2), con el suelo de baldosa templado.
Es una verdadera gozada; reduciendo el consumo de madera reduzco las horas dedicadas a encenderlo y a cortar la leña.
Me encanta cuando una pequeña inversión de esfuerzo la veo repercutida en una gran mejora de calidad de vida. Como diría Hannibal Smith del Equipo A, ¡me encanta que los planes salgan bien!! (aunque por su culpa muchos adultos cogieron el vicio de fumar...)

¡Ahora a por el próximo proyecto!

Además también tengo pensado aprovechar la potencia de esta estufa para precalentar el agua caliente de un depósito de 150 lts, porque aunque con el sol se puede calentar algo, en el País Vasco el sol se deja ver más bien poco en invierno, y como hay que hacer fuego casi todos los días, ahorraré mucho gas si fabrico un intercambiador de calor casero para que parte de la temperatura del agua vaya al depósito por circulación natural.
Como el invierno está a la vuelta de la esquina, el proyecto de fabricar un captador solar térmico sencillo y económico tendrá que esperar, obtener ACS gratis me va a resultar más sencillo y rápido de terminar ;-).

¡Estad al tanto!


Responsabilidad del autor:
Este tutorial describe la instalación de forma no legalizada (no homologada) de un sistema de aprovechamiento de calor. Se ponen a disposición pública para compartir el conocimiento adquirido, a modo de experimento casero; sin las adecuadas medidas de seguridad puede ser peligroso para las personas. No me hago responsable de lo que pase por el mal o buen uso de esta información; cada uno debe utilizar su sentido común y conocimientos para salvaguardar sus bienes materiales y físicos.
Tenga en cuenta que en caso de algún problema con un sistema no homologado ningún seguro se hará cargo de los daños.