Estudio , medición y curva de funcionamiento .
Quiero presentar en este artículo el estudio realizado del funcionamiento de esta estufa (se puede ver el proceso constructivo en este enlace) . Agradecer lo primero el trabajazo realizado in situ por Alberto y Enara, haciendo mediciones manuales durante una semana seguida 🙂 , eskerrik asko .
Hemos utilizado en esta ocasión dos métodos de toma de datos: uno manual y otro automático. El método manual ha consistido en elegir puntos significativos exteriores en la estufa e ir tomando su temperatura con medidor infrarojo, rellenando una tabla preparada para cada día. El método automático ha consistido en poner un medidor con cuatro sondas (dos interiores en la estufa y dos exteriores) , programado para hacer mediciones cada minuto (durante una semana seguida) y memorizarlas . Con todos estos datos sacados de forma manual y automática, he construído unas hojas de cálculo para poder visualizar los resultados en forma de gráficas , que comentaré a continuación.
A primera vista ya se puede ver una mayor definición en las curvas resultantes de los datos tomados automáticamente respecto a los manuales. Era de esperar esta mayor definición ya que hay datos cada minuto y siempre en las mismas condiciones , mientras que en los datos manuales la periodicidad de la medición cambia (entre 15 minutos y horas) y la precisión de medir todo el rato el mismo punto es complicada. Aquí algunos ejemplos.
La primera gráfica que muestra claramente el funcionamiento de esta estufa (y de las estufas de inercia en general) es la que a continuación muestro, en la que se puede ver representada una semana continua, haciendo una carga de leña diaria (16kg) . Se hizo cada día carga de diferente leña (mismo peso) para ver si notábamos variación: día1 haya, día2 haya, día3 chopo, día4 roble, día5 pino, día6 haya (parece ser, que húmeda).
Se puede observar cómo las temperaturas interiores de la estufa («salida núcleo» y «salida campana») alcanzan sus máximos durante la combustión (entre las líneas de trazos verticales, «encendido» y «cierre»), mientras que la temperatura superficial exterior alcanza su máximo unas horas después del cierre de estufa. Podemos ver también cómo la sonda que marca la temperatura ambiente (línea verde) se mantiene constante durante toda la semana y su variación es mínima aunque hagamos zoom (en eje Y , secuencia que vemos a continuación) en la gráfica .
Esto mismo podemos observar haciendo un zoom (en eje X ) en la gráfica semanal y viendo qué pasa cada día. En la siguiente secuencia de gráficas se ve la evolución en un día de las temperaturas interiores de estufa (azul y roja) y exteriores de estufa (amarilla y verde) . También he ido quitando en cada gráfica la temperatura mayor, para poder ver mejor la forma de las variaciones de Tº superficial (amarilla) y Tº ambiente (verde) a lo largo del día.
Este conjunto de gráficas también podemos verlas en un periodo de tiempo más corto para ver con más detalle el momento de «encendido» y «cierre» y la trasferencia de calor en la primera zona de la estufa (1º campana).
En las siguientes gráficas vemos los resultados de la toma de datos manual, con varios puntos significativos elegidos de la estufa y la evolución diaria y semanal de sus temperaturas. Se ve en este caso reflejada la temperatura exterior de la casa (línea azul inferior). Conseguimos con la estufa condiciones prácticamente constantes de 20-21ºC interiores , con temperaturas exteriores variando de 1.5ºC a 10ºC.
Hasta ahora lo que reflejan las gráficas son temperaturas (interiores y exteriores), aunque vamos a ver que si transformamos las gráficas para ver el Calor entregado, la forma no cambia demasiado ya que la entrega de calor esta directamente relacionada con la temperatura superficial alcanzada en la estufa (radiación + convección). La norma UNE 15250 («Aparatos con liberación lenta de calor alimentados con combustibles sólidos. Requisitos y métodos de ensayo.»). marca una aproximación al cálculo de la Potencia térmica entregada (w/m2) en función del tiempo.
A continuación vemos la curva de Potencia térmica entregada (w/m2) de esta estufa (método manual y método automático). He de señalar en estas dos gráficas que siguen, que en este caso, el método manual tiene una aproximación más real (se acerca más el valor de la Tº de referencia en el cálculo a la Tº media de la estufa) , que la curva resultante de la toma de datos automáticos, aunque se puede ver una mejor definición de la curva con el método automático de toma de datos .
Haciendo un resumen de lo visto hasta aquí, podemos ver el balance de energías que se da en una estufa de inercia (y más concretamente en esta que se estudia) en un día cualquiera de esta semana . La gran mayoría de la energia (unos 50 kwh) de la leña se transfiere a la estructura interior de la estufa durante las dos horas que ha durado la combustión, alcanzando el máximo de energía en el flujo de gases a los 45 minutos del encendido. Mientras tanto el calor empieza a viajar hacia el exterior por la estructura de la estufa, alcanzando su máxima temperatura superficial a las 4,5 horas . A partir del momento del cierre de estufa, ésta estará entregando calor las próximas 22 horas hasta alcanzar la temperatura que tenía antes de encender 40ºC de media aproximadamente. De ésta temperatura (35-40ºC) la estufa no baja con un funcionamiento continuo, así que tendremos un sistema que las 24 horas del día nos estará entregando calor (con picos de 800-900 w/m2) y nunca por debajo de unos 200-300 w/m2 .
Espero que este artículo sirva para comprender y profundizar un poco más en el funcionamiento de este tipo de sistemas , que tan desconocidos son por estos lugares y que no se cuenta con demasiada documentación.
En este enlace hay otros artículos sobre mediciones (pincha aquí)
Cuando el tiempo y el trabajo lo permita seguirá esta línea de I+A+D.. 🙂 (investigación, aprendizaje y difusión) . Próximamente le tocará el turno a los análisis de combustión.
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Estufas de inercia 
Impresionante artículo Edu !! Vaya mediciones profesionales. Son sistemas que el «gran público» no conoce… y que hay que difundir por que una estufa de estas características se convierte en la joya de la casa sin ninguna duda.
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