Costruire una Rocket Mass Heater Stove
Ho costruito la mia stufa prendendo spunto da un progetto che ho acquistato da Ernie ed Erica Wisner, due famosi costruttori di rocket mass heater, adattandolo ai miei spazi ed esigenze. E' un documento molto pratico che illustra tutti i passi necessari per la realizzazione di una rocket mass heater ad alimentazione verticale con un condotto dal profilo a "J" di sezione 19 cm x 19 cm e una grossa panca che funge da massa termica.
Materiali
- circa 60 mattoni refrattari 6 x 12 x 22 cm: sono necessari perché i mattoni normali con il tempo tendono a spaccarsi essendo sottoposti ad altissime temperature
- Un fusto metallico da un quintale o simili; quelli che facevano in passato sono i migliori perché molto più spessi.
- comuni mattoni e pianelle di varie misure
- palline di argilla espansa o mattoni isolanti
- Argilla o terra abbastanza argillosa
- paglia o simile
- sabbia fine per malta
Componenti
- camera di alimentazione: dove viene introdotto il combustibile
- camino o heat riser: il "motore" della stufa, l'elemento che genera il tiraggio
- camera di combustione: il tratto orizzontale che collega l'alimentazione al camino
- radiatore: il corpo scaldante che fornisce calore istantaneo
- panca: funge da batteria termica, accumula il calore residuo dei fumi di scarico
Approfondimenti sulla teoria delle rocket mass heater
La base
Ho costruito un supporto rialzato dove poggia l'intera stufa usando una lastra di cemento sollevata 12 cm da terra con dei mattoni molto robusti. Sopra alla lastra ho posizionato i mattoni refrattari che costituiscono la base della camera di combustione; quelli che si vedono al centro, di colore più chiaro sono meno spessi e li ho poggiati sopra uno strato di argilla espansa per isolarli termicamente dalla lastra sottostante.
Se hai dei muri combustibili è molto importante lasciare uno spazio adeguato fra l'intera stufa e la parete per scongiurare possibili incendi.
Ho montato la stufa sollevata da terra per isolarla dal pavimento e consentire la circolazione dell'aria sotto di essa. Purtroppo lo strato di isolamento sotto la camera di combustione non si è rivelato sufficiente così il calore passando alla lastra di cemento veniva disperso nell'aria sottostante. Inoltre per evitare che la base della stufa disperda calore anche tramite irraggiamento sarebbe stato saggio poggiare dei pannelli riflettenti sul pavimento.
Un altro modo per isolare la stufa dal pavimento sarebbe quello di montare la camera di combustione su uno spesso strato di materiale isolante costituito da palline di argilla espansa oppure da mattoni isolanti. In questo modo la camera di combustione si scalda più in fretta e rimane in temperatura più a lungo poiché ci sono meno dispersioni.
Camera di combustione
Con camera di combustione si intende il tratto orizzontale che collega il condotto di alimentazione al camino. Ho realizzato i suoi lati con una fila di mattoni refrattari messi in piano e un'altra in verticale ottenendo la sezione del canale di 19 cm x 19 cm. Per assicurare il funzionamento tutto il condotto dalla camera di alimentazione allo scarico della stufa deve avere la stessa sezione (constant cross sectional area).
Ho poggiato i mattoni completamente a secco senza usare cemento o malta refrattaria che non avrebbero comunque resistito alle elevatissime temperature. Nel caso in cui le dimensioni dei mattoni non siano abbastanza precise puoi aggiungere un sottile strato di impasto costituito da argilla e sabbia finissima.
Molto importante è che tutta la camera di combustione sia isolata termicamente dall'esterno quindi l'ho circondata da un muro in mattoni riempendo di argilla espansa l'intercapedine. Ho utilizzato i mattoni perché ne avevo in abbondanza ma puoi anche rivestire tutto con la terra cruda e mettere i mattoni isolanti in mezzo oppure un impasto di palline isolanti ed argilla. I modi sono tanti, l'importante è che dalla camera di combustione non si disperda calore (isolamento = alta temperatura = combustione completa = alta efficienza).
la camera di alimentazione
E' il condotto dove va inserito il combustibile verticalmente che dovrebbe scendere all'interno mano a mano che si consuma (autocaricamento).
Per assicurare il tiraggio ed evitare ritorni di fumo è bene mantenere il condotto di alimentazione più corto possibile.
Heat Riser
Il camino o heat riser è probabilmente la parte più importante di tutta la stufa, il "motore" che crea la differenza di temperatura necessaria a generare il tiraggio dove al suo interno i gas sprigionati dalla legna calda si rimescolano con l'ossigeno dando luogo ad una seconda combustione.
L'altezza del camino è un parametro essenziale che influenza proporzionalmente il tiraggio (quindi la quantità di aria che la stufa riesce ad aspirare), la velocità di combustione, la temperatura del radiatore e la potenza della stufa. Dovrebbe misurare almeno quanto l'altezza della camera di alimentazione sommata alla lunghezza di quella di combustione, nel mio caso 85 cm in tutto.
L'altezza del camino condiziona anche quella del radiatore che deve essere adeguata specialmente se usato come piano cottura.
Ho posizionato i mattoni refrattari sfalsati uno sull'altro senza effettuare tagli e li ho sigillati esternamente con la malta di argilla.
Per assicurare un buon tiraggio e la massima efficienza il caminetto deve raggiungere temperature elevatissime al suo interno (si parla di quasi 1000° C) quindi l'ho isolato con uno spesso strato di argilla espansa contenuta da una rete metallica.
Il radiatore
Il radiatore assorbe il calore dei fumi provenienti dal camino e lo disperde istantaneamente nell'ambiente sia tramite convezione che irraggiamento. I fumi, scendendo lungo l'intercapedine posta fra il radiatore e il camino, si avviano verso lo scarico attraverso un'apertura laterale che ho realizzato tagliando un mattone seguendo la sagoma del radiatore.
Come radiatore ho usato un vecchio barile di ferro da un quintale che si è rivelato perfetto allo scopo in quanto molto robusto; per pulirlo ho acceso un fuoco al suo interno e lasciato bruciare per svariate ore. Successivamente ho tolto ogni residuo di ruggine con la smerigliatrice.
Il radiatore va appoggiato rovesciato sopra il camino e può essere posizionato lievemente decentrato agevolando il passaggio fumi verso il lato che si vuole riscaldare maggiormente.
Altro parametro importante è la distanza fra la cima del camino e il radiatore poiché all'aumentare del gap aumenta il tiraggio ma diminuisce la temperatura del radiatore quindi bisogna trovare un compromesso tenendo a mente che un eccessivo tiraggio risulta spesso superfluo e porta a maggiori consumi. Una bassa temperatura del radiatore comporta una minore velocità della stufa nel riscaldare l'ambiente e può precludere la possibilità di usarlo come piano cottura.
Gap minimo: immagina un parallelepipedo che si estende dalla sezione interna della cima del camino fino a toccare il radiatore. La somma delle superfici delle sue facce laterali deve essere uguale all'area della sezione interna del camino. Da questo presupposto si ricava la formula per calcolare il gap minimo ammissibile.
Es. area sezione interna camino = 19 * 19 = 361 cm2 = somma aree facce laterali del parallelepipedo immaginario
altezza facce parallelepipedo = 361 / (19 * 4) = 4,75 cm = gap minimo
Nella mia stufa ho adottato un gap di circa 5 cm
Lo scarico
I fumi ancora caldi che scendono dal radiatore vengono spinti attraverso il condotto di scarico e cedono il calore residuo alla panca.
Ho deciso di costruire lo scarico interamente in muratura, invece di usare i tubi di acciaio come viene spesso proposto, principalmente perché si trattava di un prototipo e avevo voglia di sperimentare una alternativa più economica e sostenibile. La principale differenza risiede nel fatto che i tubi di acciaio si incrostano di meno e si puliscono più facilmente. Quando le incrostazioni si accumulano e crescono di spessore diventano molto pericolose perché possono incendiarsi quindi è molto importante controllare lo stato del condotto di scarico ogni anno ed effettuare la pulizia.
Nei punti critici del condotto di scarico, quali le curve o sotto al radiatore, vanno previsti dei punti di ispezione che rendono possibili le operazioni di manutenzione.
Lo scarico segue un percorso a serpentina con due tornanti, uno orizzontale e l'altro verticale. E' difficile determinare la lunghezza massima ammissibile di un condotto di scarico perché dipende da molteplici fattori fra quali la sua sezione, la presenza di curve, il materiale usato, l'altezza del camino e l'altezza della canna fumaria. Nel mio caso si tratta di un condotto lungo circa 7,5 metri collegato a una canna fumaria alta 4 metri.
Lo scarico si allontana dalla panca supportato da un travetto di cemento e immette i fumi in una canna fumaria adiacente. Vicino alla finestra ho posizionato una soglia in marmo (ottimo conduttore termico) per avere una zona più calda da usare come essiccatore.
Ho ricoperto il condotto di scarico con uno strato di pietre miste a ghiaia grossa per accumulare il calore (batteria termica)
la panca completata con un intonaco a base di argilla e sabbia del po.
Conclusioni
Fin dai primi test la stufa ha mostrato un ottimo tiraggio, una buona potenza e grande capacità di accumulare calore. I fumi dello scarico sono quasi inodori, tendenti al bianco e soltanto tiepidi. La panca continua a rilasciare calore anche un giorno dopo lo spegnimento e il piano cottura funziona alla grande.
L'unica cosa che non mi ha soddisfatto è la camera di alimentazione verticale che mi ha causato alcuni problemi. Qualche volta la legna, essendo molto ruvida e dalle forme più svariate, si incastra nella camera di alimentazione e non riesce a scendere, allora la fiamma comincia piano piano a salire e se non si interviene può portare all'emissione di fumo nella stanza. Per questo ho poi deciso di modificare la mia stufa con una camera di alimentazione orizzontale.
Nel corso degli anni la mia stufa ha subito molte altre modifiche, sia estetiche che strutturali, ma non le ho riportate per non destrutturare troppo l'articolo; comunque posso darti alcuni consigli derivati dai miei sbagli:
- attenzione al materiale usato nella panca: il condotto di scarico deve essere posto a contatto con della massa termica, un materiale conduttore e pesante adatto ad accumulare grandi quantità di calore.
- attenzione al rivestimento della panca: non usare il marmo che è troppo conduttore (rimane gelido a stufa spenta mentre scotta quando è accesa), puoi usare il legno ma dovresti trovare il tipo e lo spessore giusto perché a volte può risultare troppo isolante.
- l'argilla e la terra non sono buoni isolanti ma fanno massa termica a meno che non vengano mescolati con altri materiali come la paglia o conservino sacche d'aria all'interno.
Manutenzione
- smontare il radiatore una volta l'anno e rimuovere le ceneri depositate sul bordo del camino e all'inizio dello scarico. Controllare che l'isolamento e l'interno del camino siano in buone condizioni
- pulizia annuale del condotto di scarico e della canna fumaria
- rimuovere le ceneri dalla camera di combustione quando necessario
- mantenere pulito il piano cottura onde evitare odori sgradevoli durante il funzionamento a pieno regime
Sicurezza
Una stufa a legna, specialmente se autocostruita, può presentare diversi rischi molti dei quali mortali:
Monossido di carbonio CO
E' un gas inodore e incolore che si sviluppa da combustioni in carenza di ossigeno. All'inizio provoca sintomi simili all'influenza come confusione, spossatezza e perdita di lucidità; al minimo sospetto andare subito fuori a respirare aria pulita e chiamare un'ambulanza. I sintomi sono molto soggettivi e dipendono dalla concentrazione di CO e talvolta bastano pochi minuti per provocare la morte.In caso di tiraggio insufficiente o addirittura di improvvisa inversione del tiraggio areare immediatamente il locale; la stufa ha un problema che va risolto. In questi casi la stufa non riesce a espellere completamente i fumi dalla canna fumaria e si possono verificare perdite di monossido di carbonio.
Se gli infissi sono a tenuta stagna c'è il rischio che la stufa consumi tutta l'aria del locale e inizi a produrre monossido di carbonio, quindi installare sempre una presa d'aria collegata con l'esterno per fornire ossigeno alla stufaIndispensabile installare anche un rilevatore di monossido di carbonio che potrebbe salvarti la vita e assicurarsi che sia sempre in funzione.
Incendio
In caso di incendio, per prima cosa se possibile occludere la camera di alimentazione per diminuire la fornitura di ossigeno.
- Non lasciare mai oggetti facilmente infiammabili vicino o sopra le parti calde della stufa e nemmeno di fronte alla camera di alimentazione (in caso di inversione del tiraggio).
- Assicurarsi che la temperatura massima raggiunta dalla panca sia insufficiente a causare la combustione di eventuali cuscini o coperte appoggiate sopra.
- Effettuare regolarmente la manutenzione dello scarico.
- Controllare sempre lo stato della stufa e lasciarla al minimo regime prima di allontanarsi da casa.
Scottature
Il radiatore, specialmente durante il funzionamento a pieno regime, raggiunge temperature elevatissime che provocano scottature al minimo contatto. Stare molto attenti oppure montare una griglia di protezione.
Ultima modifica 12/02/16
Scritto da Davide Buldrini
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