Estufa de leña

Mantener un flujo de aire adecuado a través de una estufa de leña es esencial para su funcionamiento seguro y eficiente. El aire fresco debe entrar en la cámara de combustión para proporcionar oxígeno al fuego; a medida que el fuego arde, el humo debe ascender por el conducto de la estufa, creando presión negativa en la cámara de combustión, y salir por la chimenea. Para regular el flujo de aire, la estufa, el conducto de humos y los tubos de la estufa pueden incorporar reguladores de tiro , y generalmente existe un ajuste de la entrada de aire para regular la combustión. ^{[ 2 ]}

Al abrir o cerrar las compuertas , se puede aumentar o disminuir el flujo de aire, lo que puede avivar el fuego en la cámara de combustión o atenuarlo restringiendo el flujo de aire y reduciendo las llamas. Generalmente, se puede acceder a las compuertas girando perillas o manijas. Algunas estufas regulan su propio flujo de aire mediante dispositivos termostáticos mecánicos o electrónicos.

La máxima eficiencia de calefacción en aparatos cerrados se logra controlando el suministro de aire a la estufa (utilizando correctamente los controles de aire). En las estufas modernas, los manuales de usuario incluyen instrucciones documentadas. Abrir completamente los controles de aire puede provocar que se escape más calor por la chimenea en lugar de distribuirlo a la habitación (lo que reduce la eficiencia). El principal problema de dejar los controles de aire completamente abiertos en muchas estufas es el sobrecalentamiento. Este se produce cuando se genera demasiado calor dentro de la cámara de combustión, lo que puede causar deformaciones, pandeos y daños generales a la estufa y sus componentes internos. Las estufas varían en número y tipo de controles de aire. En los últimos años se han desarrollado modelos más eficientes que emplean combustores catalíticos para quemar las partículas y gases restantes del humo antes de que salga por la chimenea, lo que resulta en una mayor producción de calor, tiempos de combustión más prolongados y un menor impacto ambiental.

Las técnicas de construcción modernas han creado viviendas más herméticas, lo que ha obligado a muchos fabricantes de estufas a diseñarlas con entradas de aire exterior. El aire exterior puede mejorar la eficiencia general de la estufa como calefactor, ya que toma aire frío de combustión directamente del exterior en lugar de aire precalentado de la habitación donde se encuentra la estufa. Muchas estufas modernas pueden utilizar opcionalmente una entrada de aire exterior. Muchos fabricantes suministran las piezas necesarias en forma de kit (un kit de entrada de aire exterior). Al considerar un kit de entrada de aire exterior, es importante saber que el aire debe entrar desde debajo del nivel de la estufa. Por ejemplo, una estufa en el sótano podría no utilizar un kit de entrada de aire exterior de forma segura. Esto es para evitar una recirculación de la ventilación, en la que los gases de combustión muy calientes se expulsan a través de un tubo de entrada de aire (generalmente de PVC), lo que podría provocar un incendio en la estructura o la liberación de gases de combustión calientes al interior de la misma.

La leña se suele medir y comercializar por volumen o masa. En los países de habla inglesa que no utilizan el sistema métrico completo, se suele medir en cuerdas . Una cuerda frontal equivale a 4' x 8' x la longitud del tronco (normalmente de 16 a 18 pulgadas). Una cuerda completa equivale a 4' x 4' x 8'. Al comprar, cortar o recoger leña, es importante conocer la diferencia entre madera dura y madera blanda . Ambas tienen un contenido energético similar por masa, pero no por volumen. En otras palabras, un trozo de madera dura suele ser más pesado y tener más energía disponible que un trozo de madera blanda del mismo tamaño. Las maderas duras, procedentes de árboles como el roble y el fresno, pueden arder más lentamente, lo que resulta en una producción sostenida. Muchas maderas blandas provienen de coníferas , que crecen rápidamente y pueden arder más rápido. Esta es una de las razones por las que los pellets de madera blanda (para estufas de pellets) son populares.

La principal ventaja de las maderas duras es que tienden a contener más energía potencial que el mismo volumen de madera blanda, lo que aumenta la cantidad de calor potencial que se puede acumular en una sola carga de leña. Las maderas duras tienden a formar y mantener una base de brasas calientes, que liberan cantidades menores de calor durante un tiempo prolongado. Son ideales para quemas lentas y prolongadas, especialmente en estufas con poca capacidad para mantener una combustión baja, o en climas templados cuando no se requiere una alta producción de calor.

Las maderas blandas, en cambio, tienden a arder con intensidad y rapidez, dejando pocas brasas. Pueden generar menos ceniza que las maderas duras. Son ideales para una combustión rápida e intensa. Producen un calor excelente y no llenan la estufa de brasas, un problema frecuente para quienes exigen al máximo el rendimiento de sus estufas de leña dura.

No todas las maderas duras tienen un mayor contenido energético potencial que todas las maderas blandas. La madera varía según la especie e incluso el árbol (un árbol con muchos años de crecimiento lento tendrá un mayor contenido energético que un árbol de la misma especie y tamaño con pocos años de crecimiento rápido). El naranjo de Osage , también conocido como naranjo de seto, es quizás la madera con mayor contenido energético que se encuentra comúnmente en Norteamérica.

Muchas maderas blandas se secan mucho más rápido que muchas maderas duras. Por ejemplo, el pino cortado, partido, apilado y cubierto suele estar listo para quemar en un año; en las mismas condiciones, el roble puede tardar tres años.

En Europa son comunes las estufas multicombustible . Queman exclusivamente combustibles sólidos, como leña , pellets , carbón y turba . Suelen estar fabricadas en acero o hierro fundido. Algunos modelos también incorporan un depósito de agua caliente y pueden conectarse a radiadores para calentar la vivienda, aunque generalmente no son tan eficientes como una caldera de leña convencional.

También existen modelos de estufas que pueden cambiar de combustible de leña a petróleo o gas, y que se instalan en la casa para suministrar calor a una caldera de agua independiente. ^{[ 4 ]} Las estufas que se convierten fácilmente a petróleo o gas, además de leña, se fabrican en Norteamérica y Europa desde principios del siglo XX y aún se fabrican. En algunos modelos, el petróleo o el gas pueden alimentar la estufa a través de una conexión de tubería que conduce a un quemador ubicado en la parte posterior del compartimento de leña de la estufa.

Las estufas multicombustible son versátiles, pero suelen tener un rendimiento inferior en comparación con una estufa diseñada para quemar un combustible específico de la mejor manera posible.

Las estufas de leña modernas incorporan universalmente algún método de combustión secundaria para quemar los gases no quemados, lo que mejora considerablemente su eficiencia y reduce las emisiones. Un método común es mediante un catalizador.

Una estufa de leña catalítica vuelve a quemar los gases del hogar en un catalizador: una matriz de acero o cerámica recubierta con un catalizador que permite la combustión de estos gases a temperaturas mucho más bajas de lo que sería posible normalmente. Por eso, entre las estufas modernas, los modelos catalíticos suelen ser mucho mejores para lograr una emisión de calor baja y uniforme, lo cual es deseable en climas cálidos.

Las estufas de leña modernas sin catalizador también recirculan los gases del hogar, pero requieren una temperatura mucho más alta para la combustión secundaria. No necesitan catalizador. Estos modelos pierden mucha eficiencia a bajas velocidades de combustión, ya que no pueden mantener la combustión secundaria, pero pueden ser muy eficientes a temperaturas más altas cuando esta se produce.

También existen estufas híbridas que emplean tanto combustión secundaria catalítica como no catalítica.

Todavía existen estufas que no utilizan combustión secundaria, pero son notablemente menos eficientes y más contaminantes, ya que los productos no quemados se expulsan por la chimenea.

En una estufa convencional, al añadir leña a un fuego intenso, se inicia un proceso de pirólisis o destilación destructiva. Se desprenden gases (o volátiles ) que se queman por encima del combustible sólido. Estos son los dos procesos distintos que tienen lugar en la mayoría de los aparatos de combustible sólido. En las estufas antiguas, sin combustión secundaria, era necesario introducir aire tanto por debajo como por encima del combustible para intentar aumentar la combustión y la eficiencia. Lograr el equilibrio adecuado era difícil en la práctica, y muchas estufas de leña antiguas solo admitían aire por encima del combustible como simplificación. A menudo, los volátiles no se quemaban por completo, lo que provocaba pérdidas de energía, acumulación de hollín en la chimenea y contaminación atmosférica.

Para solucionar este problema, se desarrolló la estufa de pirólisis. Los dos procesos se llevan a cabo en partes separadas de la estufa, con suministro de aire controlado de forma independiente. La mayoría de las estufas diseñadas para quemar pellets de madera pertenecen a esta categoría.

La mayoría de las estufas de pirólisis regulan tanto el suministro de combustible como el de aire, a diferencia de las estufas tradicionales, que controlan la combustión de una masa de combustible mediante la simple regulación del aire.

El combustible granulado se introduce normalmente en la cámara de pirólisis mediante un transportador de tornillo . Esto da como resultado una combustión mejor y más eficiente del combustible.

En realidad, esta tecnología no es nueva; se ha utilizado durante décadas en calderas industriales de carbón destinadas a quemar carbón con alto contenido de volátiles.

Las estufas de leña emiten compuestos contaminantes que son perjudiciales para la salud humana, incluidos carcinógenos . ^{[ 5 ]} Existe la idea errónea de que los contaminantes son relativamente seguros porque son "naturales", pero los impactos reales en la salud son equivalentes a los de otros contaminantes atmosféricos comunes, como los gases de escape del diésel. ^{[ 5 ]} En la década de 2010, 61.000 muertes prematuras fueron atribuibles anualmente a la contaminación del aire ambiente por la calefacción residencial con leña y carbón en Europa, con 10.000 muertes atribuibles adicionales en América del Norte. ^{[ 6 ]} El uso de estufas de leña en África está asociado con un gran número de muertes cada año, aproximadamente 463.000. ^{[ 7 ]}

Un flujo de aire y una ventilación adecuados también son fundamentales para una combustión de leña eficiente y segura. El fabricante de la estufa establecerá los requisitos específicos. Los requisitos legales para nuevas instalaciones en el Reino Unido se pueden consultar en el Documento Aprobado J del Reglamento de Construcción, Sección 2, Tabla 1, «Suministro de aire a aparatos de combustible sólido». ^{[ 8 ]}

El funcionamiento seguro de una estufa de leña requiere un mantenimiento regular, como vaciar los ceniceros (recipientes) situados bajo la parrilla. También es necesaria la limpieza periódica de los conductos de la estufa y la chimenea para prevenir incendios . La creosota y el hollín se acumulan gradualmente en los conductos de la estufa y la chimenea. Esto podría dañar la chimenea y propagar el fuego a la estructura circundante, especialmente al tejado. Cuando el hollín obstruye el flujo de aire a través de los conductos de la estufa o la chimenea, el humo puede acumularse en los conductos y en la casa.

El principio básico de controlar la combustión reduciendo el suministro de aire implica que, con frecuencia, se produce una zona de reducción dentro de la estufa. Esto significa que el dióxido de carbono suele reducirse a monóxido de carbono , que es altamente tóxico y no debe permitirse que escape al interior de la vivienda. Esto puede ocurrir si la estufa o la chimenea no se han limpiado o si la ventilación es insuficiente. Siempre se deben instalar detectores o alarmas de monóxido de carbono siguiendo las recomendaciones del fabricante cuando se utiliza una estufa de leña. No todos los detectores de humo detectan el monóxido de carbono.

Los acelerantes de combustible, como carbón, grasa, aceite, gasolina , queroseno , plásticos, etc., tampoco deben añadirse nunca a la leña en una estufa de leña, ya que las llamas producidas pueden fácilmente desbordar el compartimento de la leña y los conductos de la estufa y provocar un incendio en la casa.

Según la Ley de Aire Limpio del Reino Unido , las autoridades locales pueden declarar la totalidad o parte de su jurisdicción como zona de control de humos. Es ilegal emitir humo por la chimenea de un edificio, por un horno o por cualquier caldera fija ubicada en una zona de control de humos designada. También es ilegal adquirir combustible no autorizado para su uso dentro de una zona de control de humos, a menos que se utilice en un aparato exento (exento de los controles que generalmente se aplican en la zona). La multa máxima actual es de 1000 libras esterlinas por cada infracción.

Para cumplir con la Ley de Aire Limpio en "áreas de control de humo", se debe utilizar un aparato o combustible exento. ^{[ 9 ]}

La Ley de Aire Limpio de los Estados Unidos exige que las estufas de leña estén certificadas por la Agencia de Protección Ambiental (EPA).

Sin embargo, la EPA no tenía límites de emisión obligatorios para estufas de pellets, calderas de leña para interiores o exteriores, estufas de mampostería y ciertos tipos de estufas de leña que están exentos de la regulación de la EPA. La EPA desarrolló nuevas regulaciones que comenzaron a entrar en vigor en 2015, estableciendo límites de emisión obligatorios para casi todos los aparatos de combustión de leña (las chimeneas, los braseros y algunos otros aparatos especiales seguirán estando exentos). ^{[ 10 ]}

En 2019, el límite obligatorio de emisión de humo de la EPA para estufas de leña fue de 4,5 gramos de humo por hora (g/h) según el Paso 1 de las normas revisadas de rendimiento para calentadores de ambiente de leña. ^{[ 11 ] [ 12 ]} El estado de Washington también ha tenido requisitos de un máximo de 4,5  gramos por hora.

Las Normas de Rendimiento para Nuevas Fuentes (NSPS, por sus siglas en inglés) para estufas de leña residenciales entraron en vigor el 15 de mayo de 2020. La EPA (Agencia de Protección Ambiental de EE. UU.) estableció normas de emisiones para estufas de leña en 1988 con el fin de mitigar la contaminación atmosférica, fijando los límites iniciales en 7,5 gramos por hora para estufas no catalíticas y 4,1 gramos para estufas catalíticas. Estas regulaciones se han ido perfeccionando con el tiempo, especialmente en 2015, con un enfoque gradual para reducir las emisiones. La primera fase limitó las emisiones a 4,5 gramos por hora, y la segunda fase redujo aún más este límite a 2,0 o 2,5 gramos por hora, según la técnica de prueba empleada.

Las últimas normas de la "Fase IV" o "Etapa 2" exigen criterios más estrictos para las estufas de leña, en particular, el cambio de leña de adoquín a leña de cordón para las pruebas. Anteriormente, la EPA utilizaba leña de adoquín, de tamaño y disposición uniformes, para realizar pruebas de combustión fiables. Sin embargo, este método no reflejaba el uso real de las estufas en los hogares, donde la leña de cordón, más variable, es lo habitual. Este cambio busca lograr pruebas de emisiones más realistas, teniendo en cuenta la diversidad en el tamaño, la humedad y el tipo de leña que se utiliza en las viviendas.

En algunos lugares, como el Caribe, Centroamérica y Sudamérica, muchas casas tienen estufas de leña que se usan en el interior sin ventilación adecuada. El humo se acumula en la casa, donde los residentes lo inhalan, perjudicando su salud. Casi dos millones de personas mueren cada año por la contaminación del aire interior causada por cocinar con fuego abierto, principalmente mujeres y niños, según la Organización Mundial de la Salud (OMS). La tala de grandes cantidades de leña también pone en peligro los bosques y ecosistemas locales. ^{[ 13 ]}

Organizaciones no gubernamentales (ONG) como Rotary International están ayudando activamente a los propietarios de viviendas a construir estufas de leña más seguras y eficientes en el consumo de combustible. Un diseño conocido como estufa Justa, estufa Just, Ecostove o La Estufa Justa. Las estufas Justa están hechas de materiales como adobe , cemento y piedra pómez , e incluyen chimenea. También se están introduciendo otros tipos de estufas de leña en estas comunidades, como las estufas cohete y las estufas de paja . Una estufa cohete es hasta un 30 % más eficiente en el consumo de combustible que una estufa Justa, pero una estufa cohete portátil pequeña (para cocinar) no tiene chimenea y solo es apta para uso exterior. Las estufas cohete más grandes se conectan a una chimenea o conducto de humos. La estufa de paja es otra estufa de leña para exteriores. Las estufas de paja utilizan paja, lana o espuma como aislante, lo que reduce el consumo de combustible hasta en un 70 %. ^{[ 14 ]}