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ESTUFAS DE ALTO RENDIMIENTO
Agosto 2014
Aghbala, Marruecos
Finalizados los largos días de autoestop y una vez instalados en tierras marroquíes, nos pusimos manos a la obra con nuestro principal propósito, la cooperación arquitectónica. Bajo la dirección del colectivo Moviment Nòmada y continuando con la labor que nuestros compañeros venían realizando durante las dos calurosas semanas anteriores a nuestra llegada, empezamos a trabajar como albañiles en la escuela de primaria local.
Foto 1: Vista general de la localidad Marroquí de Aghbala.
Los objetivos de dicha intervención se resumían en dos importantes aspectos: adaptar todos los accesos a las aulas para las personas con movilidad reducida (accesos para sillas de ruedas) e instalar sistemas de producción de calor low tech y de máxima eficiencia a tantas aulas como nos fuera posible, condicionados siempre por la duración de la estancia de los cooperantes (aprox. dos meses).
El primer punto a solventar, los accesos para sillas de ruedas, requería un arduo trabajo manual pero poca complejidad técnica. El problema se resolvió fácilmente mediante la construcción de distintas rampas en todos aquellos puntos donde las innumerables barreras arquitectónicas se hacían insalvables. La balanza que se aplicó particularmente en este caso para decidir las técnicas y materiales constructivos, primó en todo momento, con buen argumento desde nuestro punto de vista, la solución de una problemática muy notoria. Bajo esta premisa y ante las complejidades técnicas y de abastecimiento de materiales que se presentaban para aplicar técnicas bioconstructivas, se decidió utilizar un sistema convencional basado en el hormigón armado y la piedra local para su ejecución.
Foto 2. Proceso de construcción de las rampas para sillas de ruedas.
Muy diferente se presentó la segunda tarea que se debía realizar. La problemática seguía siendo importante ya que Aghbala, a los pies de la cordillera del Atlas, registra temperaturas muy bajas en los meses de invierno, pero ahora los condicionantes técnicos no sólo permitían aplicar sistemas bioconstructivos sino que estos se presentaban como la mejor solución posible. La experiencia del colectivo Moviment Nòmada en este campo propició que se proyectaran desde un inició un sistema de producción de calor basado en las estufas de alto rendimiento o masa térmica. Estas estufas además se realizarían con materiales naturales locales; tierra arcillosa, paja y lana natural de oveja, y reciclando las antiguas estufas metálicas de las propias aulas. La sencillez y eficacia de este tipo de estufas hace de ellas un sistema incomparable para un amplio abanico de usuarios ya sea en construcciones de obra nueva, rehabilitaciones o en cooperaciones nacionales e internacionales donde su construcción debe servir siempre de transferencia de conocimientos a los lugareños de una tecnología low tech y fácilmente reproducible.
Por esta razón y como pistoletazo de salida a nuestro apartado Worklog, cuya finalidad será transmitir de manera libre aquellos conocimientos adquiridos durante el camino, a continuación aportaremos toda la información de nuestra experiencia en este campo en forma de guía practica de ejecución.
Estufas de inercia térmica
Este tipo de estufas cuyas variantes de diseño son “infinitas” funcionan siempre bajo dos principios básicos; un alto rendimiento del cuerpo quemador (con poca leña de dimensiones reducidas generan muchas calorías) y una acumulación de calor mediante el circuito de extracción de humos (la masa de los materiales utilizados y el principio de la inercia térmica actúan como baterías acumuladoras de calor).
La elección de los materiales:
Como norma genérica diremos que siempre que sea posible deben ser materiales de proximidad, naturales y/o reciclados. Bien es cierto que en muchos aspectos de este sistema constructivo se puede hacer difícil seleccionar materiales apropiados que cumplan alguno de estos requisitos, a favor diremos que ya que normalmente suele primar la economía, a menudo la elección de este tipo de materiales suele ir acompañado de costes bajos o inexistentes. Como concepto fundamental añadiremos que siempre se debe poner en una balanza todas las variables y decidir en cada caso qué y cómo es más adecuado.
En Marruecos las limitaciones económicas y de abastecimiento que debíamos afrontar eran muy altas, por este motivo nuestra elección fue extremadamente acotada, primando en todo momento el ingenio ante la tecnología y procurando realizar un sistema fácilmente reproducible por los habitantes del lugar.
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La tierra arcillosa como material principal de construcción. La arquitectura tradicional de la zona es ampliamente nutrida por este noble material y la tierra que disponíamos cumplía con los requisitos que solicitábamos.
Fotos 3 y 4: Dos ejemplos de Arquitectura tradicional de tierra, Aghbala.
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La paja como aditivo de la tierra en ciertas partes de la estufa. Ésta nos proporcionó un estabilizante magnifico en la ejecución de adobes y un aislamiento medio-bajo en ciertas zonas importantes.
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La lana de oveja como aislante en las zonas mas comprometidas.
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Cuerpo quemador metálico. Aprovechamos unas antiguas estufas metálicas que estaban en deshuso en la propia escuela. Después de un poco de trabajo de cerrajería quedaron satisfactoriamente bien.
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La madera reciclada. La técnica del tapial utilizada para la fabricación de la mayor parte del circuito de extracción de humos requirió de un encofrado resistente que solventamos con tablones de obra y trozos de madera viejos.
Adecuación al espació:
Es prácticamente imposible determinar que tipo de diseño es el más adecuado. Cada caso se debe estudiar en detenimiento para que cumpla, no solo con el propósito térmico sino para que se adapte a la estética y las necesidades del usuario. Una característica habitual suele ser la creación de un banco caliente aprovechando el circuito de extracción de humos. Éste acabara teniendo una u otra forma y dimensión dependiendo de distintos factores de funcionamiento y espacio.
 Fuente: Iniciativa Num |  Fuente: Ecofoc |
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 Fuente: Recomenzarnos |  Fuente: Moviment Nòmada |
 Fuente: Ecofoc |
Las estufas que se propusieron se situaron al final de las aulas ocupando toda la longitud del muro de separación entre estas. La ubicación respondía a tres necesidades concretas, no alterar la distribución normal del aula, aprovechar la actual salida de humos y evitar la gran perdida de calor que podrían generar los cerramientos exteriores en contacto. Con este diseño se consiguió crear un pequeño banco caliente contigua al cuerpo quemador y paralelo a la longitud de dicho muro.
Foto 5: Croquis ubicación de la estufa respecto a la distribución del aula.
Principios de diseño funcional
Como ya se ha mencionado al principio de la guía, el funcionamiento de este sistema esta basado en los principios de alto rendimiento y de acumulación de calor. Esto hace imprescindible respetar ciertos conceptos importantes pero nuevamente quedará a decisión del constructor y el usuario final las particularidades del diseño.
 Croquis perspectiva estufaPrincipales elementos y flujo térmico. |  Croquis planta seccionadaElementos importantes del diseño de la estufa. Secciones A y B. |
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 Croquis sección A-A'Cuerpo quemador, principio de funcionamiento y materiales. |  Croquis sección B-B'Conducto de extracción de humos/banco caliente, principio de funcionamiento y materiales. |
Cuerpo quemador:
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Debe diseñarse siempre con una doble cámara de combustión en forma de U invertida. Este sistema permitirá, junto con un buen circuito de alimentación de aire y un buen aislamiento, generar una combustión a muy alta temperatura (1000 – 1300ºC).
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La abertura de alimentación para leña contará siempre con otra abertura independiente en la parte inmediatamente inferior para permitir la entrada de aire.
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El exterior del cuerpo quemador se aislará del exterior para minimizar la perdida de calor y garantizar así, la consecución de temperaturas más elevadas en el interior.
Circuito de extracción de humos:
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La cantidad de masa que aportan los materiales de construcción junto con la longitud del circuito, serán directamente proporcionales a la cantidad de calor que conseguiremos acumular.
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El dimensionamiento, tanto de la longitud del circuito como de la cantidad de masa apropiada en cada estufa, deberá estipularse en función del dimensionado de la volumetría interior del circuito. En esta guía no entraremos en detalles específicos de cálculo, os propondremos algunos enlaces de bibliografía especializada y restaremos a vuestra disposición para dudas más especificas.
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La volumetría interior del circuito se dimensionará en función del volumen total del espacio a calentar.
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Es necesaria la previsión de registros en puntos estratégicos del circuito de humos que permitan su limpieza y mantenimiento.
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El tramo final del circuito estará dotado de un sistema de oclusión parcial o total del conducto para minimizar la pérdida de temperatura una vez finalizada la combustión.
Otros conceptos importantes:
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La volumetría del circuito interior de combustión y extracción de humos debe respetar una cierta proporcionalidad en todo su recorrido y siempre de más a menos (más volumen en el inicio y menos en el final del circuito).
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Todas las superficies de la estufa en contacto con cerramientos (verticales u horizontales) deben estar ligeramente aisladas para minimizar la perdida de calor y la posible afectación por alta temperatura continuada a los elementos del edificio susceptibles.
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Los materiales utilizados para la construcción del cuerpo quemador deben ser adecuados para soportar temperaturas máximas de hasta 1100ºC. La cerámica refractaria, las piezas de metal de cierto calibre o las piezas de tierra arcillosa sin cocer ni aditivos químicos serán algunos de los más adecuados.
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Los materiales utilizados para la construcción del sistema de extracción de humos deben ser materiales densos, sin aislamiento ni cámaras de aire para favorecer la acumulación de calor por el principió de inercia térmica. La piedra, la tierra arcillosa compactada o las piezas macizas de cerámica cocida serán algunos de los más apropiados.
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Los aislamientos en contacto con los puntos más calientes de la estufa (superficie del cuerpo quemador) deben ser ignífugos o con cierta capacidad de resistencia a altas temperaturas. La arlita (arcilla expandida), las lanas de roca o vidrio, o incluso el corcho natural mezclado con arcilla pueden servir.
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Los morteros utilizados para las zonas más expuestas al fuego y a altas temperaturas deben ser apropiados para este fin. Los morteros refractarios (ricos en alúminas) o los morteros de arcilla con chamota refractarias y sin aditivos químicos serán válidos. Los morteros de cemento y/o cal convencionales pueden crear problemas.
Respetando siempre los conceptos primeros descritos en este apartado, debemos especificar que las estufas que construimos en Marruecos rozaron en algunos puntos los límites apropiados de diseño funcional debido a las particularidades própias de una cooperación de este tipo. Aún así, se valoró en todo momento las afectaciones que acarrearían y en ningún caso debían comprometer el normal funcionamiento del sistema, bien es cierto que el rendimiento final de las estufas, expresado en tanto por ciento, puede ser ligeramente menor que en sistemas más sofisticados.
Cuerpo quemador:
Reciclamos viejas estufas metálicas de dimensiones cubicas. Esta estufa disponía únicamente de una cámara de combustión que debimos modificar. A favor de esta decisión; era una opción sin costes, el material que la componía (hierro) era adecuado para soportar fuego y altas temperaturas, y estaba ya dotada de elementos esenciales como puerta para alimentación de leña y entrada de aire en la parte inferior. La modificación consistió en retirar provisionalmente la superficie superior para añadir más altura y dotar el interior con la doble zona de combustión en U invertida. Esta tarea se solucionó con un poco de trabajo de corte y soldadura.
Herramientas y materiales:
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Equipo de soldadura por arco voltaico.
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Radial con disco para metal.
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Trozos de metal (hierro) del calibre apropiado.
 Cuerpo quemador recicladoA la izquierda observamos el original y a la derecha el modificado listo para su uso. |  Base cuerpo quemadorBase regularizadora y aislante de tapial. |
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 Ensamblaje cuerpo quemadorCuerpo quemador listo para su revestimiento con adobe. |  Ensamblaje cuerpo quemadorCuerpo quemador listo para su revestimiento con adobe. |
 Cuerpo quemador finalizadoCuerpo listo y revocado con barro. |
Fotografías cedidas por Moviment Nómada.
El cuerpo quemador se integro en el conjunto de la estufa antes de aplicar los elementos de acabado. Se aprovechó la base regularizadora para aislar la parte inferior y se recubrió toda la estufa con adobes que debían actuar al mismo tiempo como aislante y acumuladores de calor.
Herramientas y materiales:
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Elementos básicos de albañilería; paletas y gavetas.
Los volúmenes interiores de las cámaras de combustión de este elemento fueron ligeramente superiores a los apropiados por las dimensiones totales del sistema. Bien es cierto que se siguió respetando el principio de la volumetría decreciente en el conjunto de todo el circuito. El aislamiento que aportaban los adobes no seria muy alto pero favorecían la transmisión de calor por acumulación. Todo ello repercutiría en el rendimiento máximo final pero nunca en el correcto funcionamiento.
Circuito de extracción de humos + base regularizadora y aislante:
La tierra arcillosa local fue el material principal de construcción para la mayor parte de la estufa. Ésta se aplicó mediante las técnicas del tapial y el adobe, se usó para los revocos de acabado y como mortero para usos variados. La tierra arcillosa una vez compactada adquirió una densidad alta en el caso del tapial y media en el caso de los adobes. Esta propiedad seria fundamental para conseguir una buena acumulación de calor.
Ambas técnicas requirieron de un trabajo previo de carpintería, más o menos laborioso para fabricar el encofrado (tapial) y los moldes (adobe). Este elemento es especialmente delicado en el caso del tapial, ya que los esfuerzos que deberá soportar durante la compactación de la tierra son muy elevados. Se usaron tablones de obra reciclados fijados entre sí con maderas de palets y clavos, y se montaron en el lugar de ejecución mediante varillas de acero corrugado fijadas al suelo del aula y maderas a 45º a modo de puntales de refuerzo. Ver croquis y fotos del montaje.
Herramientas y materiales:
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Taladro y brocas.
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Martillo y clavos. (tirafondos y destornillador eléctrico pueden ser una mejor opción)
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Sierra manual para madera. (sierra de disco o caladora)
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Varillas de acero corrugado.
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Madera reciclada.
 Elaboración del encofradoCortando maderas recicladas. |  Elaboración del encofradoEnsamblado de las maderas ya cortadas. |
|---|---|
 Montaje de encofradoFijaciones y apuntalamiento. |  Encofrado interiorPara reservar el espacio necesario que la salida de humos precisa, debemos crear un encofrado interior. |
Tapial:
Esta técnica se usó para generar la base regularizadora y las paredes del conducto de extracción de humos. La base regularizadora se construyó por fases para disponer una capa aislante en la zona central del conducto. En la primera fase se generó una capa de tierra compactada de 10 cm de grosor en los extremos longitudinales y unos 5 cm en la parte central, creando así una base cóncava. En la parte central cóncava se dispuso una mezcla de pajarcilla ligeramente comprimida. Para finalizar la base se cubrió todo con una capa homogénea de tierra compactada de unos 5 cm más.
 BarbotinaHomogeneizando la mezcla de arcilla con agua. |  MezcladoPaja con barbotina. |
|---|---|
 PajarcillaLa mezcla se debe dejar reposar durante unos días protegido de la intemperie para ablandar la paja. |  Colocación pajarcillaSe distribuye a lo largo de la base en la parte central compactándola ligeramente. |
Fotografías cedidas por Moviment Nómada.
Sobre la la parte central de la base regularizadora se dispuso un nuevo encofrado cúbico de anchura y altura exteriores igual a las dimensiones requeridas del conducto (18x20cm). Este encofrado debía ser desmontable para facilitar su extracción una vez finalizadas las paredes (la presión horizontal que genera el tapial hace imposible retirar el encofrado de una pieza sin romper las paredes de tierra). Las paredes de tierra se construyeron por tongadas hasta alcanzar la altura deseada. En la pared contigua al muro de separación vertical se colocó, simultáneamente a las tongadas, lana de oveja con una finalidad aislante. En la pared exterior se hizo la previsión de un único registro de limpieza ya que el diseño monoconducto longitudinal facilitaba esta labor. Este registro se taparía posteriormente con una pequeña pieza cerámica ante la imposibilidad de disponer de un sistema más sofisticado (registro practicable metálico, por ejemplo).
Herramientas y materiales:
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Encofrados de madera.
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Carretillas, gavetas, cribador, chapos, palas y agua corriente para la preparación de la tierra.
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Compactadores metálicos.
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Tierra arcillosa, grava y gravilla, lana de oveja y pajarcilla
 Preparación de la tierraSe usó la tierra local, se cribó para eliminar las piedras de mayor tamaño y se le añadió agua. |  Compactación de la baseTierra extendida, preparada para ser compactada. |
|---|---|
 CompactaciónCompactación de la tierra por tongadas de 15 cm con compactadores artesanales. |  Encofrado internoPara la compactación de los laterales es preciso encofrar firmemente el interior del conducto. Paralelamente colocaremos guillotinas para facilitar la extracción. |
 Desencofrado internoExtracción de guillotinas para el posterior desmontaje del encofrado interno. |  Desencofrado internoExtrema precaución para no dañar el interior del conducto. |
 Conducto desncofradoResultado final. Obsérvese la lana de oveja que que aísla el conducto de partes de la estructura comprometidas. |
Fotografías cedidas por Moviment Nómada.
Adobe:
Los adobes su usaron para cubrir la parte superior del conducto de extracción de humos y la totalidad de cuerpo quemador, como ya se ha citado anteriormente. Los adobes se produjeron con un molde de madera fabricado in situ pero con una dosificación anormalmente elevada de árido y baja de paja en relación a los estándares de esta técnica. Esta dosificación respondía a la necesidad de conseguir unos bloques más densos y con poca propiedad aislante para maximizar la acumulación de calor. La inclusión de paja en la mezcla era necesaria para favorecer la resistencia a flexión de los bloques y minimizar el agrietado de las piezas por la retracción.
Herramientas y materiales:
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Moldes de madera.
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Carretillas, gavetas, cribador, chapos, palas, lonas plásticas y agua corriente para la preparación de la mezcla.
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Tierra arcillosa, arena y paja.
 Cribado manualAntes de empezar con la mezcla de la tierra, se debía extraer el árido de mayor tamaño. |  Dosificación de la pajaLa dosificación de la paja se realizó manualmente, procurando siempre incluir la mínima cantidad necesaria. |
|---|---|
 Humectación y mezcladoLa mezcla se realizo mediante pisado, emulando la técnica tradicional pero con la ayuda de la lona plastica para facilitar la completa homogeneización. |  MoldeadoLa mezcla perfectamente homogénea y húmeda se introducía manualmente en los moldes de madera. |
 ProducciónLa producción y secado se realizó in situ con la ayuda de cooperantes locales. |  ColocaciónTranscurrido el período de secado, los adobes se colocaron en la estufa usando mortero de arcilla. |
 FinalizaciónUna vez distribuidos en la estufa sólo se debía revocar con mortero de arcilla para dejar una apariencia lisa y acabada. |
Fotos cededas por Moviment Nómada.
Morteros de arcilla:
Se usaron distintos tipos de mortero de arcilla para aspectos diversos con dosificaciones variadas. Para generar la pajarcilla se uso barbotina sin ningún tipo de aditivo. Para unir los adobes se usó mortero de barro y arena con dosificaciones 1:2.
Herramientas y materiales:
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Carretillas, cribador, gavetas, paletas, lonas plásticas y agua corriente para la preparación y aplicación de la mezcla.
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Tierra arcillosa, arena y paja.
Revocos de arcilla:
El acabado final de las estufas se realizó mediante revocos de tierra arcillosa que permitieron regularizar la superficie y eliminar posibles pequeños defectos de construcción.
Herramientas y materiales:
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Carretillas, cribador, gavetas, paletas, llanas de enfoscar y agua corriente para la preparación y aplicación de la mezcla.
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Tierra arcillosa, arena y paja.
Chimenea:
El tramo exterior vertical de extracción de humos se solucionó aprovechando el tubo metálico existente del antiguo sistema de calefacción. Esta solución condicionada, privó del sistema de cierre del conducto para evitar la fuga del calor una vez finalizada la combustión. Se deberá analizar en el futuro la influencia de esta deficiencia y contemplar la posibilidad de mejorar este aspecto ya que se aguarda como una caracteristica imprescindible.
Funcionamiento, uso y mantenimiento.
Este sistema de producción de calor tiene entre sus principales propiedades un ahorro importante de leña, a la vez que proporciona un calor agradable, saludable y constante con un uso continuado.
El ahorro de leña viene propiciado por sus características básicas de producción de calor. Sin entrar en muchos detalles técnicos diremos que con una combustión continuada de unas dos horas, el sistema procederá a desprender el calor latente durante aproximadamente las siguientes ocho-diez horas. Alcanzando su punto de máxima transmisión de calor pasadas unas dos horas de la finalización de la combustión y reduciendo progresivamente su irradiación. Este proceso se vera optimizado con un uso continuado de la estufa (unas 2 combustiones diarias, 3 en los meses mas fríos) ya que el calor latente, no solo de los materiales de la estufa, sino de los materiales del edificio será mayor y más constante cada vez.
Foto 6: Representación gráfica aproximada de la iradiación de calor obtenida.
La transmisión de calor por irradiación a través de un material natural y con gran masa (piedra, tierra…) proporciona un calor agradable (no suelen haber superficies que asciendan de los 60ºC), más sano ya que se evita la convección que genera un movimiento de aire y con él, las partículas de polvo en suspensión, y no ioniza el ambiente así como sucede con superficies muy calientes como las estufas metálicas. Como única objeción se podría citar que nunca puede ser usado como un sistema de producción de calor instantáneo, ya que por más virulenta que sea la combustión, el sistema siempre requerirá de cómo mínimo 30 minutos o 1 hora, para empezar a desprender un calor apreciable.
Entre los requisitos esenciales destacaremos las características de la leña usada. Ésta debe ser de calibre pequeño (se usaran troncos no más grandes que un antebrazo) y completamente seca (mínimo un año de secado). Estos factores favorecerán el uso de leña de poda (puede ser más asequible económicamente), pero requerirán de una planificación del proceso de secado (requeriremos de grandes pilas propias durante todo el año).
El mantenimiento no distará mucho de una estufa convencional, incluso se generará menos suciedad debido a la combustión a más alta temperatura, pero siempre que se use leña que cumpla las características anteriores.
Foto 7: Estufa finalizada. Fuente: Moviment Nòmada
Para ampliar conceptos y ver otros puntos de vista
Estufas
Fotogalería Construcción de una estufa de alto rendimento o massa térmica con Moviment Nòmada
Fotogalería Cooperación en Aghbala, Marruecos con Moviment Nòmada
Ecofoc, empresa especializada en estufas
Manual estufas Rocket (cohete de masa)
Técnicas de construcción con tierra
Agradecemos especialmente a Nou Sol por habernos hecho partícipes de su proyecto y a todos
los cooperantes que lo hicieron posible.