Uma das vantagens do aquecimento com lenha é que apenas um fogão pode ser usado para cada necessidade. Além de nos manter aquecidos, as máquinas a lenha podem cozinhar refeições, secar roupas e tostar dedos frios. Mas não seria fantástico se aquela caixa preta também pudesse tomar um banho quente?
Na verdade, aquecedores de água a lenha domésticos não são nenhuma novidade... há mais de um século, muitos fogões tinham tanques acoplados. No entanto, o advento dos queimadores de madeira "fechados" e dos sistemas de água pressurizada colocou a maioria das antigas técnicas de aquecimento em lote em segundo plano, e novos métodos baseados em ciclos fechados foram desenvolvidos.
A maioria dos acessórios de aquecimento de água usa trocadores de calor instalados na caixa de fogo ou na chaminé do equipamento. O melhor exemplo comercial dessa abordagem funciona muito bem. Se o aquecedor estiver funcionando a maior parte do dia, eles podem fornecer água quente para toda a casa. No entanto, por segurança, esses dispositivos geralmente são feitos de aço inoxidável (um produto caro) e devem ser testados sob pressão para garantir que possam suportar as altas temperaturas que podem ser encontradas no sistema de aquecimento. Como tal, um bom trocador de calor interno tem um preço bem alto. Os componentes internos caseiros, por outro lado, são famosos por explosões de vapor escaldante.
Além disso, extrair calor de uma fornalha ou chaminé de fogão a lenha pode ter um efeito colateral infeliz: extrair BTU diretamente do fogo (usando um trocador de calor na fornalha) reduz a eficiência da combustão... se os produtos da combustão incompleta forem resfriados abaixo da temperatura em que se condensam (por meio de uma câmara de combustão ou de um trocador de calor de chaminé), pode ocorrer um grande acúmulo de creosoto. Não se engane, a combinação de um incêndio na chaminé e um trocador de calor cheio de água pode ser um desastre.
Reconhecendo o fato de que não há almoço não pago, adotamos uma abordagem conservadora ao projetar nosso próprio aquecedor de água para fogão a lenha. Em vez de colocar um trocador dentro do aquecedor ou da chaminé, fixamos um na parte externa da caixa de fogo. Ao adotar essa estratégia, evitamos grandes modificações no aquecedor, que mantém a acreditação do Underwriters Laboratories. Mais importante ainda, vários dos critérios de segurança que já mencionamos são atendidos: a temperatura encontrada fora do compartimento do aquecedor não ferverá a água (desde que o líquido permaneça circulando), o calor usado para aquecer a água é irradiado pelo aquecedor de qualquer maneira, então nenhum excesso de calor escapa da caixa de fogo.
Nosso acessório de aquecimento de água consiste em apenas cerca de 15 metros de tubo de cobre de 6 mm enrolado em uma parede de gesso preenchida com gesso. O material à base de gesso ajuda a distribuir o calor uniformemente para as serpentinas e permite que o trocador fique em contato direto com o corpo do aquecedor sem superaquecer. (Gostaríamos de agradecer a Ed Walkinstik pela sugestão.) O conjunto é parafusado em um lado do aquecedor e conectado a um aquecedor de água reciclado de 197 litros (usamos um aquecedor de água com um elemento de queima, mas uma caixa à prova de som). Assim como um pré-aquecedor solar.
Uma bomba de 10 galões por minuto montada no dreno do aquecedor circula a água pela serpentina e de volta para o "T" logo abaixo da válvula de alívio na parte superior do tanque (esta válvula é reservada como precaução de segurança). A água fria entra no recipiente pela entrada normal, e a água aquecida a lenha entra no aquecedor elétrico convencional pela saída de calor padrão. Toda a fiação é bem isolada com espuma de alta densidade de 1 polegada de espessura.
Claro, se a água estiver circulando constantemente, o calor pode ser perdido para o fogão quando não houver fogo queimando. Para evitar isso, o pesquisador Dennis Burkholder colocou controles automáticos liga/desliga em um termostato de ar condicionado de tensão de linha conectado ao cabo de alimentação da bomba. (Você também pode usar o controle de combinação de aquecimento/ar condicionado mais comum, definido para o modo de resfriamento.) O termostato é montado em uma parede a um metro de distância do aquecedor, a cerca de um pé do topo dele. Quando a temperatura do ar atinge 80 °F, o controlador de 120 volts liga a bomba e a água começa a esquentar. Quando a temperatura cai para 76 °F, o interruptor diferencial integrado desliga o circulador novamente.
Os componentes do sistema de trocador de calor são mostrados nos desenhos anexos, mas é claro que toda instalação requer algumas alterações nas dimensões básicas. Por exemplo, se o seu aquecedor for maior que o nosso, você pode expandir o painel o suficiente para obter uma bobina completa de 60 pés de tubo de cobre macio de 1/4″ dentro da estrutura maior do trocador. No entanto, aqueles com aquecedores menores terão que usar uma quantidade menor de fiação.
De qualquer forma, é mais fácil usar o tubo, pois ele é enrolado para transporte. Basta colocar o fio crimpado na estrutura e dobrar delicadamente o tubo para preencher o retângulo. O material flexível pode ser dobrado em um raio de cerca de 1-1/2 polegadas sem torcer, então não é difícil forçá-lo em quaisquer "pontos quentes" potenciais. Trabalhamos da borda externa para dentro, prendendo as bobinas à placa de fundo à medida que avançamos. (Sem fios para prender o anel externo do tubo, a coisa toda queria pular para fora da estrutura.)
Depois que os tubos de cobre estiverem distribuídos uniformemente dentro da estrutura, misture uma fina camada de gesso e despeje a mistura na estrutura. Nivele a superfície passando uma régua sobre o ângulo de ferro e deixe o material secar por alguns dias. O painel pode então ser fixado na lateral do forno e a linha de 1/4 de polegada pode ser conectada ao tubo de 1/2 polegada do tanque do pré-aquecedor.
Realizamos testes extensos para determinar a configuração mais eficiente do interruptor e para nos dar confiança de que o equipamento operaria com segurança. Por exemplo, para ver o que aconteceria se uma falha de energia desligasse nossa bomba, selamos o tubo que sai do tanque do pré-aquecedor e instalamos um manômetro na válvula de alívio. A pressão mais alta que conseguimos desenvolver no sistema foi de 3 PSI... isso depois que nosso catalisador Atlanta Stove Works interrompeu o fluxo por 8 horas na maior taxa de queima possível!
Além disso, para determinar se a troca de calor por condução através das paredes da fornalha estava sendo estimulada a níveis prejudiciais à saúde, examinamos diariamente o interior da caixa de fogo do fogão a lenha para verificar se havia aumento do acúmulo de creosoto. Não encontramos diferenças na aparência ou profundidade dos depósitos em nenhuma das quatro paredes, o que sugere que os trocadores estavam recebendo principalmente energia radiante das paredes externas da fornalha. (A cerâmica pode ter desempenhado algum papel isolante, compensando o aumento da condutividade.)
Quanta água quente o trocador produzirá? Bem, em um ciclo típico de 7 horas, carregaríamos de 55 a 60 libras de madeira no catalisador Atlanta, o que aumentaria o conteúdo do tanque de 42 galões para quase 140 °F. Essa taxa de queima de 8 libras por hora é provavelmente um pouco maior do que a que a maioria das pessoas usa, então você pode obter um pouco menos de água quente de um dispositivo semelhante. Claro, se você continuar queimando intensamente ao longo do dia, o total de 24 horas ainda deve ser água quente suficiente para mais de 100 galões por dia. Mesmo se você operar seu fogão frequentemente "desligado", este sistema reduzirá significativamente suas contas de serviços públicos.
Dependendo do tamanho da sua casa e do consumo de água de todos, este sistema pode eliminar suas contas de água quente no inverno. Portanto, se você puder obter lenha por muito menos do que o equivalente em eletricidade ou gás, a energia que você usa para aquecer a água do seu fogão a lenha (menos o espaço, é claro, o calor que o aparelho fornecerá) valerá a pena o investimento. Além disso, você ficará feliz em saber que deu mais um passo em direção à substituição de fontes de energia não renováveis.
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