Las chimeneas abiertas y sus problemas

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Hace unos días fue noticia que en Villanueva del Arzobispo, Jaén, el alcalde ha prohibido a los vecinos usar chimeneas de leña de tiro abierto, debido a la alta contaminación en este pequeño pueblo de montaña de 8000 habitantes.

Chimeneas abiertas Villanueva del arzobispo

La palabra clave en este asunto es ‘abierto’. Recordemos que las chimeneas de leña de tiro abierto, esto es, sin ningún tipo de control del flujo de aire, tienen un rendimiento pésimo del 20%. Para más información: Redescubriendo la leña: estufas y chimeneas

—¿Por qué es tan malo usar chimeneas de tiro abierto? Quedan muy bonitas en el salón!

—Tranquilo Fulgencio, primero vamos a echar un vistazo a lo que ocurre cuando quemamos madera.

 

Un poco de teoría de la combustión

Para que se produzca una combustión hace falta tres cosas: un combustible, que en nuestro caso es la leña, un comburente u oxidante, que en nuestro caso es el oxígeno del aire, y temperatura, que se mantiene gracias a la propia combustión. Si no hay suficiente combustible o suficiente comburente o suficiente calor, la combustión no se produce, da igual cuánto haya de los demás. Por ejemplo, da igual que utilice un arco voltaico industrial para encender un fuego si no tengo entrada de oxígeno, el combustible no arderá si falta comburente.

La madera no es una sustancia pura. Está compuesta principalmente de celulosa y lignina, junto con agua y resinas. Cuando aplicamos calor a un tronco de madera en una atmósfera con aire limpio, es decir con oxígeno, pasan muchas cosas a la vez.

Lo primero es que todas las sustancias que componen la madera en contacto con la fuente de calor aumentan su temperatura hasta llegar a los 100 grados, momento en el que el agua comienza a cambiar de fase y a evaporarse. Mientras la madera contenga agua, no logra subir su temperatura por encima de 140ºC y a esa temperatura no hay nada que pueda arder en la madera. Una vez seca la madera comienza lo divertido. Al aplicar más calor ahora sí la madera sube de temperatura.

Hasta los 200ºC, por un proceso llamado pirólisis, la celulosa y la lignina se van dividiendo en carbón y gases no combustibles en su mayoría (vapor de agua, dióxido de carbono). El carbón no arde a estas temperaturas y además es aislante por lo que dificulta la pirólisis y retrasa el avance de la combustión. La celulosa puede arder parcialmente, con unas llamas planas que envuelven los troncos y desaparecen enseguida, pero casi todo el calor se va en secar y carbonizar el resto de la madera.

A partir de 280ºC algunos gases producto de la pirólisis como el monóxido de carbono comienzan a arder, ya se ven algunas llamitas salir de los tronquitos de madera, como si fueran mecherillos, pero el fuego aún no es estable. Al llegar a 310ºC la mayoria de los gases combustibles que expulsa la madera ya arden por sí mismos. Si la temperatura alcanza los 500ºC, el carbón y las resinas también empiezan a arder y ya tenemos un buen fuego de madera ardiendo con llamas vivas. Todavía es posible aumentar la temperatura hasta los 1.000ºC, donde el monóxido de carbono que pueda quedar va a reaccionar con el hidrógeno del aire, dejando como subproducto óxidos de nitrógeno.

Y están pasando todas estas cosas a la vez porque en un tronco al fuego hay partes que están a 600 grados que están ardiendo, otras a 300ºC que humean pero no arden y otras que aún tienen agua y no pasan de 120ºC.

¿Y cómo conseguimos esos 300 grados de temperatura en el hogar para encender una gran hoguera? Pues muy fácil. Cogemos un palito pequeño y lo encendemos con un mechero. La llama del mechero tiene entre 600 y 800 grados, eso sí, en un espacio muy pequeñito. Con muy poco calor logramos una temperatura muy alta en el palito, ya que es un volúmen muy pequeño a calentar. El palito alcanza rápidamente los 600 ºC y empieza a arder por su cuenta. Una vez que ese palito pequeño arde por sí solo, lo usamos para encender otro palito un poco más grande, y con ese fuego encendemos unos tronquitos más gordos, hasta que tengamos un gran fuego capaz de quemar una raíz entera.

Después necesitamos suficiente oxígeno, pero no demasiado porque podría bajar la temperatura e impedir que se quemen los carbones y resinas. El oxígeno lo obtenemos del aire, que tiene el inconveniente de tener casi un 80% de gas nitrógeno, que no sirve para la combustión, pero que también se va a calentar y nos va a robar calor, así que cuidado con meter aire de más. El problema de la falta de oxígeno lo encontramos en la columna de humo, que es hacia donde se dirige más calor y la temperatura es adecuada para quemar, pero como este humo no tiene apenas oxígeno, se queda mucho hollín sin quemar. Para cuando el humo llega a una zona con suficiente oxígeno, la temperatura ya no es suficiente para que el hollín arda, y por eso la madera suele producir un humo gris oscuro.

 

Los peligros de la combustión.

 

Después de este interesante proceso de quemar madera, vamos a identificar los riesgos:

  • Por un lado, el calor generado en sí puede provocar incendios si no está controlado. Pero es un peligro tan evidente que suele estar controlado.
  • En el humo de la madera podemos encontrar hollín, que son partículas de carbón, pirobencenos y otros compuestos inquemados, cuya inhalación puede resultar cancerígena. Vamos, como fumar.
  • Mucho más peligroso es el monóxido de carbono que se produce cuando el oxígeno o la temperatura son insuficientes. El monóxido de carbono se acumula en la sangre, provocando la asfixia inadvertida de las víctimas, y todos los años tenemos noticias de alguien que ha muerto por inhalar monóxido a causa de un brasero de carbón o similar en una habitación sin ventilación.
  • También son peligrosos los alquitranes y creosotas que se forman en los conductos de evacuación al enfriarse demasiado rápido los humos en el tubo de la chimenea. Por un lado obstruyen el tiro y por otro pueden provocar un incendio.
  • Por último, en los humos también se emiten óxidos de azufre que son causa de lluvia ácida, y si la temperatura es lo suficientemente alta, óxidos de nitrógeno, que forman nieblas de contaminación y dificultades respiratorias.

 

El problema de la chimenea abierta

De todos los peligros enunciados, los más temibles son el peligro de quemar la vivienda y el peligro de intoxicarse con monóxido de carbono. Es por eso que las chimeneas de las viviendas, incluso de las más antiguas, reúnen dos requisitos: contener el fuego con materiales ignífugos y asegurar un tiro suficiente para que el humo vaya siempre al exterior, por muy grande que sea el fuego.

Chimenea abierta

Por evitar el riesgo de morir intoxicados, las chimeneas de tiro abierto tienen un tiro excesivo, sacan el humo caliente demasiado deprisa, dejan entrar demasiado aire frío, cuesta más alcanzar la temperatura de ignición y produce demasiado hollín sin quemar. Por todo esto, acaban teniendo un rendimiento muy bajo, del 20% aproximadamente.

Es decir, no sólo hay que gastar mas leña para mantener las casas calientes y emitir más humos, sino que además esos humos son más sucios. Así no es de extrañar que el alcalde quiera prohibir que se queme leña en este tipo de chimeneas.

 

¿Cómo evitar el problema de las chimeneas abiertas?

  1. Control del tiro. Basta con instalar una válvula de mariposa que permita regular el paso de aire por el conducto de la chimenea. La compuerta debe abrirse lo justo para impedir que haya revocos, no más. Si la puerta se abre demasiado, el calor se escapa muy pronto, si se abre demasiado poco, el humo se mete en la vivienda. Con esta simple acción de estar pendiente de la apertura del tiro se logra aumentar el rendimiento a un 60%, pero claro, hay que saber manejarlo y estar pendiente.

Pasar de un rendimiento del 20 al 60 significa gastar tres veces menos leña, emitir tres veces menos humo y probablemente será un humo más limpio. Así que es posible que con este sencillo método se reduzca la contaminación un 75%.

  1. Control de la entrada de aire. Sin embargo, no todo el mundo está pendiente de regular la compuerta ni sabe hacerlo bien, así que la opción algo más cara pero más segura es cambiar el hogar abierto por un cassete o insert con puerta de cristal y control de la entrada de aire. La ventaja de este sistema es que no hay problema si cerramos demasiado la entrada de aire, el humo no va a revocar hacia la vivienda. Lo único que va a ocurrir es que si no tiene suficiente aire las llamas serán menos vivas y la madera se quemará más despacio. El humo puede salir algo más sucio si la proporción de aire no es la adecuada, pero aún así se emite mucho menos que en una chimenea abierta.

Además, los cassetes modernos vienen diseñados con entrada secundaria de aire precalentado, inyectando oxígeno caliente en la columna de humo, reduciendo la cantidad de inquemados y logrando rendimientos del 70% y humos más limpios.

cassette leña

Un paso más allá

Con esto ya sería suficiente para que en Villanueva del Arzobispo pudieran volver a disfrutar del calor en sus casas, pero ¿por qué quedarnos ahí? Ahora que sabemos lo que hace falta para lograr una combustión eficiente de la madera, podemos mejorar el rendimiento hasta un punto en el que los humos sean limpios. Cuando los humos son limpios, no hay prisa por evacuarlos: al evacuar más despacio aprovecharemos mejor el calor generado.

Lo que necesitamos es una combustión que alcance los 1.000ºC y que asegure el oxígeno suficiente para una combustión completa.

Vimos hace tiempo unas calderas de leña que lograban esto, aunque los precios no son para cualquiera: Redescubriendo la leña: Calderas de gasificación , Desde luego, no parecen precios que se puedan permitir en el pueblo.

En el próximo artículo exploraremos las posibilidades de un artilugio casero y económico, que trata de lograr la combustión completa de la madera: la estufa cohete.

Si necesitas que te ayude con tu caso particular, puedes usar el servicio de consulta PRO para enviarme tu duda junto con toda la información necesaria (planos, presupuestos recibidos, etc.) y te responderé en un plazo de 2 días.

19 comentarios en “Las chimeneas abiertas y sus problemas”

    • El nombre correcto es válvula de mariposa para conducto de chimenea. A ver si Carlos me lo puede corregir.

      https://www.google.com/search?q=valvula+mariposa+chimenea

      También hace falta el conducto para poder montarla.

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      • Indicarte que 60% con chimenea abierta es imposible del todo . La nueva normativa Ecodiseño fija en un minimo del 30% para estufas abiertas en 2022. El 60% es lo que alcanzaban algunas cerradas hace pocos años.

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        • Gracias Miguel.
          Debo confesar que cuando leo los rendimientos de cada sistema, siempre me queda la duda de si se refiere a la combustión (qué porcentaje de energía se libera del combustible) o al sistema de calefacción (qué porcentaje de la energía acaba sirviendo para calentar la vivienda).
          Conociendo a los comerciantes, seguro que emplean el número que sea más alto, y que esos rendimientos serán los de la combustión.

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          • El rendimiento es el cálculo de la combustión y la temperatura de gases. A mejor combustión y menor temperatura de gases más eficiente es la estufa.

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  1. Conozco de cerca el tema y el sector. El mayor problema es la concienciación e ignorancia en los usuarios finales. No comprenden lo que es el rendimiento , ni porque la leña tiene que estar seca.
    Los fabricantes tampoco hacen nada por informar , solo de dedican a vender modelos obsoletos y económicos. Muchos de los fabricantes en España no cumplen la normativa o engañan en sus folletos. No tienen ningún interés por hacer estufas eficientes como las nórdicas porque el coste de fabricación es mayor y dicen que no se venden.

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      • Agua. La madera debe ser del año anterior al menos para que esté seca. Si la compras a un proveedor probablemente ya venga seca. Creo que la leña la venden por peso (500kg un camión), así que algunos proveedores puede que no la vendan bien seca.

        Si la cortas tú, tienes que dejarla en algún sitio protegido de la lluvia o cubrir el lote con un impermeable, durante un año antes de usarla.

        Incluso si vas de boy scout tienes que buscar ramas caídas que estén ya secas.

        La madera fresca sólo sirve para hacer señales de humo a lo indio.

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    • Miguel, ¿cómo puede un usuario sin mucha idea saber si el modelo que va a comprar cumple con lo que anuncia el fabricante? ¿Hay algún sello de garantía, alguna ficha técnica donde tengan que poner los datos reales? ¿O sólo tienes la confianza de marcas que has probado primero?

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      • Por normativa tienen etiqueta energética . De la G a la A++. Pero no sirve de nada porque cada fabricante pone lo que le da la gana . Veo estufas con temperaturas de humos de 400 grados y combustión que no cumple la nueva normativa con etiquetas A e incluso A+ . Es para llorar con lo que pasa en este país.

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      • Países como Francia son muy exigentes. Cada año tienen que pasar las pruebas de emisiones si quieren vender y son publicadas . Lacunza por ejemplo vende muchos modelos allí . Otros no tienen ni un solo modelo en Francia …

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  2. Enhorabuena por la explicación de la combustión de la madera, las fases, las temperaturas…
    Muy didáctico.

    Si conoces alguna fuente donde ampliar esta información, te ruego la compartas.

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    • Usé principalmente este:
      https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/jres/44/jresv44n4p387_A1b.pdf

      Pero igual este te resulta más sencillo:
      https://www.ias.ac.in/article/fulltext/sadh/005/04/0259-0268

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  3. Gracias por tu nueva aportación.

    Para ampliar conocimientos, he buscado ambas referencias.

    La segunda me parece muy interesante, pero la primera tiene el siguiente título “Heats of Combustion and Formation of Cellulose and Nitrocellulose (Cellulose Nitrate)” que parece tener poca relación con el tema. ¿Me he equivocado en algo?

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  4. Como iba buscando la temperatura de ignición de la madera, busqué las temperaturas de ignición de la celulosa y la lignina, y me salió este artículo. En la primera parte hay una descripción del proceso, aunque es algo enrevesado.

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  5. Buen artículo, pero me gustaría comentar que hay una errata: donde dices “el monóxido de carbono que pueda quedar va a reaccionar con el hidrógeno del aire, dejando como subproducto óxidos de nitrógeno”, no se pueden crear óxidos de nitrógeno sin nitrógeno. Además, no hay apenas hidrógeno en el aire… así que supongo que la intención era poner nitrógeno. Es más, el hidrógeno es inflamable y ayudaría a la combustión, además de que la reacción del monóxido de carbono con el hidrógeno produce metano, que es la mayor parte del gas natural y evidentemente es inflamable.

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    • La explicación es incompleta.

      Hay tres mecanismos por los que se forman los nitróxidos. El primero es simplemente por una temperatura elevada en presencia de oxígeno, monóxido de carbono y nitrógeno. Con la temperatura y en presencia del monóxido de carbono, se parten las moléculas de oxígeno gaseoso para formar el dióxido de carbono, pero quedan algunos átomos de oxígeno libres que reaccionan con el nitrógeno. A mayor temperatura, más nitróxido.
      La segunda es a partir de radicales de hidrocarburos presentes en el combustible. Similar al caso anterior, los radicales de hidrocarburos parten las moléculas de oxígeno para formar vapor de agua, pero alguno de los átomos libres de oxígeno se unen a los del nitrógeno ambiente.
      La última es consecuencia de la presencia de nitrógeno orgánico en el combustible, que con la combustión se parte y se asocia con el oxígeno. Depende del contenido en nitrógeno del combustible.

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  6. Las chimeneas abiertas son una kk, sólo calientan lo inmediato, el resto de la estancia fría, y además generan corriente de aire. Quien tenga una y la quiera usar, debe poner un casette, la diferencia de calor y confort es bestial, y además gastará mucha menos leña.

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  7. Alguien tiene una termochimenea, estoy pensando a poner una pero no hay mucha experiencia por ahi, una con agua y conectada a la caldera ,cuando no va la que funciona es lacaldera de gas .iviceversa cuando va la de leña se calienta el agua y pasa por los radiadores.que opiniais porfa.

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