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Oct 08, 2023

Hydronics Zone: la evolución de las calderas de biomasa

FIGURA 1: Una forma de evitar problemas de ciclos cortos es instalar una

FIGURA 1:Una forma de evitar problemas de ciclos cortos es instalar un acumulador térmico entre la caldera de pellets, como se muestra aquí.

FIGURA 2:Un tanque con las conexiones de tubería incorrectas no se estratificará correctamente.

Para aquellos que quieren quemar leña, las modernas calderas de gasificación de madera ofrecen eficiencias de combustión en estado estacionario del 80 por ciento y eficiencias de ciclo completo en el rango del 70-75 por ciento. Esto es mucho más alto (casi el doble) de la eficiencia promedio del ciclo de combustión lograda por los hornos de leña al aire libre que usan combustión de una sola etapa.

Las calderas de biomasa modernas son tan diferentes de las calderas de leña de la generación anterior como lo son los teléfonos inteligentes de sus predecesores de dial giratorio. Por ejemplo, las calderas modernas de pellets pueden funcionar sin supervisión durante varias semanas. Transportan automáticamente los gránulos desde el almacenamiento a granel hasta su cámara de combustión, los encienden y modulan el proceso de combustión en función de la temperatura del agua y el contenido de oxígeno de los gases de escape. Algunos modelos incluso comprimen la pequeña cantidad de ceniza producida, lo que alarga el tiempo entre limpiezas.

Varias de las calderas de pellets ahora disponibles en América del Norte pueden operar con eficiencias de combustión en estado estable de al menos el 85 por ciento. Los modelos que se utilizan actualmente en Europa pueden aumentar esto otro 5-7 por ciento al condensar los gases de combustión antes de que se ventilen fuera de la caldera.

La tendencia alcista, y a menudo impredecible, del costo del combustóleo n.º 2 y el propano, que se usan comúnmente en edificios rurales y semirrurales, ha avivado el interés en las calderas de biomasa a base de madera de alta eficiencia. Esto es especialmente cierto en el noreste de los EE. UU., donde la quema de madera para calentar el hogar está arraigada en la cultura y ya se usa en decenas de miles de hogares.

El contratista de calefacción promedio podría suponer que instalar una caldera de biomasa de alta eficiencia es tan simple como conectarla al sistema junto con una caldera de gasoil o propano existente. Él asume que la caldera de biomasa alimenta la carga cuando está en funcionamiento y automáticamente entrega la carga a la caldera convencional si se queda sin combustible. Aunque esto parece lógico, y es parcialmente cierto en algunos sistemas, a menudo pasa por alto los requisitos operativos únicos de las calderas de biomasa que deben respetarse si se desea alcanzar el máximo rendimiento.

Para lograr una alta eficiencia térmica, bajas emisiones y un confort insuperable, todas las calderas de biomasa deben combinarse con un sistema equilibrado y adecuadamente diseñado. Este último se refiere a todos los aspectos del sistema de calefacción completo distintos de la caldera de biomasa. Algunos de los componentes principales en el equilibrio del sistema incluyen un tanque de almacenamiento térmico del tamaño y las tuberías adecuados, un sistema de control configurado correctamente, circuladores de alta eficiencia, válvulas mezcladoras y emisores de calor de baja temperatura.

Si alguno de estos componentes o subsistemas se selecciona o instala incorrectamente, es probable que la caldera de biomasa no funcione a la altura de su potencial. Esto se reflejará en un mayor consumo de combustible, mayores emisiones y una comodidad comprometida. Aunque la caldera suele tener la culpa, por lo general no es la causa raíz de la mayoría de los problemas operativos.

Por ejemplo, muchas calderas de pellets de última generación son capaces de modular su producción de calor hasta aproximadamente un tercio de su capacidad nominal. Y, si bien esto mejora su capacidad para hacer coincidir la producción de calor con la demanda de calor, no elimina la posibilidad de ciclos cortos en condiciones de carga baja, especialmente si la caldera alimentada con pellets está suministrando un sistema de distribución altamente zonificado con baja temperatura. -emisores de calor de masa. Un sistema de distribución homerun que sirva a varios radiadores de panel, cada uno equipado con una válvula de radiador termostática, sería un ejemplo de dicho sistema de distribución.

Para poner esto en perspectiva, ¿alguna vez ha visto una caldera mod-con de gas moderna de ciclo corto cuando se conecta directamente a un sistema de distribución altamente dividido en zonas sin un tanque de compensación? A menudo hago esta pregunta a los contratistas que asisten a mis seminarios de capacitación. Teniendo en cuenta las respuestas que recibo, parece que los ciclos cortos siguen siendo un problema bastante generalizado en nuestra industria.

Ahora, compare esta situación con la de las calderas modulantes alimentadas con pellets. La mayoría de las calderas mod-con alimentadas con gas de la generación actual tienen relaciones de reducción de al menos 5:1. La mayoría de las calderas alimentadas con pellets de la generación actual tienen relaciones de reducción de 3:1 y algunas gestionan 4:1. Cuanto menor sea la relación de reducción, más limitada será la capacidad de la caldera para igualar la carga de calefacción, especialmente si está sobredimensionada en relación con la carga de diseño. Esto implica que una caldera alimentada con pellets, con una relación de reducción más baja, es aún más probable que tenga un ciclo corto en comparación con una caldera mod-con alimentada con gas en sistemas sin un almacenamiento térmico adecuado.

Una forma de evitar este tipo de problemas es instalar un acumulador térmico entre la caldera de pellets, como se muestra en la Figura 1.

Tenga en cuenta que el tanque de almacenamiento térmico tiene una tubería diferente a la de otros sistemas que usan tanques de compensación. Los detalles de esta tubería son "complementarios" a las características de funcionamiento de la caldera de pellets. También permiten un almacenamiento intermedio adecuado de la caldera auxiliar sin requerir que la caldera caliente todo el tanque de almacenamiento intermedio. Estos detalles de tubería mejoran la estratificación de la temperatura dentro del tanque.

También hay tres sensores de temperatura diferentes ubicados en diferentes posiciones en el tanque. Su colocación, y los algoritmos de control que facilitan, es complementaria al funcionamiento de ambas calderas.

Obtener un rendimiento óptimo de un acumulador térmico alimentado por una caldera alimentada con pellets requiere algo más que calcular el volumen del acumulador y seleccionar un producto fácilmente disponible del volumen requerido. Un tanque con las conexiones de tubería incorrectas no se estratificará correctamente. Esto reduce la utilidad del depósito cuando se intentan crear largos ciclos de funcionamiento de la caldera de pellets.

He visto que esto sucede en varios sistemas que involucran tanques que cuestan varios miles de dólares. Un ejemplo se muestra en la Figura 2.

Este rendimiento subóptimo es desafortunado y evitable. Esto último requiere una cuidadosa consideración sobre cómo deben operar la caldera de pellets y la caldera auxiliar, el conocimiento de las características de flujo y temperatura de la carga, y cómo todo esto afecta el flujo de entrada y salida del tanque. Esta información se puede usar para determinar el tamaño y la ubicación de las conexiones de las tuberías que fomentan la estratificación de temperatura en lugar de destruirla.

La tecnología hidrónica moderna proporciona un medio que se puede manipular hábilmente para crear un sistema idealmente equilibrado para todo tipo de calderas de biomasa. A través de la selección y el dimensionamiento adecuados de los componentes del sistema hidrónico, se fomenta que la caldera de biomasa opere durante largos ciclos de combustión donde logra una eficiencia óptima y emisiones mínimas. El calor que produce se almacena en un acumulador térmico debidamente estratificado, a la espera de la necesidad de calefacción de espacios o calentamiento de agua sanitaria.

Cuando esa necesidad está presente, el calor se transporta silenciosamente a donde se necesita usando energía eléctrica mínima. El calor se libera suavemente en el espacio sin que los ocupantes se den cuenta. Cuando es necesario, una caldera auxiliar asume parte o la totalidad de la carga de calefacción con una transición perfecta y sin comprometer la comodidad.

Hay muchas formas de crear diseños de sistemas equilibrados según el tipo y el tamaño exactos de la caldera de biomasa que suministrará el calor. Los diseños optimizados para calderas de gasificación de madera no son necesariamente óptimos para calderas alimentadas con pellets o aquellas que queman astillas de madera con mayor humedad.

Si está interesado en obtener más información, impartí un curso en línea que profundizaba en los detalles de la combinación de calderas de biomasa con tecnología hidrónica moderna: "Sistemas de calefacción de biomasa basados ​​en hidrónicos". El curso se impartió durante 10 semanas a través de una asociación con el Instituto de Aprendizaje HeatSpring y el Consejo de Energía Térmica de Biomasa (BTEC). Este curso exploró las posibilidades de utilizar calderas de gasificación de madera, calderas de pellets y calderas que queman astillas de madera. Introdujo bloques de construcción y subsistemas y procedió a fusionarlos en varios sistemas completos y totalmente documentados.

Se centró en las tuercas y los pernos necesarios para lograr resultados óptimos utilizando hardware fácilmente disponible. Si está interesado, considere tomar el curso gratuito de "prueba de manejo" en bit.ly/btecbiomass.

Las calderas alimentadas con biomasa y la tecnología hidráulica moderna están hechas la una para la otra. Las calderas entregan calor de una fuente de combustible renovable que a menudo es de origen local y sustancialmente menos costosa que el fuel oil o el propano. La moderna tecnología hidrónica mueve el calor cuando y donde se necesita y lo entrega con una comodidad insuperable. Estoy seguro de que esta relación complementaria ha sentado las bases para un crecimiento sustancial del mercado a medida que más profesionales de la calefacción aprenden lo que está disponible.

¿Estás listo para aprovechar esa oportunidad?

Fecha de publicación: 30/11/2015

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