Todo lo que debes saber sobre el efecto chimenea

Todo lo que debes saber sobre el efecto chimenea

No hace falta explicar qué es una chimenea, pero para comprender bien el efecto chimenea debemos empezar hablando del principio físico que rige su comportamiento. Todos tenemos presente imágenes de chimeneas muy altas de las que sale humo, y precisamente eran muy altas porque la altura influye decisivamente en el tiro de una chimenea. Entendemos por tiro de una chimenea su capacidad de evacuar los gases calientes de su interior.

Parámetros a tener en cuenta

Veamos cuales son los parámetros que intervienen en el tiro de una chimenea. En la figura inferior vemos una chimenea de altura h en cuyo interior hay unos gases (para simplificar supondremos que son aire) a una temperatura media Ti y que tienen una densidad media ρi, en el exterior la temperatura es Te y la densidad ρe.

efecto chimenea

Según las leyes de los gases debe cumplirse: Ti · ρi = Te · ρe (temperaturas absolutas) de donde se infiere que ρi =Te · ρe/Ti.
Esa densidad menor en el interior de la chimenea crea una presión ascensional en los gases que viene dada por la siguiente ecuación:
P = h · g (ρe – ρi)

Ejemplo real de chimenea

Vamos a realizar un ejemplo sencillo: Supongamos una chimenea de 20 m. de altura y de 1 m de diámetro interior, por la que sale aire a 300ºC, calcular la presión de salida del aire caliente que se genera en el interior de la chimenea y el consiguiente caudal.

  • La densidad en el interior de la chimenea será: ρi =Te · ρe/Ti. Suponemos Te = 20 ºC y ρe = 1,2 kg/m3 .
  • Tendemos ρi = (20+273) · 1,2/(300 + 273), calculando: ρi = 0,6136 kg/m3.
  • La presión ascensional será: P= h · g (ρe – ρi) siendo g = 9,8 m/s2 la gravedad, tendremos:
  • Pi = 20 · 9,8 (1,2 – 0,6136) = 115 Pascales

Ese resultado significa que la alta temperatura de los gases en el interior de la chimenea unido a la altura de ésta, generan una presión ascensional del aire caliente de 115 pascales.
Esta presión ascensional origina un caudal de:

  • Q = r2 · pi · C · raíz (2 · P/ ρi) siendo C = coeficiente de descarga = 0,7 tendremos:
  • Q = 0,5^2 · 3,1416 · 0,7 · raíz (2 · 115/0,6136) = 10,64 m3/s = 38.320 m3/h.

Esta presión ascensional debida a la menor densidad de los gases calientes es a lo que se llama “efecto chimenea”, es la tendencia de los gases calientes a elevarse.

Qué hay que tener en cuenta sobre el efecto chimenea

Este efecto se manifiesta en múltiples situaciones cotidianas, por ejemplo en la estratificación del aire en estancias relativamente altas, de manera que la temperatura del aire es mayor en las capas altas que a ras de suelo. Algo parecido ocurre en las viviendas de más de una planta en las cuales las plantas superiores tienden a ser más atemperadas que las inferiores.
También se utiliza el efecto chimenea en algunas aplicaciones de ventilación natural, especialmente en naves industriales o comerciales aunque tal vez el ejemplo más conocido que se basa en el efecto chimenea sean las fachadas y las cubiertas ventiladas.

Las fachadas ventiladas consisten en construir una doble fachada de manera que haya una cierta distancia entre ambos cerramientos, creando una cámara de aire entre ambos, con lo que constituyen una especie de chimenea, estas fachadas son especialmente eficientes en verano al reducir notablemente la entada de calor por la fachada del edificio, en efecto, la cara exterior de la fachada exterior es calentada por el sol, lo cual calienta el aire de la cámara y ello provoca el efecto chimenea con lo que el aire de esa cámara entre los dos cerramientos se va renovando constantemente disminuyendo la temperatura del cerramiento interior. Contrariamente, en invierno cerraremos la corriente de aire en esta cámara de modo que el aire estancado en ella hará las veces de aislante térmico. Algo similar a las fachadas ventiladas ocurre en las cubiertas ventiladas.

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