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Caldera de Biomasa: Funcionamiento y ventajas

Cómo generar calor con una caldera de biomasa (pellets, astillas, leña). Descubre sus tipos, criterios de dimensionamiento, beneficios y mucho más.

La caldera de biomasa es un generador de calor que aprovecha la energía producida por la combustión de biomasa en lugar de la generada por gas, gasóleo o GLP.

En la actualidad, debido a sus características, las calderas de biomasa representan una alternativa sostenible válida a las bombas de calor.

Las condiciones indispensables para solicitar la instalación de una caldera de biomasa son:

  • un espacio adecuado para destinar a la sala técnica;
  • la posibilidad de instalar una chimenea;
  • disponibilidad de espacio para el almacenamiento del combustible.

Para realizar el cálculo energético de un edificio servido por una caldera de biomasa de manera eficiente y conforme a las normativas, puedes utilizar un software termotécnico. Este te permite definir datos climáticos y puentes térmicos para luego seleccionar el sistema de biomasa más adecuado a tus necesidades. El software realizará automáticamente todos los análisis necesarios.

Analizamos en detalle cómo funciona una caldera de biomasa y sus ventajas.

¿Qué es una caldera de biomasa?

Una caldera de biomasa es un generador de calor que utiliza la energía de la biomasa, es decir, de materiales orgánicos de origen vegetal, para producir calor mediante la combustión. Calentar a través de la biomasa permite aprovechar una fuente renovable por excelencia. Esto permite proteger el ciclo natural del dióxido de carbono, el ambiente, y ahorrar en materiales de combustión.

Caldera de biomasa: ¿Cómo funciona?

El principio de funcionamiento de una caldera de biomasa es prácticamente idéntico al de una caldera de gas convencional. Lo que cambia es el tipo de combustible utilizado para la producción de energía térmica para calentar el agua que circula dentro del sistema. El funcionamiento se basa en la combustión de la biomasa dentro de una cámara de combustión específica.

La biomasa es alimentada a través de un sistema automático que la quema, generando calor que luego se transfiere a un circuito de calefacción. Este circuito distribuye luego el calor por todo el edificio. En ciertos contextos, la energía producida por la caldera también puede utilizarse para generar energía eléctrica mediante una turbina.

Tipos de calderas de biomasa

Las biomasas se diferencian en:

  • líquidas: derivadas de la extracción y refinamiento de semillas oleaginosas u otras partes de plantas específicas;
  • gasificadas: (biogás, gas de síntesis) se obtienen a partir de biomasas sólidas con procesos específicos. En el caso del biogás, por ejemplo, se obtiene a través de un proceso biológico a baja temperatura mediante el cual, en ausencia de oxígeno, la materia orgánica se transforma en una mezcla gaseosa de metano y dióxido de carbono;
  • sólidas: generalmente se utilizan como combustible en instalaciones térmicas.

Entre todas las biomasas sólidas, las de origen leñoso desempeñan un papel significativo, gracias a su amplia disponibilidad y facilidad de almacenamiento y combustión.

Las biomasas leñosas incluyen materiales provenientes del sector agroforestal y de las industrias madereras como:

  • pellets: residuos de procesamiento de madera comprimidos en cilindros. Este material se utiliza en estufas para calentar directamente los ambientes o en calderas para calentar el agua de los radiadores y/o los paneles radiantes de suelo;
  • astillas: madera natural procedente de bosques triturada con o sin corteza;
  • aserrín: derivado de residuos industriales;
  • traviesas de madera: constituidas por residuos de madera prensada;
  • leña en trozos (leños): porciones de tronco procedentes de bosques.

Combinación de combustibles

Una caldera de biomasa se caracteriza por la posibilidad de ser alimentada tanto con uno de los tipos de combustible anteriores, como a través de una combinación de ellos. En este último caso, se aumenta su versatilidad y utilidad para los usuarios finales.

La tipología más común consiste en las calderas de llama invertida o volteada, donde la llama no se desarrolla hacia arriba, sino hacia abajo. De esta manera, con la carga de combustible presente en la parte superior de la caldera, se puede cargar el hogar al máximo sin que la madera se queme toda de una vez.

Ejemplos de biocombustible

Al elegir la caldera, el primer aspecto a considerar es el tipo de combustible que se desea utilizar. Veamos algunos ejemplos.

Caldera de pellets

El pellet es un combustible de biomasa obtenido de residuos de madera no tratada, con forma cilíndrica y de longitud generalmente inferior a los 3 cm. Estos residuos se convierten en serrín, se secan para reducir la humedad presente y se someten a un proceso de prensado, en el que la presión y el calor permiten dar forma a los típicos cilindros.

Caldera de astillas

Las astillas de madera representan una biomasa de bajo costo, fácil de obtener y simple de producir. Se obtienen mediante la trituración de la madera, proceso para el cual se utiliza una máquina llamada astilladora, capaz de reducir en virutas los residuos resultantes de cortes, podas y trabajos de madera para otros fines.

Estas virutas, con una longitud máxima de unos pocos centímetros, se dejan reposar durante algunos años para perder la humedad absorbida, secarse y estar listas para la combustión. Como el pellet y la madera en general, cuanto mayor sea el nivel de secado de las astillas, mayor será su poder calorífico.

Caldera de leña

La caldera alimentada con leña es sin duda la solución más válida. Sin embargo, es fundamental asegurarse de que la leña esté adecuadamente seca y almacenada para reducir al mínimo el contenido de humedad y que posteriormente se corte en piezas utilizables.

Elección del biocombustible

La elección correcta del biocombustible depende de varios factores, como:

  • calidad;
  • densidad energética;
  • contenido de humedad;
  • tamaño de las partículas;
  • cantidad de cenizas.

Es fundamental considerar que el biocombustible debe cumplir tanto con los requisitos tecnológicos como con los ambientales del generador de calor, y que la elección óptima del combustible puede variar de una situación a otra, ya que no existe una solución universal.

Calidad

En general, los biocombustibles de baja calidad presentan alta humedad, tamaño de partícula variable y bajo punto de fusión de las cenizas. Por lo general, se utilizan en instalaciones de gran tamaño capaces de compensar los altos costes asociados con la gestión del combustible y la limpieza de los gases de escape.

Por el contrario, los biocombustibles de alta calidad, más manejables, suelen ser preferibles para instalaciones de pequeño tamaño.

Densidad energética

La densidad energética es un factor crítico a considerar, ya que influye en la cantidad de espacio necesario para el almacenamiento y la gestión del biocombustible. Los pellets, por ejemplo, tienen una densidad energética de aproximadamente 3100 kWh/m3, mientras que las astillas pueden variar considerablemente según la calidad y la humedad, con valores entre 630 y 860 kWh/m3.

Los biocombustibles con alta densidad energética, como los pellets, son más adecuados para el almacenamiento en espacios reducidos o para entregas menos frecuentes, mientras que las astillas son preferibles cuando se dispone de amplios espacios de almacenamiento y se requieren cargas térmicas elevadas.

Sin embargo, las especificaciones del combustible a utilizar serán proporcionadas por el proveedor de la tecnología de combustión y siempre es recomendable hacer referencia a las normativas técnicas europeas o nacionales para garantizar el cumplimiento de los requisitos mínimos de los biocombustibles tanto para parámetros físicos (dimensiones, humedad, densidad) como para parámetros químicos (poder calorífico, densidad energética, contenido de cenizas u otros elementos químicos).

Diseño de sistemas de calefacción de biomasa

Actualmente, podemos esquematizar las actividades requeridas para el diseño de un sistema de calefacción de biomasa en las siguientes fases:

  • ideación;
  • definición;
  • realización;
  • entrega;
  • gestión.

Fase de ideación

En el proceso de diseño de un sistema de biomasa, la fase inicial incluye una evaluación preliminar de la sostenibilidad del proyecto para un sitio específico. Un error común en esta fase, especialmente cuando la experiencia de los involucrados es limitada, es basar las decisiones en soluciones que han funcionado en otros lugares. Sin embargo, este enfoque no siempre es recomendable, ya que cada proyecto es único y requiere un enfoque personalizado.

Cada proyecto tiene sus propias peculiaridades, por lo que es fundamental diseñar y adaptar cada elemento a las necesidades específicas de los usuarios.

Para evitar costes excesivos en la fase inicial del proceso, se puede proceder en etapas: una fase de prefactibilidad, en la que se deben filtrar todos los sitios inapropiados excluyéndolos del proyecto. Posteriormente, un estudio de factibilidad más detallado que tiene como objetivo cuantificar algunas de las variables clave que permiten evaluar mejor la idoneidad de la propuesta.

Fase de definición

Durante la fase de definición del proyecto, es necesario profundizar en los detalles técnicos y financieros.

En esta fase, se toman decisiones sobre el tamaño del generador y el tipo de combustible utilizado. Estos factores, que influyen en todos los demás aspectos del sistema, deben identificarse en función de una comprensión clara de las necesidades de calor y los requisitos del usuario específico del sitio.

Identificar de antemano los posibles problemas que podrían comprometer la realización o el funcionamiento del proyecto puede ahorrar tiempo y dinero en las etapas posteriores.

Por otro lado, es común encontrar problemas como dificultades en la entrega de combustible en ciertas épocas del año o la presencia de comunidades sensibles al ruido o al tráfico vehicular, que podrían influir en las decisiones de diseño.

Consultar a las partes interesadas durante esta fase puede ser extremadamente útil para recopilar información útil y abordar posibles obstáculos previsibles. Las partes interesadas pueden incluir los administradores del sitio, el personal de mantenimiento o construcción de la instalación, los proveedores de biocombustibles y los usuarios finales. Incluso los residentes locales pueden considerarse partes interesadas si se ven afectados por las actividades de la instalación.

Fase de realización

En la fase de realización del proyecto, se asignan roles a los diferentes actores y se llevan a cabo diversas actividades, con la participación del cliente.

Es importante mantener una buena comunicación entre todos los participantes en esta fase de desarrollo del proyecto. La interconexión entre los diferentes elementos del proyecto implica que cualquier cambio con respecto a las especificaciones establecidas en la fase inicial podría afectar a otras componentes del sistema.

Las reuniones periódicas con las partes interesadas son fundamentales para considerar adecuadamente todos los posibles cambios en el proyecto sin comprometer la funcionalidad futura de la instalación y sin crear problemas a las partes involucradas. Esta fase concluye con la puesta en marcha de la caldera.

Fase de entrega

Una vez que se ha completado el sistema, la instalación se entrega al operador que lo gestiona o directamente al propietario. Las modernas instalaciones de biomasa suelen ser eficientes, pero su rendimiento puede disminuir significativamente si los operadores no tienen las habilidades adecuadas o no están correctamente formados.

Los aspectos principales en los que se debe formar al personal son la gestión adecuada, el mantenimiento regular, la limpieza de las cenizas, las posibles fallas que pueden ocurrir durante el funcionamiento normal. La fase de entrega incluye, por supuesto, las pruebas necesarias para verificar que el rendimiento cumple con lo definido en la fase de diseño.

Fase de gestión

Después de la entrega de la instalación, se observa un período de familiarización con los equipos y su uso, especialmente considerando las variaciones en las cargas térmicas y la calidad del combustible.

El control del rendimiento de la instalación también es una herramienta valiosa para detectar tempranamente posibles problemas dentro del sistema.

Dimensionamiento de la caldera

Diseñar la caldera correctamente es fundamental para garantizar un funcionamiento óptimo del sistema. Mientras que las calderas de combustibles fósiles, como las de gas, pueden adaptarse dinámicamente a la demanda de calor, las calderas de biomasa son menos reactivas y requieren un dimensionamiento preciso para evitar ineficiencias y problemas de funcionamiento.

Por lo general, estas calderas se sobredimensionan para reducir el riesgo de no satisfacer completamente las necesidades de los usuarios.

Las calderas de biomasa son menos reactivas y, si se sobredimensionan, pueden generar ciclos continuos de encendido y apagado, con consecuencias negativas como una mala calidad de combustión, baja eficiencia, aumento de emisiones, desgaste excesivo de componentes y mayor probabilidad de fallas.

Carga térmica media y carga pico

Para resolver este problema, es necesario hacer una distinción entre la carga térmica media y la carga pico ya durante la fase de diseño del sistema.

Según este enfoque, las calderas se dimensionan para satisfacer solo una parte de la carga pico, con rendimientos que varían según el modelo y la tecnología. Por ejemplo, una caldera de astillas debería operar, en régimen, al menos al 30% de su potencia térmica útil, mientras que una caldera de pellets puede reducirse hasta el 25%.

Una optimización del sistema, también desde el punto de vista económico, puede implicar el uso de una caldera de tamaño reducido capaz de satisfacer el 50-60% de la carga pico. Además, para gestionar la carga térmica adicional, se pueden integrar otras calderas más pequeñas, alimentadas con combustibles fósiles o biomasa y equipadas con un acumulador térmico. Este último es muy recomendable ya que permite aumentar la eficiencia del sistema. Una caldera dimensionada para el 50% de la carga pico puede satisfacer hasta el 85% de la demanda si se combina con un acumulador térmico adecuado.

Cuando la demanda de calor es más constante en el tiempo o no presenta variaciones significativas, es posible dimensionar el sistema para que pueda cubrir autónomamente incluso las demandas pico.

En el caso de que el sistema de calefacción sea parte integral de importantes trabajos de renovación, se recomienda revisar, en descenso, las cargas térmicas. Esto porque a menudo se introducen medidas para mejorar el rendimiento del edificio, como la mejora del aislamiento térmico y la reducción de las pérdidas de calor.

Pros y contras de una caldera de biomasa

Elegir una caldera de biomasa implica evaluar algunos pros y contras. Entre los principales beneficios se encuentran:

  • Impacto ambiental reducido, debido al bajo nivel de emisiones de CO2;
  • ahorro efectivo en los consumos;
  • bajo coste del pellet o de las biomasas en general.

Entre los inconvenientes, se incluyen:

  • Dimensiones voluminosas;
  • necesidad de un local técnico externo;
  • mantenimiento y limpieza regulares;
  • necesidad de un conducto de humos separado;
  • inconveniente relacionado con la recarga del combustible;
  • coste más elevado en comparación con las calderas a gas.

De estos inconvenientes, el más destacado es sin duda la necesidad de un local técnico externo. A diferencia de una estufa de pellets, la caldera requiere una instalación fuera del edificio.

¿Cómo se realiza el mantenimiento de una caldera de biomasa?

El mantenimiento ordinario de los sistemas tecnológicos de biomasa, incluida la caldera, debe realizarse al menos una vez al año. Este mantenimiento afecta tanto al generador de calor como al sistema de humos. Es importante realizar un mantenimiento adecuado para garantizar la máxima eficiencia y minimizar las emisiones nocivas al medio ambiente. Además, los sistemas de calefacción de biomasa también deben someterse a la emisión del informe de control de eficiencia energética por parte de un técnico autorizado.

¿Cuánto cuesta instalar una caldera de biomasa?

El coste de una caldera de biomasa puede variar significativamente según varios factores, como la marca, el modelo, la potencia, la complejidad del sistema y la instalación necesaria. En general, las calderas de biomasa pueden tener un precio inicial más alto que las calderas tradicionales a gas, pero también es importante considerar los posibles ahorros a largo plazo en los costes de energía y el acceso a incentivos fiscales o financiamiento para la eficiencia energética.

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