Lemn de foc – putere calorifică, comparație între specii, factori care influențează arderea

Vorbind despre mobilier de tot felul, case din bușteni sau pe structură din lemn, blaturi de mese din lemn și rășină epoxidică, pardoseli, uși, ferestre și câte și mai câte, am uitat de una dintre cele mai vechi utilizări ale lemnului, aceea de lemn de foc. Până acum ceva vreme arderea lemnului în sobe, în cuptoare sau sub pirostrie era o normalitate. Bunica din partea tatălui nu a gătit niciodată altfel decât la foc de lemne. Cu toate că mare parte dintre cei din sat trecuseră la gătitul pe aragazul alimentat de butelie, bunicului nu-i plăcea gustul mâncării gătită astfel. Așa că bunica făcea mâncarea pe pirostria pusă în fața cuptorului, la foc de lemne. Gustul era într-adevar unic. Marea bucurie a noastră, a nepoților, era să dăm iama prin oale. După ce terminam de mâncat, eram toți murdari de funingine de la tuciuri, dar ce mai conta!?

Să revenim la proprietățile combustibile ale lemnului. Oare toate speciile ard la fel? Dacă lemnul este atât de diferit de la specie la specie și chiar în interiorul aceluiași copac, oare căldura este la fel indiferent de lemnul care se arde? De ce uneori focul se aprinde greu și iese mult fum? La ce temperatură se aprinde lemnul de foc? Cum fac să am o ardere eficientă a lemnului? Sunt convinsă ca mulți dintre voi v-ați pus aceste întrebări și încă multe altele, ca și mine, de altfel. Consider că sunt moduri mult mai bune de a valorifica lemnul decât ca lemn de foc, dar tot apreciez pizza făcută în cuptor cu lemne și focul trosnind în sobă într-o zi de iarnă 🙂.

Ce este Puterea Calorifică a Lemnului?

Atunci când arde, lemnul produce energie. Simțim această energie ca degajare de căldură. Cantitatea de căldură pe care o degajă lemnul prin ardere reprezintă puterea lui calorifică. Puterea calorifica este cantitatea de căldură degajată la arderea unui kg de lemn de foc. Se măsoară în kcal/kg, în kJ/kg sau kWh/kg, valorile fiind diferite în funcție de unitatea de măsură. Puterea calorifică determină eficiența cu care diferite tipuri de lemn pot încălzi spațiul dorit.

Puterea calorifică este dependentă de conținutul de umiditate al lemnului și este invers proporțională cu aceasta. Adică este mai mică cu cât umiditatea lemnului este mai mare. Lemnul verde, proaspăt tăiat, degajă mai puțină căldură comparativ cu cel bine uscat. Puterea calorifică maximă este determinată la umiditate 0% (puterea calorică absolută). Cum este aproape imposibil să obții o astfel de umiditate în condiții normale de depozitare a lemnului de foc, umiditatea la care se face referință este cea de 15%, stabilită în mod natural de lemn la uscarea în mediul ambiant. Se recomandă însă ca înainte de a fi pus pe foc, lemnul să fie ținut în interior, lângă sobă sau șemineu min. 24 de ore. Umiditatea va scădea  în acest interval și lemnul va arde mai bine, mai eficient.

Puterea calorifică – influențată de specia de lemn și de structura internă a lemnului

Puterea calorifică a speciilor de lemn este diferită de la specie la specie. Ea depinde de:

1. conținutul de celuloză și lignină. Lignina are puterea calorifică 6000 kcal/kg iar celuloza și hemiceluloza 4150 kcal/kg. Asta înseamnă că lemnul de foc cu conținut mai mare de lignină (lemn de rășinoase) degajă o cantitate de căldură mai mare.
2. densitate – Densitatea lemnului de foc este foarte importantă. Cu cât lemnul este mai dens cu atât puterea calorică va fi mai mare. De aici și diferențele între baza trunchiului unui copac – mai dens, cu putere calorică mai mare – și vârful lui – mai afânat, arde mai repede și degajă mai puțină căldură.
3. Conținutul de apă la tăiere – Este foarte important să știm cât de multă apă a avut lemnul în momentul tăierii pentru că, în urma uscării, apa lasă goluri, rezultând un lemn mai afânat. Lemnul care la tăiere are 35-40% umiditate (ex. lemn de stejar) va fi mult mai dens la 15% umiditate decât un lemn care a avut la tăiere un conținut de apă de 60-65% (ex. plop, salcie).

În ciuda acestor deosebiri, nu există o diferență foarte mare între puterea calorifică a speciilor cănd este raportată la masă. Nu într-atât încât să consideri că pui degeaba în foc un fel de lemn pe când un alt lemn de foc îți va încălzi casa imediat. Diferența sesizabilă este dată de umiditate, viteza de ardere, raportul dintre suprafață și volum, factori de care ne vom ocupa imediat. Dar mai întâi câteva exemple de puteri calorifice determinate la 15% umiditate. Nu toate sursele dau aceleași valori, dar ele sunt destul de apropiate.

• Pin – 4000 kcal/kg
• Molid – 3725 kcal/kg
• Mesteacăn – 3700 kcal/kg
• Salcâm – 3575 kcal/kg
• Fag – 3550 kcal/kg
• Cireș – 3550 kcal/kg
• Stejar – 3450 kcal/kg
• Plop – 3200 kcal/kg

În exemplele de mai sus, puterea calorifică a lemnului respectiv este raportată la masa lui. Dacă raportarea se face însă la unitatea de volum, lemnul dens – stejar, salcâm, fag – va fi cel cu puterea calorifică mai mare.

Inflamabilitatea lemnului. Factorii care influențează arderea

Raportul dintre suprafață și volum

Lemnul arde pentru că este un material inflamabil. Pentru a se aprinde are nevoie de o sursă de foc. Un lemn cu densitate medie și umiditate de 12-15%  se aprinde la 300ºC. Inflamabilitatea lemnului crește direct proportional cu raportul dintre suprafață și volum. De aceea lemnele subțiri, vreascurile se aprind mai repede decât o buturugă. Tot în această idee, suspensia de praf de lemn în aer poate fi un amestec exploziv. Arderea lemnului are loc dinspre exterior spre interior. Un lemn subțire se va aprinde mai repede și va arde repede, pe când unul mai gros va menține arderea mai mult timp.

Umiditatea

Umiditatea este un alt factor care influențează arderea. Lemnul ud arde mai greu pentru că trebuie eliminată mai întâi apa. Puterea calorică a lemnului ud este mai mică pentru că o parte din energie se cosumă pentru a evapora apa. Prima dată este eliberată apa liberă și apoi apa legată de structura lemnoasă. Apa dispare treptat pe măsură ce focul avansează spre interior. Eliminându-se rapid se creează tensiuni și lemnul crapă împrăștiind scântei. Cu cât este mai dens, mai dur, cu atât tensiunile vor fi mai mari, crescând și probabilitatea să sară scântei.

Circulația aerului

Arderea lemnului este un proces oxidativ. Pentru a fi întreținut este nevoie de aer (în special, de oxigenul din aer). De aceea un foc acoperit se stinge iar când apare o sursă de aer, focul se întețește (ca atunci când se deschide ușa sau fereastra în incinta unde un foc arde mocnit). S-a determinat că pentru arderea unui kg de lemn este nevoie de 0,6 kg de aer. Datorită cantității mai mari de aer prezent în vasele mari, foioasele ard mai bine decât rășinoasele, cele din urma avand vase foarte subțiri și închise la capete (traheide). Lemnul cu porii mari arde mai bine decât cel cu porii mici. În acest proces intervine însă și densitatea lemnului. Cu cât este mai dens, cu atât va aprinde mai greu și va arde mai încet, degajând căldură o perioadă mai lungă.

Ce specii ard mai eficient

Rășinoasele ard mai încet și degajă căldură mai multă (din cauza conținutului mai mare de lignină). Un alt motiv pentru care rășinoasele dau mai multă căldură este conținutul de rășini considerat a fi un adevărat combustibil. Foioasele tinere sau cele mai puțin dense ard mai repede și degajă căldură mai puțină. Pe măsură ce densitatea lor crește, vor degaja o cantitate mai mare de căldură comparativ cu un volum similar de lemn de rășinoase.

Arderea lemnului – pentru căldură, pentru protecția și colorarea lui

Arderea lemnului pentru căldură sau pentru gătit este de fapt o combustie, având în vedere că este totală. Am mai scris despre arderea lemnului, dar atunci era vorba despre protecție și colorare. Cei interesați de metoda japoneză Shou Sugi Ban de protecție a lemnului aflat la exterior sau de evidențierea desenului natural al lemnului prin ardere, găsesc informații aici.

În urma combustiei totale a lemnului de foc, la randament maxim, rezultă apă, bioxid de carbon și cenușă. Cenușa reprezintă între 0,5 și 1% din volumul lemnului uscat. Dacă lemnul de foc este prea ud și prea gros sau aerul insuficient (tirajul nu este bun, lemnul a fost aranjat astfel încât să nu permită fluxul de aer), arderea este incompletă și rezultă gaze periculoase (monoxid de carbon, monoxid de azot) și fum. Fumul este carbon (cărbune) antrenat de aer sau vapori de apă înainte să fie complet ars și transformat în bioxid de carbon.

Căldura dată de arderea lemnului nu este una uscată pentru că în timpul procesului se elimină apă – atât cea existentă în lemn, cât și cea din arderea totală a masei lemnoase. De aceea, în spațiile unde există o sobă sau un șemineu pe lemne, căldura este plăcută și nu avem senzația de uscăciune a nărilor.

Deșeuri de lemn – materie primă pentru materiale combustibile

Este posibil să folosim lemn drept combustibil și fără arderea truchiurilor de copac, a lemnului de foc in general. Deșeurile rezultate din prelucrări – rumeguș, praf de lemn – pot fi procesate și transformate în  sursă de energie. În urma procesării rezultă brichete sau peleți care se folosesc pentru alimentarea cazanelor și a sobelor care produc căldură. În ultima vreme peleții au devenit preferații pentru că sunt ușori și au dimensiunile de 10 ori mai mici decât brichetele, putând fi transportați pneumatic către zona de ardere.

Obținerea, atât a brichetelor cât și a peleților, se face prin presarea deșeurilor de lemn în dispozitive speciale, fără adaos de adeziv. Lipirea se face datorită umidității lemnului. De aceea lemnul trebuie să aibă umiditatea  între 12 și 15%. Dacă este mai umed trebuie uscat înainte pentru că altfel se desfac. De asemenea, pentru o lipire bună, nu trebuie să existe coajă în amestec. Procesele tehnologice și instalațiile sunt diferite, brichetele obținându-se la presiune mai mică decât peleții.

Cu toate că este un subiect atât de comun, sper să fi venit cu informații noi, utile pentru voi. Dacă considerați că ar interesa și pe alții, puteți distribui. Dacă aveți comentarii, întrebări sau completări, vă rog să le lăsați mai jos, în spațiul dedicat.