Chimenea
Una chimenea es una estructura arquitectónica de ventilación hecha de mampostería, arcilla o metal que aísla los gases de escape tóxicos calientes o el humo producido por una caldera, estufa, horno, incinerador o chimenea de las áreas habitadas por humanos. Las chimeneas suelen ser verticales, o lo más cerca posible de la vertical, para garantizar que los gases fluyan sin problemas, atrayendo aire hacia la combustión en lo que se conoce como chimenea o efecto chimenea. El espacio dentro de una chimenea se llama flujo. Las chimeneas se encuentran junto a grandes refinerías industriales, instalaciones de combustión de combustibles fósiles o parte de edificios, locomotoras de vapor y barcos.
En los Estados Unidos, el término industria de chimeneas se refiere a los impactos ambientales de la quema de combustibles fósiles por parte de la sociedad industrial, incluida la industria eléctrica durante su historia más temprana. El término chimenea (coloquialmente, chimenea) también se utiliza para referirse a chimeneas de locomotoras o chimeneas de barcos, y el También se puede utilizar el término embudo.
La altura de una chimenea influye en su capacidad para transferir los gases de combustión al entorno exterior a través del efecto chimenea. Además, la dispersión de contaminantes a mayores altitudes puede reducir su impacto en el entorno inmediato. La dispersión de contaminantes sobre un área mayor puede reducir sus concentraciones y facilitar el cumplimiento de los límites regulatorios.
Historia
El uso de las chimeneas industriales se remonta a los romanos, que sacaban el humo de sus panaderías con tubos empotrados en las paredes. Sin embargo, las chimeneas domésticas aparecieron por primera vez en las grandes viviendas del norte de Europa en el siglo XII. El ejemplo más antiguo que se conserva de una chimenea inglesa se encuentra en el torreón del castillo de Conisbrough en Yorkshire, que data de 1185 d.C. Sin embargo, no se generalizaron en las casas hasta los siglos XVI y XVII. Las campanas de humo fueron un método temprano para recolectar el humo en una chimenea. Por lo general, eran mucho más anchas que las chimeneas modernas y comenzaban relativamente altas por encima del fuego, lo que significaba que podía escapar más calor a la habitación. Debido a que el aire que subía por el pozo era más frío, estos podrían estar hechos de materiales menos ignífugos. Otro paso en el desarrollo de las chimeneas fue el uso de hornos empotrados que permitían hornear en casa. Las chimeneas industriales se hicieron comunes a finales del siglo XVIII.
Las chimeneas de las viviendas ordinarias se construyeron primero con madera y yeso o barro. Desde entonces, las chimeneas se han construido tradicionalmente con ladrillo o piedra, tanto en edificios pequeños como grandes. Las primeras chimeneas eran de construcción sencilla con ladrillos. Las chimeneas posteriores se construyeron colocando los ladrillos alrededor de revestimientos de azulejos. Para controlar las corrientes descendentes, a veces se colocan tapas de ventilación (a menudo llamadas soportes de chimenea) con una variedad de diseños en la parte superior de las chimeneas.
En los siglos XVIII y XIX, los métodos utilizados para extraer plomo de su mineral producían grandes cantidades de gases tóxicos. En el norte de Inglaterra, se construyeron largas chimeneas casi horizontales, a menudo de más de 3 km (2 mi) de largo, que generalmente terminaban en una chimenea vertical corta en un lugar remoto donde los humos causaban menos daño. Se formaron depósitos de plomo y plata en el interior de estas largas chimeneas, y periódicamente se enviaban trabajadores a lo largo de las chimeneas para raspar estos valiosos depósitos.
Construcción
Como resultado de la capacidad limitada para manejar cargas transversales con ladrillos, las chimeneas de las casas a menudo se construían en una "pila", con una chimenea en cada piso de la casa compartiendo una sola chimenea, a menudo con tal pila en la parte delantera y trasera de la casa. Los sistemas de calefacción central actuales han hecho que la ubicación de la chimenea sea menos crítica, y el uso de tuberías de ventilación de gas no estructurales permite instalar un conducto de gas de combustión alrededor de las obstrucciones y a través de las paredes.
De hecho, la mayoría de los aparatos de calefacción modernos de alta eficiencia no requieren una chimenea. Dichos aparatos generalmente se instalan cerca de una pared externa, y un dedal de pared no combustible permite que una tubería de ventilación pase directamente a través de la pared externa.
En un techo inclinado donde una chimenea penetra en el techo, se usa tapajuntas para sellar las juntas. La pieza de pendiente descendente se llama plataforma, los lados reciben un tapajuntas escalonado y se usa un grillo para desviar el agua alrededor del lado superior de la chimenea debajo del tapajuntas.
Las chimeneas industriales se conocen comúnmente como chimeneas de gases de combustión y, por lo general, son estructuras externas, a diferencia de las construidas en la pared de un edificio. Por lo general, se ubican junto a una caldera generadora de vapor o un horno industrial y los gases se conducen hasta ellos mediante conductos. Hoy en día el uso del hormigón armado ha sustituido casi por completo al ladrillo como elemento estructural en la construcción de chimeneas industriales. Los ladrillos refractarios se utilizan a menudo como revestimiento, especialmente si el tipo de combustible que se quema genera gases de combustión que contienen ácidos. Las chimeneas industriales modernas a veces consisten en un parabrisas de hormigón con varios conductos de humos en el interior.
La chimenea de la planta de vapor de 300 m (980 pies) de altura en la planta de combustible sintético de Secunda CTL en Secunda, Sudáfrica, consta de un parabrisas de 26 m (85 pies) de diámetro con cuatro conductos de humos de hormigón de 4,6 metros de diámetro que son revestido con ladrillos refractarios construidos sobre anillos de ménsulas espaciados a intervalos de 10 metros. El hormigón armado se puede verter mediante encofrado convencional o encofrado deslizante. La altura es para garantizar que los contaminantes se dispersen en un área más amplia para cumplir con los requisitos legales o de seguridad.
Revestimiento de chimeneas residenciales
Un revestimiento de chimenea es una barrera secundaria en una chimenea que protege la mampostería de los productos ácidos de la combustión, ayuda a evitar que los gases de combustión entren en la casa y reduce el tamaño de una chimenea de gran tamaño. Desde la década de 1950, los códigos de construcción en muchos lugares exigen que las chimeneas recién construidas tengan un revestimiento de tiro. A las chimeneas construidas sin revestimiento generalmente se les puede agregar un revestimiento, pero el tipo de revestimiento debe coincidir con el tipo de aparato al que da servicio. Los revestimientos de los conductos de humos pueden ser de baldosas de arcilla o de hormigón, de metal o de hormigón vertido en el lugar.
Los revestimientos de chimenea de tejas de arcilla son muy comunes en los Estados Unidos, aunque es el único revestimiento que no cumple con la aprobación de Underwriters Laboratories 1777 y con frecuencia tienen problemas como tejas agrietadas e instalación incorrecta. Las tejas de arcilla suelen tener alrededor de 0,61 m (2 pies) de largo, están disponibles en varios tamaños y formas, y se instalan en construcciones nuevas a medida que se construye la chimenea. Se utiliza un cemento refractario entre cada baldosa.
Los revestimientos metálicos pueden ser de acero inoxidable, aluminio o hierro galvanizado y pueden ser tuberías flexibles o rígidas. El acero inoxidable se fabrica en varios tipos y espesores. El tipo 304 se usa con leña, combustible de pellets de madera y aparatos de aceite sin condensación, los tipos 316 y 321 con carbón, y el tipo AL 29-4C se usa con aparatos de gas de condensación de alta eficiencia. Los revestimientos de acero inoxidable deben tener una tapa y estar aislados si dan servicio a aparatos de combustible sólido, pero siguiendo cuidadosamente las instrucciones del fabricante. Las chimeneas de aluminio y acero galvanizado se conocen como chimeneas clase A y clase B. La clase A es una tubería aislada de acero inoxidable de doble pared o una tubería de triple pared con aislamiento de aire, a menudo conocida por su nombre comercial genérico Metalbestos. La clase B son tuberías de pared doble sin aislamiento, a menudo llamadas B-vent, y solo se usan para ventilar aparatos de gas sin condensación. Estos pueden tener una capa interior de aluminio y una capa exterior de acero galvanizado.
Los revestimientos de conductos de hormigón son como los revestimientos de arcilla, pero están hechos de cemento refractario y son más duraderos que los revestimientos de arcilla.
Los revestimientos de hormigón vertidos in situ se fabrican vertiendo hormigón especial en la chimenea existente con un encofrado. Estos revestimientos son muy duraderos, funcionan con cualquier aparato de calefacción y pueden reforzar una chimenea débil, pero son irreversibles.
Sombreros, tapas y tapas de chimenea
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Se coloca un sombrerete encima de la chimenea para ampliar la longitud de la chimenea de forma económica y para mejorar el tiro de la chimenea. Una chimenea con más de una olla indica que varias chimeneas en diferentes pisos comparten la chimenea.
Se coloca una cubierta encima de la chimenea para evitar que pájaros y otros animales aniden en la chimenea. A menudo cuentan con un protector de lluvia para evitar que la lluvia o la nieve baje por la chimenea. Una malla de alambre de metal se usa a menudo como parachispas para minimizar que los desechos en llamas salgan de la chimenea y lleguen al techo. Aunque la mampostería dentro de la chimenea puede absorber una gran cantidad de humedad que luego se evapora, el agua de lluvia puede acumularse en la base de la chimenea. A veces se colocan orificios de drenaje en la parte inferior de la chimenea para drenar el agua acumulada.
Una cubierta de chimenea o tapa direccional del viento es una tapa de chimenea en forma de casco que gira para alinearse con el viento y evitar una corriente descendente de humo y viento por la chimenea.
Una tapa estilo H es una parte superior de chimenea construida con tubos de chimenea con forma de letra H. Es un método antiguo para regular el tiro en situaciones en las que los vientos dominantes o las turbulencias provocan tiros descendentes y de retorno. -resoplando Aunque la tapa H tiene una clara ventaja sobre la mayoría de las otras tapas de tiro descendente, cayó en desgracia debido a su diseño voluminoso. Se encuentra principalmente en uso marino, pero ha ido recuperando popularidad debido a su funcionalidad de ahorro de energía. El H-cap estabiliza el tiro en lugar de aumentarlo. Otros límites de tiro descendente se basan en el efecto Venturi, que resuelve los problemas de tiro descendente al aumentar constantemente el tiro ascendente, lo que resulta en un consumo de combustible mucho mayor.
Una compuerta de chimenea es una placa de metal que se puede colocar para cerrar la chimenea cuando no se usa y evitar que entre aire exterior al espacio interior, y se puede abrir para permitir que escapen los gases calientes cuando hay fuego. Un compuerta superior o compuerta de tapa es una puerta de resorte de metal colocada en la parte superior de la chimenea con una larga cadena de metal que permite abrir y cerrar la compuerta de la chimenea. Un amortiguador de garganta es una placa de metal en la base de la chimenea, justo encima de la cámara de combustión, que se puede abrir y cerrar con una palanca, engranaje o cadena para sellar la chimenea de la chimenea. La ventaja de una compuerta superior es el sello hermético a prueba de intemperie que proporciona cuando está cerrado, lo que evita que el aire frío del exterior fluya por la chimenea y entre en el espacio habitable, una característica que rara vez puede ser igualada por el sello de metal sobre metal que brindan los un amortiguador de garganta. Además, debido a que el amortiguador de garganta está sujeto al calor intenso del fuego directamente debajo, es común que el metal se deforme con el tiempo, lo que degrada aún más la capacidad de sellado del amortiguador de garganta. Sin embargo, la ventaja de un amortiguador de garganta es que sella el espacio habitable de la masa de aire en la chimenea, que, especialmente para las chimeneas colocadas en una pared exterior de la casa, generalmente es muy fría. En la práctica, es posible utilizar un amortiguador superior y un amortiguador de garganta para obtener los beneficios de ambos. Los dos diseños de amortiguador superior actualmente en el mercado son el Lyemance (puerta pivotante) y el Lock Top (puerta de traslación).
A finales de la Edad Media en Europa Occidental surgió el diseño de hastiales escalonados para permitir el acceso de mantenimiento a la parte superior de la chimenea, especialmente para estructuras altas como castillos y grandes casas solariegas.
Tiro de chimenea o calado
Cuando se quema carbón, petróleo, gas natural, madera o cualquier otro combustible en una estufa, horno, chimenea, caldera de agua caliente u horno industrial, los gases calientes producto de la combustión que se forman se denominan gases de combustión. Esos gases generalmente se expulsan al aire exterior ambiental a través de chimeneas o chimeneas industriales de gases de combustión (a veces denominadas chimeneas).
Los gases de combustión dentro de las chimeneas o chimeneas son mucho más calientes que el aire ambiente exterior y, por lo tanto, menos densos que el aire ambiente. Eso hace que la parte inferior de la columna vertical de gas de combustión caliente tenga una presión más baja que la presión en la parte inferior de una columna correspondiente de aire exterior. Esa presión más alta fuera de la chimenea es la fuerza impulsora que mueve el aire de combustión requerido hacia la zona de combustión y también mueve los gases de combustión hacia arriba y hacia afuera de la chimenea. Ese movimiento o flujo de aire de combustión y gas de combustión se denomina "tiro/tiro natural", "ventilación natural", "efecto chimenea" o "chimenea efecto". Cuanto más alta sea la pila, más borrador o calado se crea. Puede haber casos de rendimientos decrecientes: si una chimenea es demasiado alta en relación con el calor que sale de la chimenea, los gases de combustión pueden enfriarse antes de llegar a la parte superior de la chimenea. Esta condición puede dar como resultado un tiro deficiente y, en el caso de los aparatos que queman madera, el enfriamiento de los gases antes de la emisión puede hacer que la creosota se condense cerca de la parte superior de la chimenea. La creosota puede restringir la salida de gases de combustión y puede representar un peligro de incendio.
El diseño de chimeneas y chimeneas para proporcionar la cantidad correcta de tiro natural implica una serie de factores de diseño, muchos de los cuales requieren métodos iterativos de prueba y error.
Como "primera suposición" aproximación, se puede usar la siguiente ecuación para estimar el tiro natural/tasa de flujo de tiro suponiendo que la masa molecular (es decir, el peso molecular) del gas de combustión y el aire exterior son iguales y que la presión por fricción y las pérdidas de calor son insignificantes:
- Q = chimenea draught/rojo velocidad de flujo, m3/s
- A = zona transversal de chimenea, m2 (suponiendo que tenga una sección transversal constante)
- C = coeficiente de descarga (generalmente tomado de 0,65 a 0,70)
- g = aceleración gravitacional, 9.807 m/s2
- H = altura de chimenea, m
- Ti = temperatura media dentro de la chimenea, K
- Te = temperatura externa del aire, K.
Combinando dos flujos en chimenea: At+Af<A, donde At=7,1 pulgadas2 es el área de flujo mínima requerida desde el tanque del calentador de agua y A f=19,6 pulgadas2 es el área de flujo mínimo de un horno de un sistema de calefacción central.
Capota de tiro
Los aparatos que funcionan con gas deben tener una campana extractora para enfriar los productos de combustión que ingresan a la chimenea y evitar corrientes ascendentes o descendentes.
Mantenimiento y problemas
Un problema característico de las chimeneas es que desarrollan depósitos de creosota en las paredes de la estructura cuando se usan con madera como combustible. Los depósitos de esta sustancia pueden interferir con el flujo de aire y, lo que es más importante, son combustibles y pueden causar incendios peligrosos en la chimenea si los depósitos se encienden en la chimenea.
Los calentadores que queman gas natural reducen drásticamente la cantidad de creosota acumulada debido a que el gas natural se quema de manera mucho más limpia y eficiente que los combustibles sólidos tradicionales. Si bien en la mayoría de los casos no es necesario limpiar una chimenea de gas anualmente, eso no significa que otras partes de la chimenea no puedan deteriorarse. Los accesorios de chimenea desconectados o sueltos causados por la corrosión con el tiempo pueden representar un peligro grave para los residentes debido a la fuga de monóxido de carbono en el hogar. Por lo tanto, se recomienda, y en algunos países incluso es obligatorio, que las chimeneas se inspeccionen anualmente y se limpien regularmente para evitar estos problemas. Los trabajadores que realizan esta tarea se denominan deshollinadores o deshollinadores. Este trabajo solía ser realizado en gran parte por mano de obra infantil y, como tal, aparece en la literatura victoriana. En la Edad Media, en algunas partes de Europa, se desarrolló un diseño de hastial escalonado, en parte para brindar acceso a las chimeneas sin el uso de escaleras.
Las chimeneas de mampostería (ladrillo) también han demostrado ser particularmente propensas a desmoronarse durante los terremotos. Las autoridades gubernamentales de vivienda en ciudades propensas a terremotos como San Francisco, Los Ángeles y San Diego ahora recomiendan construir casas nuevas con chimeneas con entramado de postes alrededor de una chimenea de metal. El arriostramiento o amarre de chimeneas de mampostería viejas no ha demostrado ser muy efectivo para prevenir daños o lesiones por terremotos. Ahora es posible comprar "falso ladrillo" fachadas para cubrir estas modernas estructuras de chimeneas.
Otros problemas potenciales incluyen:
- "spalling" ladrillo, en el que la humedad entra en el ladrillo y luego se congela, grieta y agita el ladrillo y sellas de mortero suelto.
- cimientos cambiantes, que pueden degradar la integridad de la masonería de chimenea
- anidación o infestación por animales no deseados como ardillas, racoones o veloces de chimenea
- fugas de chimenea
- cuestiones de redacción, que pueden permitir el humo dentro del edificio
- problemas con chimenea o aparato de calefacción pueden causar degradación no deseada o peligros a chimenea
Chimeneas de doble uso
Algunas chimeneas muy altas se utilizan para transportar antenas de servicios de telefonía móvil y transmisores de TV/FM de baja potencia. Se debe prestar especial atención a posibles problemas de corrosión si estas antenas se encuentran cerca del escape de la chimenea.
En algunos casos, las chimeneas de las centrales eléctricas se utilizan también como torres de alta tensión. Sin embargo, este tipo de construcción, que se utiliza en varias centrales eléctricas de la antigua Unión Soviética, no es muy común debido a los problemas de corrosión de los cables conductores.
El Dům Dětí a Mládeže v Modřanech en Praga, República Checa, está equipado con una plataforma de observación.
La chimenea de la planta de incineración de basura de Beitou tiene un restaurante giratorio.
Torre de refrigeración utilizada como chimenea industrial
En algunas centrales eléctricas, que están equipadas con plantas para la eliminación de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno, es posible utilizar la torre de refrigeración como chimenea. Estas torres de refrigeración se pueden ver en Alemania en la central eléctrica de Großkrotzenburg y en la central eléctrica de Rostock. En las centrales eléctricas que no están equipadas para eliminar el dióxido de azufre, dicho uso de torres de refrigeración podría dar lugar a graves problemas de corrosión que no son fáciles de prevenir.
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