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BIOMASA
Instalaciones de biomasa a pequea y mediana escala
para aplicaciones en edificios
ING. PAOLA LY TRIVEO RAMOS
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERA MECNICA
Antecedentes. Condiciones de bienestar trmico e higiene
Demanda de Energa Trmica en los edificios
Instalaciones para aprovechar la energa de la biomasa
Biomasa para usos domsticos o residenciales
Pequeos sistemas de combustin de biomasa
Produccin de calor mediante calderas de biomasa
Calderas e instalaciones de carga automtica de combustible
granular: Astillas, hueso, etc
Calderas y quemadores de carga automtica de pelets
Almacenamiento y transporte de los pelets hasta la caldera
Diseo de instalaciones:
Caractersticas relevantes para el diseo de instalaciones
Esquemas hidrulicos de conexin
Aspectos econmicos de las instalaciones de biomasa. Ejemplo.
Centrales termo-frigorficas de barrio (District heating)
Calefaccin con biomasa en edificios: antecedentes
Condiciones de bienestar trmico e higiene
Satisfacer la demanda de bienestar trmico e higiene de los usuarios del edificio mediante un
uso racional de la energa atendiendo a consideraciones tanto econmicas como de proteccin
del medio ambiente.
El objetivo de una instalacin de biomasa en un edificio ser:
Parmetros de bienestar (RITE):
Temperatura operativa del aire en la zona ocupada
La humedad del ambiente
La velocidad media del aire en la zona ocupada
La calidad del aire interior y el nivel sonoro
Norma de referencia es UNE EN ISO 7730 Ambientes trmicos moderados:
Parmetros de bienestar trmico controlados: 5 a 15% de personas insatisfechas (ppi)
Diseo slo enfocado al control de la temperatura ambiente: Ms de 30 % de ppi
La calefaccin y el control de la humead ambiente
Un aire demasiado seco trata de saturarse, de absorber agua del ambiente para
alcanzar el equilibrio, se comporta como una esponja que trata de robar la humedad
de todo aquello con lo que entra en contacto, y esto es algo que puede llegar a tener
desagradables consecuencias sobre el bienestar y la salud de las personas,
as como sobre determinados materiales:
Se producen molestias en ojos y mucosas, as como irritaciones en las pieles ms sensibles. Especialmente en bebs
Las personas se vuelven ms vulnerables ante agentes de la gripe y bacterias
Desecamiento de las mucosas de las vas respiratorias, dando lugar a catarros, dolores de cabeza y desgana
general
Determinados materiales higroscpicos como la madera, cuero, fibras textiles, sufren las
consecuencias de un ambiente seco, con la aparicin
de grietas. Se vuelven speros y quebradizos
Los problemas de electricidad esttica
Antecedentes. Condiciones de bienestar trmico e higiene
Demanda de Energa Trmica en los edificios
Instalaciones para aprovechar la energa de la biomasa
Biomasa para usos domsticos o residenciales
Pequeos sistemas de combustin de biomasa
Produccin de calor mediante calderas de biomasa
Calderas e instalaciones de carga automtica de combustible
granular: Astillas, hueso, etc
Calderas y quemadores de carga automtica de pelets
Almacenamiento y transporte de los pelets hasta la caldera
Diseo de instalaciones:
Caractersticas relevantes para el diseo de instalaciones
Esquemas hidrulicos de conexin
Aspectos econmicos de las instalaciones de biomasa. Ejemplo.
Centrales termo-frigorficas de barrio (District heating)
Demanda de Energa Trmica en los edificios
Potencia Trmica demanda para calefaccin y ACS:
Partir de condiciones exteriores de diseo adecuadas: Programa AMT - A
Fijar condiciones interiores de diseo racionales: Segn norma y uso del edificio
Implementar medidas de ahorro y eficiencia energtica
Optimizar el diseo del sistema de preparacin de ACS
Diagrama horario
de consumo ACS
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
Hora
Gas
to A
CS
(l/h
)
Tipo de local
Temperatura
operativa
(C)
Dormitorios (mayor grado de vestimenta) 16 a 19
Aseos 25
Salas de estar, comedor, estudio y similares 22
Zonas de trabajo, cocina, plancha
(mayor actividad) 18
Potencia demandada en da extremo
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
14 16 18 20 22 0 2 4 6 8 10 12
Hora
Pot
enc
ia W
Con zonificacin y sin horario
Con zonificacin y con horario
Sin zonificacin
Ajuste de la potencia demandada . Sistemas de zonificacin:
18 C
25 C
20 C
Cuadro comparativo correspondiente a un ejemplo de vivienda de 497 m2 en Granada
Combustible usado Lea Hueso aceituna Plets de madera
Rendimiento global instalacin 60% 70% 80%
Poder calorfico Inferior seco kWh/kg 4,07 5,00 5,81
Humedad tpica 20% 20% 8%
Precio del combustible /t 90 72 150
Caso 1: Se considera zonificacin pero no se contempla el horario de utilizacin de las habitaciones
Demanda de energa final kWh/ao 36.487 36.487 36.487
Consumo de combustible 18.678 13.031 8.527
Coste de adquisicin combustible /ao 1.681 938 1.279
Caso 2: Se considera zonificacin y se contempla el horario de utilizacin de las habitaciones
Demanda de energa final kWh/ao 22.609 22.609 22.609
Consumo de combustible 11.574 8.075 5.284
Coste de adquisicin combustible /ao 1.042 581 793
Caso 3: No se considera zonificacin
Demanda de energa final kWh/ao 47.457 47.457 47.457
Consumo de combustible 24.294 16.949 11.091
Coste de adquisicin combustible /ao 2.186 1.220 1.664
Demanda de energa para calefaccin y ACS:
Mtodos de clculo adecuados: Mtodo bin frente a mtodo grados - da
Uso de datos meteorolgicos y de consumos de ACS fiables
Influencia en el diseo de la instalacin de biomasa
Rendimiento de la instalacin y consumo de biomasa:
1q)11
(
f
rc
s
M
Caldera con limpieza
automtica de los tubos
de intercambio de calor
Caldera sin limpieza automtica de los tubos de
intercambio de calor
0,98 Correctamente atendida Poco atendida
0,97 0,96
Caldera excelentemente
aislada 0,02
Caldera correctamente aislada 0,03
Caldera mal aislada 0,04
Valores del factor de ensuciamiento y prdidas
Antecedentes. Condiciones de bienestar trmico e higiene
Demanda de Energa Trmica en los edificios
Instalaciones para aprovechar la energa de la biomasa
Biomasa para usos domsticos o residenciales
Pequeos sistemas de combustin de biomasa
Produccin de calor mediante calderas de biomasa
Calderas e instalaciones de carga automtica de combustible
granular: Astillas, hueso, etc
Calderas y quemadores de carga automtica de pelets
Almacenamiento y transporte de los pelets hasta la caldera
Diseo de instalaciones:
Caractersticas relevantes para el diseo de instalaciones
Esquemas hidrulicos de conexin
Aspectos econmicos de las instalaciones de biomasa. Ejemplo.
Centrales termo-frigorficas de barrio (District heating)
Instalaciones para aprovechar la energa de la biomasa
El objetivo de la instalacin renovable en un edificio ser:
Satisfacer la demanda de bienestar trmico e higiene de los usuarios del edificio mediante un
uso racional de la energa atendiendo a consideraciones tanto econmicas como de
proteccin del medio ambiente.
Opciones renovables para producir energa trmica en un
edificio:
Instalacin solar apoyada con energas convencionales
Instalacin de biomasa
Instalacin de biomasa apoyada con energas convencionales
Instalacin mixta solar biomasa
Demanda de calor en edificio
Demanda de agua caliente sanitaria
Demanda de climatizacin
Sistema de encendido o produccin de calor desconectable rpidamente:
Si en cualquier caso de buen o de mal funcionamiento (p.e. fallos de energa) la
generacin de calor puede interrumpirse con una rapidez que impida cualquier estado
de funcionamiento peligroso tanto en el lado agua como en el lado fuego (combustin).
Por estado de funcionamiento peligroso debe entenderse cualquier elevacin de la
temperatura del agua de la caldera por encima de 110 C o cualquier formacin de mezclas
gases-aire explosivas en la cmara de combustin y/o en los conductos o pasos de humos.
Sistema de encendido o produccin de calor desconectable parcialmente:
Sistema en el que una parte importante de la generacin de calor se puede interrumpir
brevemente accionando los dispositivios de control y de seguridad sin provocar un estado
de funcionamiento peligroso en el lado del fuego (cmara de combustin).
Potencia til residual:
Porcin remanente de potencia til que se sigue transmitiendo desde los producto de la
combustin hacia el lado del agua despus de desconectar la generacin de calor.
Acumulador:
Depsito que almacena un exceso de energa (debido a la diferencia entre la potencia
til de la caldera y la potencia real disipada por el sistema de calefaccin).
Rendimiento de un equipo generador de calor UNE 303-5
ecombustibl de calorfico Consumo
equipo elpor aportada til Potenciaequipo del oRendimient
Mtodo directo:
En el mtodo directo, el rendimiento de la caldera se determina por la frmula:
Consumo o gasto calorfico: Cantidad de energa por unidad de tiempo aportada por
el combustible a la cmara de combustin de la caldera,
expresada en funcin del PCI
Mtodo indirecto:
En el mtodo indirecto, el rendimiento de la caldera se determina por la frmula:
BSUA qqqq1
Aq
Uq
Sq
Bq
Prdida debida al calor sensible de los gases de la combustin
Prdida debida a la combustin incompleta
Prdida debida a la radiacin, a la conveccin y a la conduccin
Prdida debida al combustible inquemado en las cenizas
Valores relativos
referidos al gasto
calorfico
Ejemplo:
Piscina climatizada en Cazorla (Jan)
)Q
Q 0,3-(1 Q T 15
min
HNB SPV
donde
VSP Volumen del depsito de inercia (l)
QN Potencia til nominal especificada por el fabricante (kW)
TB Autonoma (h)
QH Carga de calefaccin o necesidades trmicas del edificio (kW)
Qmin Potencia til mnima especificada por el fabricante (kW)
La norma indica que en el caso de calderas mixtas o multicombustibles, el clculo del
volumen de acumulacin, se basar en el tipo de combustible que requiera mayor tanque
de acumulacin, y que si el volumen calculado es inferior a 300 l, se puede prescindir de
dicho sistema por entenderse no necesario.
Autonoma o perodo de combustin en calderas de carga manual o no desconectables
rpidamente,
tiempo necesario para quemar la carga mxima de combustible hasta que
retorna al nivel del lecho de brasas.
En general, por autonoma (perodo de combustin) se entiende la duracin de la
combustin a la potencia til nominal.
Evacuacin del exceso de calor mediante un depsito o tanque de acumulacin:
Ejemplo
La carga trmica calculada para una vivienda es 15 kW.
Se ha instalado una caldera de lea cuya potencia til nominal es 20 kW y la potencia
til mnima declarada por el fabricante es 10 kW. De igual forma, en la documentacin
tcnica de la caldera, el fabricante expresa que a la potencia til nominal la autonoma
o tiempo de combustin es 5 horas (el combustible de ensayo, haya, coincide con nuestro
combustible de diseo).
Basndonos en estos datos podemos calcular el volumen del depsito de inercia
requerido por la norma UNE-EN 303-5.
l 825 )10
15 0,3 - (1 20 5 15 SPV
Este es el valor del volumen de acumulacin mnimo. Una buena eleccin sera un
acumulador trmico de 1.000 litros.
La incorporacin de un depsito de inercia a un sistema de generacin de calor
desconectable rpidamente est justificado por el aumento del rendimiento medio
estacional que se puede conseguir si se dimensiona de una manera adecuada.
Antecedentes
Condiciones de bienestar trmico e higiene
Demanda de Energa Trmica en los edificios
Instalaciones para aprovechar la energa de la biomasa
Pequeos sistemas de combustin de biomasa
Produccin de calor mediante calderas de biomasa
Calderas e instalaciones de carga automtica de combustible
granular: Astillas, hueso, etc
Calderas y quemadores de carga automtica de plets
Almacenamiento y transporte de los plets hasta la caldera
Esquemas hidrulicos de conexin
Instalaciones para aprovechar la energa de la biomasa
Menor volumen almacn
Apto para usos domsticos
Inconvenientes:
Se deshacen con la humedad
Mayor precio (por el transporte)
Faltan canales comerciales
Pellets de madera
Ventajas:
Alto poder calorfico
Mayor densidad energtica
Mayor rendimiento calderas
Pequeos sistemas de combustin de biomasa
Hogares abiertos
Efecto visual en la estancia
Slo calefacta una habitacin
Pequeas potencias: 1 a 3 kW
Combustible: lea o briquetas
Rendimientos muy bajos: 20%
No es un sistema de calefaccin
adecuado
Hogares cerrados
Efecto visual en la estancia
Puede calefactar toda la casa
Medianas potencias: 5 a 30 kW
Combustible: lea o briquetas
Rendimientos aceptables: 80%
Puede ser un sistema de calefaccin
adecuado y adems producir ACS
Pequeos sistemas de combustin de biomasa
Hogares abiertos
Efecto visual en la estancia
Slo calefacta una habitacin
Pequeas potencias: 1 a 3 kW
Combustible: lea o briquetas
Rendimientos muy bajos: 20%
No es un sistema de calefaccin
adecuado
Hogares cerrados
Efecto visual en la estancia
Puede calefactar toda la casa
Medianas potencias: 5 a 30 kW
Combustible: lea o briquetas
Rendimientos aceptables: 80%
Puede ser un sistema de calefaccin
adecuado y adems producir ACS
Pequeos sistemas de combustin de biomasa
Hogares abiertos
Efecto visual en la estancia
Slo calefacta una habitacin
Pequeas potencias: 1 a 3 kW
Combustible: lea o briquetas
Rendimientos muy bajos: 20%
No es un sistema de calefaccin
adecuado
Hogares cerrados
Efecto visual en la estancia
Puede calefactar toda la casa
Medianas potencias: 5 a 30 kW
Combustible: lea o briquetas
Rendimientos aceptables: 80%
Puede ser un sistema de calefaccin
adecuado y adems producir ACS
Hogares cerrados como sistemas de generacin
de calor centralizados
Para producir ACS
necesitan caldera de
apoyo
Distribucin del calor:
Por aire: Conductos
Por agua: Radiadores
Suelo radiante
Convectores Hogares de fuego continuo:
Autonoma de combustin de ms de 10 horas
Consumo de lea, entre 25 y 40 kg/da
Dos o tres cargas / 24 horas
Pequeos sistemas de combustin de biomasa
Ecomonoblocco 66 de Palazzetti
Dimensiones en cm 74,4 x 58,5 x 160 (altura)
Potencia calorfica total (cedida) kW 12,8 kW
Potencia calorfica cedida al aire kW 4,9 kW
Rendimiento certificado 76 %
Toma de aire exterior 15 cm
Electroventilador (opcional) m3/h 900 con 80 W y 4 velocidades
Peso 187 kg
Cantidad de lea aconsejada 3 a 5 kg/h
Material del hogar 75 kg de hierro fundido con 8
mm de espesor de las chapas
Sistema de regulacin Regulacin manual del tiro
Termostato ambiente
Sistema de combustin Doble combustin
Extras
Sistema de encendido
automtico
Encendido remoto GSM
Precio de equipo 2.520
Precio instalacin con distribucin a
5 habitaciones y revestimiento
sencillo 6.500
Monoblocco Termopalex 78 de Palazzetti
Dimensiones en cm 85 x 52 x 161 (altura)
Potencia calorfica total (cedida) 34,8 kW
Potencia calorfica cedida al agua 23,4 kW
Rendimiento certificado 78 %
Toma de aire exterior 15 cm
Peso 237 kg
Cantidad de lea aconsejada 3 a 9 kg/h
Material del hogar 75 kg de hierro fundido con 8 mm
de espesor de las chapas
Sistema de regulacin Regulacin manual del tiro
Termostato ambiente
Sistema de combustin Doble combustin
Extras
Sistema de encendido
automtico
Encendido remoto GSM
Precio de equipo 2.920
Precio instalacin con 6 uds de
radiador y revestimiento sencillo 7.400
Hogar para la produccin de agua
caliente para calefaccin y
preparacin de ACS
1 Cuerpo de la caldera
(tubos de intercambio del calor)
2 Sistemas de seguridad
3 Puerta de vidrio cermico
(800 C)
4 Hogar de fundicin
(utilizable para cocinar)
5 Sistema de regulacin del tiro
7 Sistema de elevacin de la puerta
Pequeos equipos de combustin de plets
Equipos insertables a plets:
Equipos que slo pueden quemar plets
Equipos que pueden quemar leos/briquetas o plets
Segn la manera de cargar los plets:
Carga mediante tolva
Carga superior con o sin extraccin del equipo
Carga frontal
Fluido Trmico generado:
Aire caliente
1
1 Multifire 70 de generacin de aire de Palazzetti
Carga automtica y combustin a lea o plets
Hogar en hierro fundido con doble combustin provisto de depsito para plet
Medidas: 74 x 66 x 116 cm Peso: 220 kg Precio tarifa 2.005: 3.860
2 Pellbox de generacin de aire de Edilkamin
Carga automtica y combustin a lea o plets
Carga frontal de plets sin tener que extraer el hogar
Funcionamiento automtico o manual
Evacuacin de gases combustin con tubo de humos tradicional
Programador de funcionamiento (encendido y apagado)
Mando a distancia y panel sinptico
Datos Tcnicos especificados por el fabricante
Potencia mn/mx 3,6 / 7,2 kW
Rendimiento 80 %
Capacidad depsito de plets 23 kg
Consumo de plets mn/mx 0,9 / 1,8 kg/h
1. Frontal de fundicin 2. Puerta de cristal cermico
3. Bocas para carga de plets 4. Embudo y paleta para carga del plet
5. Alojamiento del embudo y paleta para la carga de plet
6. Alojamiento de la tarjeta electrnica extraible
7. Temporizador 8. Salida del aire de calefaccin 9. Cajn de cenizas
10. Maneta de apertura del cajn de cenizas 11. Panel sinptico
Autonoma mnima
de funcionamiento:
12,8 horas
3
ECO Aire Insert de Ecoforest
Carga automtica y combustin a plets
Carga frontal-superior de plets sin tener que extraer el hogar
Potencia 13,5 kW
Rendimiento especificado fabricante 90%
Capacidad de la tolva 32 kg de plets (dos sacos)
Plets de 6 mm
Consumo horario de plets (mn. / mx.): 0,9 / 2,5 kg/h
Autonoma de funcionamiento (mn. / mx.): 35 / 13 h
4 ECOTHERM INSERT de thermorossi
Funcionamiento a cmara estanca
Sistema de doble combustin controlada con recuperacin
de humos
Potencia 3 a 10 kW
Ventilacin forzada a 10 velocidades (5 niveles de potencia)
Rendimiento especificado fabricante hasta 86%
Capacidad de la tolva 22 kg de plets
Consumo elctrico Watt (mn. / mx.): 65 / 130 W
Consumo horario de plets (mn. / mx.): 0,7 / 2,2 kg/h
Autonoma de funcionamiento (mn. / mx.): 27 / 8,5 h
Telecomando, programador semanal, modem GSM
Medidas: 72,5 x 59 x 59 cm Peso: 155 kg Precio tarifa 2.005: 2.690
Hogares a plets:
Equipos que slo pueden quemar plets
Equipos que pueden quemar leos/briquetas o plets
Segn la manera de cargar los plets:
Carga mediante tolva
Fluido Trmico generado:
Aire caliente Agua caliente
1
2 1
2
Nuevo Multifire 45 de generacin de aire de Palazzetti
Carga automtica y combustin a lea o plets
Hogar en hierro fundido con doble combustin
Encendido automtico, programable, con brasero giratorio autolimpiable
Nuevo Multifire 45 de generacin de agua de Palazzetti
Carga automtica y combustin a lea o plets
Funciona como una caldera
Hogar en hierro fundido con doble combustin
Encendido automtico, programable, con brasero giratorio autolimpiable
Provisto de bomba circuladora, vlvulas de seguridad y vlvula de descarga trmica con serpentn
Medidas: 74 x 66 x 116 cm Peso: 220 kg Precio tarifa 2.005: 3.860
Ejemplo:
Estufa de pellets
13,5 kW
Crdoba
Precio: 2.225
Ayuda: 1.322
Estufas
Efecto visual del fuego
Generacin aire caliente o
agua caliente. Radiacin
Lea, briquetas o pellets
Elevados rendimientos:
cerca del 90% si pellets
Distancias de seguridad
Estufa de plet para generacin de aire caliente
1 Depsito de plet
2 Tornillo de alimentacin del plet
3 Entrada aire primario
4 Ventilador de aire de calefaccin
5 Toberas impulsin del aire caliente
6 Ventilador tiro forzado
7 Quemador de plets desmontable
8 Vidrio cermico resistente y autolimpiable
10 y 11 Aire secundario y limpieza vidrio
Principales funciones que incorporan las modernas estufas o insertables de plets
Humidificador: Ayuda a mejorar la calidad del ambiente a acondicionar
Mandos a distancia: Encender y apagar el equipo o gestionar todas las funciones del panel sinptico
Mando a distancia con panel sinptico (en los modelos ms sofisticados)
Panel sinptico: Para el manejo de todas las funciones de la estufa y su programacin
Programador de funcionamiento horario: Programa el encendido y apagado del equipo
Encendido a distancia mediante un telfono mvil o bien control, diagnosis y reparacin del equipo
Funcionamiento manual o automtico del equipo
Sistema de control con temperatura de consigna y/o autoregulacin completa de la combustin: La
estufa mide el consumo de combustible, la temperatura de los gases de la combustin y regula la
combustin
La estufa se puede autochequear para detectar posibles anomalas en su funcionamiento
Sistemas de autolimpieza del crisol (no excluye su limpieza manual ordinaria con la estufa fra)
Sistemas de anclajes y colgadores ocultables
Nota: Se han utilizado los iconos que incorpora Edilkamin en su catlogo comercial
Estufa de plets Edilkamin con evacuacin forzada de gases de la combustin
1. Depsito de combustible (plet)
2. Tornillo sinfn de carga de plet hacia el hogar
3. Motoreductor
4. Crisol de combustin
5. Resistencia elctrica
6. Conducto de salida de gases de la combustin (8 cm de dimetro)
7. Ventilador aire caliente
8. Rejilla de impulsin del aire caliente
9. Panel sinptico
Estufa de plets Edilkamin con evacuacin natural de gases de la combustin
1. Depsito de combustible (plet)
2. Hogar de combustin
3. Cargador de plets
4. Crisol de combustin
5. Base de fuego y crisol de fundicin extraible con maneta
6. Conducto de salida de gases de la combustin tradicional (13 cm de dimetro)
7. Ventilador aire caliente
8. Rejilla de impulsin del aire caliente
9. Panel sinptico
El diseo: Un valor aadido a las estufas de plets
Antecedentes
Condiciones de bienestar trmico e higiene
Demanda de Energa Trmica en los edificios
Instalaciones para aprovechar la energa de la biomasa
Pequeos sistemas de combustin de biomasa
Produccin de calor mediante calderas de biomasa
Calderas e instalaciones de carga automtica de combustible
granular: Astillas, hueso, etc
Calderas y quemadores de carga automtica de plets
Almacenamiento y transporte de los plets hasta la caldera
Esquemas hidrulicos de conexin
Instalaciones para aprovechar la energa de la biomasa
Produccin de calor mediante calderas de biomasa
Sistemas de calefaccin central ubicados en sala de calderas separada
y que pueden cubrir toda la demanda de energa trmica del edificio
Tipos de generadores
de calor
Calderas de
carga manual Calderas de
carga automtica
Calderas
de lea
Calderas de pellets,
astillas, hueso, etc
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
80 82 84 86 88 90 92 94 96 98
Jahr
CO
(m
g/N
m3
) Calderas eficientes para combustin de biomasa slida
40
50
60
70
80
90
100
80 82 84 86 88 90 92 94 96 98
Year
Th
erm
al
Eff
icie
nc
y (
%)
Contaminacin
ambiental
Rendimiento
proceso
Condiciones
variables
La tecnologa desarrollada para el control
de la combustin de biomasa se basa en:
Calderas certificadas por Organismos
de Control Oficiales
UNE EN 303-5 Calderas especiales para
combustibles slidos, de carga manual y
automtica hasta 300 kW
Resultados pblicos: www.blt.bmlf.gv.at
ao
ao
Sin lmite de potencia
Queman cbles. granulares
Carga manual o automtica
Potencias limitadas a 150 kW
Seguridades adicionales
Carga manual
Calderas de lea o mixtas:
Tipos de calderas para generacin de agua caliente en edificios
Potencias limitadas a 50 kW
Slo queman plets
Carga manual o automtica
Calderas de astillas:
Calderas de plets:
Calderas de carga manual del combustible:
Calderas de lea:
Se instalan en sala de calderas separadas
Funcionan con lea o con briquetas
Potencias limitadas a 150 kW
Sistemas de seguridad adicionales
Encendido automtico de la caldera
Conveniencia de instalar un depsito inercial
Existen calderas mixtas carga manual/autom.
Tapa de carga
Regulacin
caldera
Placa de bypass de gases
Ventilador de tiro de aspiracin
con regulacin lambda
Cmara de carga de
acero inoxidable
Encendido
automtico
Vaciado
de cenizas Almacn de biomasa
Calderas de carga manual de combustibles granulados:
Calderas de carga manual para quemar
astillas, hueso de aceituna, cscara de
almendra, etc
Ms econmicas que las de alimentacin
automtica
Menor comodidad de uso
Menor autonoma
Calderas de carga manual para
quemar plets
Ms compactas
Menores potencias (hasta 50 kW)
Mayor rendimiento
Calderas de carga automtica del combustible:
Partes de la instalacin: Caractersticas de la instalacin:
Depsito de almacenamiento Instalacin totalmente automtica
Sistema de alimentacin Energticamente eficiente
Calderas de biomasa alto rendimiento Instalacin segura y fiable
Sistemas de seguridad Respetuosa con el medio ambiente
Sistemas de regulacin y control Integrada en el edificio y limpia
Almacn de
biomasa
Sala de calderas
Calderas clsicas para combustin de biomasa slida
Caldera TCN-H de agua caliente de Vulcano Sadeca
Aplicaciones de calefaccin, ACS y usos industriales
Calderas horizontales, cilndricas, con envolvente de acero inoxidable
Idneas para combustibles limpios (plets de madera, hueso de aceituna, etc)
Hogar en depresin
Desde 112 kW hasta 2.326 kW
Pueden llevar tambin un quemador auxiliar de gas o gasleo (y de fuel en aplicaciones
industriales) por si no existe seguridad en la disponibilidad del combustible slido
Caldera TCN SUPER de agua caliente de Vulcano Sadeca
Aplicaciones de
calefaccin, ACS
y usos industriales
Calderas verticales,
cilndricas, con
envolvente de acero
inoxidable
Idneas para
combustibles no
limpios (orujillo)
Hogar en depresin
Desde 58 kW hasta
1.744 kW
Altos intervalos entre
paradas para limpieza
Precio calderas clsicas biomasa
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
58 116
233
349
465
581
698
814
1.16
3
1.39
5
1.62
8
Potencia kW
Eu
ros
Precio quemador slidos especial
Precio caldera biomasa
Precio total con quemador slido especial
Calderas para biomasas limpias vs calderas para biomasas no limpias
Versatilidad y fiabilidad de funcionamiento
Mayor precio por kW:
Calderas comb. limpio 87 kW 213 /kW 1.628 kW 35 /kW
Calderas comb. No limpio 87 kW 204 /kW 1.628 kW 32 /kW
Necesidad de incorporar un quemador de slidos especial para asegurar emisiones de
CO inferiores a 1.440 ppmv
Nuevas calderas de astillas o combustibles granulares
Alimentacin automtica
Depsito intermedio
Recogida, compactacin y almacenamiento de ceniza
Sistema de limpieza automtica
Caldera pirotubular de agua caliente con haz de tubos verticales
Cpula para conseguir el
efecto de llama envolvente
Boquillas de aportacin aire
secundario
Dirigidas para aumentar la
turbulencia
Zona de combustin grande
para mejorar la combustin
Aportacin aire primario
Sistema de alimentacin inferior
mediante tornillo sifn
El tornillo est revestido de
carburo de tungsteno y
montado sobre cojinetes dobles
Ajuste de la relacin combustible comburente para cada condicin de funcionamiento
Sistema de regulacin de
la entrada de combustible
Sistema de seguridad mediante
vlvula de descarga de agua
Encendido automtico mediante
inyeccin de aire caliente y resistencia elctrica
Ventilador de aire primario con ajuste
electrnico del rgimen de funcionamiento
Ventilador de aire secundario con
ajuste electrnico del rgimen
Sistema de regulacin mediante PLC
Controla el funcionamiento de los ventiladores y la cantidad de biomasa
Optimiza energticamente el funcionamiento de la caldera
Adapta la produccin de calor a la demanda en cada momento
Posibilidad de control remoto
Aislamiento de lana de
vidrio
Minimiza las prdidas por
conveccin / radiacin con
el exterior
Sistemas de seguridad independientes
que funcionan incluso sin suministro
elctrico
Compuerta de cierre estanco
Depsito de agua para el
rociador de extincin de
emergencia
Soluciones al problema de las cenizas
Posible problema de Clinkering
segn qu biomasa
Solucin al problema:
Parrilla giratoria
Evita la acumulacin de la ceniza en la
parrilla. No se obtaculiza aire primario
(control velocidad de la combustin)
Tornillo
especial para
provocar el
giro de la
parrilla
Posible problema de Fouling
segn qu biomasa
Solucin al problema:
Limpieza automtica de
los tubos de intercambio
Su funcionamiento se programa
segn el tipo de biomasa y el
funcionamiento de la caldera
Optimiza el rendimiento
Posible problema de Slagging
segn qu biomasa
Solucin al problema:
La cpula dirige la ceniza hacia abajo
Adems la cpula acorta la llama y ayuda
a la creacin de turbulencia
Funcionamiento del quemador
Suministro de aire
Exceso de aire no superior al 40% siempre que permita
la combustin completa de la materia combustible
Proporcin adecuada entre aire primario y secundario
La velocidad de la combustin depende del tiro de la caldera. El hogar se
mantiene en ligera depresin -0,01 mbar. Tiro compensado
Factor tiempo
Los gases deben permanecer > 0,5 seg en la zona de
combustin (reaccin de oxidacin de CO es lenta)
Margen de regulacin adecuado a la variacin en las necesidades de calor
El margen tpico de regulacin en biomasa es de 1:3
Buena estabilidad de funcionamiento dentro del margen de regulacin
La llama se mantiene cuando la caldera trabaja en su rango
de funcionamiento
Efecto envolvente conseguido por la cpula. Se consigue lo siguiente:
La recirculacin de los gases hace que no se llegue a 1.200 C de temperatura de la llama
A temperaturas de 1.200 C Se disocia el (Reaccin endotrmica)
Aumenta la formacin de
2CO
XNO
Aumenta la turbulencia y hace que se acorte la llama
Se consigue La llama ideal :
Una llama corta e intensa
Conseguida con:
Altas velocidades + turbulencia
Llamas largas y suaves son el resultado de:
Mezcla incompleta + velocidades bajas
BIOMASA
AIRE
Control de la combustin mediante sonda lambda
En el caso de la combustin estricta y perfecta el contenido
de O2 en los humos es nulo
Las proporciones en tanto por uno en volumen de O2 y CO
presentes en los gases de la combustin estn relacionados
con el exceso de aire mediante la relacin siguiente:
(O2) = 0,5 (CO) + 0,21 (e -1) Vao/Vg
CONTROLADORES
DE LA MEZCLA
CALDERA
DE
BIOMASA
GASES PRODUCTO
DE LA
COMBUSTIN
UNIDAD DE REGULACIN
DE LA COMBUSTIN
SONDA
LAMBDA
Aislamiento de lana de
vidrio
Minimiza las prdidas por
conveccin / radiacin con
el exterior
Sistemas de seguridad independientes
que funcionan incluso sin suministro
elctrico
Compuerta de cierre estanco
Depsito de agua para el
rociador de extincin de
emergencia
Antecedentes. Condiciones de bienestar trmico e higiene
Demanda de Energa Trmica en los edificios
Instalaciones para aprovechar la energa de la biomasa
Biomasa para usos domsticos o residenciales
Pequeos sistemas de combustin de biomasa
Produccin de calor mediante calderas de biomasa
Calderas e instalaciones de carga automtica de combustible
granular: Astillas, hueso, etc
Calderas y quemadores de carga automtica de pelets
Almacenamiento y transporte de los pelets hasta la caldera
Diseo de instalaciones:
Caractersticas relevantes para el diseo de instalaciones
Esquemas hidrulicos de conexin
Aspectos econmicos de las instalaciones de biomasa. Ejemplo.
Centrales termo-frigorficas de barrio (District heating)
Calderas de carga automtica de combustible granular: Astillas, hueso, etc
Agitador para la
alimentacin
Tornillo para la
alimentacin
Calderas de carga automtica de combustible granular: Astillas, hueso, etc
Depsito de almacenamiento Tornillo de alimentacin
Agitador para la
alimentacin
Tornillo para la
alimentacin
Calderas de carga automtica de combustible granular: Astillas, hueso, etc
Depsito de almacenamiento Tornillo de alimentacin
Agitador para la
alimentacin
Depsito de almacenamiento para calderas de biomasa granular:
El depsito de combustible puede tener forma circular, cuadrada o rectangular y
situarse al mismo nivel de la sala de la caldera, por debajo o por encima.
Ejemplos de construccin:
Sistema de vaciado del depsito de
biomasa mediante:
Suelo deslizante
Para biomasas que no
sean homogneas
Posibilidad de depsitos
alargados
Diferentes configuraciones
(vistas en planta)
Llenado del depsito de biomasa granular:
Llenado del depsito mediante
camin con volquete
Lugar accesible para el camin
Depsito en planta stano
Integracin de la boca de descarga
en el edificio
Llenado del depsito mediante bombeo de biomasa granular: hueso, astilla, etc
Ejemplo: Instalacin de biomasa en un Colegio de primaria en Austria
Llenado del depsito de astillas de madera por gravedad
Accesos al depsito de biomasa y
a la antesala de calderas
Antecedentes. Condiciones de bienestar trmico e higiene
Demanda de Energa Trmica en los edificios
Instalaciones para aprovechar la energa de la biomasa
Biomasa para usos domsticos o residenciales
Pequeos sistemas de combustin de biomasa
Produccin de calor mediante calderas de biomasa
Calderas e instalaciones de carga automtica de combustible
granular: Astillas, hueso, etc
Calderas y quemadores de carga automtica de pelets
Almacenamiento y transporte de los pelets hasta la caldera
Diseo de instalaciones:
Caractersticas relevantes para el diseo de instalaciones
Esquemas hidrulicos de conexin
Aspectos econmicos de las instalaciones de biomasa. Ejemplo.
Centrales termo-frigorficas de barrio (District heating)
Calderas y quemadores de carga automtica de plets
Quemadores de plets de alimentacin inferior
Ventaja:
Es fcil determinar y controlar el nivel de plets en el hogar de combustin
Inconvenientes:
El plets entra en contacto directo con la zona de fuego. Esto supone un riesgo de incendio del depsito de alimentacin
El tornillo puede compactar e incluso destruir los plets
Pueden darse condiciones no homogneas en el lecho de combustin, que puede hacer que parte de los plets lleguen a la zona de cenizas sin quemar
Se crea un recalentamiento de la zona de combustin, al estar siempre llena
Quemadores de plets de carga lateral o de retorta
Ventaja:
Se utiliza un sistema de encendido que tiene una velocidad de respuesta mayor cuando se producen cambios en el control
Inconvenientes:
El plets entra en contacto directo con la zona de fuego. Esto supone un riesgo de incendio del depsito de alimentacin
El tornillo puede compactar e incluso destruir los plets
Caen ms cenizas sin quemar que con otros tipos de alimentacin del quemador
Quemadores de plets de alimentacin superior
Ventajas:
El plets no entra en contacto directo con la zona de fuego. Esto evita el riesgo de incendio en el
depsito de alimentacin
El tornillo no compacta ni incluso daa los plets
La forma de carga de los plets permite un lecho de combustin homogneo y no compactado, con lo que
se reduce la produccin de cenizas
Inconveniente:
No es fcil determinar y controlar el nivel de plets en el hogar de
combustin
Calderas de carga automtica de plets
Tornillo de
alimentacin
en ngulo
Extraccin mediante
tornillo y alimentacin
con bomba
mx. 25 m
Alimentacin mediante
agitador y tornillo sinfn
Ejemplo:
Vivienda austriaca a la que da
servicio una instalacin de plet
con caldera de 20 kW
Antecedentes. Condiciones de bienestar trmico e higiene
Demanda de Energa Trmica en los edificios
Instalaciones para aprovechar la energa de la biomasa
Biomasa para usos domsticos o residenciales
Pequeos sistemas de combustin de biomasa
Produccin de calor mediante calderas de biomasa
Calderas e instalaciones de carga automtica de combustible
granular: Astillas, hueso, etc
Calderas y quemadores de carga automtica de pelets
Almacenamiento y transporte de los pelets hasta la caldera
Diseo de instalaciones:
Caractersticas relevantes para el diseo de instalaciones
Esquemas hidrulicos de conexin
Aspectos econmicos de las instalaciones de biomasa. Ejemplo.
Centrales termo-frigorficas de barrio (District heating)
Almacenamiento y transporte de los plets hasta la caldera
Posibilidades para el almacenamiento de los plets
Silos metlicos o de material sinttico
Habitculo del edificio anexo o no a la sala de calderas
Tolvas integradas o no en el edificio
Depsitos enterrados
Sistemas de extraccin y trasporte a la caldera
Extraccin con tornillo sinfn
Extraccin mediante agitador y tornillo sinfn
Extraccin a vaco mediante sistema neumtico
Extraccin mediante gravedad desde silo y transporte neumtico o con tornillo
Extraccin mediante suelo deslizante y cinta trasportadora o tornillo sinfn
Llenado del depsito de plets:
El combustible se alimenta al
depsito por el vaco creado por
la bomba del camin de suministro
Boquillas de llenado
Silo de plets de material
sinttico y estructura acero
Tejido permeable al aire
pero no deja pasar polvo
Descarga de los plets
Utilizacin de camin cisterna
Mxima longitud manguera: 30 m
Descarga rpida, limpia y silenciosa
Diferentes configuraciones
Calderas depsito de combustible
Silo material
sinttico
Silo exterior
enterrado
El caso ms comn:
Un
caso
difcil
Caldera
junto a silo
Caldera
separada
de silo
Silo
exterior
edificio
Depsito de plets enterrado en el
exterior del edificio
No hay suficiente espacio interior
El depsito puede ser de hormign
o plstico
Sistema con aspiracin y
depsito intermedio Sistema con depsito
Sistema directo de extraccin
con tornillo
Sistema directo de extraccin
con bomba
Espacio vaco
Tornillo de extraccin
Tablero de madera
30
h
0,5 m
b
Seccin de
un almacn
de plets
Boquillas de carga
El volumen de plets almacenado se obtiene como:
donde l es la longitud, que se elegir segn la autonoma deseada o posible
Es recomendable que la anchura b est entre 2 y 3 m
l),b),h(b(V 15050 2
Diagrama de flujo para la eleccin del sistema de almacenamiento:
Se trata de un edificio con bajo
consumo energtico o bioclimtico?
Si
No
Tolva de alimentacin
integrada en la caldera
Hay posibilidad de almacenamiento de
pellets en el interior de la casa?
No
Foso Subterrneo
exterior
Si
Extraccin desde silo
con tornillo sinfn
Extraccin a vaco
desde un silo
Extraccin a vaco
desde un depsito
Extracc. con tornillo
desde un depsito
Existe ya un almacn de pellets o hay posibilidad de construirlo?
Si
Si
Si
No No
Est el almacn de pellets junto a la caldera?
No
Est el almacn junto a la sala de calderas?
Ejemplo: Instalacin mixta solar-biomasa con carga neumtica de plets
Quemador de plets integrado
en depsito de acumulacin de
un sistema solar
Potencia mxima 15 kW
Potencia mnima 4,9 kW
Rendimiento a carga mx. 96%
Rendimiento a carga mn. 97,5%
Volumen depsito agua 800 l
Volumen depsito pellets 60 l
Regulacin con microprocesador
y sonda lambda
Encendido mediante varilla
incandescente de 260 W
Regulacin con sonda exterior
Diseo moderno
Precio: 14.500 + accesorios
Depsito de plets
Turbina de aspiracin
del plets
Sinfn de carga
de plets 100 W
Cuerpo de caldera
de acero inoxidable
Parrilla de
combustin
Sonda lambda
Registro de aire secundario
con motor de ajuste
Conducto de
aire primario
Cenicero y puerta
Varilla incandescente
Pantalla del
sistema de
regulacin
Motor del ventilador
de tiro (regulacin
de la combustin)
Intercambiador
de calor con limpieza
automtica
Quemadores de plets
Sistema de evacuacin de los gases de la combustin
El correcto diseo de la chimenea es crtico para el buen
funcionamiento de la instalacin.
Es clave conseguir el tiro adecuado.
El tiro puede ser:
Natural
Forzado
Un tiro correcto depende de varios aspectos:
Seccin y altura de la chimenea
Material de la chimenea
Aislamiento y estanqueidad de la chimenea
Capacidad de adaptarse a las variables condiciones
exteriores
Recorrido y piezas especiales usadas
Condiciones de combustin estables: De diseo
Tiro forzado
Regulador de tiro
Se deben evitar los codos a 90
Retirada automtica
de las cenizas
OBJETIVO:
Que las instalaciones de biomasa sean totalmente equiparables a las instalaciones convencionales
en cuanto a
fiabilidad,
seguridad y
comodidad
Algunos elementos de calidad en las instalaciones:
Sistema de control
para optimizar la
combustin
Encendido
automtico
Limpieza
automtica
de caldera
Tecnologa de combustin de biomasa madura DISEO EXTERIOR
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