Moles del aire quemado, juguetes del viento son…

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4 años 10 meses antes - 1 año 7 meses antes #30315 por madariaga

Moles del aire quemado, juguetes del viento son… Publicado por madariaga

Moles del aire quemado, juguetes del viento son…

En un fuego de leña se manifiestan los tres tipos de transferencia de calor que existen en la naturaleza:
-La convección, que es una transferencia de calor mediante corrientes de aire.
-La radiación producida por el fuego y la emitida por los objeto calientes.
-La conducción que transfiere calor a través de objetos sólidos, tales como el suelo, los ladrillos de la chimenea o la pared de una estufa.

¿Qué pasa con el aire cuando se quema un combustible en un hogar, en una salamandra de hierro, en una estufa rusa o una estufa con cámara combustión estanca?
El hogar de boca abierta es uno de los sistemas menos eficientes en cuanto al rendimiento del combustible por que se aprovecha aproximadamente entre un 10 y un 20% del calor producido y el resto se desperdicia en la chimenea.

Eficiencia térmica
Hogar de boca abierta: 10 a 20%
Salamandra o estufa de hierro sin ingreso de aire del exterior: 30 a 50%
Estufa de hierro con cámara estanca de alta eficiencia: >70%
Estufa Rusa o de alta masa térmica: 80 a 90%

Pero la eficiencia térmica es una cosa y otra muy distinta es cuanto calor “final” queda en el ambiente.

Cuando nos ponemos frente a un hogar a leña sentimos calor de frente y fresco por detrás. Esto sucede por la cantidad de aire del interior de la vivienda que se quema y se va por la chimenea y este volumen se debe reemplazar con aire frío que proviene de los intersticios de las ventanas, de las puertas, de las ventilaciones que haya, del ventiluz del baño, las rejillas de ventilación de las cocinas, las campanas o extractores, etc.

“La columna de aire caliente dentro de la salida de humos de la chimenea funciona como un gran aspirador, sacando aire caliente de toda la casa y obligando a entrar aire frío por todos los resquicios”

Para que se queme 1 kg de leña es necesario (en números redondos) 1,5 m3 de oxigeno, como el oxígeno es solamente del 21% del aire, esto equivaldría a unos 8 m3 de aire. Ustedes imaginen la cantidad de solamente 1 m3 (o sea 1 m x 1 m x 1 m) de aire que es equivalente a 1.000 tetrabrik de 1 litro.

Ahora imagínense 8 veces más, justamente ese es el volumen de aire frío que ingresa a la vivienda para que salga otro tanto de aire tibio de adentro, yéndose por la chimenea. Y esto solamente por un solo kilogramo de leña.

Posiblemente la diferencia sea mayor porque ese volumen de aire que sale tiene mayor temperatura y por lo tanto más volumen, logrando que ingrese más aire todavía (ley de Charles-Gay-Lussac).

Calculemos una vivienda pequeña de 60 m2 es equivalente a unos 180 m3 de aire con una altura promedio de 3 m de alto del piso al cielorraso. Si se quemaran 22,5 kg de leña, en un hogar o una salamandra, estaría saliendo un volumen de aire igual al volumen contenido en la casa o lo que es lo mismo estaría entrando igual cantidad de aire frio que el contenido en toda la vivienda.

Las estufas construidas con cámaras cerradas y que reciben el oxígeno del aire únicamente del ambiente exterior producen solamente la emisión de calor en el interior de la vivienda. Un ejemplo de esas estufas son las de gas de cámara cerrada y también lo lacen las modernas estufas a leña de alta eficiencia (con ingreso de aire exterior) y las rusas que también tengan ingreso de aire del exterior.

En las modernas estufas a leña es determinante que la toma de aire comburente esté conectada con el exterior (no todas están preparadas para esto) se coloca un caño entre 3” y 4” de acuerdo a la capacidad de la estufa y se conecta en su parte posterior o inferior el ingreso de aire pudiéndose canalizar por el piso o la pared. En la imagen anterior se puede apreciar un forzador de aire para tener mayor caudal de aire calentado.

Tips:
Una estufa de alta eficiencia puede calefaccionar unos cien metros cuadrados, quemando unos 8 kilos de leña en un período de 4 a 8 horas (dependiendo de la regulación del tiro).

“Al encender el fuego, a los 90ºC - 120ºC, el agua se va como vapor (gran parte de las calorías de la leña verde se malgasta en evaporar su propia agua). Entre los 250ºC y 400ºC la celulosa y la lignina se descomponen produciendo calor y largando gases. Llegando a los 600ºC, y si hay oxígeno (aire), estos gases se queman produciendo más calor. Si en la estufa no se superan los 600ºC, estos gases no se queman, y se produce combustión incompleta bajando mucho el rendimiento.”

“En cuanto a la eficiencia térmica, se calcula que una estufa rusa produce el mismo calor con 100 kilos de leña que una de hierro con 400 kilos”

Ref: 1
Ante una consulta sobre cuanto oxigeno es necesario que se combine con el carbono presente en un kilo de madera y con ese dato poder calcular cuánto “aire” se consume, y ante mi dificultad de poder calcularlo, y haber encontrado solamente un dato que por extrapolación yo había calculado en 8 m3 y para corroborarlo, le hice la consulta a Juanale y esto es lo que contestó

[hr]
“No es tan difícil... jajaja! si sos químico.
Si sabés la composición de la leña de C e H (lo que se quema) podés sacar la cantidad de g de O2 que se necesita utilizando la eficiencia de la combustión (que nunca es 100%) y gracias a Avogadro lo podés pasar a Volumen a 0ºC y 1 atm corregís por temperatura a 25ºC y después lo convertís en aire por la composición del aire. Vamos por partes dijo Jack:
Composición de la leña:
"En composición media se constituye de un 50 % de carbono (C), un 42 % de oxígeno (O), un 6 % de hidrógeno (H) y el 2 % restante de nitrógeno (N) y otros elementos" es.wikipedia.org/wiki/Madera#Composici.C3.B3n_de_la_madera
De ahí lo único que contribuye a quemarse es el carbono y el hidrógeno y el oxigeno constituyente lo tendríamos que restar.
Así 1kg de madera tiene 500g de C , 420g de O y 60g de Hidrogeno
Por cada 12g de C se necesitan 32g de O2 (al 100% de eficiencia pero esa la ponemos al final agrupando todas las ineficiencias del proceso con un número global) así que para 500g necesitamos 1,333 kg de O.
Para 2g de H necesitamos 16g de O es decir que para 60g necesitaríamos 480g de O
El requerimiento teórico sería 1,333+480-420= 1,393kg.
El volumen de Avogadro me dice que 1 mol de un gas ideal ocupa 22,4l a 0ºC y una atmosfera. En las condiciones ambientales el O2 se aproxima muy bien a un gas ideal así 32g (1 mol) ocupa 22,4l y 1393g ocuparían 975l y si lo llevamos a 25ºC por Gay Lussac ese O2 ocupará 1064l (un m3 bah!)
Una estufa rusa "tendría" una eficiencia de combustión del 95% (ni yo me lo creo www.productosnuke.com.ar/crean-una-estuf...iciente-y-economica/ ) y un exceso de aire del 20% (un valor normal) nos da:
Si el aire tiene 21% de O2 en volumen se necesitarían 6400 lt de aire por cada kg de madera. 6400L = 6,4m3
Si la eficiencia de la combustión es menor (lo cual me parece mucho mas lógico) podes llegar bastante fácilmente a los 8m3.
Esta es eficiencia química de la combustión, la eficiencia térmica se calcula haciendo un balance de calor... pero ese es otro calculo!!! jajaja!
Esto está tomado muy didácticamente, podrían considerarse otros factores pero no va cambiar mucho (un tema que me preocupa es que no tendría H2O según esa composición lo cual es ridículo, si parte del O constituyente es el de la humedad entonces ese Hidrogeno no se quemaría y ese O no contribuiría a la combustión... pero desde el punto de vista del balance de materia son efectos contrapuestos que no cambiarían el resultado... se compensan así que lo dejé así)
Espero te haya servido.”

Una clase es la explicación hasta calculó descontar el oxígeno presente en la leña, un capo.

Ref: 2
“Esto significa que un mol de carbono se combina con un mol de oxigeno produciendo 1 mol de anhídrido carbónico. Conocidos los pesos molares de estas sustancias resulta que 12kg de carbono, al reaccionar con 32kg de oxígeno, producen 44kg de anhídrido carbónico. Como se ve, se cumple aquí la ley de la conservación del peso, es decir, la suma de los pesos de las sustancias antes de reaccionar es igual al peso de los productos de la reacción.”
www.ecocontrol.com.sv/archivos.combustion.html

“Ella también significa que 12 kilogramos de carbono reaccionan con 32 kg de oxígeno para así generar 44 kilogramos de dióxido de carbono liberando 109kWh de energía térmica (9,09 kWh/kg)”1064*1,20/0,95= 1344 l de O2

Otras Referencias:
www.arquinstal.com.ar/eficiencia/ure_esso/ure.html
files.pfernandezdiez.es/Termodinamica/PDFs/16Termod.pdf
intainforma.inta.gov.ar/?p=19101
ecologiafacil.wordpress.com/2011/11/21/l...de-alto-rendimiento/
www.inti.gob.ar/tecno_sustentables/pdf/m...utoconstructores.pdf