Calderas de pirólisis para calefacción: principio de funcionamiento y tipos de calderas de combustión prolongada
Pasan los años, la ciencia y la tecnología avanzan, pero los combustibles sólidos aún siguen siendo demandados. Quemar leña en una estufa tradicional o en una salamandra no es muy eficiente, pero la situación cambió con las calderas de pirólisis para calefacción – estos equipos se caracterizan por un alto rendimiento y un funcionamiento relativamente sencillo.
Estará de acuerdo en que son argumentos bastante significativos a la hora de instalar una calefacción autónoma. Si está buscando una caldera eficiente para su hogar, entonces vale la pena prestar más atención a las calderas de pirólisis.
Le contaremos cómo están construidos y funcionan los equipos de combustión prolongada, cuáles son sus características técnicas y operativas, y también le ofreceremos una reseña de los modelos más populares de fabricantes nacionales e internacionales.
Contenido del artículo:
¿Qué es la pirólisis
La leña es, probablemente, el primer combustible en la historia de la humanidad. Casi todo el mundo sabe lo rápido que se quema al aire libre y que no se libera mucho calor. Pero la situación cambia drásticamente si se crean condiciones diferentes para el proceso de combustión.
La llamada combustión por pirólisis se lleva a cabo en cámaras cerradas. Allí se cargan leña u otro combustible sólido de tipo similar: pellets, aserrín, residuos de la producción de madera, etc.
Se enciende el combustible y luego se reduce la cantidad de aire que ingresa a la cámara.
Como es sabido, durante la combustión ocurren procesos oxidativos, uno de cuyos principales participantes es el oxígeno, contenido en el aire. Si hay poco oxígeno, la reacción se ralentiza y la leña arde lentamente; de hecho, en tales condiciones simplemente se carboniza. Al mismo tiempo, se libera cierta cantidad de energía térmica, ceniza y gas combustible.
El proceso de pirólisis no termina aquí. El gas obtenido al quemar el combustible primario se mezcla con masas de aire y también se quema. Como resultado, se libera mucha más energía térmica que en el funcionamiento de los generadores de calor estándar.
Por lo tanto, las calderas de pirólisis muestran un rendimiento muy decente en comparación con sus homólogas de combustible sólido, y también suelen ofrecer la posibilidad de ahorrar considerablemente en calefacción.
La ventaja de los equipos de calefacción de este tipo es que su principio de funcionamiento y su diseño son relativamente simples. La cantidad de aire que ingresa a las cámaras de combustión se regula mediante una compuerta mecánica común. El diseño simple garantiza la confiabilidad del dispositivo; las averías en las calderas de pirólisis – no son un fenómeno frecuente.
Otra ventaja de las calderas de pirólisis – el largo período de combustión. La carga completa del dispositivo con combustible permite no intervenir en el proceso durante varias horas, a veces incluso más de un día, es decir, no es necesario agregar constantemente leña al hogar, como ocurre con la combustión abierta.
Por supuesto, esto no significa que se pueda dejar la caldera de pirólisis sin supervisión. Al igual que con otros equipos de calefacción, aquí existen estrictas normas de seguridad.
Cabe recordar que la caldera de pirólisis no es omnívora – la humedad del combustible debe ser baja. De lo contrario, parte de la valiosa energía térmica se destinará no a calentar el fluido caloportador, sino a secar el combustible.
Al implementar la combustión por pirólisis, el combustible se quema casi por completo, por lo que será necesario limpiar el dispositivo con mucha menos frecuencia que cuando se utiliza una caldera tradicional de combustible sólido. La ceniza fina obtenida después de la limpieza se utiliza como fertilizante. La combustión del combustible en estas calderas se realiza en dirección de arriba hacia abajo.
Por lo tanto, las posibilidades de circulación natural del aire en la cámara de combustión están notablemente limitadas. El uso de inyección forzada de aire mediante un ventilador mejora significativamente la eficiencia del dispositivo, pero al mismo tiempo hace que la caldera dependa de la electricidad, ya que el ventilador requiere energía eléctrica para funcionar.
Estructura y funcionamiento de la caldera de pirólisis
La cámara de combustión de la caldera de pirólisis está dividida en dos compartimentos. En el primero se quema la leña, y en el segundo se produce la combustión secundaria de la mezcla de gases de pirólisis y aire. La primera cámara está separada de la segunda por una rejilla, sobre la cual se coloca el combustible.
El aire generalmente se inyecta forzosamente mediante un pequeño ventilador. Aunque en modelos pequeños a veces se utiliza un extractor de humos para crear tiro.
La presencia de ventilación forzada puede considerarse la principal diferencia entre una caldera de pirólisis y un modelo clásico de combustible sólido. El cuerpo del dispositivo consta de dos partes insertadas una dentro de la otra. El espacio entre las paredes se llena con un fluido térmico, que tradicionalmente es agua.
Primero, se carga combustible en el primer compartimento de la cámara de combustión de la caldera de pirólisis, luego se enciende el ventilador y se prende fuego al combustible. Los gases combustibles resultantes se desplazan al segundo compartimento, se mezclan con el aire y se queman.
La temperatura de combustión puede alcanzar los 1200 °C. El agua que se encuentra en el intercambiador de calor externo se calienta y circula por el sistema de calefacción de la casa. Los residuos de los productos de combustión se eliminan a través de la chimenea.
Como reproche a los dispositivos que utilizan el principio de combustión por pirólisis, se puede mencionar su precio relativamente alto. Una caldera convencional de combustible sólido cuesta significativamente menos. Pero en las calderas de combustión prolongada, la leña se quema casi por completo, algo que no se puede decir de las calderas clásicas.
Al elegir una caldera de pirólisis, debe recordar que los modelos económicos de baja potencia generalmente están diseñados solo para leña. Las modificaciones costosas pueden funcionar con diferentes tipos de combustible.
Además, será necesario cargar el combustible en el dispositivo al máximo; la reducción de la carga conduce a una mayor formación de cenizas y hollín, y también afecta negativamente al funcionamiento del conjunto en general.
Calderas de combustión superior
Una de las variantes del dispositivo de pirólisis – es la caldera de combustión superior. El principio de funcionamiento de estos dos conjuntos es muy similar.
De la misma manera, se carga una gran cantidad de combustible sólido de baja humedad en la cámara de combustión, se insufla aire de forma forzada y se asegura la combustión lenta del combustible con una cantidad reducida de oxígeno. La compuerta que regula el flujo de oxígeno se coloca en la posición adecuada.
Pero las calderas de combustión prolongada no tienen ni cenicero ni parrilla. El fondo consiste en una placa metálica ciega. Dichas calderas están diseñadas para que la madera se queme por completo y la pequeña cantidad de ceniza restante en la cámara de combustión sea expulsada por el aire.
Tales dispositivos se caracterizan por un alto rendimiento y también funcionan a temperaturas superiores a 1000°C.
La característica principal de tales dispositivos – es que realmente garantizan un largo período de funcionamiento con carga completa. La cámara de combustible en estos dispositivos suele tener forma de cilindro.
En ella se carga el combustible desde arriba; también desde arriba, por el centro, se insufla el aire necesario para la combustión.
De esta manera se produce la combustión lenta de la capa superior de combustible. El combustible se quema gradualmente, su nivel en la cámara de combustión disminuye. Al mismo tiempo, también cambia la posición del dispositivo de suministro de aire a la cámara de combustión; este elemento en tales modelos es móvil y prácticamente descansa sobre la capa superior de leña.
La segunda etapa de combustión se realiza en la parte superior de la cámara de combustión, que está separada del compartimento inferior por un grueso disco metálico. Los gases calientes de pirólisis, formados como resultado de la combustión del combustible en la parte inferior, se expanden y se desplazan hacia arriba.
Allí se mezclan con el aire y se queman, transfiriendo adicionalmente una sólida porción de energía térmica al intercambiador de calor.
La viga que sostiene el disco que divide la cámara de combustión en dos partes, así como el propio disco, durante el funcionamiento de la caldera de combustión superior está constantemente expuesta a altas temperaturas. Con el tiempo, estos elementos se queman y será necesario reemplazarlos periódicamente.
A la salida de la segunda parte de la cámara de combustible normalmente se instala un regulador de tiro. Es un dispositivo automático que determina la temperatura del refrigerante y, según los datos obtenidos, regula la intensidad del movimiento del gas combustible. Protege el dispositivo de un posible sobrecalentamiento.
Cabe señalar que el intercambiador de calor externo en tales calderas reacciona a los cambios en la velocidad de circulación del líquido en el intercambiador de calor, es decir, a las fluctuaciones de temperatura. En la superficie del dispositivo se forma inmediatamente una capa de condensado, que provoca corrosión, especialmente si se trata de calderas de acero.
Es preferible elegir un dispositivo de hierro fundido, que resiste mucho mejor dicha acción.
Aunque el combustible en las calderas de pirólisis de combustión prolongada debería quemarse sin dejar residuos, en la práctica no siempre es así. A veces, la ceniza se sinteriza, formando partículas difíciles de eliminar con el flujo de aire.
Si se acumula una gran cantidad de estos residuos en la cámara de combustión, puede observarse una notable reducción de la transferencia de calor de la unidad. Por lo tanto, la caldera de combustión superior debe limpiarse periódicamente.
La particularidad de los dispositivos de este tipo es que, a medida que se quema el combustible, se puede recargar sin esperar a que se queme toda la carga. Esto es útil cuando se necesita eliminar residuos domésticos combustibles.
También existen variedades de calderas de combustión superior que funcionan no solo con combustible de madera, sino también con carbón. Las unidades complejas de control automático están ausentes en las calderas de pirólisis de este tipo, por lo que las averías graves se observan muy raramente.
El diseño de la caldera de combustión superior permite cargar la cámara de combustión solo parcialmente, si es necesario. Sin embargo, en este caso, encender la capa superior de combustible puede no ser fácil. El combustible debe estar seco; la leña de una pila al aire libre no es adecuada para esta caldera.
Tampoco se debe utilizar combustible de fracciones grandes para este tipo de equipo, es decir, la leña deberá partirse necesariamente en trozos pequeños.
Características de uso de las calderas gasificadoras
La eficiencia de funcionamiento de una caldera de pirólisis depende en gran medida del tipo y calidad del combustible. Técnicamente, en la cámara de combustión se puede cargar no solo madera, sino también carbón e incluso turba; la mayoría de los modelos modernos de calderas están diseñados para usar varios tipos de combustible.
La madera se quema aproximadamente en 5-6 horas, dependiendo de la especie. Cuanto más dura sea la madera, más tiempo arde.
Alrededor de diez horas tomará la combustión del carbón negro, y la misma cantidad de carbón pardo arderá lentamente durante ocho horas. En la práctica, la técnica de pirólisis muestra la mayor transferencia de calor cuando se carga con madera seca. Se considera óptima la leña con una humedad no superior al 20% y una longitud de aproximadamente 45-65 cm.
Si no se dispone de acceso a dicho combustible, se puede utilizar carbón u otro combustible orgánico: briquetas de aserrín especiales y pellets de madera, residuos obtenidos del procesamiento de la madera, turba, materiales con celulosa, etc.
Antes de comenzar a utilizar la caldera, debe estudiar detenidamente las recomendaciones del fabricante sobre el combustible.
No se permite el uso de combustible demasiado húmedo en estos dispositivos. Al quemarse en la cámara de combustión se generan vapores de agua adicionales que favorecen la formación de subproductos como alquitrán y hollín.
Las paredes de la caldera se ensucian, la transferencia de calor disminuye y, con el tiempo, la caldera puede incluso dejar de funcionar y apagarse.
Si se coloca combustible seco en la cámara de combustión y la caldera está configurada correctamente, el gas de pirólisis obtenido como resultado del funcionamiento del dispositivo producirá una llama de color amarillo-blanco. Dicha combustión va acompañada de una mínima emisión de subproductos de la combustión del combustible.
Si el color de la llama es diferente, tiene sentido verificar la calidad del combustible y la configuración del equipo.
A diferencia de los dispositivos convencionales de combustible sólido, antes de cargar la leña en las calderas de pirólisis de combustible sólido, se debe precalentar la cámara de combustión.
Para ello, se realizan los siguientes pasos:
- Se coloca en el fondo de la cámara de combustión un encendido fino y seco (papel, astillas, etc.)
- Se enciende con una antorcha hecha de materiales similares.
- Se cierra la puerta de la cámara de combustión.
- La puerta de la cámara de carga se deja ligeramente entreabierta.
- Se añade más encendido en porciones a medida que se quema.
- Se repite el proceso hasta que se forme una capa de brasas incandescentes en el fondo.
En ese momento, la cámara de combustión ya se ha calentado aproximadamente a 500-800°C, creando las condiciones para cargar el combustible principal. No se debe usar gasolina, queroseno ni ningún otro líquido similar para encender la leña. Antes de calentar la cámara de combustión de la caldera de combustión prolongada, se debe asegurar que el dispositivo está listo para su uso.
Para ello, se verifica la existencia de tiro, la estanqueidad de las puertas, el correcto funcionamiento de los mecanismos de cierre y del equipo de regulación, la presencia de fluido caloportador en el sistema de calefacción, etc.
Luego, debe encender el termostato para asegurarse de que el aparato recibe voltaje. Después de esto, se abre el obturador de tiro directo y se ventila la caldera durante 5-10 minutos.
Reseña de modelos populares
Debe entenderse que cualquier caldera de pirólisis – es un equipo bastante pesado que no está diseñado para colgarse en la pared. Estos dispositivos se pueden utilizar tanto para calefacción de una casa pequeña como para amplias casas de campo. Al igual que otros equipos de calefacción, las calderas de combustión prolongada difieren en potencia.
Este es el indicador en el que suelen basarse los compradores.
Entre los modelos populares de estos equipos, cabe mencionar:
- Atmos (Ucrania) — presentan dispositivos que pueden funcionar tanto con leña como con carbón, la potencia varía entre 14 y 75 kilovatios.
- Attack (Eslovaquia) — son capaces de calentar áreas de hasta 950 m², algunos modelos pueden seguir funcionando incluso durante cortes de electricidad.
- Bosch (Alemania) — productos de alta calidad de la reconocida marca, la potencia varía entre 21 y 38 kilovatios.
- Buderus (Alemania) está representada por las líneas Elektromet y Logano, la primera es bien conocida en Europa como una versión clásica de caldera de pirólisis, la segunda — versiones más modernas, destinadas a casas particulares.
- Gefest (Ucrania) — dispositivos de alta potencia con un rendimiento de hasta el 95%.
- KT-2E (Rusia) diseñado especialmente para grandes espacios residenciales, la potencia del equipo es de 95 kilovatios.
- Opop (República Checa) — calderas relativamente económicas, fiables y duraderas, potencia de 25-45 kilovatios.
- Stropuva (de fabricación lituana o ucraniana) con una potencia a partir de siete kilovatios son adecuadas para una casa pequeña, pero en la gama de modelos también se presentan dispositivos más potentes.
- Viessmann (Alemania) — elección ideal para viviendas particulares, la potencia comienza desde 12 kilovatios, el uso de tecnologías modernas permite ahorrar combustible.
- “Buran” (Ucrania) con una potencia de hasta 40 kilovatios es otra opción popular para propietarios de grandes casas de campo.
- “Lógica” (Polonia) dispositivos de alta potencia de 20 kilovatios calientan con facilidad espacios de hasta 2 mil metros cuadrados, es más bien una caldera para necesidades industriales: calefacción de talleres, oficinas, invernaderos, etc.
Al elegir una caldera de pirólisis para una casa particular, se debe prestar atención a los modelos de doble circuito, no solo para calentar la vivienda, sino también para proporcionarle agua caliente sanitaria autónoma.
El intercambiador de calor para ACS puede ser de tipo acumulador o de paso. Para esta última opción, se utilizan modelos de calderas de mayor potencia térmica.
Si se desea ahorrar dinero, se puede intentar hacer una caldera de pirólisis con sus propias manos. La tecnología de su montaje se describe en este artículo.
Conclusiones y video útil sobre el tema
En este video se muestra claramente el principio de funcionamiento de una caldera de pirólisis:
Se puede ver aquí una revisión detallada del funcionamiento de una caldera de combustión superior:
Las calderas de pirólisis no son baratas, pero justifican plenamente la inversión realizada en su adquisición. Con una instalación y mantenimiento adecuados, estos dispositivos proporcionarán al hogar un calor estable y económico.
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La caldera de pirólisis es buena cuando no hay ni se prevé conexión a gas, o usted vive rodeado de bosque. En otros casos, simplemente no está justificada, en mi opinión. Es demasiado caprichosa en el funcionamiento y mantenimiento.
Usted debe vigilar constantemente la calidad de la leña, que debe estar seca, del mismo tamaño, debe vigilar constantemente el estado de la chimenea, de lo contrario el hollín la obstruirá y el condensado la corroerá. Aunque, mis conocidos tienen una “Stropuva” desde hace 10 años: al principio hubo dificultades, pero ahora hace tiempo que no escucho ninguna queja sobre la caldera.