miércoles, 13 de noviembre de 2013

Factores a considerar en la implantación de una sala de calderas alimentada con biomasa

En la actualidad se están promoviendo las sustituciones de generadores de gasóleo o carbón por generadores alimentados con biomasa. El motivo es simple, por economía del combustible de la biomasa respecto de otros combustibles convencionales, que han experimentado una fuerte subida de precios como el gasóleo, o bien por antigüedad de la instalación.

Pero para el éxito total de la operación se deben tener en cuenta diversos factores clave para la instalación de una caldera de biomasa.

1. Estudio previo.

Previa a la instalación del generador se debe realizar un estudio de viabilidad técnica y económica. La vida media de un generador de biomasa puede superar los 20 años con lo que la amortización del equipo está prácticamente asegurada, pero debemos considerar todos los costes.

Debemos considerar que el mantenimiento de una central térmica alimentada con biomasa será más caro que el mantenimiento con gasóleo, o sobre todo, con gas.

Debemos considerar los costes tanto de adecuación de la sala de calderas, como del silo de alimentación, así como que se producirán al desmontar y montar la nueva sala de máquinas.

Un generador alimentado con biomasa requiere mayores dimensiones de la sala de máquinas, así como la disposición de un recinto cercano para el almacenamiento del biocombustible. Puede ser necesario derribar cerramientos, o incluso tener que realizar un pequeño estudio de arquitectura, para generar dichos huecos, cuando se altera la estructura del edificio, incluso estudiar si la estructura resistirá las cargas de los nuevos generadores, depósitos, y silos de alimentación. Habrá que considerar, igualmente, el precio de la licencia municipal de obras.

El instalador debe visitar junto con el técnico la instalación replantear el trabajo de desmontaje y acceso del nuevo generador al edificio.

En instalaciones de gasóleo, será necesario inertizar el depósito de combustible una vez se quede sin servicio.

No debe olvidarse que las salas de calderas de potencias superiores a 70 kW precisan de proyecto técnico elaborado por técnico competente, y su posterior dirección de obra. Habrá que pagar derechos de visado y registrar el proyecto ante el Órgano Territorial Competente (con su consiguiente tasa administrativa). Incluso en determinas CC.AA. es obligatoria la inspección inicial de un Organismo de Control Autorizado que emitirá un certificado de inspección.

También se deberán conocer la existencia de suministradores en la zona y la disposición de biomasa adecuada (marcado EN).

En el replanteo se deberá prever el sistema de llenado al silo de alimentación. Para ello se consultará con los proveedores de biomasa de la zona, su disposición de camiones neumáticos, para considera dicho sistema de llenado (recomendable) del silo de alimentación del generador.

2. Dimensionado del generador.

Normalmente se observa la potencia del generador a sustituir, y erróneamente, se selecciona un generado de igual, y normalmente, de superior potencia.

Un generador sobredimensionado respecto de la potencia necesaria tendrá un funcionamiento discontinuo y con mayor índice de paradas-arrancadas. Ello perjudicará el funcionamiento del generador y hará disminuir el rendimiento estacional de la central térmica. Un ciclo de arranque o parada de un generador de biomasa puede durar unos 15 minutos, en los cuales el generador limpiará su quemador, tirando los restos de biomasa del mismo, accionará el ventilador a plena potencia para limpiar la cámara de restos de humos, con el consiguiente enfriamiento de la caldera, accionará dispositivos de limpieza (extracción cenizas, resistencias de encendido, limpieza de turbuladores, y distintos motores en general) que aumentarán su consumo energético.

Se deberá realizar un estudio real de cual es la potencia necesaria para la instalación, con la finalidad de no sobredimensionar el generador. Será conveniente estudiar los consumos energéticos reales del generador a sustituir para determinar los consumos medios de la instalación.

Tampoco se seleccionará el generador en función de la potencia instalada, pues esta puede estar sobredimensionada, sino en función de la demanda global del edificio. Para ello se estudiará el edificio, teniendo en cuenta su zonificación y horarios de funcionamiento, de un modo global, sin considerar su compartimentación interior.

Lógicamente el generador deberá satisfacer la demanda térmica en las horas de mayor demanda (cuando la temperatura exterior alcance los niveles percentiles más exigentes), para ello resultará conveniente disponer de un depósito de inercia que dispondrá de la energía acumulada suficiente para los picos de demanda.

Un depósito de inercia, bien dimensionado, facilitará tanto la elección de un generador con una potencia más ajustada a las necesidades reales de la instalación, como el funcionamiento del mismo atendiendo las necesidades térmicas de la instalación durante sus paradas, y  mientras el generador realiza su ciclo de arranque.

Recordemos que la evaluación del correcto dimensionado del generador, será el primer aspecto a tener en cuenta durante las inspecciones periódicas de eficiencia energética que tendrá la instalación.

Otro aspecto a considerar en la selección del generador será la comprobación de que la presión requerida por la instalación es idónea para trabajar con un generador de biomasa. Pues muchos generadores no pueden trabajar a más de 3 bar y en edificios con grandes alturas manométricas puede ser necesario trabajar a 5 bar. Siempre está la solución de disponer de intercambiadores de placas pero ello aumenta el coste de la instalación al tener que duplicar circulares, vasos de expansión, válvula de seguridad, dispositivos de llenado y vaciado, etc. Y sobre todo disminuye la eficiencia del sistema.

3. Automatización.

Deberemos dotar a las instalaciones de generadores de calor que funcionen un alto grado de automatización, para proporcionar a los usuarios las mismas comodidades que otras fuentes energéticas.

En general los generadores alimentados con biomasa dispondrán de:
  • Limpieza automática de los pasos de humos.
  • Limpieza automática del quemador, o parrilla de combustión.
  • Recogida y extracción de cenizas a un contenedor.
  • Encendido automático.
  • Transporte automático entre silo y depósitos auxiliares de biomasa.
Debemos aprovechar las últimas tecnologías disponibles en los generadores como:
  • Control de la combustión a través de una sonda lambda. Con la misma el generador ajustará las revoluciones del ventilador provocando una combustión óptima en cada instante.
  • Y en grandes potencias, las calderas deberán llevar incorporadas ciclones de separación de partículas, de tal modo que los valores de emisiones y volátiles cumplan con la normativa medioambiental. Además estos ciclones aumentan el rendimiento del generador al re-aprovechar los humos en una segunda circulación de los mismos por el generador.
  • Se deberá considerar la posibilidad de telegestión de la central térmica.
Al igual que es importante la automatización del funcionamiento del generador, también será clave seleccionar un generador que proporcione altos rendimientos, y que la instalación térmica disponga de regulación de temperatura por modulación en función de la temperatura exterior.

4. Esquema hidráulico.

Es imprescindible utilizar un depósito de inercia en las instalaciones de biomasa. De este modo el generador dispondrá de ciclos de funcionamiento largos, disminuyendo el número de arranques y paradas del mismo.

El generador será susceptible de tener condensaciones en su interior, para ello deberá disponerse de algún dispositivo para aumentar la temperatura en el retorno de la instalación o del depósito de inercia:
  • Válvula termostática.
  • Bomba anticondensación.
  • Y controlar la temperatura de arranque del circulador de la caldera. Este no debería arrancar hasta haber superado el generador las temperaturas de riesgo de condensación interior (en torno a 50 ªC).
Los generadores alimentados con biomasa requieren temperaturas de trabajo altas. Por ello, si la instalación requiere temperaturas de trabajo inferiores, se deberán prever grupos hidráulicos que acondicionen la temperatura del depósito de inercia/generador hasta las necesidades térmicas de la instalación.

Cada fabricante dispone de una regulación propia adecuada para determinados esquemas de funcionamiento. Por ello, deberemos contrastar nuestra propuesta hidráulica con el fabricante del generador, y determinar en conjunto la mejor posición de las sondas de regulación y control del sistema.


5. Dimensiones.

Aquí el tamaño importa, tal y como citamos en el punto 1. Una mala previsión de espacios provocará problemas a la hora de instalar los equipos, pero sobre todo a la hora de mantenerlos.

Se deberán tener en cuenta las recomendaciones dimensionales de los fabricantes de los equipos, y cuidar especialmente los accesos a la chimenea, y los necesarios para las limpiezas del generador y la extracción de cenizas.

En caso de disponer dimensiones reducidas, podremos elegir calderas compactas o modulares, cuyas dimensiones facilitan el acoplamiento una vez dentro de la sala de calderas.

En el diseño de la sala de calderas deberá preverse el acceso y mantenimiento de todos los equipos. Por ejemplo, una simple extracción o comprobación del sinfin de alimentación, como extraer los turbuladores, como sustituir la membrana de un vaso de expansión, etc. Deberemos "ponernos en la piel" del mantenedor y prever todas las labores de mantenimiento para realizarlas de un modo fácil, práctico y con seguridad.

6. Combustible y silo de almacenamiento.

Como hemos comentado deberemos considerar la disponibilidad de la biomasa, su calidad y el llenado del silo de almacenamiento.

Este llenado podrá ser mediante:
  • Camiones con volquetes.
  • Camiones con suelos móviles.
  • Camiones con sistemas neumático por medio de aire comprimido y filtro de partículas, que aunque nos ayudará a aprovechar mejor los espacios seguramente encarecerá el producto.
En función de la biomasa seleccionada se diseñará el sistema de transporte, pues un sinfín que transporta pellets no podrá transportar astillas, pues estas son de mayor volumen que los pellets. Así debermos pensar en las distintas opciones y posibilidades de futuros combustibles a utilizar.

Para garantizar un correcto funcionamiento tanto de la caldera como del sistema de transporte, se recomienda que el fabricante de la caldera sea también el fabricante de los sistemas de transporte del combustible a la caldera. Y que el mismo sea controlado por el sistema de regulación y control de la caldera, para una mejor sincronización del funcionamiento de los sinfines.

En calderas de baja potencia el sistema de alimentación se puede realizar mediante un sinfín con un tubo flexible o bien con sistema neumático que permite transportar, en el caso del pellets hasta unos 20 m de distancia de la caldera.

Se deberá decidir la forma del silo en función de la forma geométrica del mismo y optar por silos:
  • Con suelo inclinado a un lado y una ballesta giratoria. Idónea para silos cuadrados.
  • Suelos inclinados a un lado y sinfín de extracción. Idóneos para silos rectangulares.
  • Suelos inclinados a dos lados con recogida a través de sinfín. Idóneo para silos casi cuadrados.
Construcción de un silo
En este silo deberán preverse compuertas de comprobación, así como el acceso al punto de extracción de biomasa, etc. Se realizarán la parte inferior del mismo con una inclinación de 35-45 º para facilitar la caída de la biomasa.

Así mismo deberán disponerse de las bocas de llenado necesarias en función de la forma del mismo, pues un almacenamiento rectangular puede necesitar varios puntos de llenado.

La experiencia de los fabricantes de los generadores será una ayuda en el diseño de estos almacenamientos.

El generador deberá ser adecuado a la biomasa con la que se desee trabajar, pues un combustible para el que no esté preparada la caldera provocará un funcionamiento no correcto del quemador de la caldera.

La calidad de la biomasa es un factor determinante, pues el funcionamiento con un combustible de menor coste, puede traducirse en un mayor coste de mantenimiento y un grado de descontento en el usuario. Para evitar todo ello, los proveedores de biomasa deben entregar la certificación del combustible suministrado. De tal modo que cuanta más entidad tenga el organismo emisor de dicho certificado, mayores serán las garantías de un correcto funcionamiento del sistema.

7. Chimenea.

Se prestará atención a la chimenea tanto en los materiales como en su dimensionamiento.

Para biomasa las chimeneas deberán ser de acero inoxidable de calidad AISI 316 y deberán estar aisladas en todo su recorrido. De otro modo, frente a biomasas de baja calidad corremos el riesgo de que la agresividad de los humos corroa rápidamente la misma.

Las chimeneas deben ser calculadas de acuerdo a métodos reglamentarios y  evitar tanto chimeneas con diámetros excesivos, que provocarían un tiro excesivo y por tanto una disminución del rendimiento del generador, como chimeneas con diámetros deficitarios, que no tendrían la capacidad de extraer todos los humos del generador, provocándole problemas de funcionamiento pues no podría trabajar a su potencia nominal.

Cuando la diferencia de cota entre el arranque y la terminación de la chimenea sea superior a 7-8 metros deberá preverse la colocación de un regulador de tiro que nos facilitará ajustar el tiro en el generador y minimizará las variaciones de depresión producidas por las variaciones de temperatura de en la chimenea y las debidas a las variaciones de temperatura exterior (ambas influyen en el tiro de la chimenea).

8. Ajustes de funcionamiento y puesta en marcha de la instalación.

El ajuste de los parámetros de funcionamiento del generador deberá ser realizado por personal cualificado.

Los generadores de calor alimentados por biomasa disponen de sistemas de control electrónico en el que hay que parametrizar distintos valores para su correcto funcionamiento:
  • Temperaturas de trabajo máxima, y mínima (para evitar condensaciones).
  • Tiempos de funcionamiento y espera de los sinfines, para las distintas potencias a las que puede trabajar.
  • Revoluciones de la aportación de aire en las distintas potencias de funcionamiento, incluso durante el ciclo de arranque.
  • Número de limpiezas diarias a realizar.
  • Duración del ciclo de arranque y funcionamiento de la resistencia de calentamiento.
  • Etc.
Será imprescindible durante la puesta en marcha de la caldera utilizar un analizador de combustión adaptado para biomasa, y así comprobar el correcto funcionamiento del generador, y sus rendimientos energéticos. Hoy día hay analizadores de combustión válidos para biocombustibles como: pellets, astillas, orujillo, etc.

Si el generador dispone de varias etapas de potencia, se deberá comprobar su correcto funcionamiento en cada una de ellas.

Esta herramienta básica permite imprimir los análisis de combustión realizados, así como exportar los datos para un posterior tratamiento informatizado en el ordenador.

Una comprobación vital es comprobar, mediante una pesada del combustible, que no estamos excediendo la potencia nominal del generador. Si alimentamos al generador con más combustible del que es capaz de quemar, o bien lo tirará al cenicero, o bien tendrá problemas de funcionamiento. En las calderas domésticas actuales prácticamente es lo único que hay que realizar junto con el protocolario análisis de combustión.

Debemos recordar que cada vez que se cambie de combustible el funcionamiento del generador deberá se chequeado por profesionales cualificados en el funcionamiento del mismo.



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