Estufa con circuito de agua para calefacción del hogar: características de la calefacción por estufa + elección de la opción óptima
La leña y el carbón siguen siendo en muchas regiones los combustibles más accesibles con los que se calientan las casas particulares. Sin embargo, la calefacción por estufa se elige no solo por la baratura y la disponibilidad general del portador de energía, sino también por el bajo costo de su instalación.
Además, aparte de muchas ventajas, la estufa con circuito de agua para calefacción del hogar también tiene muchos inconvenientes. No siempre esta opción resulta óptima. Intentemos comprender los matices de dicho sistema de calefacción.
Contenido del artículo:
Características de la calefacción basada en estufa
La calefacción por estufa es la norma en las aldeas rusas, cuya fiabilidad y practicidad ha sido probada durante siglos. Y hoy en día, en muchas casas rurales hay estufas con placa para cocinar y horno para hornear pan.
Algunas de ellas están equipadas con un circuito de agua del sistema de calefacción, y otras no. Pero los dueños de las viviendas rurales no se apresuran a deshacerse de ellas y cambiarlas por calderas modernas. Aún no se ha inventado un método de calefacción más fiable y sin problemas.
Como combustible en estas estufas rurales se quema:
- carbón;
- turba;
- leña;
- briquetas (leña ecológica).
No hay diferencia fundamental entre estos tipos de combustible desde el punto de vista del diseño interior de la estufa y el trazado del sistema de calefacción por agua en una casa particular. Unos dan más calor y otros tardan más en arder. Pero la construcción de la cámara de combustión y el esquema de tuberías con el portador de calor por las habitaciones son iguales en todos los casos.
Entre las ventajas de la calefacción por estufa se encuentran:
- ausencia de dependencia de la disponibilidad de electricidad en la red;
- costo relativamente bajo de instalación del sistema de calefacción;
- bajo precio del combustible sólido y posibilidad de usar diferentes tipos;
- máxima simplicidad de operación;
- larga emisión de calor (para construcciones de ladrillo);
- versatilidad – adecuada tanto para calefacción como para cocinar.
Si no es posible conectar una casa particular a la red de gas principal, la estufa de leña será la mejor opción para su calefacción.
La única excepción es cuando el carbón o la leña no están disponibles en la zona. Pero en Rusia, esa situación es más bien una excepción que una norma.
También, entre las desventajas de la calefacción con estufa cabe mencionar:
- lento calentamiento del sistema hasta que comienza a emitir calor;
- pérdida de mucho espacio útil en la casa debido a la masividad de la estufa;
- gran peso de la estructura de la estufa de ladrillo;
- bajo rendimiento debido a que una cantidad significativa de calor se pierde por la chimenea;
- alto riesgo de incendio si se utiliza incorrectamente.
Una estufa de ladrillo para calefacción y cocina para una casa particular con calefacción por agua puede pesar, según el diseño y el número de filas, de 1,5 a 10 toneladas. Además, se añade el peso de la chimenea.
Los cimientos para una masa así deben ser potentes y costosos, lo que también se puede considerar una desventaja de los sistemas de calefacción considerados.
Dispositivo de calefacción por agua de estufa
Idealmente, la estufa para el sistema de calefacción considerado debe calcularse y construirse al mismo tiempo que la casa. Si la vivienda ya está construida, será difícil instalar una estufa de ladrillo en ella. Y a menudo resulta completamente imposible debido a la necesidad de hacer unos cimientos sólidos y reconstruir el sistema de vigas.
La calefacción por agua basada en una estufa consta de:
- la propia estufa (metálica o de ladrillo);
- un intercambiador de calor dentro o alrededor de la cámara de combustión, así como en forma de serpentín alrededor del conducto de humos;
- un circuito distribuido por la casa con fluido caloportador y un vaso de expansión en el ático.
También, en algunos casos, este sistema de calefacción se complementa con una bomba de circulación y un acumulador hidráulico. Sin embargo, esta versión ampliada se utiliza muy raramente, ya que requiere un suministro eléctrico ininterrumpido y encarece todo el esquema.
Y la principal ventaja de la calefacción por agua con estufa es su bajo costo de instalación. No merece la pena añadirle elementos costosos y propensos a averías.
Esquema de circulación de agua en el circuito
El sistema de calefacción por agua en las casas se configura con circulación natural (gravitatoria) o forzada del fluido caloportador. Si se realiza a base de una estufa de leña, es mejor dar preferencia a la primera opción.
Se recomienda instalar la calefacción por estufa de agua únicamente en casas de una planta con una superficie de hasta 150 m2. En ese caso, se puede realizar de forma gravitacional sin bombas adicionales.
Si se necesita calentar una casa de dos o más pisos, es mejor realizarlo con una caldera más potente. La estufa para tales edificaciones tendría que ser simplemente enorme, lo que resulta costoso en su ejecución. Además, habría que cargar cantidades considerables de combustible cada vez. Y hacerlo no se recomienda en absoluto debido al aumento de los riesgos de incendios.
El sistema clásico de calefacción por estufa con circulación natural de agua consta de:
- intercambiador de calor dentro de la estufa;
- circuito de tubería metálica;
- radiadores (generalmente reemplazados por tubos gruesos en las habitaciones);
- tanque de expansión.
Si se decide realizar la calefacción de agua en una casa de campo por cuenta propia, es mejor diseñarla según este esquema. La instalación y el cálculo de esta variante son más sencillos que con el movimiento forzado de agua.
Si la caldera está automatizada y calienta el agua constantemente según sea necesario, la estufa de leña se enciende una o dos veces al día. Es en esos momentos cuando el refrigerante en la cámara de combustión se calienta para ceder calor a las habitaciones. Después, hacerlo circular con la bomba por las tuberías del circuito no tiene sentido. De todos modos, nada calentará el agua en la cámara fría.
Al elegir una estufa de leña o carbón, los propietarios de viviendas particulares suelen esperar obtener un sistema de calefacción autónomo. Si se instala en ella un equipo de bomba que requiera alimentación de la red eléctrica para su funcionamiento, entonces será difícil hablar de autonomía.
Estufa – de ladrillo o metálica
La estufa de ladrillo tarda más en calentarse, pero también cede calor al espacio circundante durante más tiempo. La de acero, por el contrario, se calienta rápido y también se enfría rápidamente después de que el combustible se quema. Este problema se resuelve parcialmente mediante la presencia de grandes volúmenes de refrigerante en el circuito de agua.
Sin embargo, cuanto más agua haya que almacenar en el sistema, más costosa resulta en materiales.
Estufa de acero para calefacción por agua con potencia de 5–15 kW – sin combustible ni agua, es una estructura que pesa 100–300 kg. Esta estufa se puede colocar sin riesgo sobre vigas reforzadas. Es necesario verter cimientos para estufas cuando la estufa pese más de 700–800 kg. Si es de ladrillo, entonces no se pueden evitar los trabajos de hormigón.
En comparación con una de metal, la estufa de ladrillo pesa más, es más cara y más difícil de instalar. Sin embargo, tiene mayor eficiencia y menores riesgos de congelación del circuito con rotura de tuberías debido a la formación de hielo en su interior. Si se decide hacer una obra definitiva para uno mismo y para residencia permanente, se recomienda optar por la opción de ladrillo.
Tuberías – acero inoxidable o metal-plástico
Si el sistema de calefacción se basa en una caldera de agua caliente, se permite hacer su conexión no solo con tuberías de acero, sino también con tuberías de metal-plástico y polipropileno. Sin embargo, si el agua va a ser calentada por una estufa de leña, entonces el circuito con el refrigerante debe realizarse únicamente con acero inoxidable.
El metal-plástico está diseñado para funcionar con refrigerante calentado a 90–95 °C. Brevemente puede soportar un calentamiento de hasta 110–120 °C. Además, la automatización de calderas y calentadores inicialmente no permite calentar el agua a tales grados. Para suelos radiantes se calienta a 30–45 °C, y para radiadores a 60–65 °C.
Sin embargo, en el caso de una estufa de leña, las temperaturas cercanas a cien grados no solo son posibles, sino que no son infrecuentes. No se recomienda arriesgarse y jugar a la ruleta rusa haciendo la conexión de esta estufa con tuberías de metal-plástico. Lo mejor es dar preferencia al acero inoxidable, más fiable.
Además, los tubos de salida del serpentín desde la cámara de combustión para conectar las tuberías del circuito se calentarán a temperaturas muy altas. Están a menos de medio metro del fuego abierto. Conectar cualquier tubería de plástico a ellos es peligroso debido al riesgo de fusión de estas últimas.
Transferencia de calor – radiadores o registro
El suministro de calor desde la estufa al circuito de calefacción se realiza en porciones durante varias horas, mientras arde la leña o el carbón en la cámara de combustión. Si hay poca agua en el sistema de calefacción, la casa se enfriará rápidamente. Por eso, en las aldeas, esta calefacción se suele hacer con tuberías gruesas de acero, y no con radiadores más habituales para los habitantes de la ciudad. El registro de calefacción para estufas de leña es simplemente ideal.
Una tubería de acero inoxidable de 80–120 mm de diámetro instalada en la casa es un registro de calefacción, compuesto por la ida desde la estufa y el retorno a ella. En la habitación más alejada del hogar, estas líneas se unen, y en las demás habitaciones se colocan como dos tuberías a lo largo de las paredes exteriores.
El registro no se ve tan estético como un radiador. Pero la primera opción es mucho más barata y más fácil de fabricar por uno mismo que la segunda. Para realizarla, solo se necesita tener experiencia con el equipo de soldadura.
El área de transferencia de calor para un circuito de este tipo se calcula multiplicando el número pi por el diámetro y la longitud de la tubería. Además, en los cálculos hay que considerar la cabeza térmica en la ida y el retorno, así como la distancia vertical entre las tuberías.
Sin embargo, a menudo no se realizan estos cálculos, sino que se toma una tubería de 80–100 mm de diámetro y se coloca a lo largo del perímetro de todo el edificio residencial, cerrándose en la habitación más alejada. La regulación de la transferencia de calor se realiza «a ojo» y de forma empírica, según la cantidad de combustible que se añade al hogar.
No en vano, los circuitos de registros junto con las estufas de agua son tan comunes. Ni siquiera hace falta calcularlos, basta con coger una tubería adecuada y soldarla.
Seleccionamos el intercambiador de calor para la cámara de combustión
El intercambiador de calor para la estufa se puede hacer de cobre, acero o hierro fundido. La opción de cobre es mejor descartarla de inmediato debido a su alto precio. Soldar un dispositivo así por uno mismo es extremadamente problemático.
El hierro fundido supera al acero en parámetros técnicos. Sin embargo, hacer un intercambiador de calor para una estufa de leña por uno mismo con este material resulta problemático. Solo se puede tomar una batería vieja para ello. Pero hay que tener en cuenta que el sello entre sus secciones se quemará en el hogar. Y eso es un camino directo a la pérdida de estanqueidad y a la fuga de agua hacia la cámara de combustión.
Si se decide hacer el intercambiador de calor a partir de un radiador de hierro fundido, lo mejor es tomar los modelos MS-110-300 o MS-90-300. Son pequeños y cabrán cómodamente en el hogar. La superficie de calentamiento de cada aleta será de aproximadamente 0,14–0,16 m2.
A partir de estas cifras, se puede estimar cuántas secciones se necesitarán para un circuito específico. Por cada 10 metros cuadrados de superficie de la casa se necesita 1 kW, lo que equivale aproximadamente a 0,1 m2 de superficie de calentamiento del intercambiador de calor de hierro fundido.
Otro punto sobre el uso de una batería de hierro fundido como intercambiador de calor es la dificultad de limpiarla del hollín del interior de la cámara de combustión. De vez en cuando es necesario limpiar la cámara de combustión, y las nervaduras en relieve de la «batería de hierro fundido» dificultarán mucho esta tarea.
La opción más óptima para el intercambiador de calor es uno de acero en forma de:
- serpentín de varios tubos;
- camisa de chapa de acero.
Se fabrican con acero bajo en carbono St10…St20 con un espesor de 4–5 mm. Si se utilizan tubos, deben tener un diámetro de 30–50 mm.
La opción tubular es más eficiente en términos de intercambio de calor, pero también es más laboriosa de fabricar.
Para calcular el intercambiador de calor, se debe usar la fórmula:
Qy=K*(Tcp-Tk)
donde:
- K – coeficiente de transferencia de calor del material (para aceros bajos en carbono se toma 15–20, y para el hierro fundido gris, 50);
- Tcp – temperatura media del medio calefactor en la cámara de combustión (Tmax+Tmin)/2;
- Tk – temperatura media del fluido caloportador (Tsuministro+Tretorno)/2.
Si en la estufa se queman leña, entonces Tcp=(700+300)/2=500 °C y Tk=(80+60)/2=70 °C. Por lo tanto, Qy=15*(500-70)=6450 kcal/h. Es decir, por metro cuadrado de superficie del intercambiador orientada hacia el fuego se obtendrán aproximadamente 7,5 kW/h.
Para el carbón, los cálculos son los siguientes: Tcp=(1000+600)/2=800 °C y Tk=70 °C. Qy=15*(800-70)=10 950 kcal/h=12 734 W/h. Un metro cuadrado de superficie del intercambiador proporcionará alrededor de 12,7 kW/h.
Luego dividimos la potencia necesaria para calentar una casa específica por la cifra calculada, según los planes de uso de uno u otro tipo de combustible.
Por ejemplo, para una casa de 150 m2 se necesitan unos 15 kW. Si se va a calentar con leña, se necesitará un intercambiador con una superficie de intercambio de 15/7,5=2 m2. Esta es la superficie que mira hacia la llama y se calienta.
Si se elige un serpentín tubular, su longitud se calcula mediante la fórmula:
S=2*3,14*D*L
donde:
S – área calculada;
D – diámetro de los tubos;
L – longitud necesaria.
Calcular los parámetros de la camisa de chapa de acero es aún más sencillo; generalmente consiste en dos rectángulos a los lados de la cámara de combustión.
Elección de la opción más óptima
En una casa ya construida, será difícil instalar una estufa de ladrillo maciza. En ese caso, lo mejor es organizar la calefacción por agua basándose en una estufa metálica tipo «burzhuyka», que se puede colocar sobre un suelo de madera reforzado sin necesidad de verter cimientos.
Sin embargo, si es posible hacer una base de cimentación adecuada, se debe dar preferencia a una construcción de estufa de ladrillo más confiable.
La instalación de una bomba de circulación y/o un acumulador hidráulico en el circuito de calefacción en cuestión es una pérdida de dinero y cero beneficio adicional. Solo complicarán la instalación del sistema. Y cuando se corta la luz, estos dispositivos incluso crearán problemas. Mientras que la opción de calefacción sin ellos, ante problemas en la red eléctrica, seguirá calentando la casa sin problemas.
Conclusiones y video útil sobre el tema
Elección de la forma del intercambiador de calor para la estufa de leña:
Revisión de una estufa de ladrillo para calefacción por agua en una casa de campo:
Disposición de una estufa de ladrillo para calefacción y cocina con análisis del orden de colocación de la estructura:
Es difícil llamar ideal y altamente eficiente a la calefacción por agua basada en una estufa de leña. Pero esta opción de calefacción para casas particulares es la más confiable, además de barata y sencilla de implementar. Solo que no es necesario complementar dicho circuito con una bomba de circulación y automatización. Funcionan desde la red eléctrica y hacen que todo el sistema no sea autónomo, anulando una de sus principales ventajas.
Estufa de ladrillo para el hogar: pautas para elegir el tipo óptimo y ejemplos de hiladas para artesanos autónomos 
Cómo es la estufa rusa: características de su construcción y revisión de los tipos populares de estufas rusas 
Estufas de leña para calefacción de una casa particular: ranking de modelos populares + guía para el comprador 
Cómo hacer calefacción de estufa en una casa particular con circuitos de aire o agua 
Estufa para baño ruso: TOP 10 y criterios para elegir el mejor modelo de estufa de baño de piedra 
Estufa para sauna a gas: ranking TOP-10 de estufas de sauna para saunas rusas y finlandesas 
Costo de conexión de gas a una casa particular: precio de organización del suministro de gas 
Las mejores lavadoras con secadora: ranking de modelos y consejos para compradores 
Qué es la temperatura de color de la luz y matices de selección de temperatura de lámparas según sus necesidades 
Reemplazo del calentador de gas en un apartamento: documentación del reemplazo + normas y requisitos básicos
Si tengo una casa de dos pisos de 6×8, ¿es posible hacer una estufa con circuito de agua, pero sin bomba de circulación? Entiendo que con bomba es mejor – calentamiento más uniforme de los radiadores, etc., pero me gustaría ahorrar.
Sí, es totalmente factible. Yo tengo en mi casa de campo un sistema así funcionando desde hace más de cinco años. Estufa, depósito de expansión en el ático, cuatro radiadores (dos en la primera planta, dos en la segunda planta), sistema monotubo, tubería de metal-plástico, lleno de anticongelante. Si usted tiene una casa, puede incluso poner agua, será incluso mejor. Tanto en fluidez como en capacidad calorífica. Así que es totalmente factible prescindir de la bomba.
Olvidaron agregar que en esa estufa, por lo general, también se integra una caldera de agua caliente. Así que resuelve dos problemas a la vez.