Las estufas de madera con combustión secundaria: Menos humos y más rendimiento

En este blog hemos estado analizando los beneficios de utilizar la biomasa para calentar nuestra casa por su rentabilidad y ecología.

En esta entrada voy a analizar algo aún más beneficioso para nuestro bolsillo y la naturaleza: La tecnología de doble combustión en las estufas de leña. Con este sistema, del que carecen la gran mayoría de estufas de leña, conseguimos un rendimiento aún mayor evitando gran parte del mantenimiento al evitar la generación de humos, con lo que los tubos de salida acumulan menos hollines y alquitrán con el uso, producidos por una combustión imperfecta de los gases expulsados por la madera al coger altas temperaturas.

El hollín son partículas de carbono que no llegaron a quemarse y no pasaron a gas en forma de CO y CO2.

A la derecha los humos emitidos por una estufa convencional,
a la izda. una estufa con combustión secundaria

En una combustión perfecta de la madera, los humos serían casi transparentes, emitiendo sólo CO2 y vapor de agua (al combinarse el carbono de la madera con el oxígeno del aire). Podemos verlo en el siguiente vídeo ejemplo comparando estufas clásicas con las estufas de alta temperatura y doble combustión:

El sistema es en todas el mismo; las maderas se colocan en un brasero ligeramente aislado térmicamente del exterior con ladrillo refractario para que alcance la mayor temperatura posible, y el oxígeno (aire) que se le suministra pasa previamente por los laterales y unos tubos que se calientan con las mismas llamas, introduciendo el aire a alta temperatura, con lo que los gases liberados sin quemar combustionan espontáneamente al contacto del oxígeno a alta temperatura:

Sistema de combustión secundaria mediante chapa precalentada

En el siguiente vídeo (en inglés) se explica con detalle; se aprecia cómo unos tubos en la parte superior, con aberturas, introducen aire precalentado hacia los gases liberados de la madera, haciendo una llamarada de forma inmediata y produciendo el efecto de un quemador de gas natural, de hecho parece que es gas.
El aire entra de forma natural, por la necesidad del fuego, y un ventilador refrigera el cuerpo de la estufa, eliminando el riesgo de que se deforme por las altas temperaturas a la vez que emite todo el calor a la estancia.

En este otro vídeo tenemos otra explicación de otro fabricante; aparte de la combustión primaria en donde está la madera, los humos se vuelven a quemar en la parte superior al contacto del aire caliente:

En este último vídeo hay un detalle mal explicado; el aire de los tubos superiores seguramente no entra por detrás, sino por los laterales, desprotegidos sin ladrillos refractarios para que recojan temperatura que calentará los tubos, y con ellos el aire que circula por ellos. Esto tiene el efecto secundario de enfriarlas y aumentar su durabilidad, como hace el agua en una caldera, a las que los tubos están soldados, inyectando ese aire en la parte superior. En esa estufa el aire (oxígeno) está repartido por un tubo trasero, por el frontal y por los tubos superiores.

Doble combustión mediante tubos precalentados

Por lo tanto, si queremos obtener el máximo rendimiento de nuestra madera, lo ideal es hacer una cámara de combustión lo más eficiente posible, luego ya recogeremos las calorías en el segundo paso, bien en un intercambiador o bien con un ventilador que lo retire en su mayor parte antes de dejarlo salir por la chimenea.

En calderas de leña caseras como la de Jose y la mía, los gases se enfrían prematuramente, por lo que el nivel de humos es mucho mayor que en una de doble combustión. Modificándolas de forma sencilla podemos lograr mucho mayor rendimiento. Os mantendré informados.

Además este sistema quiero utilizarlo en mi próxima estufa casera; tengo que analizar la forma de evitar deformaciones por exceso de temperatura y por el peso de los ladrillos refractarios en la parte superior.
Para calentar el aire podemos hacer que el tubo pase en contacto con la chimenea superior, pero no tengo claro la forma de hacerlo y no tener problemas con la deformación del tubo o las chapas. Seguramente que el paso del aire lo refrigere y evite temperaturas críticas para el tubo, pero el problema está en gestionar la salida del aire y dónde inyectarlo, que debería ser en la parte inferior una parte, detrás otra, y la superior otra, repartiéndolo de la forma más óptima posible y que funcione por tiro natural del fuego.

Fuentes:
Doble combustión: Youtube
Fábrica de Salamandras La Calera, Córdoba
Estufas de leña Napoleon
La química/física de la combustión