Estufa de pellets alimentada por gravedad

Nuestro espacio vital es de unos 275 m2, calentado principalmente con dos quemadores de leña. Además de calentadores eléctricos suplementarios para dos de los dormitorios de los niños. Con nuestro consumo de leña promediando aproximadamente 19m2 o 6 “cordes” de leños secos por invierno, necesitaba encontrar un método alternativo de calefacción.

El objetivo

Habiendo instalado tubos de calefacción bajo el suelo mientras se renovaba, el objetivo era utilizar algún tipo de sistema de calentamiento de agua para calentar el espacio. Mi primer pensamiento fue usar un intercambiador de calor geotérmico, pero el costo de compra e instalación hizo imposible esta opción. La primera solución “alternativa” que probé fue un sistema de calefacción de abono, que me decepciona decir que tuvo un éxito mixto.

Esta es mi segunda alternativa, una estufa cohete de pellets de madera que construí, se alimenta por gravedad y funciona casi sin supervisión durante unas 12 horas en una bolsa de 15 kg de pellets de madera.

Calienta el agua que se alimenta, a través de un cabezal de 60 litros, en el tanque del sistema de calefacción por suelo radiante.

En operación desde hace 4 meses, y estoy feliz hasta ahora con los resultados. Hay algunas pequeñas cuestiones que necesitan ser trabajadas, pero en general hace un buen trabajo.

La construcción de la estufa de pellets de madera de mi Gravedad

• Unidad quemadora construida con ladrillos de fuego y ángulo de hierro
• Una vieja botella de gas de 15 kg convertida en tolva de alimentación (Seguí esta guía)
• Tubos de cobre enrollados alrededor de un tanque de agua de acero inoxidable convertido
• Arduino conectado a un servo para limpiar la acumulación de cenizas

La caja de fuego de la estufa cohete

Después de las búsquedas habituales en la web y en YouTube, decidí que intentaría construir una versión de una estufa cohete que quemara pellets de madera. Usando ladrillos de fuego para la caja de fuego. La mayoría de las construcciones que encontré fueron hechas usando secciones de cajas de acero soldadas. Aunque soy un soldador bastante capaz, los materiales necesarios no estaban fácilmente disponibles.

Además, ya había construido cajas de fuego usando ladrillos de fuego y pensé que la resistencia al calor y las cualidades de aislamiento podrían proporcionar una mejor y más alta temperatura de combustión.

Construyendo la caja de fuego

Este es mi diseño de la caja de fuego de la estufa cohete. Quería construir una especie de estufa modular de pellets, no un simple ensamblaje soldado, como es el caso de muchos de los ejemplos que he visto en línea. Quería ser capaz de modificar, cambiar y reemplazar fácilmente los componentes si era necesario.

La construcción es muy básica, 6 ladrillos de fuego dispuestos como se ve en mi modelo de Sketch-Up. Los ladrillos de fuego son estándar (aquí en Francia) 220mm x 110mm x 60 mm. Lo que significa que cuando se arreglan como se muestra dejan un agujero cuadrado de 110mm x 100.

Habiendo ya usado ladrillos de fuego en los quemadores de madera construidos en casa, pensé en intentarlo para este proyecto. También son realmente baratos, 1,40 euros cada uno de Leroy Merlin

Perforar el ladrillo de fuego

Probablemente la parte más difícil fue la perforación de un agujero de 70 mm a través de uno de los ladrillos de fuego para permitir el tubo de alimentación de pellets. Esto se logró usando un taladro de pilar y un cortador de agujeros de mampostería. En mi primer intento maté al cortador, estos ladrillos son muy resistentes, dejó de cortar después de alcanzar una profundidad de sólo 5 mm.

Después de conseguir un nuevo cortador de agujeros, y conectar una manguera esta vez. Perforando a la velocidad más lenta, con un flujo constante de agua en el borde cortante que estaba cortando. No fue rápido, pero estaba cortando. Después de haber perforado el agujero piloto/guía hasta el final primero, el gran agujero fue perforado a mitad de camino desde cada lado.

Hacer el marco

Hice el marco de la caja de fuego de la estufa cohete de un ángulo de acero de 40 x 40 x 4 mm (recuperado de la puerta de un viejo granero)

• Empieza por hacer dos placas finales. Incluyendo los tacos para fijar los ángulos de seguridad, el tubo de ventilación y el servo ensamblaje
• Cortar, perforar y ranurar los ángulos de seguridad
• Cortar y soldar las piernas en los ángulos de seguridad de la parte inferior
• Ensamblar los ángulos con ladrillos de fuego. Tuve que achaflanar las esquinas externas de los ladrillos refractarios para despejar el radio interior del ángulo de acero

Montaje de la chimenea

Tuve la suerte de encontrar una salida de chimenea de hierro fundido en un viejo quemador de palabras que tenía en la esquina de mi granero, tiendo a no tirar nada por esta razón. Era un ajuste perfecto, sólo necesitaba rellenar un par de huecos (el quemador de leña del que salió era redondo) con el cordón de sellado de la puerta.

Alimentando los pellets de madera

Finalmente construí la tolva y el ensamblaje del tubo de alimentación, como dije en la página principal de este proyecto no estoy contento con esta parte de la estufa de pellets y la reharé antes del próximo invierno. Cuando esté completo añadiré los detalles en un post de actualización.

Sin embargo, esta es la configuración actual que todavía funciona bastante bien, aunque no sea perfecta.

Una vez construida la caja de fuego, tuve que construir una cámara tipo parrilla para contener los perdigones mientras se quemaban. Esto ha tomado algunos intentos para que funcione bien (de hecho, todavía experimento para tratar de afinar/mejorar).

Ejemplo 1

Empecé con una ‘V’ ancha construida con barras redondas de acero, pero debido a las altas temperaturas se quemó en muy poco tiempo.

Ejemplo 2

Encontré una lámina de acero de 3 mm de espesor de 304 st/s y rehíce la unidad perforando muchos agujeros (use mucho aceite para evitar que la broca se queme). Este funcionó mucho mejor, y aunque hubo alguna deformación debido al calor, la unidad no falló. Sin embargo, después de un período de unos 90 minutos, se obstruyó con ceniza y estranguló la estufa de pellets.

Ejemplo 3

Esto muestra mi último diseño, que ha estado en funcionamiento las 24 horas durante 4 meses. Todavía tenía un problema con la acumulación de cenizas, pero esto se superó con una simple configuración de servo ejecutada por un Arduino UNO (ver más abajo)

Un corto video de la estufa de pellets

Transferir el calor al sistema de calefacción por suelo radiante

A continuación, para transferir el calor de la estufa de pellets al sistema de calefacción por suelo radiante. Mi sistema de calefacción por suelo radiante consiste en tubos de PER que hacen circular agua que idealmente debería estar a 30 °C. Instalé un tanque de 60 litros (sistema abierto) y una bomba de circulación de la calefacción central para hacer circular el agua del tanque a las bobinas de tubos de cobre que se envuelven alrededor de la cámara calefactora.

Utilizando tres bobinas de 25 metros de tubería de cobre recocido de 14/16 de diámetro. Esta fue la parte más cara de toda la instalación (92 euros por bobina en 2018). Las tres bobinas están soldadas entre sí. Hay espacio para una bobina más, que puedo añadir en el futuro. Esta parte de la construcción fue bastante simple ya que las bobinas de tubo de cobre recocido ya eran prácticamente del mismo tamaño que el tanque en el que se envuelve.

La parte más difícil fue la formación de los rollos apretados para la parte superior del tanque. Para lograrlo, llené el tubo con arena fina antes de sellar los extremos aplanándolos. Luego, usando un disco de madera como plantilla, formé el tubo en la espiral. Esto me dio un poco de dolor de cabeza y al final lo hice en tres partes y las soldé entre sí.

He conectado tres sensores DS18B20 para monitorizar la temperatura del agua que entra, sale y la de las chimeneas. Estos están conectados al Pi de Frambuesa que controla las bombas y monitoriza el sistema.

Una instalación muy básica para limpiar la acumulación de cenizas, programada para funcionar a intervalos regulares. Una vez instalada, la estufa de pellets funcionaría sin supervisión durante 10 o 12 horas. El tiempo que tomaba vaciar la tolva.

Superar el problema de la acumulación de cenizas

Para superar la acumulación de cenizas se me ocurrió este sencillo servo de Arduino. Funciona con un temporizador básico para asegurar que la cámara de combustión no se obstruya con cenizas.

Utilicé un servo de fuerza de 20 kg diseñado para aplicaciones de modelos controlados por radio, montado en la parte delantera de la caja de fuego de la estufa cohete y conectado a un Arduino UNO (genérico). A un intervalo regular programado el servo acciona una placa que limpia cualquier ceniza que se haya acumulado en la cámara de combustión.

Usé un par de accesorios de techo sobrantes para hacer el marco para sostener el servo.

La caja impresa en 3D es la misma que se utilizó para mi unidad de temperatura y temporizador, con la adición de un botón de reinicio. Dejé la ventana en la caja para posiblemente añadir una pantalla LED de 4 dígitos como temporizador de cuenta atrás más tarde.

#include <Servo.h>

Servo myservo;  // create servo object to control a servo
// twelve servo objects can be created on most boards

int pos = 0;    // variable to store the servo position

void setup() {
  myservo.attach(9);  // attaches the servo on pin 9 to the servo object
}

void loop() {
  for (pos = 0; pos <= 100; pos += 1) { // goes from 0 degrees to 100 degrees
    // in steps of 1 degree
    myservo.write(pos);              // tell servo to go to position in variable 'pos'
    delay(15);                       // waits 15ms for the servo to reach the position
  }
  for (pos = 100; pos >= 0; pos -= 1) { // goes from 100 degrees to 0 degrees
    myservo.write(pos);              // tell servo to go to position in variable 'pos'
    delay(15);                       // waits 15ms for the servo to reach the position
  }
  delay(900000);
}

El accesorio servo controlador de Arduino funciona muy bien, es muy fiable y permite el funcionamiento continuo del sistema de estufas de pellets.

Una futura mejora podría implicar la conexión al Pi de Frambuesa que controla el sistema de calefacción, para permitir el funcionamiento automático cuando la estufa está encendida.

En general estoy muy contento con los resultados de mi estufa de pellets alimentada por gravedad. La reducción de nuestro consumo de leña ha sido enorme, nuestros dos quemadores de leña sólo se han encendido un par de veces a la semana (y generalmente sólo por la noche). En cuanto a los pellets de madera, hemos estado promediando alrededor de diez bolsas de 15 kg por semana, lo que lo hace mucho más barato que los leños.

Cuando está en funcionamiento, la temperatura de la chimenea oscila entre 70 y 85 °C sin salida de humo (no se puede saber si está encendida desde el exterior).

Me gustaría acoplar la estufa de pellets con un sistema de colectores solares de bricolaje, para reducir aún más el consumo de pellets, especialmente en otoño y primavera.

Problemas con el diseño de la estufa de pellets de madera

He descubierto que después de correr durante 3 o 4 días continuamente que hay una acumulación de alquitrán hacia el fondo del tubo de alimentación de pellets. Creo que esto puede deberse al tubo de acero. (foto abajo)

Además, aunque no es exactamente un problema, la tolva hecha de una vieja botella de gas está curvada donde está soldada al tubo de alimentación, por lo que una cantidad de pellets se mantiene en la tolva. Esto significa que si quiero dejar que el fuego se apague para ser limpiado o llevar a cabo el mantenimiento, tengo que estar allí para cepillar el último de los pellets en el tubo de alimentación.

Futuras mejoras en la estufa de cohetes de pellets

Experimente con el montaje de la alimentación, posiblemente añada otro ladrillo de fuego a la distancia del tubo de alimentación de acero de la cámara de combustión. Creo que esto reduciría el problema del alquitrán.

Construya una nueva tolva, haciéndola ligeramente más grande para tener un tiempo de combustión de 24 horas y asegurar que todos los pellets se alimenten en el fuego.

Añada otra bobina de 25 metros de tubo de cobre a la existente para transferir más calor.

Haga algún tipo de aislamiento enchaquetado para cubrir las bobinas de cobre.

Adórnalo un poco con pintura a prueba de calor.

Echa un vistazo a esta modificación para quemar madera y pellets al mismo tiempo