Energia Termica Con Biomasa

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Generación de Energía Térmica con Biomasa EQUIPOS E INSTALACIONES

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  • Generacin deEnerga Trmica

    con Biomasa

    EQUIPOS E INSTALACIONES

  • El consumo de energa renovable en Andaluca en el ao 2000 era de 876.300 tep/ao. Esta ener-ga supona el 5,7% del total de la energa primaria consumida. En el conjunto de las energas reno-vables la biomasa aportaba el 90%. El Plan Energtico de Andaluca prev un incremento del consu-mo de biomasa de 717.600 tep para el ao 2010, al objeto de alcanzar el objetivo global de un apor-te del 15% de energas renovables respecto a la energa primaria consumida.

    La Consejera de Empleo y Desarrollo Tecnolgico, a travs de la Direccin General de Industria,Energa y Minas, viene llevando a cabo desde hace varios aos un conjunto de acciones encaminadasa fomentar la utilizacin de las energas renovables, con objeto de mejorar nuestro grado de autoa-bastecimiento energtico, generar un nuevo tejido industrial, promover la creacin de riqueza yempleo, desarrollar tecnologas y contribuir al desarrollo sostenible de esta Comunidad.

    Dentro de estas polticas de fomento se ha analizado la viabilidad de la puesta en marcha de unprograma de fomento de la biomasa para usos finales trmicos, trabajo encargado a la Sociedad parael Desarrollo Energtico de Andaluca (Sodean). Fruto del mismo ha sido la incorporacin de este tipode instalaciones en el 2003 a las ayudas que se conceden a travs del Programa Andaluz dePromocin de Instalaciones de Energas Renovables (PROSOL)(Orden 24 enero de 2003).

    El Programa Prosol desde su nacimiento en 1993 no ha tenido como nico objetivo la promocin deun gran nmero de instalaciones, sino que ha velado por la calidad de las mismas. En este sentido losusuarios del Programa Prosol han contado con la seguridad del diseo, montaje, funcionamiento ymantenimiento de las instalaciones.

    Esta concepcin del programa se incorpora tambin a las instalaciones de biomasa, al objeto deofrecer las garantas suficientes a los futuros consumidores. As, se pretende que a estas instalacio-nes se les reconozcan las mismas bondades que tradicionalmente se asocian con las que vienen con-sumiendo gas, gasleo fuel oil.

    El presente manual pretende ofrecer, tanto al futuro promotor de instalaciones como al usuario delas mismas, informacin sobre todos aquellos elementos a considerar para la buena realizacin deinstalaciones de energa trmica con biomasa.

  • NDICE

    La biomasa como combustible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

    La biomasa en Andaluca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

    Instalaciones de produccin de energa trmica con biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

    Demanda trmica en instalaciones de calefaccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

    Instalaciones de estufas, hogares y compactos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

    Sistemas de almacenamiento, transporte y alimentacin de biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

    Tecnologas de combustin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43

    Sistemas de depuracin de gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53

    Sistemas de regulacin y control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57

    Instalaciones de climatizacin y agua caliente sanitaria en distritos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61

    Normativa y legislacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65

    Ejemplos de instalaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69

    ANEXO I. Tablas: Demanda trmica en Instalaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91

    ANEXO II. Actuaciones para la mejora en la logstica de obtencin de biomasa . . . . . . . . . . . . .101

  • 7Las caractersticas de un combustible quedan defini-das mediante diversos tipos de anlisis, principalmenteanlisis elemental e inmediato.

    En el caso de la biomasa, su anlisis elemental indi-ca que su contenido en Carbono est en torno al 50%,Hidrgeno 5,5%, Nitrgeno menor a 1% y Oxgeno 40%,siendo despreciable la concentracin en Azufre.Respecto al anlisis inmediato (porcentajes en peso) sepuede decir:

    - Cenizas: comprende los residuos slidos no quema-dos resultantes de la combustin completa del com-bustible. Producen escorias y depsitos en losrefractarios y disminuyen el poder calorfico delcombustible, pues adems de no aportar calorabsorben calor sensible en el hogar. En la biomasaestos contenidos son superiores a los de otros com-bustibles, pudiendo alcanzar porcentajes superioresal 5%, aunque los valores ms comunes varan entre2 y 5%.

    - Humedad: es el agua contenida en el combusti-ble, que puede ser de dos clases: humedad libresuperficial, de fcil eliminacin mediante secadoal aire hasta 110 C de temperatura, y humedadretenida en los poros de la biomasa, (ya sea deconstitucin, combinada o higroscpica), que pre-cisa temperaturas ms elevadas para ser elimina-da, y que puede conllevar degradacin de lamateria orgnica. La humedad superficial en la

    biomasa es elevada, existiendo combustibles entorno al 8% de humedad y otros en los que sesupera el 50%, dependiendo mucho de la proce-dencia, tiempo de recogida y tratamientos poste-riores.

    - Materias Voltiles: Son combinaciones de C, H, yotros gases, que determinan la forma y longitud de lallama. La biomasa, en general, tiene un contenido envoltiles muy alto (>65%) que favorece su combus-tin.

    - Carbono Fijo: Es la fraccin residual del carbono com-binado qumicamente, y que se calcula como sigue:

    Cfijo % = 100 - Humedad - Voltiles - Cenizas

    En la actualidad no existe una normativa esta-blecida para la medicin de los diversos parme-tros para combustibles biomsicos. No obstante,un grupo europeo se encuentra trabajando en laestandarizacin de biocombustibles que concluirsus trabajos, entre otros aspectos, con la defini-cin de estos procedimientos de medidas. Por estarazn se utilizan diferentes normativas, segn loslaboratorios, habiendo desarrollado muchos deellos procedimientos de anlisis propios. En lasiguiente tabla se muestran normas analticasaplicables:

    LA BIOMASACOMO COMBUSTIBLE

  • 8GENERACIN DE ENERGA TRMICA CON BIOMASA

    El Poder Calorfico de un combustible se definecomo la cantidad de calor liberado durante su combus-tin por unidad de masa, a presin constante y a 25 C,obtenindose los productos en su estado final de oxida-cin. Se distinguen dos tipos, segn el estado de los pro-ductos:

    Poder Calorfico Superior (P.C.S.): Cuando el aguaformada en la combustin est condensada; por tantoincluye el calor latente.

    Poder Calorfico Inferior (P.C.I.): Cuando elagua formada en la combustin est en forma devapor condensado; por tanto no incluye el calorlatente.

    El PCI de un combustible slido o lquido se determi-na a partir del PCS, detrayndole el calor latente delagua formada, mediante frmulas empricas. Por ejem-plo, para el carbn se tiene:

    PCI (kcal/kg) = PCS - 5,85 (9 * %H + %W)

    Parmetro NormaPoder Calorfico Superior UNE 32 - 006Poder Calorfico Inferior UNE 32 - 006Carbono ASTM D5373Hidrgeno ASTM D5373Nitrgeno ASTM D5373Azufre ASTM D4239Oxgeno (1)Humedad UNE 32 - 001Cenizas ASTM D3174Voltiles UNE 32 - 019Carbono fijo (2)

    (1) O% = 100-C-H-N-S-Cenizas(2) Cfijo% = 100- Humedad- Voltiles - Cenizas

    Anlisis de cenizas

    Parmetro NormaPreparacin muestra ASTM D3682Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, Ti y M ASTM D3682Sulfato UNE 83432P2O5 ASTM D3682

    donde % H es el porcentaje en peso de Hidrgeno en el com-bustible% W es el porcentaje en peso de Humedad superficial

    La mejor forma de calcular el poder calirfico esmediante ensayo en bombas calorimtricas, aunqueexisten frmulas empricas que permiten obtener resul-tados aproximados:

    Frmula de Dulong y Petit citada por Kollmann:

    PCI0 = 8.100 *C + 34.000 * (H-O/8) + 2.500*S

    Frmula de Elvira y Marcos para biocombustiblesslidos de origen ligno-celulsico en kcal/kg:

    PCIh=PCS0 * (1/(1 + h))-665 ((0.54 + h)/(1+h))

    h= % humedad en base seca

    Puede observarse segn las tablas adjuntas, cmo labiomasa contiene un poder calorfico un 50% menorque el resto de los combustibles, salvo el carbn. Porotro lado, el contenido en carbono tambin es ms redu-cido, pero sin embargo el contenido en voltiles es muyimportante.

    Adems de las caractersticas energticas de loscombustibles, en la biomasa hay otros aspectos deespecial inters:

    a) Pureza del combustibleb) Densidadc) Contenido en humedadd) Contenido y composicin de las cenizase) Granulometra y presentacin de la biomasa

    a) Pureza del combustibleOtra cuestin importante a tener en cuenta en los

    biocombustibles es la pureza de stos, posible grado decontaminacin (presencia de tierras, lixiviados, etc),adems del estado de putrefaccin la presencia deagentes patgenos.

    b) DensidadLa biomasa se caracteriza, en general, por tener una

    densidad reducida, salvo para los biocombustibles den-sificados. Este aspecto repercute desfavorablemente enel transporte y almacenamiento del combustible, ade-ms del diseo de los equipos de conversin energtica.

  • 9GENERACIN DE ENERGA TRMICA CON BIOMASA

    Fuente: IER, PCI y PCS en tep/t

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    GENERACIN DE ENERGA TRMICA CON BIOMASA

    c) Contenido en humedadEste parmetro afecta al contenido energtico del

    combustible de una forma proporcional. Adems hayque considerar que a medida que el combustible estms seco, hasta ciertos lmites, ser mejor su compor-tamiento de combustin. Por tanto, la humedad es unfactor muy importante a tener en cuenta a la hora devalorar el precio de una biomasa. En la siguiente grficase muestra cmo evoluciona el precio de una mismabiomasa con la humedad superficial que contiene.

    Se ha tomado como base de biomasa lea a un pre-cio de 84,14 /t (14 pta/kg) con una humedad del 35%y un poder calorfico inferior seco de 4.300 kcal/kg. Hayque considerar que el precio en unidades energticassera constante en todos los casos (0,03 euros/te), aun-que la eficacia del combustible, como ya se ha dicho, nosera la misma.

    d) Contenido y composicin de las cenizasEl contenido de cenizas de la mayor parte de las bio-

    masas existentes en Andaluca es superior al 15% enpeso (seco). Esto repercute desfavorablemente en su

    comportamiento energtico, ya que no es factible elaprovechamiento en energa til de una importanteparte del combustible. En este aspecto resulta especial-mente favorable el orujillo, ya que su contenido en ceni-zas no supera el 8%.

    Por otro lado, hay que considerar la composicin delas cenizas, ya que en general presentan un elevadocontenido en lcalis, por lo que se pueden dar proble-mas de sinterizacin de las mismas debida a su bajatemperatura de fusin.

    El anlisis de las cenizas se suele realizar medianteespectroscopia de Absorcin Atmica. Los resultadosse expresan como los xidos de los elementos analiza-dos.

    Relacin temperatura de fusin y composicin en lcalis

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    GENERACIN DE ENERGA TRMICA CON BIOMASA

    SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + TiO2 + CaO + MgO + Na2O +K2O + P2O5 + SO3 + ... = 100 %

    Cenizas cidas:SiO2, Al2O3, TiO2

    Cenizas BsicasFe2O3,CaO, MgO, Na2O, K2O, P2O5, SO3

    % de cenizas bsicas(Fe2O3 + CaO + MgO + Na2O + K2O) x 100

    SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + TiO2 + CaO + MgO + Na2O + K2O

    % de cenizas cidas(SiO2 + Al2O3 + TiO2) x 100

    SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + TiO2 + CaO + MgO + Na2O + K2O

    Relacin bsico/cido(Fe2O3 + CaO + MgO + Na2O + K2O)

    x 100SiO2 + Al2O3 + TiO2

    Respecto a la temperatura de fusin de las cenizas,resulta determinante para evaluar la capacidad de aglo-meracin de las mismas, originndose diferentes fen-menos:

    Clinkering: Si se produce en la parrilla. Si tiene formade torta se le denomina matting.

    Slagging: Acumulacin de cenizas en las partes some-tidas a radiacin.

    Fouling: Acumulacin de cenizas en las partes someti-das a conveccin.

    e) Granulometra y presentacin de la biomasaLa granulometra del combustible ha de ser tal que

    permita el aprovechamiento energtico del mismo. Estadebe estar adaptada al tipo de equipo y sistema decombustin. La granulometra es muy diversa, existien-do biomasas con un grano muy fino, ejemplo del oru-jillo y otros de tamao muy irregular y grande, ejemplode la lea.

  • 13

    La Comunidad Andaluza posee una gran riquezaen cuanto a la produccin de biomasa debido a sugran superficie forestal y al uso del terreno, emi-nentemente agrcola. Adems se cuenta con indus-trias agroalimentarias que generan subproductosbiomsicos, principalmente industrias derivadas delolivar.

    Andaluca dispone de una superficie de 87.599 km2

    de las cuales un 40% es forestal y un 57% agrcola.Desde el punto de vista del aprovechamiento de labiomasa, el olivar y el algodn son los que cuentancon unas posibilidades ms favorables actualmente,con una superficie de 14.865 km2, generan una bio-masa aproximada de 2,0 millones de toneladas anual-mente.

    En el conjunto del potencial existente en Andaluca,cabe destacar la biomasa proveniente de las podas del oli-var, que aproximadamente aportan el 25 % del potencialtotal. Adems existe una biomasa procedente de la indus-tria del aceite de oliva, por lo que el sector olecola aportael 38% del potencial de biomasa existente en Andaluca.

    El potencial total de biomasa en Andaluca sepuede cifrar en 3.327 ktep/ao, distribuidos segn se

    muestra en la figura para cada uno de los tipos de bio-masa.

    El Plan Energtico de Andaluca tiene como objeti-vo para el ao 2006 un aporte de la biomasa de1.140.600 tep. Para el ao 2010 la previsin es de1.506.500 tep. En la siguiente grfica se muestra la par-ticipacin de la biomasa, considerando energa trmicafinal, electricidad y biocarburantes.

    Objetivos Biomasa

    LA BIOMASAEN ANDALUCA

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    Previsin de aprovechamientodel potencial de biomasa

    El consumo actual de biomasa para generacin deenerga trmica se centra en el aprovechamiento delos subproductos generados en la obtencin de aceitede oliva y de orujo, correspondiendo al 60% de la ener-ga trmica total consumida. A partir del ao 2003 laConsejera de Empleo y Desarrollo Tecnolgico ha pues-to en marcha de un Programa de Promocin de laEnerga Trmica con Biomasa, includo en el ProgramaProsol, al objeto de mantener los actuales consumos eincluso aumentarlos hasta 649 ktep en el ao 2010.

    En la actualidad la potencia elctrica en genera-cin con biomasa es de 81,3 MW, que representa unconsumo de energa primaria de 210.000 tep. Existenen ejecucin 73 MW ms correspondientes a una ener-ga primaria de 187.000 tep, con lo que la potencia totalinstalada ser de 154,3 MW (397.000 tep) que corres-ponde prcticamente con las previsiones del PlanEnergtico de Andaluca para el ao 2006. En proyectoexiste un total de 133 MW (343.000 tep). Con la ejecu-cin de todas estas plantas, la energa primaria corres-pondiente sera de 740.000 tep, superior a las previsio-nes para el ao 2010.

    La Consejera de Empleo y Desarrollo Tecnolgicotiene establecidas ayudas para la inversin de este tipode aprovechamiento a travs de la Orden de 22 de juniode 2001, por la que se regula la concesin de subven-ciones a las inversiones en mejora de eficiencia energ-

    tica y aprovechamiento centralizado de energas reno-vables, durante el periodo 2001-2006; tambin se inclu-ye la subvencin a instalaciones de biocarburantes yenerga trmica.

    La seguridad del suministro es uno de los pilaresbsicos cara a la realizacin de cualquier proyecto debiomasa. El aprovechamiento, por ejemplo, de los res-tos de labores agrcolas (poda y cosecha de frutos), yde tratamientos selvcolas (podas, claras y cortas fina-les) son prcticas que, con distinto fin, se han venidodesarrollando tradicionalmente. Actividades como elcarboneo y la recoleccin de leas, son las que aprove-chaban estos subproductos generados en las mencio-nadas labores agrcolas y forestales. As mismo, existenindustrias que reutilizan parte de sus residuos paragenerar calor para su proceso industrial, como es elcaso de las extractoras de aceite de orujo o los aserra-deros.

    Durante algunos aos, el incremento del coste de lamano de obra en el sector agrcola-forestal y su bajonivel tecnolgico, han imposibilitado el aprovechamien-to de estos subproductos. Sin embargo, el despeguetecnolgico de estos sectores en nuestra regin, y elapoyo que desde la Comunidad Europea se da al des-arrollo de las energas renovables, hacen que su apro-vechamiento para la generacin de energa sea una rea-lidad en casi todos los pases comunitarios.

    Se han identificado nuevas fuentes de biomasa(mata de algodn, ramn de olivo) como incremento delas actualmente utilizadas. Se han seleccionado estasnuevas fuentes, ya que hoy en da existe tecnologa dis-ponible para su recoleccin. En este sentido, se estnrealizando diversas experiencias en Andaluca.

    La Junta de Andaluca, a travs de la Sociedad parael Desarrollo Energtico de Andaluca (SODEAN, S.A.)junto con otros organismos y entidades privadas vienerealizando actuaciones anuales para la mejora de losaprovechamientos de la biomasa. En el Anexo II se indi-can ejemplos de las mismas.

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    Las instalaciones de distribucin de la climatizaciny/o el ACS tienen un especial inters debido a la mayoreficiencia energtica de las mismas frente a un sistemaindividual de generacin trmica, y por lo tanto unarepercusin favorable en el medio ambiente.

    El empleo de estas instalaciones es posible en ungran nmero de usos finales: viviendas, parques indus-triales, ncleos tursticos, zonas de servicios (deporti-vas, hoteles, hospitales), etc.

    Posibles configuraciones de instalaciones

    Distribucin a 2 tubos

    Distribucin a 4 tubos

    Detalle conexin a usuarios

    INSTALACIONES DECLIMATIZACIN Y

    AGUA CALIENTE SANITARIAEN DISTRITOS

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    Esta configuracin a cuatro tubos en la distribucinde calor y fro en el sector residencial no es usual, se haincluido como sistema ms completo de los posibles. Ladistribucin del calor tambin sera posible por un siste-mas agua-agua.

    Las instalaciones bsicamente cuentan con dos ele-mentos principales: sala de mquinas y sistema de dis-tribucin del calor (red de tuberas). Adems si el com-bustible usado es biomasa se deber disponer de unparque de almacenamiento del mismo.

    Sala de mquinasEn funcin del tipo de servicio que sea necesario

    suministrar, la sala de mquinas contar con dife-rentes equipos. El elemento central ser la calderade produccin de agua caliente alimentada con bio-masa. Configuracin bsica de una sala de mqui-nas:

    - Caldera de biomasa- Mquinas de absorcin (en el caso de produccin de

    refrigeracin)- Equipo tratamiento de agua- Chimeneas- Bombas- Torre de refrigeracin para las mquinas de absorcin- Vaso expansin fro / calor- Depsito inercia agua enfriada- Depsitos de agua caliente sanitaria- Separador de lodos circuito fro / calor- Tuberas, valvulera y accesorios

    Sera posible la produccin de fro en cada uno de losedificios mediante mquinas de absorcin de reducidotamao, similares a las empleadas en los sistemas deenerga solar, aunque encarecera notablemente la ins-talacin.

    Red de tuberas- Circuito de calor- Circuito de fro

    Las tuberas preaisladas en fbrica estn compues-tas por la tubera de acero, el aislamiento de espuma depoliuretano inyectado en continuo con cableado de alar-ma de cobre integrado y una cubierta exterior de polie-tileno de alta densidad.

    Debe existir una resistencia a esfuerzos cortantesentre la tubera de acero y la cubierta exterior de 0,12N/mm como mnimo en direccin axial y de 0,2 N/mmen direccin tangencial.

    Todos los componentes del sistema de tuberasdeben cumplir los requisitos tcnicos de las siguientesnormas:

    - EN 253. Sistemas de tuberas preaisladas pararedes de agua caliente enterradas.

    - EN 448. Accesorios preaislados para redes de aguacaliente enterradas.

    - EN 488. Vlvulas de acero preaisladas para redesde agua caliente enterradas.

    - EN 489. Ensamblaje de juntas para tuberas decalefaccin urbana preaisladas.

    Las tuberas debern ser de acero calidad St.37.0BW segn DIN 1626 o equivalente y sus dimensio-nes sern conformes a ISO/DIN 2458.

    El aislamiento de espuma deber cumplir con losrequisitos de la EN 253 (ltima versin) y debern fabri-carse con ciclopentano como agente esponjante (Noest permitido el freon).

    La cubierta exterior debe cumplir los requisitos tc-nicos de la EN 253 ms reciente y estar fabricada enpolietileno de alta densidad.

    A la entrada de cada centro de consumo (edificio)existe una arqueta de acometida. Cada una de ellas estdotada de los elementos necesarios para aislamiento decircuitos, control de temperatura y presin y regulacinautomtica del caudal de agua aportado.

    Estos conjuntos de regulacin dinmica son esencia-les para que cada unidad de la instalacin trabaje deacuerdo con los parmetros para los que ha sido dise-ada; garantizando el confort trmico a la vez que selimita el consumo de energa.

    En definitiva, con el equilibrado automtico se tratade conseguir un caudal constante en los circuitoshidrulicos, que compense en todo momento las distin-tas presiones diferenciales y las variaciones de esaspresiones, durante el funcionamiento de la instalacin,evitndose as circuitos con exceso o deficiencia decaudal que repercutira negativamente en el confort delos edificios y en la presin de bombeo en el centro deproduccin.

    El equipamiento mnimo requerido por arqueta ser:- Vlvulas de seccionamiento y vaciado de la red de fro

    y calor.- Vlvula de equilibrado dinmico o KFLOW de fro y

    calor.- Medidor de presin y temperatura en impulsin y

    retorno.- Desaireadores y purgadores con vlvula de servicio.

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    - Tubera desde desage en arqueta hasta red de alcan-tarillado ms prxima.

    A partir de estas arquetas de servicio, el agua entraa los puntos de consumo, bien por la accin de la bombaprincipal, situada en la planta de generacin o impulsa-da por las bombas auxiliares propias del inmueble.

    Otras instalaciones

    - Sistema de telegestin y control

    - Deteccin y extincin de incendios

    - Contadores de energa

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    El desarrollo de los microprocesadores ha permiti-do obtener sistemas de regulacin y control de los pro-cesos de gran eficacia y a unos costes muy competiti-vos.

    En un principio los sistemas eran centralizados, esdecir, una sola unidad recibe todas las seales y actasobre los diferentes elementos. Actualmente existen lossistemas distribuidos, donde los controladores queestn repartidos por toda la instalacin interactansobre la misma.

    A la vez, se han desarrollado las telecomunicaciones,por lo que es posible la telegestin de las instalaciones.Esta tcnica permite desde un nico puesto acceder alcontrol de una ms instalaciones, por lo que ya no esnecesario acceder directamente a las instalaciones parapoder incidir sobre ellas.

    Los controladores (DDC - Direct Digital Control)bsicamente captan seales de diversos tipos, laselaboran mediante un programa software y, en fun-cin del resultado de estos clculos, activa una seriade salidas. Los principales componentes del contro-lador son: la fuente de alimentacin, la UnidadCentral de Proceso (CPU), la batera para alimenta-cin de emergencia y las entradas y salidas delcampo.

    Los controladores pueden ser diseados para aplica-ciones generales especficas. Estos ltimos tienenunos costes ms ajustados manteniendo su capacidadde control.

    Estos controladores se adaptan perfectamente a lasnecesidades de regulacin de una planta de generacin

    de energa trmica con biomasa, posibilitando mejorarsu funcionamiento y rendimiento.

    Es aconsejable el empleo de tcnicas de tele-gestin en aquellas instalaciones de ms de70 kW.

    Se indica, a continuacin, los distintos parmetrosque debern ser controlados en una instalacin de pro-duccin de calor y agua caliente con biomasa:

    Parmetros de caldera- Marcha - paro de la caldera- Estado del tornillo de alimentacin de la caldera- Estado de ventiladores de aire de combustin.- Estado de motor de la vlvula de dos vas.- Trmico del motor del tornillo de alimentacin.- Trmico del motor de vlvula de dos vas- Trmico de motor ventiladores de aire de combustin.- Marcha paro de bomba anticondensados.- Temperatura ida de caldera- Temperatura retorno de caldera.- Deteccin de incendios.- Contador de energa trmica.

    Parmetros de circuitos de calefaccin.- Vlvulas de cada zona de calefaccin- Marcha paro de bombas de cada circuito- Estado de bombas de cada circuito- Temperatura de impulsin de cada circuito- Temperatura exterior.

    SISTEMAS DEREGULACIN Y CONTROL

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    Parmetros de circuito de agua caliente sanitaria.- Vlvula de tres vas del circuito de ACS.- Temperatura del depsito de ACS.- Marcha paro de bombas circuito primario- Estado de bombas del circuito primario- Marcha paro bombas circuito secundario- Estado de bombas del circuito secundario- Marcha paro bombas retorno ACS- Estado de bombas retorno ACS

    Elementos de campo y valvulera.Para poder controlar la instalacin sern necesarios,

    como mnimo, los siguientes elementos de campo:- Sonda exterior- Sondas de inmersin- Vlvulas de tres vas con servomotor- Vlvula de dos vas con servomotor.- Grupos motobomba doble para anticondensados y

    para cada uno de los circuitos de calefaccin, prima-rio de ACS, secundario de ACS y retorno ACS.

    En los siguientes esquemas de principio se repre-sentan algunos ejemplos de instalaciones habitua-les.

  • 59

  • 53

    En las plantas de combustin se producen efluentesgaseosos, slidos y lquidos. Las partculas son una delas emisiones ms importantes que se encuentran en lacombustin de la biomasa.

    Segn la definicin de contaminacin atmosfrica,se considera como contaminantes del aire las sustan-cias y formas de energa que potencialmente puedenproducir riesgos, dao o molestia grave a las personas,ecosistemas o bienes en determinadas circunstancias.

    Los contaminantes se clasifican en:

    Contaminantes primarios: aquellas sustancias queson vertidas directamente a la atmsfera desde losfocos contaminantes.

    Contaminantes secundarios: se producen debido alas transformaciones y reacciones qumicas y fotoqumi-cas que sufren los contaminantes primarios en el senode la misma. Las principales alteraciones son la conta-minacin fotoqumica (smog fotoqumico), acidifica-cin del medio y la alteracin de la capa de ozono.

    a) Sistemas ciclnicosSe basa en la aplicacin de fuerzas centrfugas a las

    partculas en suspensin existentes en el caudal dehumos de la combustin, de manera que las ms pesa-das son lanzadas hacia unas superficies colocadas alefecto, de forma que al perder su velocidad por el choquedecantan hacia un colector inferior. Son efectivos parapartculas mayores de 10 micras. Para partculas mspequeas su eficacia disminuye por debajo del 90 %.

    Cicln de separacin sim-ple:

    Un cono invertido por elque entran los gases de lacombustin por su partesuperior dando lugar almovimiento giratorio descri-to. Al chocar contra lasparedes exteriores las part-culas decantan hacia uncolector inferior.

    MulticiclonesSe fabrican colocando en

    paralelo varios ciclones deseparacin simple. Con oru-jillo de aceituna los nivelesde emisin pueden bajar delos 150 mg/Nm3, y conhueso de aceituna se pue-den conseguir emisiones dehasta 20 mg/Nm3.

    Multicicln Prat-DanielSe disponen varios conos con entradas tangen-

    ciales que proporcionan el movimiento rotatorio.Todos los conos tienen la misma longitud y la sali-da de gases depurados se realiza por la parte supe-rior. En la prctica suelen obturarse para partculasprocedentes de la combustin de orujillo de aceitu-na.

    SISTEMAS DEDEPURACIN DE GASES

  • 54

    b) Filtros de mangas El flujo de los gases de combustin se hacen pasar

    por una serie de mangas filtrantes fabricadas en diver-sos tipos de tejidos. Cada cierto tiempo las mangas selimpian aplicando sobre ellas un movimiento de vibra-cin, o mediante pulsos de aire.

    La composicin de las mangas suele variar de unfabricante a otro, pero suelen utilizarse tejidos sintticoscomo Nomex, Gortex, Ryton, Hyglass y tejidos en fibrade vidrio con membrana de PTFE. Las ventajas de losmateriales sintticos es su mejor resistencia a la abra-sin y resistencia a los ataques cidos (punto de rococido), mientras que su principal desventaja es su altoprecio.

    La temperatura de trabajo suele alcanzar los 200Ccon puntas de 250C, y no debe bajar de los 140C paraevitar condensaciones cidas.

    Las dimensiones de las mangas vara entre los 130-150 mm de dimetro y longitudes de 3-6 metros.

    Suelen fabricarse modularmente de manera que depen-diendo del caudal de gases de combustin y de concentra-cin de partculas se dimensiona de un tamao u otro.

    Para descargar de trabajo al filtro y aumentar su vidatil, se suele colocar un multicicln a la entrada de ste.De esta manera se eliminan las partculas ms pesadasy se disminuye la posibilidad de que partculas incan-descentes puedan daar el tejido de las mangas.

    Se puede llegar hasta lmites mximos de emisin de20-30 mg/Nm3. El peso medio de una manga llena departculas suele ser de 3 kg.

    Actualmente la limpieza de las mangas se realizamediante:* On-line con aire comprimido (tecnologa pulse jet).* Off-line con tobera desplazable.* Off-line con aire comprimido y tobera desplazable.* Off-line con aire comprimido y cmaras aisladas.

    c) Separacin por va hmeda (wet scrubbers)Consiste en la aplicacin de una fina lluvia de agua

    sobre los gases de la combustin. Su porcentaje deseparacin es de prcticamente el 100 %. El principalproblema es la eliminacin de los lodos formados. Sueleemplearse tambin para el tratamiento de gases cidos.

    d) ElectrofiltrosSe hacen pasar los gases de la combustin entre dos

    electrodos aislados elctricamente entre s y entre los

  • 55

    cuales se mantiene un campo electrosttico con unamuy alta diferencia de potencial, de 15.000 a 100.000voltios. El polo negativo est conectado a los electrodosllamados emisivos, y el polo positivo a los electrodos lla-mados colectores que estn conectados a tierra. Eneste campo se produce una descarga negativa tal quelas partculas en suspensin quedan cargadas negativa-mente, siendo atradas por el polo positivo de los elec-trodos. Al quedarse adheridas las partculas a los elec-trodos colectores quedan elctricamente neutras y sonevacuadas de los electrodos mediante vibradores o poruna corriente de agua.

    Para aumentar la conductividad de las partculas enlas grandes centrales trmicas se suele adicionarCO3Ca a los humos.

    Se aplican eficientemente a partculas de hasta 2micras, alcanzando su mxima eficiencia para tama-

    os superiores a 5 micras. Pueden trabajar sin lmitede temperaturas. Suelen llegar a concentraciones deemisin de hasta 50 mg/Nm3 Generalmente se usanslo en grandes centrales trmicas debido a su altoprecio.

    Comparacin de tecnologas

    (*) En biomasa depende, entre otras cosas, del tipo de combustible

  • 43

    Se han hecho grandes avances respecto al aumentodel rendimiento y en la reduccin de las emisiones departculas y monxido de carbono CO. Los avances sehan alcanzado particularmente en el diseo de la cma-ra de combustin, en el suministro del aire de combus-tin y en los sistemas de control automtico del proce-so de la combustin. El estado actual de la tecnologa delas calderas automticas ha aumentado su rendimientode un 60 % a un 85 - 90 % durante la dcada pasada yse ha logrado una disminucin de las emisiones del COdesde valores del rango de 5.000 mg/Nm3 hasta, enalgunos sistemas, valores de 50 mg/Nm3.

    Es muy importante seleccionar, para uso trmico, lascalderas cuya tecnologa sea ms avanzada y que seadapten a los requisitos del alto rendimiento.

    Un sistema de combustin de biomasa, est com-puesto bsicamente por:- Una caldera o conjunto caldera - quemador.- Un cuadro de control.- Un silo o tolva para almacenamiento de combustible.- Tornillos de transporte y alimentacin del combusti-

    ble.- Un sistema de evacuacin de humos (a veces con

    ventilador de tiro forzado)- Un sistema de limpieza de gases de la combustin (en

    caso necesario)- Un depsito o sistema de extraccin automtica de

    cenizas.Adems de los especficos para la combustin de la

    biomasa, la instalacin deber de disponer de los ele-mentos necesarios para su correcto funcionamiento,

    tales como:- Sistema de expansin.- Sistema de regulacin y control.- Chimeneas y conductos de evacuacin de humos.- Grupos motobombas.- Sistema de llenado y vaciado de la instalacin.- Sistema de deteccin y extincin de incendios.- Sistema de tratamiento de agua.- Tubera, valvulera y accesorios.- Manmetros y termmetros.- Sondas de inmersin y de temperatura exterior.- Cuadro elctrico de control.

    En el siguiente esquema de principio se expone unejemplo de elementos de una instalacin con generado-res de biomasa:

    TECNOLOGASDE COMBUSTIN

  • 44

    En cuanto a los sistemas de combustin de biomasaexisten diferentes tecnologas, cuya aplicacin depen-der del uso de la instalacin, dimensin de la misma ytipo de combustible a emplear, adems de tener encuenta otras consideraciones como inversiones y costesde mantenimiento. Adems se pueden encontrar combi-naciones de las diversas tecnologas. Con estas consi-deraciones se realiza la siguiente clasificacin: Alimentacin bajo parrilla (underfeed stoker) Parrilla vibrante refrigerada con alimentacin superior Parrilla viajera Parrillas inclinadas Alimentador esparcidor (spreader stoker) Pulverizacin de la biomasa Lecho fluido

    Indicar que los sistemas de lecho fluido y pulveriza-do no son frecuentemente usados en instalaciones degeneracin de energa trmica y s son ms apropiadospara las grandes instalaciones de generacin de electri-cidad.

    Alimentacin bajo parrilla (underfeed stoker).El quemador de tipo underfeed est formado por un

    tornillo sinfn o un empujador que introduce el combus-tible en un crisol, o retorta, de fundicin. En la partesuperior del crisol suelen existir toberas, tambin defundicin, para la inyeccin del aire de combustin.

    Se utiliza para calderas de potencia en general hasta1.200.000 kcal/hora por metro cuadrado de parrilla,aproximadamente 15 t/h de vapor. Para calderas mayo-res prcticamente se usan parrillas mecnicas.

    Las cenizas, en general, se extraen manualmente. Lafacilidad de extraccin de las cenizas y la frecuencia deextraccin depende de la cantidad de cenizas del com-bustible y su tendencia a la aglomeracin.

    El proceso de combustin:El combustible fresco empujado por el sinfn, sube al

    crisol y no se quema hasta llegar al nivel de las toberasde la parte superior. Sin embargo, el combustible quellena el crisol empieza a calentarse, a secarse y a des-tilar antes de llegar a la zona de fuego. Las materiasvoltiles liberadas progresivamente se filtran por la capade coke (carbono fijo) producido, quemndose en lazona de fuego.

    El combustible debe ser tal que se pueda transportarpor el sinfn, y estar lo suficientemente seco al objeto deevitar la formacin de bvedas en las tolvas de alimen-tacin.

    Las parrillas de fundicin suelen estar refrigeradaspor el aire de combustin. ste se introduce por debajode una parrilla taladrada y en la parte superior del crisolmediante toberas que lo rodean completamente. Admiteaire precalentado hasta incluso los 200C con lo que seconsigue mayor grado de secado del combustible y decombustin de los voltiles.

    El combustible no se reparte uniformemente por laparrilla. Las zonas cercanas al crisol es donde mayorcantidad de masa (combustible y cenizas) se encuentray disminuye muy rpidamente a medida que nos aleja-mos del crisol. Por esta razn el fogonero debe extenderel combustible por la parrilla uniformemente para que lacombustin se lleve a cabo de forma eficiente.

    Para mejorar la distribucin del combustible existeun sistema que combina el sistema descrito con unaparrilla inclinada y placas de escorias basculantes.

    La mayor desventaja que presenta este sistema decombustin es que al quemar en masa incrementa laposibilidad de aglomeracin de las cenizas (clinkering) ode producir stas en capas (matting).

  • 45

    Para evitar estas aglomeraciones se utilizan parrillasque muevan el combustible.

    Parrillas inclinadas Fijas

    El descenso del combustible por gravedad, en gene-ral no es uniforme y la combustin es defectuosa por lasgrandes variaciones de espesor del mismo, atascamien-tos, o cadas bruscas que se puedan producir. Por estarazn, el control de la alimentacin de combustible esmuy difcil. No est recomendado para combustibles decenizas aglomerantes.

    Generalmente al final tienen una parte plana dondecae el combustible no quemado, donde termina de que-marse, y las cenizas, de donde se recogen manualmen-te o mediante un oscilador. La inclinacin de estas parri-llas vara entre 40 y 50.

    Parrilla de gradas escalonadasComo la anterior pero las barras de la parrilla son

    horizontales formando una escalera. Su principal venta-ja es que el combustible menudo (finos) no puede caera travs de la parrilla; pero tampoco las cenizas. Esto dalugar a que el combustible y las cenizas permanezcanmezclados originando una combustin lenta.

    Los escalones de la parrilla pueden ser completa-mente horizontales, o tener cierta inclinacin parafavorecer el descenso del combustible, o incluso pre-sentar dos zonas con inclinaciones diferentes. La incli-nacin de la parrilla escalonada suele ser menor queen el caso de la anterior, de 30 a 35. Admite aire pre-calentado.

    Est indicado su uso para hullas de poca potenciacalorfica, lignitos, carbones en polvo y granulados.Tambin para virutas y serrines.

    Parrilla viajera (traveling grate stoker)La parrilla viajera, o de cadena, es una superficie

    plana por la que se traslada lentamente el combustible,con lo cual se obtiene una alimentacin y limpieza auto-mtica.

    Los barrotes de la parrilla estn articulados entre s,formando una superficie plegable que se mueve comouna cadena ancha de transmisin entre dos series deruedas dentadas paralelas.

    Se puede controlar el espesor de la capa de com-bustible mediante un sencillo dispositivo. El grosor de lacapa de combustible vara entre los 100 a 150 mm, quedisminuye a medida que se progresa en la combustin.

    Para que las escorias no se queden pegadas a laparrilla, al final de sta existe un rastrillo o rascador queelimina las escorias.

    Proceso de combustinEl combustible al principio empieza a calentarse y a

    destilar. Hacia la parte central de la parrilla tiene lugar lacombustin del coke producido. Finalmente las cenizasy escorias caen al cenicero colocado en la parte final.

    Al principio suele colocarse una bveda refractariapara que el calor que irradia seque y destile con facili-

  • 46

    dad al combustible. Esta zona puede llegar incluso aocupar la mitad del hogar de la caldera.

    Un problema del sistema de combustin es que alprincipio existe defecto de aire y al final existe exceso,por lo que se suele dividir la cmara inferior en zonasmediante mamparas en las cuales existe diferentescaudales de aire: ms en las iniciales y menos en lasfinales.

    Se suele utilizar aire precalentado en la primera zonapara facilitar el encendido y fro en la ltima para evitarel excesivo calentamiento del emparrillado que podradar lugar a la fusin de las cenizas.

    Un inconveniente de tipo mecnico es que existenmuchas piezas mviles, en contraposicin con otrostipos.

    El movimiento de la cadena es tan slo de 100mm/min.

    Tambin es necesario utilizar aire secundario.

    Parrilla vibratoriaFue introducida por Steinmller en la dcada de

    1950. La parrilla, generalmente refrigerada por agua,mediante un mecanismo de vibracin excntrico haceque el combustible poco a poco se mueva hacia delan-te de manera que cuando llega al final las cenizas sedepositan sobre un foso.

    El combustible se puede introducir en masa introdu-cindolo directamente sobre la parrilla, o mediante unlanzador (spreader) que puede ser mecnico o simple-mente una corriente de aire generado por un ventilador.

    La parrilla suele estar inclinada o incluso completa-mente horizontal dependiendo del combustible y delespacio disponible en caldera.

    La duracin de la vibracin en la parrilla suele variarentre 4 y 10 segundos segn la carga de la misma y eltipo de combustible.

    La entrada del aire de combustin puede realizarsepor zonas para adecuarse a la humedad y tipo de com-bustible.

    Alimentador esparcidorEs un sistema ideado para quemar la mayor parte del

    combustible en suspensin sobre la parrilla. Debe teneruna tamao homogneo para que su distribucin al serlanzado sea lo ms uniforme posible.

    El lanzador puede ser mecnico o simplemente unacorriente de aire proporcionada por un motoventilador,actualmente se utiliza esta segunda opcin.

    El combustible de menor tamao se quema en sus-pensin, mientras que el de mayor peso se quema sobreel lecho de la parrilla.

    Necesita aire secundario por encima de las parrillaspara poder quemar los voltiles desprendidos durante lacombustin del combustible que cubre la parrilla. Estosvoltiles no encuentran suficiente aire para quemarse,pues los pasos de aire estn obstruidos por el combus-tible que anteriormente se ha depositado sobre la parri-lla.

    Es el sistema ms flexible en la actualidad, puedecombinarse con todos los tipos de parrillas, y prctica-mente con todos los combustibles que presenten unagranulometra homognea, e incluso con caractersti-cas aglomerantes. Debe proporcionarse seco pues laspartculas al estar hmedas podran pegarse al alimen-tador.

    Puede combinarse con las siguientes parrillas:

    Fijas.La retirada de cenizas es manual. Potencias de hasta

    1.220.000 kcal/hora por metro cuadrado de parrilla.

    Basculantes.La retirada de las cenizas se realiza mediante un

    emparrillado formado por placas de fundicin que cadacierto tiempo giran descargando las cenizas acumula-das encima. Presenta muchos problemas con combus-tibles aglomerantes.

  • 47

    Viajeras.El combustible cae sobre una parrilla viajera conven-

    cional. Se puede utilizar con combustibles aglomerantesya que presentan un rascador en la parte final de laparrilla. Hasta 2.000.000 kcal/m2 hora.

    Vibrantes.La parrilla suele estar ligeramente inclinada para

    facilitar el movimiento del combustible hacia delante. Seusa tambin plana en equipos que debido al poco espa-cio disponible no se pueden utilizar inclinadas.

    La parrilla suele estar formada por un emparrilladode tubos con pletinas soldadas entre stos formando uncontinuo. Las pletinas pueden estar taladradas para pro-porcionar aire primario de hasta 250 C. Consecuen-temente la parrilla est refrigerada por agua consi-guindose una mayor durabilidad de sta.

    El combustible, gracias al movimiento de vibracinse desplaza hacia delante junto con las cenizas, las cua-les se eliminan al llegar al final. Potencias de hasta1.000.000 kcal/m2 hora.

    Pulverizacin de la biomasa.Se trata de pulverizar la biomasa mediante molinos,

    en general de martillos, para conseguir un tamao departcula inferior a 1,0 mm. Este tamao simplementees el que corresponde a las especificaciones tcnicasde los fabricantes. En los carbones la pulverizacin,micronizacin, es inferior a 0,5 mm. Se consigue estetamao de partcula gracias a que los carbones engeneral presentan mayor dureza que la biomasa y por-que no existe la flexibilidad de sta. Los combustiblesvegetales pueden presentar direcciones privilegiadasde forma que pasen por el tamiz de 1 mm, pero no entodas sus dimensiones.

    Caldera de lecho fluidoEn una caldera de lecho fluido tpica, el combusti-

    ble o combustibles slidos, lquidos o gaseosos, juntocon el material inerte del lecho, por ejemplo, arena,slice, almina o cenizas, y/o un sorbente, como cali-za, son mantenidos suspendidos por medio de la

    accin del aire primario distribuido por debajo de lacaldera.

    La importancia de este concepto es que es posi-ble tener un buen control de los parmetros queinfluyen en la combustin: turbulencia, tiempo ytemperatura.

    La turbulencia es producida por la fluidificacin,haciendo que la masa de slido se comporte mscomo un lquido. La mejora en la mezcla da lugar auna reduccin sustancial y a una mejor distribu-cin de la temperatura (normalmente 815 C-900C).

    De esta manera, una cmara de combustin conve-nientemente dimensionada, recuperar calor a un nivelequivalente al de una caldera convencional, pero teri-camente, a una temperatura ms baja sin prdida deeficiencia.

    El mecanismo de fluidificacin, o el de turbulenciaaadido, ofrece varias ventajas: Menor volatilizacin de los compuestos alcalinos. Menor sensibilidad a la cantidad y naturaleza de las

    cenizas del combustible. Volmenes de hogares ms pequeos.

    No se requiere volumen extra en el hogar para per-mitir a las cenizas enfriarse antes de fluir hacia lospasos convectivos. Estas ventajas son los ingredientesesenciales que en la mejora en la flexibilidad de utilizar

  • 48

    diversos combustibles, se le atribuyen a los lechos flui-dificados.

    Las ventajas que se derivan de la baja temperaturase refieren al control de emisiones. En primer lugar, lastemperaturas de operacin estn por debajo del nivel deformacin de los xidos de nitrgeno. La combustinescalonada puede ser utilizada tambin para minimizarla formacin de los NOx. En segundo lugar, utilizando unsorbente adecuado como parte del material del lecho,pueden ser eliminados los SO2 y otros gases cidos, eli-minando, o al menos minimizando, la necesidad de con-trol de los gases a la salida.

    Otra gran ventaja de operar a bajas temperaturas decombustin es evitar los efectos de sinterizacin y esco-riacin, adems de otros problemas asociados con lascalderas convencionales.

    Como en cualquier tipo de caldera, se dispone de unadecuado sumidero de calor en la zona de combustinpara el control de la temperatura. En estas calderas sedispone de las tradicionales paredes de agua, pero tam-bin, en algunos diseos, los tubos de la caldera se loca-lizan dentro del propio lecho. El control se realiza manipu-lando los parmetros del lecho primario: altura, tempera-tura, inventario de slidos y velocidad superficial del gas.En la prctica, los cambios de velocidad asumen la mayorparte del control. Por ejemplo: reduciendo la velocidad defluidificacin disminuye la superficie de transferencia decalor expuesta al lecho. Cuando el aire es completamen-te cortado, la transferencia de calor se hace cero, ofre-ciendo una respuesta rpida a la reduccin de carga. Lareduccin de carga y el control de flujo de vapor puedentambin conseguirlos reduciendo la cantidad de materialdel lecho o regulando la alimentacin de combustible.

    Una vez que los gases calientes abandonan la zonade combustin, pasan a travs de las superficies detransferencia de calor, calentadores de aire y dispositi-vos de limpieza de partculas que son componentessimilares o idnticos a los que se vienen utilizando habi-tualmente en las calderas durante muchos aos.

    Los tipos de calderas de lecho fluidificado son: bur-bujeante, circulante y burbujeante de dos etapas.Algunos suministradores han modificado sus diseos delecho fluido burbujeante para competir con la populari-dad de los lechos fluidos circulantes. Esto se consigueaumentando la proporcin de recirculacin.

    La caracterstica fundamental que distingue a las cal-deras de lecho fluido es la velocidad del aire a travs de launidad. Las de lecho fluido burbujeante tienen velocidadesde fluidificacin muy bajas, del orden de 1,5 a 3,6 m/s; laidea es prevenir que los slidos se escapen desde el lecho

    hacia los pasos conventivos. En los lechos fluidos circu-lantes se utilizan velocidades del orden de los 9 m/s. Sinembargo, la mayor parte de las unidades de lecho burbu-jeante requieren al menos una recirculacin parcial o rein-yeccin de hasta el 90% de los slidos para obtener unrendimiento satisfactorio sin aumento sustancial deltamao de la caldera. Por esta causa, los lechos fluidoscirculantes mantienen una continua recirculacin de ungran volumen de slidos, separando los slidos en unseparador mecnico y permitiendo que el gas calientepase a travs de la seccin convectiva.

    Existen otras ventajas relacionadas con los lechos flui-dos circulantes: mayor tiempo de residencia para aumen-tar la eficiencia de la combustin y mejorar la absorcindel SO2 y otros gases cidos, empleo de combustibles ysorbentes menos preparados y eliminacin de muchos delos problemas asociados con la potencia del ventiladornecesario para mantener la velocidad a travs del lechoen periodos de mayor y menor altura del lecho.

    A continuacin se indican algunos tipos de equiposde combustin existentes, variantes de los descritosanteriormente:

    Equipos compactos.Estas calderas son versiones agrandadas de las cal-

    deras domsticas de pellets. Son comparativamentebaratos y bien aceptados, pues se han diseado para

    1. Cenicero; 2. Protector contra desbordamiento; 3. Limpieza de partculas;4. Intercambiador de calor; 5. Rascadores; 6. Chimenea; 7. Sonda

  • 49

    calefaccin domstica y no para uso industrial. Eso sig-nifica que incluyen sistemas para la comodidad delusuario como la limpieza automtica, el encendido elc-trico y una alta fiabilidad. Potencias de hasta 40 kW.

    Conjunto caldera quemador y dos etapas de com-bustin

    Son equipos que requieren un mayor espacio, peropueden quemar cualquier tipo de biomasa, incluso conaltos contenidos en humedad y cenizas.

    Se pueden utilizar calderas de baja temperatura conlo que el rendimiento de la instalacin es sensiblemen-te ms alto que en otros sistemas.

    Calderas ModulantesSe trata de equipos compactos, con capacidad de

    modulacin de potencia (de 10 a 60 kW) en funcin dela temperatura de impulsin.

    Disponen de un sistema de regulacin automtica dela combustin, que se adapta al combustible a utilizar.

    Admite combustibles hasta 50 mm de dimetro.

    Respecto a la circulacin del fluido transmisor decalor las calderas se pueden clasificar en:

    - Acuotubular: gases de combustin por fuera de lostubos y por dentro de ellos se conduce el agua; a la sali-da de stos tiene lugar la vaporizacin, en los calderinesdonde coexisten las fases vapor y lquida. Los gases dela combustin se generan en una cmara separada delhaz de tubos.

    - Pirotubulares: humos por dentro de los tubos. En talcaso la cmara de combustin est tambin separadadel haz de tubos.

    1. Vlvula rotativa; 2. Alimentador; 3. Quemador; 4. Caldera; 5. Chimenea

  • 50

    Diferencias tecnologas acuotubular - pirotubular

    (1) Con hueso de aceituna

  • 51

    RECOMENDACIONES PARA ELECCIN DE UN SISTEMA DE COMBUSTIN CON BIOMASA

    ESTUDIO ECONMICO INSTALACIN DE BIOMASA

    SOBRE-INVERSIN = Inversin Biomasa - Inversin Combustible FsilCFB = Coste funcionamiento anual instalacin biomasa = Cantidad biomasa * Precio + MantenimientoCFC = Coste funcionamiento anual instalacin combustible fsil (CF) = CF * Precio + MantenimientoAHORRO = CFC - CFB

    PERIODO RETORNO SOBRE-INVERSIN = SOBRE-INVERSIN / AHORRO

  • 37

    El manejo de la biomasa en los centros de consumoes una cuestin muy importante para el buen funciona-miento de las instalaciones.

    En este captulo se englobarn las operaciones dealmacenamiento, transporte de la biomasa y alimenta-cin de los diferentes equipos de conversin energti-

    ca. Como ya se ha dicho son muy diversos los tipos deinstalaciones y usos, por lo que no existe una nicasolucin en cuanto al manejo de la biomasa para todasellas.

    En primer lugar cabra apuntar que estas operacio-nes hay que realizarlas de una forma segura, limpia,

    SISTEMAS DEALMACENAMIENTO,

    TRANSPORTE YALIMENTACIN DE BIOMASA

  • 38

    cmoda, eficiente y econmica. El objetivo es almacenaro transportar biomasa evitando en lo posible problemasdebido a la posibilidad de aparicin de incendios, pla-gas, molestias para las poblaciones cercanas y sobretodo posibilitando que la biomasa no sea un combusti-ble incmodo en su manejo.

    Se analizan los sistemas de almacenamiento, trans-porte y alimentacin ms apropiados para las instala-ciones de generacin de energa trmica, pudiendoexistir otros sistemas que son usados, bien en otros tipode biomasa o bien para otras conversiones energticasde la biomasa.

    ALMACENAMIENTOUno de los grandes problemas con que se encuentra

    el almacenamiento de biomasa, es que debido a su rela-tivamente bajo poder calorfico y densidad, se necesitangrandes superficies.

    La humedad superficial de la biomasa suele ser ele-vada, lo que da lugar a diversos problemas:- Bajo poder calorfico til.- Problemas de transporte.- Posible autoignicin del combustible debido a las tem-peraturas (60-70C) que se puedan alcanzar dentro dela pila de combustible. Debido a la temperatura los vol-tiles se desprenden lentamente, destilando y disminu-yendo el poder calorfico del producto. La presencia decortezas y hojas favorece notablemente este tipo de fer-mentacin.

    Segn el tipo de almacenamiento y producto alma-cenado se deber establecer un sistema de control deincendios.

    Para el tipo de materia que se utiliza en las instala-ciones de generacin de energa trmica se emplean enla prctica totalidad de los casos varios tipos de alma-cenamiento.

    Al aire libre Cubiertos, cerramientos tipo nave En fosos, cubiertos aire libre En silos Tolvas de obra civil En silos metlicos.

    El almacenamiento al aire libre tiene como des-ventaja la dificultad de prdida de humedad delmaterial en caso de estaciones hmedas. Por otrolado, como ventaja suelen ser sistemas baratos,

    aunque se necesita una importante cantidad deespacio.

    En el caso de optar por sistemas cubiertos, se ase-gura las caractersticas de la biomasa, pero se enca-rece el precio de la misma. Este sistema es apropia-do para ciertas acumulaciones de combustible den-sificado, caso de las pacas, tambin para productoscomo el hueso de aceituna orujillo. Tambin esapropiado para biomasas destinadas al uso domsti-co (leas, briquetas, pellets)

    Las tolvas subterrneas de obra civil son en generalde seccin triangular de una profundidad no mayorde 3 m para facilitar su mantenimiento. En el fondose suele colocar uno o dos sin fines para facilitar eltransporte del material hacia el medio de elevacinque suele ser otro sin fin, si existe una distanciasuficiente hacia el lugar donde se quiere transportar,o un elevador de cangilones si la distancia fuesemnima.

    Silos - Silos cilndricos de chapa lisa.- Silos cilndricos de chapa ondulada.- Silos de ngulos rectos: cuadrado u octogonal.- Hormign armado: slo para grandes capacidades.

    En los silos suele aparecer un problema impor-tante, que es la aparicin de bvedas debido alalmacenamiento de partculas alargadas que seentrelazan entre s, o con una humedad elevada, evi-tando que el producto, llegue al fondo del silo dondese encuentran los elementos de extraccin. Este pro-blema se puede solventar instalando un sistemarotativo que mueva el material acumulado. En silosde pequeo tamao cuadrados o rectangulares sesolventa con la utilizacin de fondos mvilesmediante cilindros hidralicos con empujadores,siendo el material recogido por cintas de bandas osimplemente sinfines.

    Se suelen utilizar los silos cilndricos, pues tienenmenor tendencia a la formacin de bvedas que aque-llos que tienen ngulos. Estos ltimos se suelen utilizarms bien como receptores temporales intermedios dealgn sistema de transporte, en los cuales el tiempo deresidencia del producto no sea mayor de 8 horas, esdecir, un turno de trabajo.

    El fondo del cilindro suele tener forma cnica conngulos de entre 55-60, aunque existen tambin silosde fondo plano, en los cuales existen mecanismosmecnicos de vaciado de tipo pistn, rastrillo, o inclusosin fin.

  • 39

    Recomendaciones generales

    Dimensionamiento sistema de almacenamientoCaractersticas biomasa: Humedad

    Densidad (D)Poder Calorfico Inferior

    Consumo: C (kg/da) (kg/h)Autonoma almacenamiento: A (das) (horas)Coeficiente de seguridad suministro: CS

    CANTIDAD ALMACENADA: C * A * CS (kg)VOLUMEN ALMACENADO: C * A * CS / D (m3)

    SISTEMAS DE TRANSPORTE

    a) Transportadores de tornillo sin finUn tornillo sin fin est formado por una hlice de

    acero, fundicin o acero inoxidable, montada sobre uneje y suspendida en un canal en forma de U, o embebi-do en un tubo. El material tambin podra ser plstico,aunque en el caso de la biomasa se desestimar estematerial debido a problemas de incendios en las insta-laciones.

    Ventajas Sencillez y bajo coste Posibilitan el transporte cerrado, evitando la for-

    macin de nubes Se pueden producir cargas y descargas en

    diversos puntos Producen la homogeneizacin del material que

    transportan

    Inconvenientes Tienen un consumo de potencia elevado Permiten un ngulo de inclinacin pequeo La capacidad de transporte se penaliza mucho

    con la inclinacin No admiten largas distancias. Sufren desgastes por abrasin

    La hlice puede ser un tornillo de rosca a derecha oa izquierda. Los dimetros de hlice pueden variar entre10 cm (4) hasta 61 cm (24). La capacidad de trans-porte de un sin fin vara con la densidad del producto, osi el material es abrasivo o corrosivo, o la inclinacin delmismo. La capacidad de transporte vara fuertementecon la pendiente. Si el sin fin est inclinado 25, se pier-de el 45% de la capacidad de transporte con respecto asu posicin horizontal.

    Tamao del materialEl dimetro de la hlice fija el tamao del material

    que se puede transportar sin peligro para el sin fin.El siguiente cuadro fija los tamaos:

    Dimetro hlice (cm) Tamao mx. partcula (mm)10 615 13

    25,5 1935,5 3245,7 5161 63

    Si el tamao del material a transportar est dentro delos lmites normales, la distancia no es demasiado gran-de y la inclinacin tampoco, un sin fin es un mtodobarato y sencillo de transportar un material.

  • 40

    b) Elevador de cangilonesLos elevadores de cangilones, tanto de banda como

    de cadena, son el medio ms idneo de transporte ver-tical a granel cuando no se dispone del espacio que untransportador convencional requerira.

    Consiste esencialmente en una serie de cangilonesque se encuentran atornillados a una banda o a unacadena transportadora,que accionada por una cabezamotriz situada en la parte superior, se encarga de elevarel producto a travs del chasis central.

    La carga se realiza vaciando el producto en una bocasituada en la parte inferior del elevador (cola) produ-cindose la descarga por efecto de la fuerza centrfuga

    situada en la parte superior (cabe-za), retornando el cangiln vacopara cargar de nuevo.

    Tanto la cabeza y la cola, comolos tramos centrales del chasis,constituyen un sistema modularatornillable que permiten dar al ele-vador la altura necesaria en cadacaso. La cola o parte inferior contie-ne el rulo tensor, as como la bocade carga con tajadera manual, quepermite regular la alimentacin delmaterial.

    La cabeza motriz incluye el nilode traccin que es accionado porun motor reductor a travs de unatransmisin por correas o por pio-nes y cadena, segn los casos, ascomo un sistema antirretorno queimpide que al producirse el paro,estando el elevador en carga, lacolumna de subida haga girar a lainversa al tambor motriz, produ-ciendo una inundacin de material

    en la cola.Los cangilones y bandas estn especficamente

    diseados segn las caractersticas del material atransportar, abrasividad, temperatura, granulometra,etc., pudiendo ser de distintos tipos de plsticos ometal, con diferentes espesores y reforzados.

    Este tipo de elevadores pueden manipular materialesque no sean muy pegajosos para su descarga ni tenganterrones o trozos demasiado grandes para los cangilones.

    Ventajas Presentan un bajo consumo de potencia Son de construccin simple El coste de inversin es bajo Seguros de funcionamientoInconvenientes Necesidad de un sistema interno de carga (tor-nillos sin fin, cintas transportadoras, etc)

    c) Transportador de cadenas o Redler

    Es un tipo de transportador de circulacin continuaen el cual dos cadenas gemelas estn unidas por pale-tas completas, igualmente distanciadas, y una canal, deforma que el material llena por completo todo el con-ducto.

    Funciona bien manipulando granos de cereal, astillasde madera, grafito en escamas y otros materiales noabrasivos de peso especfico medio. Es un buen mediode transporte para el orujillo de aceituna de dos fases.

    Ventajas Tienen total estanqueidad, son limpios y no pro-

    ducen vertidos El viento, la lluvia y otros fenmenos atmosfri-

    cos no afectan al producto transportado Admiten todo tipo de recorridos: rectos, quebra

  • 41

    dos, curvos, con quiebros ascendentes y des-cendentes y superan grandes pendientes

    Inconvenientes Altos consumo de potencia Son susceptibles de averas mecnicas Mantenimiento caro Costes de inversin elevados

    d) Transportadores de bandaConsiste en una banda sin fin con poleas de cabeza

    y pie, sirviendo una u otra como polea motriz, rodilloslocos que hacen de soportes, y a veces un rascador odescargador volteador para vaciar la carga.

    El transportador debe tener una alimentacin regu-lada y, en lo posible, que el choque del material detransporte con la banda sea lo mnima posible.

    Se puede emplear para casi todos los elementos gra-nulados o con terrones siempre y cuando la temperatu-ra del material no afecte a la propia banda. El lmite detemperatura en general no debe superar los 120C.

    Ventajas Sistema de transporte muy verstil, adaptndo-

    se fcilmente a productos diversos y longitudesvariables

    Pueden ser fijas o porttiles Tienen un bajo consumo de energa Presentan gran capacidad de transporte Tienen bajo mantenimiento Nivel de ruidos mnimosInconvenientes No permite materiales muy pulverulentos Inclinaciones pequeas, por lo que no es un sistema

    adecuado cuando se trata de espacios reducidos

    e) Transportadores neumticosConsiste en un conducto o una tubera en la que se

    mantiene una corriente de aire gracias a la accin pro-pulsora de un compresor o de un ventilador. Puede serpor presin, o por succin o aspiracin.

    Por presin: un compresor impulsa el aire por elconducto y el material es alimentado a ste a tra-vs de una compuerta rotativa que forma un cierrehermtico.

    Por succin: un aspirador succiona el aire del con-ducto a travs de un separador y un colector depolvo. El material sale del separador por una com-puerta de cierre hermtico.

    Para que los materiales no resbalen por la banda sesuele emplear bandas nervadas en forma de V para quelos materiales no se deslicen debido al movimiento de labanda, o tienda a rodar hacia atrs si el transportador seemplea con cierta inclinacin.

    El ancho de las bandas vara entre 40 y 152 cm. Lasbandas ms estrechas trabajan a velocidades no supe-riores a 76 m/min, bandas ms anchas no exceden de140 m/min, y las de 152 cm pueden llegar hasta los 180m/min.

    La inclinacin de la banda no suele ser mayor de25. Inclinaciones recomendadas para diferentes pro-ductos:

    Productos qumicos a granel 18 Menudos de carbn20 Granos de cereal18 Grava de cantera18 Grava lavada 12

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    Arena hmeda 20 Arena seca 16 Mineral triturado 20 Astillas de madera 28

    Este tipo de transporte es apropiado para manipularmateriales granulados y pulverizados que fluyen fcil-mente y no se compactan. Las capacidades oscilanentre las 36 t/h hasta incluso las 180 t/h.

    SISTEMA DE ALIMENTACIN

    El sistema de alimentacin ms comnmente utiliza-

    do en los sistema de generacin de energa trmica conbiomasa es el de tornillo sin fin.

    Proporciona una corriente uniforme de material,pero slo se utiliza con materiales que fluyan libre-mente por gravedad hasta el tornillo. La capacidad dealimentacin a una mquina vara en funcin de lavelocidad de giro del sin fin, impulsado por un moto-rreductor con variador de velocidad o con un variadorde frecuencia.

    Existen otros tipos de alimentadores: de rodillos,compuerta rotatoria de paletas, de puertas giratorias, deplataforma giratoria, transportador de mandil, de mbo-lo, alimentador vibrante, etc.

  • 19

    Las instalaciones de biomasa de baja potencia (estu-fas, hogares y compactos) estn ampliamente extendi-das para su uso en calefaccin domstica. En Andalucatodava predominan equipos de bajos rendimientos, locual, unido a las ventajas que ofrecen las instalacionesde calefaccin que emplean combustibles convenciona-les (facilidad de manejo, suministro de combustiblegarantizado, precios estables, etc.), determina que enmuchos casos la biomasa sea empleada como sistemade calefaccin individual, esto es, calefactando nica-mente el local donde se encuentre la instalacin, eincluso no funcionando durante el periodo completo quela demanda trmica lo requiera, sino que se alterna conotros sistemas individuales tradicionales (braseros,estufas de gas y elctricas).

    Las nuevas tecnologas y materiales existentes enlos equipos de biomasa garantizan altos rendimientos yelevado grado de confort, lo cual, unido a la introduccinde combustibles que permiten la automatizacin delequipo, estn favoreciendo el empleo de estas instala-ciones en sistemas de calefaccin central (por aire,agua, suelo radiante), cocina e incluso para produccinde Agua Caliente Sanitaria (ACS).

    INSTALACIONES DOMSTICAS DE BIOMASALa configuracin bsica de toda instalacin de cale-

    faccin, incluidas las de biomasa, est constituida porlas siguientes partes:

    - Sistema de almacenamiento.- Equipo de generacin de calor.- Circuito de evacuacin de humos

    - Sistema de distribucin de calor- Elementos auxiliares

    El sistema de almacenamiento ser tratado en unapartado posterior de carcter general, por lo cual, ysalvo alguna referencia especfica al manejo y almace-namiento de los pellets, en este punto se desarrollartodo lo referente a los equipos de generacin de calor,el circuito de evacuacin de humos, los sistemas dedistribucin de calor y los elementos auxiliares utiliza-dos para la biomasa.

    EQUIPOS DE GENERACIN DE CALOR La mayora de los equipos de generacin de calor

    con biomasa para usos domsticos consisten en hoga-res, cassettes o inserts, recuperadores de calor y estu-fas de aire forzado, con emisin del calor por convec-cin o conveccin-radiacin. Se describirn a conti-nuacin las caractersticas ms importantes que dis-tinguen un equipo de otro, pudiendo clasificarlos enfuncin de:

    - Modo de combustin- Cmara de combustin- Transmisin de calor- Materiales de fabricacin- Sistema de combustin- Autonoma de combustin- Potencia- Eficiencia y rendimiento- Dispositivos de seguridad- Combustible utilizado

    INSTALACIONES DEESTUFAS, HOGARES

    Y COMPACTOS

  • 20

    Modo de combustinLa combustin en equipos domsticos de biomasa

    suele realizarse sobre el suelo del equipo o sobre parri-lla. El primero de los casos se da si el hogar est for-mado por ladrillo refractario y no tiene parrilla inferiorpor la que entre el aire necesario para la combustin.As, en un hogar cerrado el aire de combustin primarioy secundario se encuentran en la parte superior.

    En el caso segundo, se tratara de una parrilla fijahorizontal, donde se deposita la biomasa mediantesucesivas cargas manuales. La entrada de aire primariose efecta de forma controlada a travs de la puerta delcenicero para conseguir los niveles de actividad de lacombustin requeridos en cada momento

    Cmara de combustinLos equipos pueden clasificarse segn el tipo de

    cmara de combustin en:- Cerrados (insertables, recuperadores de calor, estufahogar): La principal diferencia entre los inserts/casset-tes y los hogares, radica en que los primeros disponende una doble cmara donde se produce el calentamien-to del aire, mientras que en los hogares, esa doblecmara debe ser hecha con la instalacin.- Abiertos (hogares refractarios, chimeneas abiertas).

    Transmisin del calorLos mecanismos de transmisin de calor en equipos

    domsticos son principalmente la radiacin y la convec-cin. Esta ltima puede ser natural (mediante una doblecmara de las paredes laterales, trasera y techo) y con-veccin forzada a travs de turbinas que permiten regu-lar la cesin de aire caliente a travs de las rejillas supe-riores segn las necesidades de calor.

    El mecanismo de conduccin se dara en el caso quela caldera estuviera equipada con un depsito para calen-tar agua conectado a un sistema de calefaccin central.

    Materiales de fabricacinLa calidad del material, as como sus dimensiones y

    formas, debe ser tal que asegure su funcionamientoresistiendo las acciones mecnicas, qumicas y trmi-cas que soporte el aparato durante su ciclo de vida.

    Los materiales utilizados para la fabricacin de estu-fas y hogares metlicos son hierro fundido o acero. Ladecisin de optar entre uno u otro est condicionada porla relacin de estos materiales con su funcin, ya quelas estufas de hierro fundido funcionan en la mayora delos casos como estufas de radiacin de calor, y las deacero emplean casi siempre el sistema de conveccin.

    Entre las ventajas del hierro fundido se encuentra sualta resistencia a las dilataciones producidas por laaccin del calor. El hierro fundido debe calentarse lentay progresivamente, ya que los choques trmicos puedenrajar la placa de fundicin ms robusta. Suele emplear-se en los revestimientos.

    El acero por el contrario es un material ms bienelstico que absorbe fcilmente las tensiones creadas.Si en algn caso se agrieta puede ser soldado con faci-lidad. Se suele utilizar para la fabricacin de la cmarade combustin.

    En el caso de hogares realizados en ladrillos refrac-tarios se utiliza un ladrillo especial que, por su compo-sicin, tiene mayor contenido en slice que los ladrillosconvencionales y les permiten soportar altas temperatu-ras sin agrietarse.

    Se comercializa un modelo de estufa que seencuentra revestida por piedra esteatita, de modo queel 90% del calor contenido en la madera se aprovecha.Los humos de la combustin se hacen pasar a travsde una serie de canales hasta que transmiten casi todoel calor a la piedra. De esta forma el hogar est encen-dido 2 o 3 horas mientras que el calor permanecedurante 12-24 horas despus. El sistema de calefac-cin es exclusivamente por radiacin. El inconvenientede estas estufas es el elevado peso, ya que oscila entrelos 700 y 1.900 kg, por lo que habra que reforzar elsuelo.

    Sistema de combustin En la combustin de la madera las emisiones con-

    sisten principalmente en gases y vapores de alquitrn.Los gases se liberan a una temperatura entre 100-900C. Para comenzar la combustin se requiere mucho aire(primario); despus esta combustin debe mantenerseexactamente con la cantidad ptima de aire.

    Despus de la combustin primaria, los humos tie-nen an un potencial energtico importante, por lo quealgunos equipos introducen un sistema de aporte deaire (secundario) ya precalentado a travs del deflectoren la parte alta del hogar que permite inflamar los gasesinquemados. La aportacin de aire secundario debehacerse exactamente donde estn las puntas de las lla-mas para que los gases liberados a 600-800 C puedanquemarse y conseguir as el mayor aprovechamiento delcombustible y en consecuencia un alto rendimiento y laemisin de menos partculas inquemadas al exterior. Esnecesario una temperatura muy alta para que todos losgases se liberen; para ello, la cmara debe estar muybien aislada.

  • 21

    Autonoma de combustin:Los hogares cerrados se pueden clasificar en funcin

    de la autonoma de combustin.

    - Hogares de fuego continuo. Las estufas hogar no sonestufas de combustin continua, en el sentido estrictodel trmino, ya que no disponen de tolva de carga paraeste fin y le faltan algunas otras caractersticas. Encualquier caso para que un equipo pueda ser conside-rado de combustin continua deber tener una autono-ma de combustin al menos de 10 horas. Son los quepresentan un mejor rendimiento energtico. El consu-mo de lea diario se sita, segn la potencia del apa-rato, entre 25-40 kg alimentado en 2 o 3 cargas.

    - Hogares intermitentes. Tienen una autonoma decombustin de 5 a 7 horas. Precisan 4-5 cargas dia-rias de lea con un consumo de 30-40 kg.

    - Hogares complementarios. Presentan una autonomade combustin inferior a 5 horas, y para un consumode 40 kg/da de lea se precisan al menos 6 cargas.

    PotenciaLa magnitud de comparacin para la capacidad de

    calentamiento de recintos para una estufa hogar es lapotencia calorfica, que se indica en kW (kilovatios) o enkcal/h (kilocalora por hora). En realidad slo son com-parables entre s las potencias calorficas de equiposque hayan sido controlados por alguna norma o por unensayo especial efectuado por una entidad competente.

    En equipos no sujetos a normativa no existe regla abso-luta que permita calcular la potencia correcta necesariapara calentar un recinto. Esta potencia depende del espacioque se calefacta y tambin en gran medida del aislamiento.

    En promedio, la potencia calorfica necesaria parauna habitacin aislada adecuadamente ser de 40kcal/hm3 (para una temperatura exterior de 0 C), adop-tndose un valor de 50 W/m3. En la siguiente tabla seexpondr la potencia indicativa de calefaccin para unahabitacin en diferentes condiciones:

    Eficiencia y RendimientoLa teora supone que un equipo de una determinada

    potencia irradia al recinto donde se encuentre toda laenerga contenida en el combustible. En la realidad estono ocurre as, ya que en el proceso de combustin seproduce prdida de energa.

    La relacin entre la energa til producida y la ener-ga consumida se define como rendimiento. Si el equipono est cerrado (chimenea abierta) los rendimientos aconseguir slo sern de un 10% al 35%, mientras queen casos de equipos cerrados el rendimiento puedeoscilar entre el 60% y 90%.

    Las estufas de mayor rendimiento son las de pellets,en las que debido a su diseo y modo de operacinalcanzan rendimientos energticos que oscilan entre el85% y 90%. Para mejorar la eficiencia de los equipos sedispone de un deflector de hierro fundido con aletas queaumentan la superficie de contacto por la que circulanlos humos antes de su salida definitiva por la chimenea,aprovechando al mximo la temperatura de los mismos,y aumentando el rendimiento del aparato.

    Dispositivos de seguridadComo dispositivo de seguridad y para mejorar la

    potencia calorfica por conveccin acelerando el movi-miento de aire en el recinto se puede dotar a algunos

    1 - Para el inicio de la combustin se requiere aire primario2 - Al subir la temperatura en la cmara se abre el aire secundario, as se queman completamente los gases3 y 4 - Transformacin de la madera en carbn de lea que requiere mucho aire para quemarse. Disminucin de la tem-peratura. Nueva alimentacin de aire primario.

  • 22

    equipos con turbinas de circulacin de aire, y un ter-mostato que pone en funcionamiento el ventilador cuan-do la temperatura del aire alcanza un determinado valor,generalmente 50-60 C, para evitar que el aparato secaliente demasiado. Es posible instalar un sistema deseguridad en caso eventual de parada de los ventilado-res de aspiracin y de distribucin.

    Las estufas de pellets tambin pueden tener un dis-positivo de bloqueo de carga de los pellets en el caso deque no se encienda la estufa.

    Combustible utilizadoEl combustible comnmente usado en calefaccin

    domstica con biomasa es la lea. No obstante, y debidoa la disponibilidad de residuos biomsicos de bajo costeprocedentes de aprovechamientos forestales (podas,claras, etc.) y de industrias de primera y segunda trans-formacin de la madera, que se eliminaban quemndo-los al aire libre o depositndolos en vertedero sin apro-vechar su energa, se pens en fabricar con ellos bio-combustibles, obtenindose las briquetas y pellets.

    Esquema general de estufas hogar

    Esquema general de insertable en chimenea

    Las estufas hogar y chimeneas cerradas o abiertas,estn diseadas para funcionar con cualquiera de estoscombustibles. Las estufas de pellets, al estar automati-zado el sistema de alimentacin del combustible y decombustin, limitan su uso exclusivamente a los pellets.

    TECNOLOGAS EFICIENTES DE EQUIPOS DE COMBUS-TIN DE BIOMASA PARA EL SECTOR DOMSTICO

    Las tecnologas que a continuacin se describirnestn encaminadas a conseguir mayores eficienciasenergticas y la disminucin de emisiones.

    Over fire boilers (OFB) (Cmara de combustin arriba)En estas calderas, la combustin tiene lugar en una

    sola carga de combustible al mismo tiempo.Normalmente est equipado con una entrada de aireprimario debajo de la parrilla, y entrada de aire secun-dario sobre la carga del combustible, directamente a lazona de combustin de gases. Las cargas son manualesy el tiro/aspiracin es natural.

    La combustin es similar a la producida en chimene-as hogar. Medioambientalmente lo ideal sera realizarpequeas cargas de combustible, pero en la prctica serealiza una gran carga de una sola vez. A causa de lavolatilidad de la madera se pueden producir altas emi-siones. El combustible utilizado es lea y briquetas.

    Under fire boiler (UFB) (Cmara de combustin abajo)En estos equipos la gasificacin y combustin parcial

    tiene lugar slo en una parte del combustible, y la com-bustin final se realiza en una cmara de combustinaparte. Las cenizas caen a travs de una parrilla a lacaja de cenizas.

    Los combustibles ms comunes son leos, astillas ycarbn vegetal. Generalmente se utiliza el tiro natural,pero algunos equipos incorporan un ventilador parapotenciarlo.

    Comparados con otros equipos, la inversin es almenos un 50% ms alta, ya que la mayora vienen equi-pados con un depsito de agua para calefaccin, aun-que no es necesario.

    Down-draught boilers (Caldera de tiro descendente)Los gases de combustin son forzados a bajar a tra-

    vs de una parrilla cermica. El aire secundario se intro-duce en esta fase. Despus de esto los gases de com-bustin fluyen a travs de los tneles cermicos dondela combustin final tendr lugar a alta temperatura.

  • 23

    A causa de que la resistencia de los gases de com-bustin al flujo descendente es alta, es necesario incor-porar un ventilador, lo que permite adems regular laentrada de aire de combustin.

    Sistema Down Draught

    TECNOLOGAS PARA MEJORAR LA EFICIENCIA YCONTROL DE EMISIONES

    El uso de biocombustibles en pequeas instalacio-nes, sobre todo para calefaccin domstica, suponealgunas veces un escaso control sobre el proceso decombustin con la produccin frecuente de inquema-dos, holln y CO.

    La formacin de holln y alquitrn es normal en lasaplicaciones domsticas, ya que las temperaturasalcanzadas no son suficientes para conseguir la ade-cuada descomposicin trmica del alquitrn. Altos nive-les de hidrocarburos se corresponden a altos niveles deCO, esto es un sntoma de ineficiencia en el proceso decombustin, ya que para conseguir la liberacin de COslo hace falta el 30% del calor necesario para la for-macin de CO2 en la combustin completa.

    Para paliar este efecto, se suele utilizar un sistemade combustin respetuosa con el medio ambiente. Estesistema radica en que el aire entra en la cmara decombustin precalentado (aire secundario), debido a unrecorrido a travs de diversas paredes cercanas a lacmara, con lo cual la temperatura alcanzada es de 900C. De esta manera, los productos residuales peligrososson neutralizados, por lo tanto la madera desprende elmismo volumen de CO2 que si se descompusiera natu-ralmente en el bosque. En otras palabras, el proceso decombustin es 100% neutro en CO2.

    La reduccin de emisiones asociada a la combustinincompleta es crtica y hay dos rutas dirigidas a conse-guir la combustin completa que deben ser considera-

    das: la primera es mejorar el diseo de la cmara decombustin, mientras que la segunda consiste en unsistema de limpieza cataltica de los gases de combus-tin que reduce la presencia de inquemados.

    A continuacin se describir un sistema diseadosiguiendo las anteriores premisas.

    Sistema down-burningEl desarrollo de una nueva cmara de combustin

    esta basado en el sistema conocido como down-bur-ning. En este sistema, las partculas cargadas en losgases de combustin, que normalmente iran directa-mente a la atmsfera, son arrastradas al corazn dellecho de llamas dentro de la cmara de combustin,habindose recalentado en esta fase los gases; pasanentonces a una segunda cmara donde se introduce elaire de combustin secundaria y los inquemados conte-nidos en los gases arden a alta temperatura.

    Los gases calientes de salida de esta cmara pasana un intercambiador de calor adicional al objeto deextraer el calor para calefactar la estancia antes de salira la atmsfera.

    Una cmara de combustin bien diseada puede tra-bajar a amplios rangos de potencia sin perder el funcio-namiento de la combustin secundaria (algunas estufascatalticas comerciales cesan la actividad a bajos ndi-ces de combustin)

    Una desventaja de la combustin secundaria es queincrementa las emisiones de NOx. Por eso es convenien-te considerar el diseo de sistemas catalticos mejoradosque pueden operar a bajas temperaturas y con bajasemisiones de NOx. La metodologa adoptada para el de-sarrollo del catalizador implica la identificacin del cata-lizador candidato y los soportes (monolitos y redes).

    Sistema Down Burning

    Sistema turboEl mecanismo de funcionamiento de estas estufas se

    ha denominado Turbo, aunque de hecho no es real-

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    mente un turbo como usual-mente se llama en las estufasde madera (tipo chubesky). Elsistema est compuesto poruna estufa tradicional con unatubera especial por la cualpenetra el aire en la cmarade combustin. Esto creaalgunas turbulencias y protegela estufa de la condensacinde alquitranes.

    Consumen todo tipo delea, residuos de madera, bri-

    quetas etc. El principio de funcionamiento es el siguien-te: por un tubo interior de la estufa se inyecta al centrodel fuego una cantidad regulable de aire para atizar elcombustible, y provoca una combustin intensa y com-pleta. Este principio evita la condensacin de gases y eldepsito de holln en la estufa y en la chimenea.

    La parte superior de la estufa dispone de dos entra-das de aire (1 y 2) que regulan el caudal y la combus-tin, siendo el primero (1) el regulador del tiro (turbo)rpido o lento, y el segundo (2) facilita su encendido.

    Calderas domsticas de pelletsEste tipo de calderas-estufa se alimenta exclusiva-

    mente de pellets. Van equipadas con una tolva en laparte superior (30-50 kg) donde se carga el combusti-ble. El sistema de funcionamiento es el siguiente:mediante un tornillo sin fin los pellets son transportadoshasta la caldera de manera totalmente automatizada porun control electrnico, que tambin regula la entrada deaire para la combustin en funcin del combustibleintroducido en la cmara dependiendo de la potenciaque se requiera en cada momento.

    Dispone de ventiladores y turbinas para distribuirrpidamente el aire caliente a toda la estancia. El encen-dido es automtico mediante una resistencia y puedeser accionado a distancia y ser programado para encen-derse a la hora deseada. La estufa dispone de un ter-mostato para accionar automticamente la calefaccino pararla segn el caso.

    No tiene necesidad de instalar tiro o chimenea, debi-do a que la combustin de los pellets se realiza de formacasi perfecta y no hay formacin de humos, slo gases.La formacin de cenizas tambin es mnima, por lo queel rendimiento energtico de este equipo es muy eleva-do (90%).

    Para la salida de gases basta con una pequea aber-tura de 6-8 cm que sale directamente a la pared, por lo

    que esta estufa puede ser colocada en cualquier vivien-da. El consumo de un equipo de potencia calorfica de10.000 kcal/h es normalmente de 1,5-2 kg/hora.

    Dispone de sistemas de seguridad que activan elapagado automtico de la estufa en el caso eventual deparada de los ventiladores de aspiracin y de distribu-cin, adems de bloquear la entrada de los grnulos enel caso de que no se encienda la estufa, y por ltimo, ladetencin de esta en caso de bloqueo del dispositivo decarga de los pellets

    Estn diseadas para permitir la instalacin de cual-quier sistema de calefaccin: suelo radiante, radiadores,acumuladores de agua sanitaria.

    1.Tolva2. Alimentador sin fin3. Aire de combustin4. Ventilador convector5. Intercambiadores de calor6. Extractor de gases7. Hogar de combustin8. Recoge-cenizas10. Recuperador de agua11. Cortafuegos12. Resistencia encendido automtico

    Estufas Saug-zug-kesselEste diseo consiste en incorporar un ventilador que

    tomando el aire del lecho de brasas atravesara la cma-ra de combustin, donde posteriormente el aire seraconducido a un intercambiador de calor. El ventiladorsituado entre el intercambiador de calor y la salida degases conduce el aire hacia el tubo de evacuacin.

    Estas estufas estn adems equipadas con unasonda lambda signal, que indica la cantidad ptima deoxgeno para la combustin. Se trata de un regulador

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    electrnico que ajusta el suministro de aire secundario.Tambin puede funcionar con pellets.

    CIRCUITO DE EVACUACIN DE HUMOS

    El circuito de evacuacin de humos es uno de losprincipales elementos de una instalacin. Su buen dise-o asegura un correcto funcionamiento del equipo, evi-tndose, por tanto, ruidos, condensaciones, y prdida derendimiento.

    Los conductos de humos se utilizarn exclusivamen-te para la evacuacin de los productos de la combustingenerada por los equipos de produccin de calor, y sudiseo se efectuar a partir del caudal previsible. Comoregla general se cumplir lo estipulado en la norma UNE123-001-94 relativo al clculo y diseo de chimeneaspara equipos de potencias superiores a 10 kW

    Instalacin de un conducto de humosa) Caso de un conducto nuevo:

    Empleo de materiales incombustibles, resistentes a latemperatura y a los agentes agresivos presentes en loshumos, de acuerdo a lo especificado en la Norma UNE123001. El uso de materiales aislados de origen permiteevitar tener que colocar un aislamiento en la obra.

    b) Caso de un conducto existenteEl instalador asume la responsabilidad de las partes

    existentes, debiendo verificar el estado del conducto yefectuar los cambios necesarios para su correcto fun-cionamiento y el cumplimiento de la reglamentacinvigente. Una de las operaciones a efectuar para instalarun equipo con un conducto de humos ya existente esdeshollinar el conducto y proceder luego a un examenserio para verificar:

    - La compatibilidad del conducto con su uso- La estabilidad- La vacuidad y hermeticidad

    Algunas normas bsicas para la instalacin del con-ducto de humos y chimeneas

    A continuacin se indican algunas normas que debenrespetarse en la construccin de la chimenea: Emplear materiales resistentes e incombustibles. No

    montar tubos de fibrocemento. Escoger un trazado lo ms vertical posible. No

    conectar varios aparatos a la misma chimenea. Evitar que el conducto desemboque en zonas cerca-

    nas a construcciones, debiendo sobrepasar en alturala cumbre ms prxima, si existe edificio colindante.

    Elegir para el conducto un lugar lo menos expuesto aenfriamientos. De ser posible, que la chimenea esten el interior de la casa.

    Las paredes internas deben ser perfectamente lisasy libres de obstculos.

    En las uniones de tubos con chimeneas de obra, evi-tar los estrangulamientos.

    Es muy importante que las uniones de los tubosestn muy bien selladas para tapar las posibles fisu-ras que permitan la entrada de aire. Para comprobarla estanqueidad de la chimenea se proceder de lasiguiente forma:- Tapar la salida en el tejado.- Introducir papeles y paja hmeda por la parte infe-

    rior de la chimenea o algn elemento oloroso noinflamable (por ejemplo incienso) y encenderlos.

    - Observar las posibles fisuras por donde sale humoy sellarlas.

    Es muy importante que la chimenea sobrepase unmetro la parte ms alta de la casa. Si se necesitaaumentar el tiro, se deber elevar la altura de la chi-menea. Tambin es importante que la chimeneaalcance una altura mnima para que se produzca unbuen tiro.

    Que los sombreretes no dificulten el tiro.