Caldera de pirólisis casera: estructura, diagramas, principio de funcionamiento

El término «pirólisis» se refiere a un proceso en el que se produce una combustión lenta de combustible sólido para obtener un medio gaseoso. A pesar del nombre «profesoral» de la construcción, hacer una caldera de pirólisis casera es relativamente sencillo, y los dispositivos caseros se encuentran con bastante frecuencia en la práctica.

La explicación es simple: una caldera gasificadora de leña es más fácil de mantener, a menudo más eficiente y económica que otros equipos similares. Analicemos juntos cómo funciona dicho equipo y qué se necesita para su fabricación.

Principio de funcionamiento de las calderas de pirólisis

Las calderas de sistemas de calefacción que utilizan combustibles sólidos como combustible, además de las clásicas, también pertenecen a las construcciones de pirólisis. Generalmente se les llama calderas gasificadoras.

Para comprender mejor el principio de funcionamiento de una caldera de pirólisis doméstica, es lógico examinar detenidamente la estructura de dicho equipo. Comencemos con las características de la cámara de combustión como parte principal de la estructura de calefacción. En esencia, el área de trabajo de la cámara de combustible de las calderas de pirólisis se divide en dos cámaras separadas.

Estructura de una caldera de pirólisis en sección: 1 – cámara de carga (pasiva), donde tiene lugar el proceso de pirólisis (combustión incompleta); 2 – cámara de combustión de gas (activa), que se forma durante el proceso de pirólisis.

Una de estas cámaras se carga con combustible sólido: leña, pellets, briquetas, etc. Allí comienza el proceso primario de combustión del combustible sólido con suministro limitado de aire. En este estado, el combustible no arde, sino que arde lentamente. Los gases liberados durante la combustión lenta pasan a otra área de la cámara – la activa, donde, con un mayor suministro de aire, se queman intensamente.

Técnicamente, este proceso de combustión se implementa de manera simple. Las subáreas de la cámara general simplemente se dividen mediante una rejilla y un inyector. La parte superior de la cámara es la cámara de combustión pasiva, la parte inferior es la cámara de combustión activa. Además, se debe tener en cuenta una característica de diseño: el suministro de aire superior a la cámara de combustible (soplado superior).

Precisamente en esto se diferencia la estructura de una caldera gasificadora de un diseño clásico de una sola cámara, donde se utiliza el suministro inferior.

Construcción clásica de bomba de aire (a menudo llamada ventilador, aunque técnicamente es un nombre incorrecto), que se utiliza en el esquema de una caldera de pirólisis. Esta es una pieza importante que garantiza la eficiencia del equipo.

Tecnológicamente, para el diseño de calderas de pirólisis, también es característica la organización de tiro forzado. La construcción de la cámara de combustión de dos etapas tiene una resistencia aerodinámica elevada. Por lo tanto, aquí es indispensable instalar una bomba de aire.

¿Cómo funciona una caldera en la práctica?

Es conveniente examinar la aplicación práctica del equipo mediante un proceso paso a paso:

1. Carga de leña – colocación sobre la parrilla en la parte superior de la cámara.
2. Encendido del combustible y puesta en marcha de la bomba de humos.
3. Formación de gas de madera a una temperatura de 250-850 °C.
4. Paso del gas de madera a la zona inferior de la cámara de combustión.
5. Combustión del gas de madera con suministro adicional de aire.

A continuación, el calor obtenido en la zona inferior de la cámara de combustible se utiliza para calentar el fluido caloportador. El fluido caloportador puede ser tanto agua como aire.

1 – cámara activa; 2 – entrada de agua; 3 – aire secundario; 4 – conducto de humos; 5 – tubo de salida; 6 – compuerta de mariposa; 7 – salida de agua; 8, 9 – sensores; 10 – termorregulador; 11 – puerta de la cámara pasiva; 12 – aire primario; 13 – cámara pasiva; 14 – bomba de aire; 15 – circuito del intercambiador de calor; 16 – boquilla; 17 – puerta de la cámara activa

Si se observan todas las construcciones existentes de calderas domésticas que funcionan con combustible sólido, la principal alternativa a la caldera de pirólisis es la construcción de tipo tradicional.

Es una variante similar de caldera de leña, donde funciona un único hogar no dividido y se aplica el principio de suministro de aire inferior a la cámara de combustión. Pero este sistema se considera menos eficiente y poco económico debido a la rápida combustión del combustible.

La caldera de pirólisis puede proporcionar un coeficiente de rendimiento del 85-95% bajo una carga del 100%. Sin embargo, el rendimiento cae bruscamente si la carga es inferior al 50%. Es por ello que los fabricantes de equipos de pirólisis recomiendan a los usuarios operar el equipo con carga máxima.

Un enfoque similar es válido también para las construcciones caseras, siempre que cumplan completamente con el esquema clásico de pirólisis y los requisitos de funcionamiento.

Para la «pirólisis», los requisitos de funcionamiento, cabe señalar, son bastante estrictos:

• equipamiento obligatorio con bomba de aire;
• humedad admisible del combustible no superior al 25-35%;
• carga del equipo no inferior al 50%;
• temperatura del fluido caloportador de retorno no inferior a 60 °C;
• carga únicamente con piezas grandes de combustible.

Además, cabe señalar el alto costo de los sistemas de pirólisis de fabricación industrial. Probablemente por eso goza de gran popularidad la opción “hágalo usted mismo”.

Caldera de pirólisis casera

Por lo general, al fabricar este tipo de calefacción doméstica con sus propias manos, se toma como base el popular esquema de Beliáyev. No se puede decir que sea una solución sencilla que permita fabricar un calentador sin problemas. Pero, quizás, es una de esas soluciones que realmente se pueden implementar.

Esquema tridimensional de la caldera de pirólisis para fabricación casera. Es una de las variaciones esquemáticas simples que se pueden realizar de forma independiente en condiciones domésticas.

Para la fabricación del equipo según este esquema, el artesano necesitará:

• tubo metálico (d = 32; 57; 159 mm);
• tubo perfilado (s = 60x30; 80x40; 20x20 mm);
• tira de acero (20x4; 30x4; 80x5 mm);
• ladrillo refractario;
• lámina metálica;
• bomba de aire;
• sensor de temperatura.

Además, es necesario disponer de un juego completo de herramientas de cerrajería, además de una máquina de soldar (y habilidades de soldador, respectivamente). El trabajo de fabricación de una caldera de pirólisis con sus propias manos claramente no se puede lograr solo. Como mínimo se necesita un ayudante.

En primer lugar, de acuerdo con el esquema elegido, es necesario preparar las piezas de chapa de la estructura. Se recomienda preparar los paneles de chapa, cortándolos a medida con equipos profesionales y precisos.

El uso de herramientas manuales como la amoladora para cortar también requiere ciertas habilidades de trabajo y cumplimiento de las normas de seguridad en el trabajo, pero no garantiza la precisión del corte, lo que posteriormente afecta la calidad de la soldadura. Este punto debe tenerse en cuenta. Una solución razonable para el corte de láminas de metal es encargarlo en un taller mecánico.

Montaje de las partes internas del equipo

De una parte de las láminas metálicas, es necesario hacer la cámara de combustible. Para ello, el material, acorde a los parámetros del esquema, se une y suelda. Debe resultar una construcción de dos cámaras, a la que se deben añadir conductos de aire.

Estos elementos de la cámara de combustible se hacen de canal de acero o se utiliza un tubo perfilado. En toda el área del lado frontal del conducto de aire se taladran agujeros.

Canales de aire dentro de la cámara de combustión. Por estos canales se suministra aire mediante una bomba de aire. Para una distribución uniforme del flujo de aire a lo largo de todo el canal se taladran agujeros.

Más abajo, en el área de la cámara de combustión activa, en la pared situada transversalmente a los conductos de aire, se empotra un tubo metálico (entrada de aire secundaria). Luego comienza el trabajo con los tubos, ya que ha llegado el turno de montar el intercambiador de calor tubular.

Esta parte del sistema de pirólisis se hace con tubos metálicos d=57 mm:

1. Se toman dos láminas metálicas del tamaño del dibujo y se realiza el marcado.
2. Basándose en el marcado para la ubicación de los tubos, se cortan agujeros d=60 mm en la lámina.
3. Se cortan tubos d=57 mm a la medida de longitud.
4. Los extremos de los tubos se insertan en los agujeros de una lámina y se sueldan.
5. Se repite la operación con la otra lámina.

El resultado debe ser un intercambiador de calor terminado, que se fija al cuerpo de la caldera donde indica el esquema.

Ejemplo de fabricación de un intercambiador de calor a partir de dos láminas de acero y tubos cortados a medida. Aquí se requiere una soldadura de calidad para que en el futuro no haya problemas durante el funcionamiento de la caldera.

Junto al intercambiador de calor (en el nivel superior) se instala una válvula de mariposa. Esta pieza está equipada con un mango y también se suelda a la estructura. La parte frontal del cuerpo de la válvula se cierra con un trozo de chapa con un tubo de conexión para la chimenea.

Luego solo quedará soldar el panel frontal de la cámara de combustión con ventanas para las puertas de cada una de las dos secciones y el módulo para la bomba de aire.

Intercambiador de calor instalado y parte de la estructura de la válvula de mariposa. Variante del mecanismo de ajuste en forma de palanca manual con posibilidad de fijar la válvula en cualquier posición.

Antes de colocar el panel frontal, es necesario reforzar la parte interior de las cámaras de combustión con ladrillo refractario. Este material se corta a medida, una parte en ángulo. El ladrillo se rectifica y se ajusta en el lugar de colocación.

Ambas secciones de trabajo de la cámara de combustible de la caldera se someten al revestimiento con ladrillo refractario. Al mismo tiempo, se recubren cuidadosamente las áreas de las compuertas de los tubos de ventilación (suministro). Después del revestimiento con ladrillo, se instala el panel frontal.

Ejemplo de revestimiento con ladrillo refractario del área interior de la cámara de combustible. El revestimiento de ladrillo protege las paredes de la cámara de la caldera de pirólisis de posibles quemaduras durante el funcionamiento a largo plazo.

En esencia, el ensamblaje principal de la caldera de pirólisis en esta etapa se puede considerar completo. La estructura ensamblada debe ser tratada: eliminar la escoria de soldadura, limpiar las soldaduras, nivelar si hay pequeñas irregularidades.

En la siguiente etapa: encerrar la estructura ensamblada en un cuerpo hermético. Esta parte de la construcción también se hace de láminas de metal. Sin embargo, primero es necesario realizar una prueba de presión.

Pruebas y montaje final de la estructura

La estructura ensamblada debe ser probada. Acciones obligatorias: verificar la estanqueidad del área de la caldera donde debe circular el refrigerante. Para realizar la prueba de presión del intercambiador de calor, se instalan temporalmente tapones en los tubos de entrada y retorno del refrigerante.

Luego se llena el intercambiador de calor con agua. Es recomendable usar agua caliente de la red de calefacción o ACS (agua caliente sanitaria) para poder verificar las soldaduras en condiciones de expansión térmica del metal.

La parte delantera de la estructura casi terminada, con los conductos de salida para el suministro de aire al interior de las cámaras de trabajo. Las ventanas de las secciones de la cámara de combustible aún no tienen puertas. Esta estructura será revestida con chapas de la carcasa.

Si no hay fugas en las soldaduras del intercambiador de calor, se drena el agua y se procede a revestir la estructura de la caldera de pirólisis con paneles metálicos externos. También en esta etapa se fabrican y se colocan las puertas de las ventanas de las secciones de la cámara de combustión.

Las puertas de la instalación de pirólisis requieren un diseño que tenga en cuenta las condiciones de alta temperatura de funcionamiento. Por lo tanto, estos elementos estructurales suelen fabricarse (o utilizarse ya listos) de fundición, con un refuerzo térmico adicional de ladrillo refractario.

Ejemplo de la estructura de la puerta de una de las secciones de la cámara de combustible de la caldera de pirólisis. Para reforzar la protección contra la alta temperatura del proceso de combustión, se utiliza ladrillo refractario además del metal.

La etapa final: la instalación de la caldera de pirólisis en el lugar donde funcionará. El montaje de la estructura se realiza sobre una cimentación o sobre una losa de hormigón. Se recomienda que la altura de la cimentación (o losa) respecto al nivel del suelo sea de al menos 100 mm.

Después de la instalación y el ajuste de nivel, la parte inferior de la caldera se fija a la cimentación. Solo queda conectar la chimenea, instalar la bomba de aire y conectar las líneas de suministro y salida del refrigerante.

Caldera de pirólisis completamente cerrada en una carcasa metálica y lista para su instalación en el lugar de trabajo. Como elementos de soporte, se sueldan ganchos de esquina en la carcasa.

Fabricar usted mismo una caldera de pirólisis es un trabajo que requiere una inversión considerable de esfuerzo. Por supuesto, no se puede evitar tener gastos adicionales en términos de recursos financieros.

Quizás, en la compra de materiales y en los servicios externos, los costos resulten menores que el precio de un equipo fabricado industrialmente. Sin embargo, la diferencia probablemente no sea tan significativa. Pero la cuestión principal no es el dinero.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Sobre la fabricación propia de una caldera de pirólisis:

Técnicamente, la producción independiente de calderas de pirólisis sin tener la base adecuada es un proceso extremadamente complejo. También se requieren habilidades profesionales en el trabajo con metal, una comprensión clara de los esquemas de ingeniería y los detalles tecnológicos de la fabricación de equipos de calderas. Sin todo esto, ni siquiera debería intentarlo.

Si usted posee los conocimientos y habilidades necesarios, y puede dar un consejo valioso sobre el montaje de una caldera de pirólisis a otros visitantes del sitio – deje, por favor, sus comentarios, comparta sus secretos de artesanía, haga preguntas en el bloque debajo del artículo.