Fumeral

Fumeral

Antic fumeral de forn de ceràmica de la fàbrica del Monasteri de la Cartuja (Sevilla, Espanya). Estos fumerals són un eixemple històric de l'arquitectura industrial dels sigles XIX i XX

Fumeral en una cerveseria

Un fumeral d'una casa, en dos canons

Fumeral en Pardinella (Ribagorza)

Un fumeral és un canó o conducte per a que ixca el fum que resulta de la combustió. El terme també té atres accepcions, moltes en realitat, ya que en general es coneix com a tal a casi qualsevol buit o conducte, generalment vertical, en el que de forma natural o provocada, es produïxca el conegut com efecte fumeral, consistent en el moviment vertical ascendent d'un decorregut, freqüentment un gas, per la diferència de densitat del mateix a lo llarc de la seua altura. També està molt generalisada la metonímia, per mig de la qual, al conjunt format per un llar obert i un fumeral se li coneix en el nom exclusiu de fumeral, que en el cas de que estiga revestida, o tinga alguna intenció decorativa, o alguna atra raó no ben determinada, se li afig l'apelatiu de francesa. En el terme fumeral caldria distinguir entre el conducte de fums, que és el conducte interior pel que circulen els gasos procedents de la combustió i que les seues característiques són les que interessen, i el restant, envolvente o estructura aïllada i resistent que pot adoptar multitut de formes. La part vertical del fumeral des de la coronació a la base, es denomina fuste del fumeral. Poden existir atres trams no verticals, que són conductes d'unió entre el fumeral pròpiament dit i la caixa de fums, que és el punt de trobada del generador en el fumeral.

Història

El fumeral és una solució arquitectònica d'aparició relativament tardana. Els grecs a lo més que varen aplegar va ser a practicar un forat en el sostre per a donar eixida al fum de la llar, obertura que en l'Antiga Grècia es va cridar kapnodeia. Si be s'ha traduït per fumeral era un mer respirader en el sostre que solia tancar-se per mig d'una vàlvula. Per lo general, com a mostra el teatre antic, si s'acumulava el fum se li feya eixir per les finestres. L'us dels fumerals industrials es remonta als romans, que treen el fum dels seus forns en tubos empotrats en les parets. No obstant, els fumerals domèstics varen aparéixer per primera volta en les grans vivendes del nort d'Europa en el XII. Lo que pot considerar-se com el fumeral més antic de l'història es va trobar en Pompeya i data d'el I: és una construcció quadrada formada per cinc tubos que s'unixen en un únic que ix a l'exterior per damunt de la casa.

L'eixemple més antic que es conserva d'un fumeral anglés, entés com un tipo de fumeral més modern, es troba en el torreón del castell de Conisbrough en Yorkshire, que data de l'any 1185. No obstant, no es varen generalisar en les cases fins als sigles XVI i XVII.

En Espanya, a on primer varen aparéixer va ser en el Regne de Castella en el XIII, i el seu us es va generalisar en el XIV. En aquella época va sorgir un estil de fumeral. Tant en Espanya com en Itàlia o França el fumeral va dominar el paisage urbà de les ciutats a partir del Renaixença. Per llavors, el fumeral ya no era d'us exclusiu de la noblea i la burguesia, sino que formava part d'usos i costums del poble. Les campanes de fum varen servir com a método per a recolectar el fum en un fumeral. Per lo general, eren molt més amples que els fumerals moderns i començaven relativament altes per damunt del fòc, lo que significava que podia escapar més calor a l'habitació. Degut a que l'aire que pujava pel pou era més fret, estos podrien estar fets de materials menys ignífugos. Un atre pas en el desenroll dels fumerals va ser l'us de forns empotrats que permetien hornear en casa. Els fumerals industrials es varen fer comuns a finals d'el XVIII. Els fumerals de les vivendes ordinàries es varen construir primer en fusta i algeps o fanc. Des de llavors, els fumerals s'han construït tradicionalment en rajola o pedra, tant en edificis chicotets com a grans. Els primers fumerals eren de construcció senzilla en rajoles. Els fumerals posteriors es varen construir colocant les rajoles al voltant de revestiment de rajoletes. Per a controlar les corrents descendents, a voltes es coloquen en la part superior dels fumerals tapes de ventilació (a sovint denominades sombreretes de fumeral) en una varietat de dissenys. En els sigles XVIII i XIX, els métodos utilisats per a extraure plom del seu mineral produïen grans cantitats de gasos tòxics. En el nort d'Anglaterra, es varen construir llarcs fumerals casi horisontals, a sovint de més de 3 km de llarc, que generalment terminaven en un fumeral vertical curt en una ubicació remota a on els fums causarien menys dany. Es varen formar depòsits de plom i argent en l'interior d'estos llarcs fumerals, i periòdicament s'enviaven treballadors (deshollinador) a lo llarc dels fumerals per a raspar estos valiosos depòsits. L'invenció del tir forçat assistit per ventilador a principis d'el XX va eliminar la funció original del fumeral industrial, la de dur aire a les calderes generadores de vapor o atres forns. En la substitució de la màquina de vapor com a motor principal, primer per motors diésel i despuix per motors elèctrics, els primers fumerals industrials varen escomençar a desaparéixer del paisage industrial. Els materials de construcció varen canviar de pedra i rajola a acer i despuix formigó armat, i l'altura del fumeral industrial va estar determinada per la necessitat de dispersar els gasos de combustió per a complir en les normes governamentals de control de la contaminació de l'aire. Actualment, els fumerals històrics de rajola encara es mantenen com a símbols del patrimoni industrial en tot lo món. Llamentablement, moltes han desaparegut en perdre la seua funció, pero en atres casos s'han convertit en un reclam turístic. És el cas de Tomelloso (Castella-la Mancha, Espanya) a on queden 36 fumerals de les antigues destilerías de vi, les quals s'allumenen i són visitables. Igualment, cal destacar la pionera Llei de Patrimoni de la Comunitat Valenciana (Espanya), que protegix els fumerals anteriors a 1940 com de Be de Rellevància Local (BRL).

Fumeral i combustió

En la combustió, el fumeral juga un paper molt més important que l'aparent d'evacuar els fums a l'exterior. La combustió és un procés d'oxidació en el que un element; el combustible, reacciona en l'oxigen (generalment de l'aire) formant substàncies gaseoses, denominades fums i desprenent calor i normalment llum. La combustió més freqüent és la dels composts del carbono i del hidrogen en contacte en l'aire. Per a que la combustió siga completa, cal que la cantitat d'aire afegida, tinga, a lo manco, l'oxigen suficient per a transformar tot l'hidrogen en aigua i tot el carbono en ___*$C{O}_2$. En la pràctica, és necessari un chicotet excés d'aire, per a garantisar que tota porció d'hidrogen i carbono, troba la corresponent d'oxigen, per a cremar-se íntegrament, encara que deu ser el menor possible, ya que partix de la calor formada es gasta en calfar este aire, lo que disminuïx el rendiment de la combustió. Com pot deduir-se, lo més important per a obtindre una bona combustió, és que aplegue al combustible la cantitat d'aire necessari i que la mescla entre combustible i comburente siga lo més perfecta possible. Açò ho realisa en gran partix el fumeral, que es convertix aixina, en un element fonamental per a conseguir un bon rendiment en la combustió.

Tir natural

Efecte fumeral en fòc obert

En colocar sobre un fòc un tubo ample vertical, la flama s'allarga i es fa més clara, perque els gasos calents formats, menys densos que l'aire fret exterior, ascendixen pel tubo, lo que produïx una depressió en la base del fumeral, tant major quant major és la diferència de densitat entre els gasos calents i l'aire fret. Esta depressió o diferència de densitat és lo que es coneix com a tir natural i és lo que produïx, que l'espai deixat pels gasos calents evacuats a través del fumeral, siga omplit per aire fret nou, que entra per mig de la boca de la llar, aportant oxigen nou per a la continuïtat de la combustió. Es deu procurar, per tant, que l'aire nou que entra a la llar, ho faça de manera que prenga contacte en la major part possible de combustible. Cridant P a la pressió exterior, és dir la que eixercix l'aire sobre la llar, i P’ a l'interior de la llar, el tir serà P-P’. Tant la pressió exterior com l'interior són degudes al pes de la columna corresponent: El pes de la columna de gasos en l'interior del fumeral, serà:

$pes{o}_{humo}=S.h.{\gamma }_h$

en la que $S$ es la superficie de la chimenea, $h$ su altura y ${\gamma }_h$ es el peso específico dels humos. El peso d'una columna igual d'aire será:

$pes{o}_{aire}=S.h.{\gamma }_a$

Como el tiro es la diferencia de presiones, será diferencia de pesos por unidad de superficie, es decir:

$tiro=\frac{S.h.{\gamma }_h-S.h.{\gamma }_a}{S}$

$tiro=h.{\gamma }_h-h.{\gamma }_a=h({\gamma }_h-{\gamma }_a)$

La diferencia de peso específico será mayor cuanto mayor sea la diferencia de temperatura. les chimeneas tiran mejor en invierno que en verano. Desde ese punto de vista interesaría que els humos que salen por la chimenea estuviesen muy calientes, pero eso iría en detrimento de l'aprovechamiento del calor en l'hogar, por lo que, por eso y atres circunstancias, la temperatura de salida dels humos se suele controlar alrededor dels 200 °C. A esa temperatura, el peso dels humos varía per a cada combustible, pero un valor medio puede ser 0,75 kg/m³, en cuyo caso, considerando la presión atmosférica 1 kg/m³, el tiro per a una altura unidad, sería:

$1m({\gamma }_h-{\gamma }_a)=$ 0,75 – 1 $=$ - 0,35 kg/m²

La presión es negativa, es decir, por debajo de la atmosférica y expresa la depresión en la base da la chimenea por cada metro d'altura d'esta. Per lo tant, quant més alta siga el fumeral major serà el tir disponible. Per una atra part, quant més alta és el fumeral, major és la pèrdua de pressió o pèrdua de càrrega que sofrixen els fums en la seua circulació cap a l'exterior, en la consegüent disminució de la velocitat d'eixida, la qual té un llímit aconsellable

En estes premisses, el tir disponible o depressió teòrica, deu ser suficient per a expulsar els fums en la velocitat mínima requerida, vencent les pèrdues de càrrega produïdes en la circulació i mantenint encara la depressió suficient en la llar per a que afluya l'aire necessari per a la combustió.

Llar oberta

Les primeres llars varen ser oberts, és dir, en contacte directe en l'ambient, i encara hui existixen encara multitut d'aparats en este sistema, com són; els mencionats fumerals francesos, els forns de llenya i les calderes de combustibles sòlits. En este tipo d'aparats, si no es complixen les condicions indicades, els fums no poden aplegar a l'exterior i revoquen cap a l'interior de l'estància.

interior de fumeral, en altar per a eliminar el tir invers

El seu rendiment depén fonamentalment del tir del fumeral i les seues condicions de funcionament poden aplegar a ser perilloses, ya que la falta de tir supon defecte d'aire en la llar i per tant combustió incompleta en producció de monòxit de carbono. Si no s'està dispost a assumir les necessitats de ventilació i els requeriments d'altura i dimensionament del fumeral, no es deuen utilisar este tipo d'aparats. La secció del fumeral no intervé per a res en el tir, no obstant l'aument de secció disminuïx la pèrdua de càrrega i pot paliar alguna cosa la falta de tir, encara que en disminució de la velocitat, ya que:

cabal = velocitat . secció

Un excés de secció, per un atre costat, pot provocar 'tir invers', és dir, s'invertix el sentit de circulació en el fumeral, en el consegüent reboçat dels fums. D'ahí que els fumerals de llar obert, tan apetecibles en els chalets i cases rurals, pero en general en fumerals de poca altura i molta secció, deguen incloure en la seua construcció una forma interior, coneguda en algunes zones com a altar, el fi del qual és impedir el tir invers. El rendiment, com a generador de calor, d'este tipo de llar, és molt baix, no aplegant, en el millor dels casos, al 35%. No cal desdenyar no obstant l'efecte sicològic de calor de llar i l'encant d'una reunió al voltant del fòc. El càlcul tècnic de les dimensions d'un fumeral, tenint en conte les seues característiques geomètriques, material de construcció, lloc d'emplaçament, condicions climatològiques de la zona d'emplaçament, tipo de combustible i potència, s'arreplega en la norma UNIX 123001/2003.

Llar en sobrepresión

En els generadors en llar en sobrepresión, s'utilisen cremadors proveïts de ventilador que s'encarrega de suministrar l'aire necessari per a la combustió. Estos cremadors es deuen seleccionar de manera que el seu ventilador ademés de suministrar el cabal d'aire necessari per al combustible a cremar, aporten la pressió suficient per a véncer les pèrdues de càrrega del circuit de fums del generador, de manera que els fums queden depositats en el caixó de fums situat en la base del fumeral i d'allí siguen evacuats pel tir natural de la mateixa.

Tir forçat

La forma més fàcil de solucionar la falta de tir és elevant més la coronació del fumeral. No obstant, açò no és sempre possible i cal ajudar al tir natural en un ventilador intercalado en el conducte de fums. Açò és lo que es coneix com a tir forçat. Esta solució, que no és recomanable, llevat que no hi haja una atra per a conseguir tir natural, sol utilisar-se pels cridats acceleradors de tir o en sistemes de depuració de fums. Es tendix, per la facilitat d'accés, a instalar el ventilador en la part baixa del fumeral, en el punt d'unió d'esta en el generador. En esta posició, la llar queda en depressió, lo que és correcte, no obstant el conducte de fums queda en sobrepresión, sense més funció que l'evacuació de gasos, pero sobretot, de manera que qualsevol fissura pot originar eixida de gasos tòxics cap als locals pels que discórrega el fumeral. En qualsevol cas és preferible que el fumeral quede en depressió, per lo que si s'ha d'instalar un ventilador deu situar-se en la coronació i és recomanable enclavarlo eléctricamente en el cremador, per a que funcione solament quan ho faça est i s'evite el refredat de la llar durant les parades.

Disseny del fumeral

Típic fumeral cònic de Calatañazor, província de Soria (Espanya).

Les condicions de disseny d'un fumeral estan arreplegades en la norma UNIX 123001, que encara que dirigida a fumerals de calderes de calefacció, les seues prescripcions, en general, poden ser vàlides per a qualsevol atra aplicació. S'indiquen ací algunes de les recomanacions que solen ser orige de dubte o de confusió.

Situació i altura

El fumeral serà totalment independent dels elements estructurals i de tancament de l'edifici. Encara sent exterior a l'edifici, no es deuen aprofitar per a la seua construcció els murs del mateix. El fumeral deu ser totalment exenta, de manera que puga tindre els seus moviments de dilatació sense transmetre tensions o sorolls a l'edifici

UNIX 123001- Situació, altura i distància a la cumbrera

El fumeral es deu situar en la coberta de l'edifici cuidant de que quede 1 m per damunt de qualsevol obstàcul situat a menys de 10 m d'ella i per damunt de la part superior de qualsevol finestra o buit de ventilació situat a entre 10 i 50 m. Igualment deurà quedar per damunt, no de la cumbrera de la teulada, sino d'una parala a la pendent del mateix traçada a 2,5 m de distància d'esta, des d'un punt situat 1 m per damunt de la cumbrera.(vore figura)

Geometria

La secció travessera dels fumerals, serà preferentment circular. Si la secció és rectangular, la relació entre costats major i menor no deguera ser superior a 1,5. Cal tindre en conte que a igualtat de secció, la circular és la que menys pèrdua de càrrega té.

En el disseny del tram vertical s'evitaran els canvis de direcció i de secció. De ser necessaris, els canvis de direcció deuen efectuar-se en radis de curvatura iguals o superiors a 1,5 voltes el diàmetro hidràulic del tram i els canvis de secció en ànguls de divergència iguals o inferiors a 15°. Els canvis de direcció no anulen el tir natural, pero suponen un increment de la pèrdua de càrrega deguda als colzes i l'aument de llongitut, que es deu comprovar no disminuïxca excessivament el tir. Els canvis de secció, en general, no són recomanables; pero sobretot cal evitar les reduccions, que poden donar lloc a la formació de bosses de gasos.

Arremates

Est és un punt molt controvertit en la terminació dels fumerals. En general totes les normatives i tractats sobre fumerals desaconsellen l'utilisació de sombreretes o arremates decoratius en el fumeral. Va haver un temps en que s'aconsellava l'utilisació d'un sombrerete que evitara l'entrada d'aigua de pluja, pero la veritat és que la cantitat d'aigua de pluja que pot entrar, encara considerant condicions molt adverses, és molt inferior a la que produïx el combustible en forma de vapor, que pugues condensar i de fet condensa en les arrancades. Els arremates decoratius impedixen la lliure eixida vertical dels fums, fan de pantalla deflectora cap a les cobertes i terrats, eviten la dispersió dels fums i aumenten la contaminació. Per un atre costat, hi ha professionals que defenen l'utilisació de sombreretes en estufes i fumerals de llenya. Hui en dia hi ha molts tipos de sombreretes en diferents funcions segons la seua classe, beneficiant a l'instalació en qüestions com:

• Eviten que aniden pardals i taponen el tubo del fumeral.
• No entrarà tant fret.
• No es gastarà tanta llenya perque el tir serà generalment menor.
• No entrarà tanta aigua quan ploga i açò la protegirà de problemes derivats de l'acumulació d'òxit. En la base del tram vertical es deu dispondre una zona de recollida de suja, condensados i aigües de pluja, proveïda d'un registre de neteja i un manegueta de drenage conduït al desaiguador o zona adequada, lo que constituïx un element necessari per a eliminar l'aigua de condensació i de pluja indicat en el paràgraf anterior.

Materials

Eixemple de fumeral troncocónica, Santa Creu de la Serós, Osca, Espanya.

Els fumerals i els seus elements accessoris es fabricaran en materials incombustibles (classificació A) i resistents a la temperatura i als agents agressius presents en els fums. Es recomana l'instalació de fumerals metàlics homologats, en particular d'acer inoxidable. Encara que no són obligatòries, els fumerals prefabricar d'acer inoxidable en aïllament conseguixen unes prestacions impossibles d'alcançar en un fumeral de construcció. Els fumerals s'aïllaran tèrmicament en tot el seu recorregut en la finalitat d'evitar el refredat dels fums. L'aïllament del fumeral és fonamental i més en el cas d'un fumeral de construcció, pero no solament per a evitar el refredat dels fums i per tant la disminució del tir, sino per a evitar la formació de condensados. En este aspecte cal tindre en conte que un generador funciona en règim intermitent en amplis periodos de parada del cremador, durant els quals les parets del fumeral es gelen. En la següent arrancada fins que les parets no alcancen al voltant de 50 °C, els fums es condensan sobre elles i més les condensació àcides que persistixen fins que no s'alcancen 160 °C, tot lo que favorix la corrosió, formació d'inquemados sòlits i condensació àcida sobre terrats i cobertes.

Neteja i manteniment

Resulta de vital importància la realisació d'una correcta neteja del fumeral, tant pel rendiment com per la seguritat de la mateixa. El simple funcionament del fumeral provoca que multitut de residus s'acumulen en els distints conductes. Estos són elements de fàcil combustió per lo que és necessari portar a terme neteges temporalment en funció del seu us.

Sinònims

En Mèxic, es diu chacuaco a un fumeral alt, en particular les dels ingenis azucareros o les de les fàbriques.

Vore també

• fumeral (buc)
• fumeral (mineria)
• fumeral volcànic
• deshollinador
• emissions
• suja
• torre solar

Bibliografia

• • Campsa. Manual de manteniment d'Instalacions de calefacció i A. C. S.
• J. A. d'Andrés i Rodriguez Pomata. Calefacció i A. C. S. Madrit Vicente Edicions. Isbn 8487440134
  • Giuliano Salvi. La combustió. Editorial Dossat. Isbn 8423704254
  • Recknagel-Sprenger-Hönmann. Manual Tècnic de calefacció i Aire Acondicionat. Bellisco. Isbn 8485198603