venerdì 26 novembre 2010

Installazione di una stufa a legna

In una casa di campagna non può certo mancare una stufa a legna o un caminetto. La legna non manca, basta tagliarla, ed il calore e l'atmosfera che crea un focolare è di gran lunga più piacevole di quanto possa dare un radiatore o un fan coil.

Perché una stufa a legna funzioni correttamente occorre una canna fumaria ben dimensionata che assicuri un buon tiraggio naturale. Nelle tipiche case contadine toscane, costituite da due piani, si può contare su di una altezza della canna fumaria che varia da 5 ad 8 metri a seconda del piano su cui è installata la stufa. Il compito della canna fumaria è di garantire l'evacuazioni dei fumi richiamando aria al focolare per la combustione. Il flusso dei fumi verso l'alto è dovuto alla minore densità di questi che tendono a salire perché più leggeri dell'aria esterna più fredda e pesante.

Applicando Bernoulli tra la sezione 1 (prima dell'ingresso nella caldaia) e 2 (al termine della canna fumaria) si ha che:

Pa + γH  = Pa + γf H + γv2/2g + α'

dove H è l'altezza della canna fumaria, γe e γf sono rispettivamente i pesi specifici dell'aria esterna e dei fumi v è la velocità ed α' rappresenta le perdite di carico per attrito ed altre resistenze. Si ha che:

H (γe - γf) = γf ( v2/2g + α )

Il primo termine è la differenza di pressione disponibile alla base del condotto verticale.

Poiché per i gas vale la seguente relazione:

γ = γo 273/T

dove γo = 1,3 kg/m3 è il peso specifico dell'aria a T = 273 °K, possiamo scrivere:

H (γe - γf) = 273 γo H (Tf - Te)/(Tf Te)

Da qui si vede che la differenza di pressione disponibile cresce all'aumentare dell'altezza H della canna fumaria e all'aumentare della differenza di temperatura tra i fumi e l'aria esterna. Su quest'ultima si può fare ben poco e comunque si può osservare che nelle giornate più miti le stufe funzionano peggio.

La temperatura dei fumi è normalmente attorno ai 200 °C. Temperature maggiori garantirebbero una maggiore spinta ascensionale ma anche una maggiore perdita di calore ed una efficienza minore della stufa che deve scaldare noi e non l'atmosfera. Temperature minori oltre a rendere meno efficacie l'evacuazione dei fumi potrebbero danneggiare la superficie della canna fumaria creando depositi ed eventuali fenomeni corrosivi per la presenza di sostanza incombuste.

Se la temperatura dei fumi è di 200 °C e quella dell'aria esterna di 10 °C nel caso di altezza della canna fumaria di 8 metri si ottiene H (γe - γf) = 4 kg/m2 = 39 Pascal. Con 5 metri di canna fumaria, invece, ΔP = 2,5 kg/m2 = 24,7 Pascal che è comunque una differenza di pressione disponibile più che sufficiente (in genere basta che H (γe - γf) sia maggiore di 15 Pascal).

Le perdite possono essere espresse come:

α = ( λd H/D + ∑ λl ) v2/2g

dove λd sono le perdite distribuite (per attrito) dovute alla rugosità superficiale della canna fumaria mentre λl sono le perdite localizzate dovute ai raccordi della tubazione (giunti, gomiti, restringimenti, allargamenti, etc). Combinando le precedenti espressioni possiamo scrivere che


273 γo H (Tf - Te)/(Tf Te) = γ( 1 + λd H/D + ∑ λv2/2g

e da qui ricavare la velocità:

v = [ ( 2g ΔT/Te  H/(1 + λd H/D + ∑ λl ) ]0,5

Si può notare che fissata l'altezza H ed il diametro D della canna fumaria e le temperature, la velocità dipende solo dagli attriti e dalle perdite localizzate. Maggiori sono le perdite e minore è la velocità dei fumi. Normalmente si impiegano canne fumarie in acciaio inox evitando brusche variazioni dello sviluppo della tubazione specie quando l'altezza H non è elevata. In questo modo si ottengono velocità che variano da 1 a 2 m/s.

Con v = 1 m/s e diametro D = 0,2 m la portata dei fumi è

Qf = γv π D2/4 = 84 kg/h

Se teniamo conto che la combustione di un kg di legna produce circa 15 kg di fumi si ricava che quella portata permette di bruciare circa 5 kg di legna l'ora che è il consumo di una stufa di medie dimensioni.
Naturalmente, perché la combustione avvenga, bisogna garantire una congrua mandata d'aria proveniente dall'esterno. Questa è bene che sfoci vicino alla presa d'aria della stufa altrimenti l'ambiente verrebbe tagliato da un flusso di aria fredda poco confortevole per chi si trova nel mezzo. Naturalmente l'aria esterna può provenire anche da spifferi di porte e finestre che specie nelle vecchie case contadine non mancano. Nelle abitazioni più moderne con serramenti che sigillano meglio gli ambienti, la presa d'aria è invece indispensabile.

6 commenti:

  1. Ciao Decomondo, in effetti ero partito con l'idea di scrivere qualcosa di veramente semplice e pratico sull'installazione di una stufa a legna. Poi, per strada, mi si sono complicate le cose ed il post è diventato un po pesantuccio. Tenterò di rimediare in futuro.
    Ciao MaxT

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    1. No MaxT, va bene così, piuttosto che rinunciare ad approfondire, dividi il tema in una parte trattata più superficialmente, da una più scientifica, in maniera che chi si accontanta di meno è subito soddisfatto, e che invece è interessato a capire a fondo puo spingersi più avanti.
      Ho trovato le tue spiegazioni utilissime perchè approfondite, e ti ringrazio

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    2. Ciao Anonimo, fin'ora sei l'unico che ha saputo apprezzare questo articolo. Il tuo commento mi ha tirato su il morale.
      Un saluto

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  2. grazie dell ottima spiegazione sono molto inesperto di canne fumarie per cui ti faccio una domanda forse banale per te io ho una caldaia agas volevo mettere una stufa alegna usando la canna fumaria esistente ma posso attacarmi subito dopo la caldaia a gas ? e forse sopra di me ce un altra caldaia agas con la stessa canna fumaria. crea problemi ? forse non crea la depressione per espellere i fumi verso il comignolo grazia saluti

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    1. Ciao Anonimo, la canna fumaria della stufa a legna deve essere dedicata per assicurare che i fumi escano dal comignolo (e non entrino nell'appartamento di qualcun altro). Fare diversamente potrebbe essere molto pericoloso (oltre che non a norma).
      Un saluto

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