TEMA 4: COMBUSTIBLES Y COMBUSTIÓN. 1.- COMBUSTIÓN Es la reacción en la que una sustancia denominada combustible?se c?ombustible?se combina con oxígeno, con desprendimiento de calor (reacción exotérmica). El equipo que aprovecha este calor, calentando un fluido, es la caldera y el que consigue llevar a cabo de forma controlada el proceso pro ceso de combustión es el quemador. quemador. El calor se libera del combustible, porque se hace arder en la llama sus distintos componentes, produci produc ie ndo sustancias sustancias gaseosas que forman los gases o productos de combus c ombustión. tión. Comburente: Comburente: Generalmente no es el oxigeno puro el que combina con el combustible, en un proces proc esoo de combustión, combustión, sino sino mezcl mezclas as de ga ses que lo contienen. contienen. Estos gases son los llama llamados dos comburentes? ?comburentes?. El más utilizado es el aire. Condiciones para la combustión: Para que la combustión pueda iniciarse y mantenerse, será preciso que se cumpla: cumpla: -
El com combu bust stiible ble y el com combur buren ente te estén estén me mezclad zclados os en en una una pro proporc porciión dete determ rmiinada nada..
-
La tem tempera peratura tura de la mezc mezclla sea, sea, loca locallmente, ente, super superiior a su su tem temperat peratura de de ign igniición ción..
Aire teórico para la combustión: combustión: Es la cantidad de aire necesaria para realizar la combustión completa de un kilo de combustible. 3
En el caso del Gasóleo este valor es del 11,057 m de aire y para el Fuelóleo puede considerarse 3
de 10,81 m de aire. Coeficiente de exceso de aire: aire: La mezcla entre combustible y comburente en la práctica, debido al corto tiempo en que se realiza, no es perfecta al cien por cien ya que una parte del aire no llega a reaccionar con el combustible. Por tanto para realizar una combustión completa hay que añadir una cantidad de aire superior a la indicada en la teoría, a la cual se le llama exceso e?xceso de aire?. Generalmente se considera un valor del 25%. 3
Con lo cual los valores serian: aire para combustión del Gasóleo = 11,057 m teóricos * 1,25 3
(exceso aire) = 13,82 m para la combustión completa de 1 kilo de gasóleo. Reacciones de una combustión: combustión: Quien reacciona con el combustible es el COMBURENTE, efectuándolo según el esquema de la figura:
(Valores en tanto por ciento cor cor responden a un combustib combustiblle tipo t ipo Gas Gasóleo óleo C.)
Factores que influ influyen yen en la combustión: Para combustión: Para que la combustión se realice de forma correcta hay que consegui c onseguir: r: - Que el combustible reaccione totalmente, realizándose una mezcla total entre el carbono de éste y el oxígeno oxígeno del aire (comburente), ev e vitando formación de monóxido de carbono (CO) (CO ) altamente altamente tóxico e inquemados (carbono) sólidos. Por tanto la aportación del aire debe ser siempre la necesar necesar ia, ya que éste apo rta el oxígeno combure comburente. nte. - Una combustión completa exige aire suficiente, ya que la falta aire implica inquemados y un enorme exceso aire enfría la llama haciéndola inestable o apagándola. De ello se Deduce que el exceso de aire necesario para una correcta combustión debería ser del 25%. Los parámetros que nos permiten conocer el exceso de aire son: 1) Tanto por ciento de CO2. 2) Tanto por ciento ciento de O2. 3) Tanto por ciento de CO. Diagramas Diagramas de la combustión: Para combustión: Para poder co no cer la relación relación entre lo s distintos distintos valores obtenidos en una instalación y poder analizar si ésta es correcta, se representa el diagrama de Ostwald (el nombre corresponde al autor). Diagrama de Ostwald: Se utiliza para combustiones incompletas con presencia de inquemados solo en forma de CO. En abcisas se representa el tanto por ciento de O2 y en ordenadas (línea vertical) los correspondientes al CO2 . En las líneas inclinadas figuran los porcentajes del exceso de aire en la combustión, desde un 0% hasta un 150%.
Ejemplo: Al realizar un análisis de humos hemos obtenido las siguientes mediciones: CO2: 13,5 % y O2: 2 %. Fijamos el punto de la combustión (A) en la figura, que tiene una concentración de CO:
0,05 % y un índice de exceso de aire n: 1,10. Por lo tanto la combustión será limpia y con valores aceptables que nos darán buen rendimiento.
Como hemos visto, los valores adecuados de O2, CO y temperatura de gases dependen del tipo de combustible y quemador utilizados y del tamaño de la caldera. Para conocerlos, debe consultarse el manual de instrucciones del equipo o contactar con el fabricante. Como datos usuales:
Comb usti ble
O2 max (%)
CO max (p pm)
Tª max h umos (º C)
Fuel-o il
3,5
20 0
23 0
Ga soil
3,5
20 0
2 30
Ga s nat ural
2
50
13 0
2.- COMBUSTIBLES. Combustible es toda sustancia, compuesta fundamentalmente por carbono e hidrógeno que, al combinarse con oxígeno, con desprendimiento de calor, produce una reacción denominada combustión. 2.1- COMBUSTIBLES SÓLIDOS (CARBÓN). Los combustibles sólidos se dividen en dos grupos: combustibles naturales y combustibles refinados. Dentro de los primeros, los más representativos son: hulla, antracita, turba y lignito, que se obtienen directamente de la naturaleza. Los combustibles refinados son los que pasan por un proceso de transformación transformación antes de ser utilizados, utilizados, de este grupo po demos citar: citar: las br br ique quetas tas de hulla hulla o lignito, ignito, el coque y el carbón vegetal. eget al. Este tipo de combustible está actualmente en desuso para instalaciones nuevas de calefacción. 2.2- COMBUSTIBLES LÍQUIDOS. En el caso que nos ocupa, nos centraremos básicamente en analizar los combustibles líquidos derivados del petróleo y más concretamente en el gasóleo C, empleado mayoritariamente en calefacción doméstica. El comportamiento de los líquidos en la combustión depende de las específicas características de cada uno: 2.2.1- Propiedades. Viscosidad Viscosidad cinemática: Es la característica más importante de un combustible líquido, ya que permite permite conocer las las posibi pos ibillidades de aspiración o t rasiego y de pulverización pulverización de éste, para pa ra obtener una correcta combustión. Su valor se determina midiendo el tiempo que tarda en vaciarse un
volumen determinado de muestra de combustible en condiciones normalizadas. Las unidades más frecuen frecue nt es que la la miden son el Grado Engler y lo s Ce Ce ntistokes ntistoke s (cSt). La visco visco sidad sidad varía con la temperatura (disminuye temperatura (disminuye al aumentar ésta). Tem peratura de infl inflamación: amación: Es Es la temperatura máxima a la que puede calentarse un combustible sin riesgo de incendio, es decir a esta temperatura el combustible empieza a arder en contacto con una llama llama pero, reti re tirada rada ésta, és ta, la com co mbustión cesa. Tem peratura de ignición: ignición: Es la temperatura a la que igualan la velocidad de desprendimiento los vapores y la de su combustión. La llama permanece mientras no se extinga el combustible. Contenido en azufre: azufre: Es importante conocer este dato ya que los componentes sulfurados son malolientes y corrosivos, además de ser un factor contaminante. El tanto por ciento está limitado por el e l Minis Ministerio terio de Industria Industria para evitar contaminaci contaminación ón ambiental. ambiental. Contenido en sedimentos y agua: Son agua: Son las impurezas que lleva el combustible líquido incorporadas durante las operaciones de transporte y trasvase. El contenido de agua puede influir en la combustión aunque valores del 1 al 2 % son admisibles. Poder calorífico: Es calorífico: Es la cantidad de calor expresada en kilocalorías, producida por un kilogramo de combustible, cuando se quema completamente. Distinguiremos: - Poder calorífico superior (P.C.S.): Es aquél que considera el calor que cede el vapor de agua que se produce produc e en la combustión al co co ndensarse. Poder calorífico inferior (P.C.I.): Se diferencia del superior únicamente en el calor de condensación del vapor de agua, que no se considera en este caso. En todos los generadores de calor se procura que los humos salgan a una temperatura superior a 100 ºC, para que no se licue el vapor de agua y forme ácido sulfúrico con el azufre (S2 ), provocando provoc ando corrosiones, y en consecuencia, consecuencia, para los cálculos cálculos se toma el PCI PCI del combustible. combustible. En calderas de acero inoxidable, los humos salen a temperaturas inferiores a 100 ºC, por lo que se considera en ellas el PCS. Punto de enturbiamiento: enturbiamiento: Este dato sólo se aplica al combustible tipo Gasóleo C, utilizado en calefacción. calefacción. Permite Permite de tectar la formación y presencia de parafinas. parafinas. Este punto es la temperatura en la cual aparecen los primeros cristales de parafina parafina que enturbian el combustible. Depende de la procedenc proc edencia ia del crudo y se utilizan utilizan aditivos aditivos para impedir impedir su formación. formación. Su aparición aparición produce problemas problemas de aspiración, paradas paradas del quema quemado dor, r, etc. Punto de obstrucción del filtro frío (POFF) (POFF): Igual que el punto de enturbiamiento, sólo se aplica al gasóleo C y es un síntoma análogo, ya que representa la temperatura por debajo de la cual existirán ya problemas en el manejo del combustible, porque a esa temperatura los cristales de parafina
formados son ya muy importantes. El POFF puede alterarse enfriando y calentando el gasóleo o por estratificación en prolongados almacenamientos. Para evitar su aparición se deberán calorifugar las tuberías.
PRINCIPALES
CARACTERÍSTICAS
DEL
GASÓLEO
C.
P. C.I .
10. 200 kca l/kg.
P.C.S. P.C.S. (Valores mínimos mínimos publicados po porr e l B.O B.O .E.) .E.)
10.860 10. 860 kcal/kg. kcal/kg.
Densidad máxima a 15 ºC.
0,9 kg/ kg /l (n ( norm or mal 0,85 kg/l) kg/ l)
Viscosidad máxima.
7 cSt a 40 ºC.
Punto de inflamación mínima .
60 ºC
Punto ddee ob obstruc rucción de fifiltro frío (POF POFF) máximo.
-6 ºC ºC
Punto de enturbiamiento má ximo.
-4 ºC
Conte nido en azufre má ximo.
0, 3 %
Agua y sedimentos máximos.
0,1 %
2.2.2- Depósitos de almacenamiento. Los depósitos de almacenamiento de combustibles líquidos pueden ser de construcción vertical u horizontal, siendo los horizontales los empleados usualmente en instalaciones de calefacción (por razones de espacio). Éstos, han de asegurar una capacidad mínima para el funcionamiento de la instalación durante 30 días. Las dimensi dimensioo nes han de adaptarse, según su capacida capa cidadd a la tabla: tabla: CAP ACID AD AD ( LI LITROS)
DIÁ ME METR O MÁXIMO (mm)
Me nos de 5.000
1. 500
5.001 a 10. 000
1. 850
10.001 a 15. 000
2. 330
15.001 a 25. 000
2. 650
25.001 a 50. 000
3. 160
50.001 a 75. 000
4. 000
Clasificación de los depósitos: 1. Depósitos enterrados exteriores. 2. Depósitos enterrados interiores. 3. Depósitos Depósitos de superfic s uperficie ie interiores. 4. Depósitos Depósitos de superfic s uperficie ie exteriores.
Depóssito enterrado exterior. Depó
Depóssito enterrado Depó enterr ado interior
Depóssito de superfi Depó super ficie cie exterior .
2.2.3- Accesori Accesor io s de los depósitos. Conductos de res piración piración:: Estarán dispuestos de forma que no se pueda acumular combustible en ellos, es decir, sin codos ni tramos horizontales. Tendrá un diámetro interior mínimo de 30 mm en depósi depó sitos tos de hasta hasta 1. 000 l y de 40 mm en depósitos de mayo mayo r capacidad. Tubería de carga: carga: El diámetro será de 3?para gasoil y de 4?para fueloil. El tubo llegará hasta el fondo del depósito y estará acopl a coplado ado a una boca de carga car ga del mis mismo mo diámetro diámetro.. En el caso de que los camiones camiones no puedan a cercarse al depósito, la boca de carga estará estará alojada alojada en una una arqueta 0,40 x 0,40 m. La distancia máxima al depósito será de 25 m y la tubería tendrá una pendiente mínima del 5% que permitirá al combustible circular hacia él. Tuberías de trans porte: porte: Deben ser de acero, bronce o cobre, nunca de aluminio ni de materiales combustibles. La pendiente mínima será del 1%, que permitirá que caiga el combustible hacia el depósito en el caso de parada. Válvulas: Válvulas: Se colocarán en lugares accesibles, para evitar derrames en caso de rotura de tuberías.
Deberá haber como mínimo una llave de corte del suministro a la salida del depósito y otra antes del quemador, que se procurará sea automática para cortar el suministro en caso de incendio. El conducto de aspiración deberá disponer de una válvula de pie que evite que se vacíe el conducto durante la parada de la bomba. bomba.
2.3- COMBUSTIBLES GASEOSOS. El gas como combustible es idóneo ya que al tener que mezclarse con aire y ser sus estados de agregación iguales (estado gaseoso) la mezcla resulta fácil. De hecho para quemar el resto de combustibles combustibles lo que tratamos t ratamos es de aproxim a proximarnos arnos el estado gaseoso, así a sí el el gasól ga sóleo eo se pulveriza. pulveriza. Las principales ventajas del uso de gas canalizado como combustible son: - Razones medioambientales: la combustión con gas, debido a no tener azufre (S2) en su composición, posiblemente sea la más limpia si la comparamos con los combustibles anteriormente estudiados, ya que carece de emisiones de derivados del azufre como SO2. - Razones técnicas: por la propia naturaleza del combustible, la frecuencia de limpiezas en los equipos disminuye: disminuye: menor cantidad de residuos, residuos , lo que implica implica la reducción reduc ción de la c antidad de averías. - Seguridad potenciada, debido a emplearse medidas de seguridad mayores que en otro tipo de instalaciones, tal como detección de fugas y escapes, ventilación reforzada, extracción, superficies no resistentes, etc... - Otras razones: ra zones: con el gas canalizado canalizado no es e s preciso preciso gestionar gestionar y controlar stocks de combust combustiible. ble. El pago se realiza realiza después del consumo consumo y no existen existen inmovi inmoviliz lizados ados en e n almacen almacenami amiento. ento. Tipos y familias de gases: Los gases combustibles se se agrupan en tres grandes tipos o fa fa milias milias según
sea e l valor del de l parámetro conocido conoc ido com co mo índice de Wobbe
, donde W es el índice de
Wobbe, d?la d? ?la densidad relativa al aire y PCS el poder calorífico superior. PRIMERA FAMILIA: constituida por los gases manufacturados, con índice de Wobbe entre 5.700 3
3
kcal/m y 7.500 kcal/m . El gas más representativo de esta familia es el gas ciudad, cuya denominación es G110. Sus características: 3
P CS
4.200 kc al/m
Densidad relativa al aire.
0,54
Presión de d e suministro. suministro.
De 70 a 120 mm.c.d.a. (siendo un valor normal 80 mm.c.d.a.)
SEGUNDA FAMILIA: formada por los gases naturales, cuya composición varía con el yacimiento. 3
3
El índice de Wobbe varía entre 9.860 kcal/m y 13.850 kcal/m . La denominación de referencia es G20 y sus características características principale principaless son: 3
PC S
Entre 10.000 y 11. 200 kca l/m
Densidad relativa al aire.
De 0,58 a 0,78
Presión de sumini s uministro. stro.
Depende el tipo, normalmente 180 mm.c.d.a. 3
TERCERA FAMILIA: constituida por los gases con índice de Wobbe entre 18.500 kcal/m y 3
22.070 kcal/m . Los gases más representativos de esta familia son los GLP (gases licuados del
petróleo) y entre ellos ellos el e l propano y el butano, cuya den de no minación minación es G31 y G 30 respectivamente. respectivamente. Sus características son: PCI
Propano (C3H8) 3 23.200 kcal/m
PC S
25.200 kc al/m
Densida d relativa al air e.
1,62
2,0 3
Presión de sumini s uministro. stro.
37 3700 mm.c. m.c.d. d.a. a. o 37 mbar
28 2800 mm mm.c.d .c.d.a .a.. o 28 mba mbar r
3
Butano ( C4H10) 3 28.700 kcal/m 3
31.150 kcal/m
2.3.1- Depósitos fi jos. jos. El almacenamiento de GLP a granel en fase líquida se realizará en depósitos cilíndricos de acero que cumplan, al igual que los de combustibles líquidos, el Reglamento de Aparatos a Presión y habrán de llevar colocada la placa de identificación del mismo. Deberán estar pintados con pinturas reflectantes blancas. Los depósi depó sitos tos pueden ser de superficie, superficie, enterrados o semienterrados. semienterrados. Para su funcionamiento, deben estar provistos de al menos los siguientes elementos, los cuales serán fácilmente fácilmente accesi acces ibles: 1. Dispo Dispositivo sitivo de lle lle nado de doble doble cierre. 2. Indicador de nive nive l máximo máximo de llenado. 3. Manómetro. 4. Válvula Válvula de segurida s eguridadd de exceso exceso de presió presió n, conectada conectada a la fase gaseosa del depósito. depósito. 5. Dos dispositivos dispositivos destinados destinados a la salida salida de GLP, uno en fase líquida líquida y otro en gaseosa, ga seosa, dotados dot ados cada uno de ellos con un sistema de doble cierre. 6. Borna de toma de tierra. 7. Dispondrán Dispondrán de un drenaj dr enajee situado situado en un extremo de su generatri generatr iz inferior. inferior.
Boca de carga: carga: Podrá estar situada en el mismo depósito o fuera de él, cuando se encuentre a distancia, estará protegida con una arqueta resistente al fuego y provista de cerradura. La tubería que une la boca de carga con el depósito será como mínimo de 40 mm de diámetro. 2.3.2- De pósi pó sitos tos portátiles. portátiles. Los gases licuados del petróleo (GLP) se pueden suministrar en envases móviles, es decir botellas,
entre las que nos podemos encontrar: Propano comercial:
* botellas botellas UD-110 de 11 kg, con banda banda negra y capacidad capacidad de 26 litros. litros. * botellas de 35 kg
Butan Bu tanoo com comerci ercial: al:
* botel botelllas UD UD-12 -1255 de 12,5 12,5 kg y capa capacida cidadd 26 litros.
En los envases el grado de llenado es del 85 %, es decir, el gas en su fase líquida ocupa el 85% del volumen total del recipiente. Entre Entr e las las botellas y e l aparat apa ratoo receptor del gas, se instalan instalan reguladores reguladore s de modo que la presión de llegada a éste sea de 37 mbar en propano y 30 mbar en butano. 2.3.3- Distribución Distribución de gas en tubería. tubería. Los tramos t ramos de las instalaciones instalaciones receptoras receptora s están clasif clasificados icados en función de los rangos de presión que se disponga en los mismos, con la siguiente distribución: M.O.P: Máxima presión operativa
1 º) 2
Media presión p resión A: Comprendida entre 0,05 y 0,4 bar efectivos (o relativos). Baja presión: inferior o igual a 0,05 bar efectivos (o relativos). Y por costumbre aún se sigue s igue utili utilizando zando la expre expresi sión ón sobre sobr e todo para las t res últimas últimas Las instalaciones alimentadas en alta presión son principalmente instalaciones industriales, normalmente de gran capacidad. Las unidades normalmente utilizadas para cada escalón de presión son las siguientes: Tramos 2
A continuación se adjuntan unas figuras, con los componentes mínimos necesarios para algunas de las instalaciones de gas más habituales.
2.4- BIOMASA BIO MASA.. El desarrollo de la sociedad humana está basado en el consumo de grandes cantidades de energía. La energía que circula por los ecosistemas y permite vivir a los seres vivos procede en última instancia del sol. Sin embargo, a pesar del desarrollo científico y tecnológico, todavía no hemos aprendido a aprovechar eficazmente esta fuente inagotable y, por ello, la mayor parte de la energía que util ut iliz izamos amos procede proc ede de fuen ue ntes de en e nergía no renovables. renovables. Estas fuentes de energía no renovables son aquellas cuya velocidad de consumo es mayor que la de su regeneración, lo que, consecuentemente, puede provocar su agotamiento. Éste el caso de los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) y de los minerales. Los recursos rec ursos naturales renovables renovables son aquello aquello s que, tras ser utilizados, utilizados, pueden regenerarse natural o artificialmente, como el agua o los alimentos. Son recursos que, al estar sometidos a ciclos, se mantienen de forma más o menos constante en la naturaleza. El término biomasa incluye toda la materia viva, o cuyo origen sea la materia viva que existe en un instante de tiempo en la Tierra que, por cualquier causa, inclusive de mercado, no son utilizables para alimentación alimentación humana humana y ni de los animales animales que viven viven en e n lo lo s ecosistemas ecosistemas naturales, y que no han sufrido cambios profundos en su composición, tales como los que han tenido lugar durante los proces proc esoo s de mineral mineralizaci ización ón ocurridos en la formación formación del carbón y del petróleo. Todos estos estos materiales son potencialmente utilizables para la producción de energía. Los materiales biomásicos se producen a partir de la energía contenida en la radiación solar que es captada y transformada en energía del enlace químico mediante la fotosíntesis que llevan a cabo las plantas verdes er des y diversos microor microorgani ganismos smos con pigmentos pigmentos fotosint otos intéticos. éticos. La energía energía contenida contenida en los enlaces químicos de los tejidos que forman los organismos fotosintéticos es, luego, transferida a los animales a través de las cadenas tróficas y se libera al medio ambiente en procesos de oxidación, como los que tienen lugar durante la descomposición de los materiales biológicos residuales o muertos, o bien, de una forma mucho más rápida en el tiempo, en los procesos de combustión. En cualquier caso, la oxidación de la materia orgánica, al ser un proceso exotérmico, conlleva a una liberación de energía que, en el caso de la combustión, puede ser utilizada por el hombre como fuentes energética.
2.4.1- Tipos de biomasa 1.- Biomasa natural: es la que se produce espontáneamente en la naturaleza sin ningún tipo de intervención humana, principalmente en zonas boscosas. Los recursos generados en las podas naturales de un bosque constituyen un ejemplo de este tipo de biomasa. La utilización de estos
recursos requiere de la gestión de su adquisición y transporte hasta la empresa lo que puede provocar provoc ar que su uso sea inviable inviable económicamente. económicamente. Es una de las principale principaless fuentes energéticas energéticas de los países subdesarrollados. Estos, Estos , presionados por sus necesidades, pueden llegar a la sobreexplotación, con la consiguiente desaparición de grandes masas forestales. Cabe tener en cuenta que la extracción de biomasa de un ecosistema natural con la finalidad de usarla como combustible significa la liberación en la atmósfera de una cantidad de carbono equivalente que hasta entonces permanecía confinada en el seno del ecosistema natural. 2 - Biomasa residual seca: se incluyen en este grupo los subproductos sólidos no utilizados en las actividades agrícolas, en las forestales y en los procesos de las industrias agroalimentarias y de transformación transformación de la madera madera y que, por tanto, tant o, son considerados residuos. Este E ste es el grupo que en la actualidad presenta un mayor interés desde el punto de vista del aprovechamiento industrial. Algunos ejemplos de este tipo de biomasa son la cáscara de almendra, el orujillo, las podas de frutales, el serrín, etc. 3 - Biomasa residual húmeda: son los vertidos denominados biodegradables: las aguas residuales urbanas e industriales y los residuos ganaderos (principalmente purines). El potencial de los 40 millones de toneladas de residuos ganaderos podría ser convertido en unos 2.000 millones de metros cúbicos de biogás biogás con co n un potencial potencial energético de 1,2 t ep/año ep/año . 4 - Cultivos energéticos: son cultivos realizados con la única finalidad de producir biomasa transformable en combustible. Algunos ejemplos son el cardo (cynara cardunculus), el girasol cuando se destina a la producción de biocarburantes, etc. Los cultivos que suelen labrar con esta finalidad se caracterizan por dos aspectos concretos. Por una parte, por su alta producción por unidad de superficie superficie y año y, por otra, por lo s pocos requerimi requerimientos entos que exige su cultivo cultivo . 5 - Biocarburantes: aunque su origen se encuentra en la transformación tanto de la biomasa residual húmeda (por ejemplo reciclado de aceites) como de la biomasa residual seca rica en azúcares (trigo, maíz, etc.) o en los cultivos energéticos (colza, girasol, pataca, etc.), por sus especiales características y usos finales este tipo de biomasa exige una clasificación distinta de las anteriores. La biomasa generalmente se transforma en calor, combustibles o electricidad, que conducen a la forma de energía útil requerida en cada caso. Algunos combustibles pueden obtenerse de la biomasa directamente por extracción (plantas productoras de hidrocarburos), pero es más frecuente someter la biomasa a distintas manipulaciones, según su naturaleza y contenido en humedad, para su transformación en combustibles.
2.4.2- Transpor T ransporte te y distribución de combustible La forma de distribución de los combustibles de pequeña granulometría, como pelets, astillas y huesos de aceituna, se lleva a cabo bien en sacos normalizados de 15 kg, o bien mediante un camión cisterna que, de forma neumática, descarga el combustible en el silo o la tolva del usuario, limpiamente y sin ningún esfuerzo. En el caso del sistema neumático, el conductor del camión instala y desinstala el sistema de descarga en menos de 5 minutos. Para evitar la sobrepresión en el interior de los silos textiles, y para evitar el escape de polvo durante la descarga, se dispone de un sistema de extracción de aire y su filtro de polvo accionado por un pequeño motor eléctrico. El camión camión neumático neumático lleva lleva incorporado un sistema sistema que proporciona propo rciona un ticket al usuario con co n la cantidad cantidad en kg de biomas biomasaa que se han descargado en la instalación del usuario a modo de albarán, a la espera de recibir la factura de la empresa suministradora. 2.4.3- Almacenamiento de la biomasa La biomasa puede almacenarse de diferentes maneras, dependiendo de las instalaciones existentes o la disponibilidad de espacio. Así, la biomasa se puede almacenar en un depósito dentro del edificio, en un almacén separado del edificio o en una habitación cerrada cerca de la caldera. Pueden utilizarse silos, en superficie o subterráneos; habitaciones acondicionadas, transportando el combustible hasta la caldera mediante un tornillo sinfín; contenedores situados al lado del edificio, con rampa ra mpass de descarga, des carga, trans t ranspo portando rtando la biomasa biomasa con un vehículo vehículo de interc intercam ambi bioo de carga, etc. e tc. El sistema de almacenamiento tiene una influencia directa en el tipo de transporte y en los sistemas de suministro. Los silos sobre el terreno necesitan vehículos de suministro que puedan descargar lanzando el combustible sobre la pila. Los silos subterráneos se pueden llenar con cualquier tipo de vehículo volquete, o caja basculante. Es muy importante la impermeabilización del almacén para evitar la entrada de agua del subsuelo o de las paredes en los sótanos. El almacenamiento de las astillas debe estar bien ventilado para permitir permitir su secado y evitar evitar la apar aparici ición ón de mohos. A continuación se exponen más detalladamente cada uno de los sistemas de almacenamiento de la biomasa: biomasa: a) Contenedor de almacenamiento: este sistema es la opción más razonable para usuarios que dispongan de poco espacio. Gracias a la dimensión del contenedor (de hasta 300 kg) se puede conseguir largo largoss periodos de autonomí aut onomíaa de la caldera. caldera. b) Silo textil: textil: este sistema sistema es ó ptimo ptimo en lugares lugares en los que haya espacio espacio suficie suficiente nte para par a su instalaci instalacióó n. El silo silo de lona está soportado soport ado por una estructura es tructura metálica, metálica, es perm per meable al aire pero no
al polvo, y es antiestático. Se puede instalar tanto en el interior como en el exterior del edificio; se rellena de biomasa por la parte superior y la alimentación a caldera es por la parte inferior mediante un tornillo sinfín. La capacidad de estos silos está entre 2 y 5 toneladas de combustible.
Silo de lona y alimentación a caldera del sistema de climatización (calor y frío por absorción). abs orción). Casa de la Cultura de Viana de Cega (Valladolid).
c) Depósito subterráneo: cuando no existe espacio suficiente para el almacenamiento del combustible, se podrá utilizar este tipo de depósito en el exterior de la vivienda, que mediante un sistema neumático transporta los pelets a la caldera. c) Silo de almacenamiento de obra: en este sistema se dan dos casos distintos: silo con suel inclinado con un tornillo sinfín que transporta el combustible a la caldera, o silo con un sistema de alimentación neumática que permite que el silo esté situado hasta a 30 m de la caldera.
2.4.4- Sistema de transporte interno. El combustible puede ser transportado desde el lugar de su almacenaje hasta la caldera de distintas formas. Cuando hay poco espacio disponible o el combustible tiene poca densidad, la opción más adecuada es un suelo suelo con rasc ra scador adores es horizontales hidr hidráuli áulicos. cos. Este sistema sistema ti t iene may mayo r coste cost e pero optimiz optimizaa el volumen del silo. Los rascadores rascado res giratorios (lamas de acero) son s on más más barato s y pueden utili utilizarse zarse con gran variedad variedad de combustibles (piña troceada, astillas de madera, etc). El silo de almacenamiento debe ser redondo o cuadrado para evitar espacios muertos. Un sistema muy utilizado es una combinación del suelo inclinado y un tornillo sinfín. La biomasa va deslizándose hasta finalizar en el canal donde se encuentra el tornillo que la transporta a la sala de calderas. La desventaja principal de este sistema radica en los espacios muertos existentes debajo de las rampas inclinadas. Es muy importante la inclinación y altura de las rampas, pues la biomasa puede atascarse si el diseñ diseñoo no es el adecuado. adecuado. El sistema más barato es el suelo inclinado con un sistema de alimentación neumático, pero sólo admite pelets o combustibles de tamaño y forma muy homogénea. La alimentación neumática permite permite que el silo silo de almacenaje almacenaje o depósito se encuentre encuentre a una dist distanci anciaa de ha sta 15 m de sde la sala de calderas, gracias a una manguera. El lugar de almacenaje debe de ser estrecho y largo, para evitar los posi pos ibles puntos muertos. mue rtos. Otra opción es una variación del último sistema explicado. Son los tornillos sinfín flexible, cuyo
funcionamiento es similar al neumático. Es muy útil para combustibles con impurezas que puedan atascar un tornillo rígido. El único inconveniente que puede dar lugar a algún problema es la abrasión del tornillo sinfín. 2.4.5- Características de la seguridad de los silos de biomasa El diseño de los silos de almacenamiento debe de cumplir una serie de premisas de seguridad para prevenir prevenir el e l daño del del co co mbust mbustiible o una autocombustió autocombustió n. Se pueden menci mencionar onar las las siguientes: siguientes: 1. Debe estar completame completame nte seco. s eco. 2. Disponer Disponer de una capa de goma goma que proteja pr oteja la la pared en los puntos puntos de d e contacto cont acto por golpeteo de los los combustibles durante su manipulación. 3. Hay que montar unas puert puertas as para el almacén almacén compac c ompactas tas e ignífugas ignífugas,, colocando unos tablone t abloness de madera que las protejan de la presión de la biomasa almacenada. 4. Evitar instalaciones eléctricas en el lugar de almacenamiento. 5. Dotar al sistema de transferencia de biomasa de una toma de tierra, para evitar la aparición de chispas por cargas electrostáticas durante su transporte. 6. Cerci Cerc io rarse de que la s paredes del de l silo silo soport so portan an la la presión del combus combustible tible almace almacenado nado y resis res isten ten al fuego fuego durante 90 minutos minutos.. 2.4.6- Pelets Los pelets son uno de los principales productos de la compactación de la biomasa. Generalmente para su fabricación abricación se utilizan utilizan material materiales es res r esidual iduales es de las industrias industrias de transf trans form or mación de la madera tales como virutas, serrines, polvo de lijado, etc. También es posible utilizar residuos de poda agrícola y de limpieza forestal. En este caso se requiere una serie de tratamientos previos de los residuos como el secado, astillado y/o molienda debido a que las operaciones de peletizado necesitan unas condiciones de humedad y granulometría especiales. Los pelets tienen forma cilíndrica, con diámetros normalmente comprendidos entre 6 y 12 mm y longitudes de 10 a 30 mm. Como consecuencia, los pelets pueden ser alimentados y dosificados mediante sistemas automáticos, siendo una ventaja en instalaciones de edificios. Pelets de madera Son aquellos aquellos cuya pro cedencia cedencia es mayo mayo ritar ritar iamente resi r esiduo duoss de madera. madera. Generalmente las instalaciones de fabricación de este tipo de pelets emplean residuos lignocelulósicos generados en los procesos industriales, con el objetivo de solucionar el problema de la acumulación de residuos. Aproximadamente, el 45% de la materia prima proviene de la industria de la primera transformación
de la madera, el 45% de industrias de segunda transformación de la madera (muebles, parquet, puertas,?) y el 10% restante procede de otras materias primas como residuos forestales, residuos de industrias textiles, etc. La materia prima se utiliza fundamentalmente en forma de serrín o astilla, porque reduce drásticamente drásticamente la transformaci transformacióó n físi física ca y los costes coste s de secado. secado. Los pelets tienen algunas ventajas que son de interés: - Es E s un comb co mbust ustiible estandarizado. estandarizado. - Requieren poco espacio espacio de almacen almacenami amiento. ento. - El esfuerzo en el mantenimiento y operación de la instalación es menor que con otros combustibles.
Agro pele Agro pelets ts Los agropelets son pelets cuyas materias primas son de origen agrícola, generalmente residuos (paja, residuos de podas, etc.). Actualmente es una línea de investigación que en un futuro puede llegar a tener interés para este tipo de instalaciones. Hoy en día se sabe que tienen algunas desventajas, como: Requieren de mayor espacio para su almacenamiento por su menor densidad. Pueden dar problemas de emisiones o corrosión de la caldera y, por tanto, mayor mantenimiento de la instalación. Fabricación de pele de pelets ts En la siguiente figura se representa el proceso de producción de pelets partiendo de los residuos de un aserradero. El serrín pasa a ser la materia prima del proceso de fabricación, y la viruta, el combustible necesario para generar aire caliente preciso para secar el serrín hasta un determinado grado de humedad. Naturalmente, con el debido tratamiento previo, otros residuos de madera pueden integrarse integrarse como c omo materias materias primas. primas. El peletizado está basado en la misma tecnología que la producción de pienso para animales. La biomasa, biomasa, para su adecuado peletizado, peletizado, ha de presentar presentar se lo más homogénea homogénea posi po sible ble y con unas características de humedad y granulometría determinadas y constantes en el tiempo. Una condición necesaria para la obtención de un pelet de calidad es que la humedad esté entre el 8 y el 10%, consiguiendo una buena aglomeración y evitando que el producto final se disgregue por exceso de agua. En cuanto a la granulometría de la materia prima, la óptima para este proceso está entre 6 y 8 mm. Para este tipo de plantas son necesarios una serie de equipos de reducción granulométrica y
separación. Aunque hay residuos que pueden ser peletizados sin ninguna preparación previa, la granulometría es esencial para alcanzar una buena compactación. Para los materiales madereros, una astilladora puede ser utilizada para la primera reducción de tamaño, pero en el caso del serrín y la viruta viruta no es necesaria. necesaria.
Los pelets en Euro pa En Europa, el uso de los pelets lleva implantado hace ya unos años, por lo que existen unos estándares utilizados por los fabricantes de pelets y calderas de biomasa. Estos pelets están caracterizados por: 1. Densidad media de unos 700 kg/m3 . Esta elevada densidad proporciona una ventaja en el transporte y el almacenamiento. 2. Bajo contenido contenido en e n cenizas cenizas (cerca de 0,5%) y humedad humedad (6-8%). (6-8%) . 3. Elevado poder calorífico en función de la materia prima con la que han sido fabricados, que alcanza valores de hasta 4.000-4.500 kcal/kg. Es interesante saber que dos kilogramos de pelets equivalen a un litro de gasóleo.
ANEXO I: Cálculo de consumo de combustible Se realizará aplicando la fórmula: , donde: P = Potencia útil de la instalación. G = son los grados/día correspondientes a la zona donde se haya ubicado el edificio (tabla 4, columna columna correspondient c orrespondientee a los grados-dí grado s-díaa anuales). anuales). u = coef coe ficie icie nte de uso (tab (ta bla 3). i = coeficiente de intermitencia (tabla 3). Ti ?Temperatura interior de cálculo (°C) (Ver tabla 1.) Te ?Temperatura exterior de cálculo (°C). (Ver tabla 2.) Y el consumo de energía o combustible anual será: , donde: Q = pérdidas anuales de la instalación. (P.C.I.) = poder calorífico inferior del combustible utilizado en kcal/kg; kcal/litro o kcal/m3 (ver las tablas correspondientes c orrespondientes)) R = rendimiento de la instalación (tabla (tabla 5). En caso de que la instalación incluya el servicio de ACS, habrá que sumarlo al valor de C obtenido.
Tabla 2 . Temperatura exterior exterior mí m ínima media a adoptar en el c álculo álculo de calefacciones calefacciones y grados-día. Altit Altitud ud
Tempera emperatur turaa
(m )
se ca ºC.
Altitu Altitud d (m)
Temperatur mperatur a sec a ºC .
Alba cete
680
-4,7
Mahón
82
4,7
Alicante
92
2,5
Málaga
12
3,4
Bar celona
8
1,2
Oviedo
336
-0,5
Bilba o
45
-0,7
P . Mallor ca
2
-0,7
Burgos
887
-7,2
S alama nc a
789
-6,3
Các es
459
-0,5
S anta nde r
64
3,1
C. Re al
628
-4,7
S antiago
316
-1,1
Córdoba
65
-1,2
S evilla
20
0,4
Ibiz a
8
3,9
Ter uel
884
-7,2
Je rez
50
0,9
Va le nc ia
50
-0,2
La Coruña
54
3,0
Va lladolid
715
-5,6
Las Pa lmas Logroño
10 345
12,1 -1,8
Vigo Zar agoz a
250 240
0,0 -3,4
Ma dr id
595
-4,2
ANEXO ANEXO II: Catál atá lo go de depósi depós itos de gasóleo.
A E R P L US
DEPOSITOS DE GASOLEO
®
SERIE CAPACIDAD LARGO ANCHO ALTO PESO PRECIO €
MULTITANK 200 LITROS LITRO S 585 585 882 22
235 MULTITANK 400 LITROS LITRO S 585 585 1180 44
357 TANK IN TANK TAN K 700 LITROS LITRO S 1142 727 1100 58
425 TANK IN TANK TAN K 1000 LITROS 1142 727 1540 88
589
TANK IN TANK PLASTIC 750 LITROS LITRO S 1190 660 1450 39
425 TANK IN TANK PLASTIC 1000 LITROS 1400 660 1660 53
589 TANK IN TANK PLASTIC 1000 LITROS 1190 770 1700 50
589 TANK IN TANK PLASTIC 1500 LITROS 1770 770 1700 95
882 INDICADOR DE N IVEL NEUMATICO 88,10 € SONDA PARA INDICADOR 40,30 € KIT ASPIRACION DEPOSITO 50,50 € 1. 2. 3. 4.
Carcasa metálica cincada por las dos caras como depósito exterior. Deposito interior soplado de una pieza sin soldaduras PEHD El depósito exterior es capaz de recoger el 100 % del volumen. Indicador de volumen en litros lo cual permite saber con exactitud el contenido en litros del deposito interior. 5. Indicador de fuga. 6. Kits de accesorios para unión de hasta 25 depósitos.
EJERCICIOS. 1. ?Calcular el consumo anual de combustible y el volumen del depósito (seleccionar uno del catálogo) de un sistema de calefacción que tiene las siguientes características: * Calder Calder a de gasóleo de 30.000 kcal/h. kcal/h. * Situado en Zaragoza. * Vivienda unifamiliar.
2. ?Calcular el consumo anual de combustible y el volumen del depósito (seleccionar uno del
catálogo) de un sistema de calefacción que tiene las siguientes características: * Calder Calder a de gasóleo de 25.000 kcal/h. kcal/h. * Situado en Teruel. * Vivienda unifamiliar. * Rendimiento 80 %. ?Calcular el con co nsumo anual anu al de combustible combustible de d e un sistema siste ma de calefa calefa cción que tiene las las sigui s iguiee nt es 3. ?Calcular características: * Caldera de gas natural de 30.000 kcal/h. * Situado en Zaragoza. * Instalación colectiva. ?Calcular el con co nsumo anual anu al de combustible combustible de d e un sistema siste ma de calefa calefa cción que tiene las las sigui s iguiee nt es 4. ?Calcular características: * Caldera de gas natural de 200 Kw. * Situado en Zaragoza. * Uso: Hotel. ?Calcular el con co nsumo anual anu al de combustible combustible de d e un sistema siste ma de calefa calefa cción que tiene las las sigui s iguiee nt es 5. ?Calcular características: * Caldera de biomasa, pelets de madera de 450 Kw. * Situado en Zaragoza. * Uso: Residencia de estudiantes.
