Este documento describe diferentes tipos de calderas de biomasa y sus características. Incluye calderas de pellets, policombustibles y de leña, así como tecnologías de quemado como de parrillas, lecho fluidizado burbujeante y circulante. También presenta un ejercicio sobre el diseño de una planta de biomasa de 20 MW que requeriría aproximadamente 140,000 toneladas de biomasa por año.

1. Calderas de Biomasa
Las calderasde biomasase puedenclasificarde diferentesformas.
Segúnel tipode combustible que utilizan
Calderas de Pellets
Estas calderassoloadmitenel Pelletcomocombustibleprincipal.
Disponende ungran depósitode aguasanitaria.
Su reducidotamañoysu gran eficienciahacenque sealamejoropciónparaviviendascon
espaciosreducidos.
Calderas Policombustibles
Son calderasmuyversátiles,admitentodotipode combustible;Pellet,Huesode aceituna,
Maíz, Cáscara de Almendra,etc.
Tambiénexiste laposibilidadde adaptarunKit adicional,paralacombustiónde Leña.
Calderas de leña
Se alimentanúnicamente de leñaysucombustiónesporgasificación.
Este tipode Calderasde Leñaofrecenunmejorrendimientoyunalargavida útil,suuso
aseguraun gran ahorro enla calefacciónde suhogar.
Es importantedestacarquecuando seva a diseñaruna planta de biomasa,eldiseño se realiza
para un solo tipo decombustible.
Segúntecnología de quemado
Las tecnologíaspara el quemadoyla recuperaciónenergéticade combustiblesresidualesse
puedenagruparentresgrandesgrupos:
De parrillas
Este tipode reactoresse utilizanconcombustiblestroceadosentamañosde 1a 10 cm. Es el
reactor más simple.El gas,que se produce enla zonade gasificación,sale del reactorjuntocon
losproductosde la pirólisisydel vaporprocedentede lazonade secado.El gas de proceso
(400 °C) tiene unaltoporcentaje de alquitranes,pudiendousarse paracalefacción.
El principiode funcionamientose basaenel avance del combustible medianteel arrastre de
unoselementosprovistosde movimientorelativoentre sí.Estoselementossostienenal
combustible,insuflándoseentre losmismosel aire necesariopara lacombustión.Segúnvan
avanzandolosresiduosse vacompletandolacombustiónde estos,de formaque ala salidael
contenidode inquemadosesbajo.
La tecnologíade parrillasesel procedimientomásutilizado.
De lechofluidizado
Se basa en unacombustiónlentaabaja temperatura,mediante unmaterial inerte caliente
como laarena, que permite encenderel combustible al quedarencontactodirectocondicho
material

2. Estos reactorestienenaltacapacidadde procesadoyuna mayorflexibilidad.Presentancomo
desventajasulaaltaconcentraciónde partículassólidasemitidasenel gasde salida,loque
dificultalassiguientesfasesde depuraciónyacondicionamientode losgases.Se pueden
clasificarsegúnlavelocidadde fluidizaciónen:lechofluidizadoburbujeante (1-2m/s) ylecho
fluidizadocirculante (mayorde 5 m/s).
La combustiónse realizaenel senode unamasaque se mantiene ensuspensiónmedianteuna
corriente de aire ascensional que fluidificaesamasaque estáformadapor:
a) lascenizasdel combustible
b) un absorbente mineral (caliza)
c) el propiocombustible.
Cuandola velocidaddel aire esbaja,éste pasaráatravésde la masade partículassindar lugar
a ningunadistorsiónenlasmismas.Si se aumentalavelocidaddel aire,llegaráunmomentoen
que la fuerzaimpulsoradel aire seapróximaalafuerzade la gravedadque mantiene juntasa
laspartículas enel fondodel cilindro,momentoenel que comienzanéstasamoverse yse
observaunaumentode la porosidadenel lecho.Al aumentaraún másla velocidaddel aire,
llegaunmomentoenel que laspartículasindividualesse venforzadasaunmovimientohacia
arriba,viéndose suspendidaenlacorriente de aire yoriginandoel denominado"lecho
suspendido".
Un aumentode la velocidaddel aire originaráunaexpansióndellecho,ypermitiráel
movimientode laspartículasensu interior,dandolugara lafluidización.
Burbujeante
Operacon bajasvelocidadesdel aire de fluidizaciónyse caracterizapor permanecerenel
lecholamayor parte de lossólidosysolamente unaparte,normalmenteinferioral 10%, pasan
al ciclón.
Circulante
Las calderasde lechofluidocirculante recirculanel material inerte yel combustibleaalta
velocidadenunloopcomoparte del procesode combustión.
Con velocidadesmuyelevadasdel aire de fluidizaciónse produce el arrastre de grancantidad
de sólidosdel lecho,pudiéndosereciclarunagranparte de éstosmediante unciclóno
multiciclón,dandolugaral denominado"lechofluidizadocirculante”.
Las calderasde lechofluidocirculante representanlamásavanzadatecnologíaencalderasde
fuerza.
Ejercicio:
Se deseaconstruirunaplanta de biomasa,concombustible principal orujillode aceituna,
14500 kJ/kgPCIy 20% humedad,de 20 MW. Responderalas siguientescuestiones:
1. ¿Es posible construirunaplantade biomasade 100 MW?
2. ¿Cuántabiomasanecesitalaplantapara producirdurante 7000 horasequivalentes?

3. 3. ¿Cuántocostaría esta planta,aproximadamente?
4. ¿Qué equiposysistemasprincipalestendría?
Considerandoque un25%de la energíatérmicase convierte enenergíaeléctrica,calculamos
la cantidadde MW térmicos(MWt) necesariosparagenerar20 MW eléctricos(MWe).
20
0.25
= 80 𝑀𝑊𝑡
Considerandoque ladisponibilidadde unaplantade biomasaesde aproximadamente un
80%, estoindicaque las horasde funcionamientoenunañoserán de aproximadamente 7000
horas.
Por lotanto,la cantidadde MWh térmicosproducidosenunañoserán de:
7000 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 ∗ 80𝑀𝑊𝑡 = 560000 𝑀𝑊ℎ𝑡
Considerandoque 1kWh=3600 kJ, podemoscalcularlacantidadde energíaenkJ que será
necesariaaportarpor parte de labiomasa:
560000000 𝑘𝑊ℎ 𝑡 ∗ 3600 = 2.016𝑥1012 𝑘𝐽
Tomandoencuenta que el PCIdel orujillode aceitunaesde 14500 kJ/kg,lacantidaden t de
biomasanecesariaparaproducirdurante 7000 horasequivalentesserá:
2,016𝑥1012
14500
≈ 140000 𝑡
Considerandoque el costode unaplantade biomasa se puede calcularcomo
3000000€ + 2000000€ ∗ 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑁𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙
El costo de estaplantasería de aproximadamente
3000000€ + 2000000€ ∗ 20 = 43000000 €
Considerandoque uncamiónenpromediotiene unacapacidadde cargar 20 t, podríamos
estimarlacantidadde camionesdiariosnecesariosparasuministrarla cantidadde biomasa
necesariaparala producciónrequerida.
140000
20
= 7000 𝑐𝑎𝑚𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑎𝑙 𝑎ñ𝑜
Suponiendoque se trabajarán250 días al año, podemoscalcularlacantidaddiariade
camionesnecesarios:
7000
250
= 28 𝑐𝑎𝑚𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠
En el caso de considerarunaplantade 100 MW, la cantidadde camionesdiariossería5 veces
mayor locual vuelve inviable estaopciónporquelalimitaciónestaríaenlalogística
(aproximadamente 140camionesdiarios).

4. Principales equipos y sistemas de unaplanta de biomasa
1. Sistemade almacenamientoytratamientode biomasa
2. Sistemade Secadode biomasa
3. Calderade biomasa
4. Sistemade depuraciónde gases
5. Cicloagua/vapor
6. Turbinade vapor
7. Generador
8. Sistemaeléctricode altatensión
9. Sistemaeléctricode bajatensión
10. Sistemasauxiliares
11. Sistemade Control Distribuido
1. Sistemade almacenamientoytratamientode biomasa
La biomasapreviamente triturada(conunagranulometríayuna humedadmedia
determinadasllegaalaplantamediante camioneslanzadera desdelaplantade trituración.
Tras su pesaje,enlabásculade control,el combustible esdescargadoenuntransportador
de cadenas,que lodesplazahaciaunosrodillosniveladores.Losrodillosniveladoresprovocan
que la biomasafluyamásequilibrada haciaunacintatransportadoraque la transportaa la
torre,se realizauncribadode biomasapara extraeraquellaspartículasque excedanlas
dimensionesmáximasrequeridasporlacaldera.
Una vez se han eliminadolasimpurezasde labiomasa,éstaes almacenadaenunsilo.

5. 2. Sistemade Secadode biomasa
El secadoconsiste enlaevaporacióndel contenidoenaguadel elementoasecar.
Hay diferentestiposde secadode biomasaque se listanacontinuación:
SECADORVERTICAL
Temperaturade aire caliente 140 º C
Cereales,oleaginosasyproductosgranulados
SECADORROTATIVO
Temperaturade aire caliente hasta800 º C
todotipode productos
SECADORDE BANDA
Temperaturade trabajohasta 140 º C
todotipode productos< 40 mm
3. Calderade biomasa
Hogar
El hogar es el espaciode lacaldera enel que se realizalacombustión yconstituye la
denominadazonade radiación,al sereste el mecanismode transmisiónde calorque tiene
lugaren el mismo,porefectode lallama.Las paredesque delimitanel hogarpuedenserde
material refractario(calderasde hogarcaliente),de tubosde agua(calderasde hogarfrío),o
bienunacombinaciónde estos.
Economizador
Se trata de un elementoel cual tiene comofinel hechode recuperarel calorsensible de los
gasesde salidade una calderade vapor para aumentarasí la temperaturadel fluidode
alimentación,lacual generalmente esde agua.
El funcionamientoesmuysencilloyaque estáformadoporunostubosloscualeshacenque se
pase el agua de alimentaciónantesde que éstase inyecte enlacaldera.Losgasesde
combustiónpasanporlostubos del economizadoryasí se vancalentandoel aguaque
alimentan.
El usode uneconomizadorse debe generalmente yaque permiteque aprovechenel calor
sensible de loshumosylosproductosde lacombustiónque de otraforma se expulsaríanala
atmósferasinmás.
Evaporador
Es un intercambiadorque aprovechael calorde losgasesde escape de temperatura
intermediaparaevaporarel aguaa la presióndel circuitocorrespondientes,lacirculacióndel
agua a travésde éste puede serforzadaonatural,enla forzadase utilizanbombasyenla
natural el efectotermosifón,aunque tambiénse usanbombasenlosmomentosde arranque o
cuandosea necesario,devolviendoel vaporal calderín.

6. Sobrecalentador
Es un intercambiadorque se encuentraenlaparte máscercana a laentradade losgases
procedentesde lacombustión,el vaporque sale yaestálistoparaserenviadoa laturbinade
vapor,este vapordebe serlo máspuro posible ydebe ir libre de gotasde agua que
deterioraríannuestraturbina,tambiéndebemostenercontroladalatemperaturaypresióndel
vapor para evitarestréstérmicoenlosdiferentescomponentes.
4. Sistemade depuraciónde gases
Los gasesprocedentesde laplantade incineracióndebenserdepurados,antesde su
lanzamientoal exterior,empleandounfiltroelectrostático,estosfiltrostienenlaformade una
o variascámaras de chapa,en cuya parte baja llevantolvasparael polvo.
En el filtromulticiclónicose extraenlosinquemadosylaspartículasde gran tamañoque se
encuentrenenlosgasesde escape yse devuelvenal hornoparasu combustión
Los gasespasan porel campo eléctricocreadoentre loshilosylasplacas.El polvoes
rechazadosobre lasplacas o electrodoscolectoresycae enla tolva,de donde esevacuado
mediante unsistemaapropiado.El polvoque permanece adheridoalasplacas se evacua
mediante unapercusiónperiódica.Laeliminacióndel polvoque se adhiere aloshilosse hace
igualmente golpeándolos confrecuenciauniforme.
5. Ciclode agua/vapor
Está compuestoporlossiguienteselementos:
Condensador:Esun intercambiadorde calorformadopor multitudde tubos,atravésde los
cualescirculael fluidorefrigerante normalmente agua,sufunciónescondensarel vaporque
sale de la turbinade vapor,tambiénse aprovechaeneste puntopara eliminargases
incondesablesynocivosyaque algunossonmuycorrosivoscomoel oxígeno,se eliminanpor
métodosfísicooquímicoscomo la hidracina.
Bombasde condensado:sonlasencargadasde enviarel aguacondensadaenel condensador
al depósitode aguade alimentación.
Tanque de alimentaciónyDesgasificador:Esel depósitodondese almacenael aguade
alimentaciónque iráala calderapara convertirse envaporydespuésserconducidoala
turbinade gas. El tanque tambiénpuede llevaracopladoundesgasificadoryaque se
aprovechapara eliminarlosrestosde oxígenoque nose hanpodidoquitarenel condensador,
para eliminarel oxígenose calientael aguaque hay en el depósitopormediode vaporque ha
sidoextraídode la turbinade vapor.
Bombasde alimentación:sonlasencargadasde enviarel aguadesde el tanque de
alimentaciónal economizador,paraque asívuelvaa empezarel ciclo.
6. Turbinade vapor
El ciclode las turbinasde vaporcorresponde al ciclode Ranking.
De formasimplificada,yparael ciclobásico,la evolucióndel fluidosigue lassiguientesetapas:

7. 1) Una etapade expansióndel fluidoenfase vapor,realizadaenunamáquinatérmica
denominadaturbinade vaporylomás isentrópicaposible.
2) A la salidade laturbinade vapor, unacesiónde calor residual del vaporapresión
constante enun dispositivollamadocondensador.Eneste dispositivose realizala
condensacióntotal del mismoy supasoa fase líquida.
3) Una o variasetapasde elevaciónde lapresióndel fluido.El procesose realizaconel fluido
enfase líquida,conbombasy fuerade lazona de cambiode fase.Éstaes una de lasprincipales
diferenciasconel ciclode Carnotya que,ensentidoestricto,paraobtenerlamáximaeficiencia
sería necesariorealizarlacompresiónde unfluidobifásico,conladificultadtecnológicaque
elloconlleva.
4) Una etapade aportaciónde calor a presiónconstante,que enloscicloscombinadosse
hace enla calderade recuperaciónde calorpor losgasesde escape de la turbinade gas. El
fluidorealizaunaetapade calentamientoprevioenfase líquida,unprocesode cambiode fase
y una elevaciónposteriorde latemperaturadel vaporen loque se denominasobrecalentador,
motivadaporla necesidadde disminuirlahumedadenel vaporenlasúltimasetapasde
expansiónde laturbina.Estoúltimoconstituyelasegundaparticularidaddel ciclode Rankingy
otra diferenciafundamental conel ciclode Carnot.
7. Generador
El generadoresel responsablede convertirlaenergíamecánicade laturbinade vaporen
energíaeléctrica.Se trata de una tecnologíamadura,yque notiene ningúnelementoespecial
con respectoa losgeneradores síncronos empleadosenotrascentraleseléctricas.
La velocidadde rotaciónde laturbinaesnormalmente superior,al tratarse de turbinasde
pequeñotamañoque obtienenunmejorrendimientoavelocidadesmayores.Porello,es
necesarioacoplarentre el generadory laturbinauna caja de engranajesreductorade
velocidad.
Las tensionesde generaciónhabitualesoscilanentrelos6,3kV para plantasde poca potencia
(entre 1 y 5 MW) y 11 kV para plantasmayores.Cualquieraque sealatensiónelegida,debe

8. elevarse posteriormente hastalatensiónde exportación,conlaayudadel transformador
principal.
8. Sistemade AltaTensión
El sistemade altatensiónloformanel transformadorprincipal,el interruptorprincipalylos
seccionadores,losequiposde sincronizaciónyprotecciónylalíneade evacuaciónde energía.
El sistemade medialoformanlosembarrados,el transformadorauxiliar,losalternadores,los
interruptoresde máquinayseccionadoresylas celdasde mediatensión.
La funcióndel sistemade altatensiónes de enlace conlaredeléctricade la zona,con los
equiposde generacióneléctricaycon el restode losequiposconsumidoresde laplanta,de
formaque esta conexiónse realice enlascondicionesde seguridadyestabilidadnecesarias,
tanto para losequipos comoparalas personas.
La central se conectaa unared eléctricaenunnivel de tensión yfrecuenciaque engeneral
viene impuestopordichared.El gestorde esared decide donde resultamásconveniente
hacer laconexiónconla redeléctricade lazona.
9. Sistemade BajaTensión
Lo componenlostransformadoresdel ladode baja,losequiposconectadosaestatensión
(bombas,motores,extractores,compresores,ventiladores) ydiversosservicios(alumbrado,
suministroeléctricoaedificiosde laplanta,etc.).
10. Sistemasauxiliares
Son todosaquellossistemasque formanparte de unaplantade biomasa,que son
imprescindiblesparael correctofuncionamiento,peroque noformanparte del trende
potencia,lacaldera,el cicloagua vapory lossistemaseléctricos. Portanto, estáncompuestos
por una serie de sistemasmuyheterogéneos,que asistenalossistemasprincipales.
Los sistemasauxiliaresde unaplantade biomasasonlossiguientes:
 Plantade Tratamientode Agua(PTA)
 Sistemade Refrigeraciónde Equipos(CCW)
 Sistemade RefrigeraciónPrincipal (MCW)
 Sistemade Tratamientode Vertidos(PTE)
 Sistemade combustibleauxiliar
 Sistemacontraincendios(PCI)
 Sistemade producciónde aire comprimido
11. Sistemade Control Distribuido
El Sistemade Control Distribuido(DCS) paraplantasde biomasase apoyaen una arquitectura
basada enprocesadoresredundantesde últimageneraciónymódulosde E/Sdescentralizados
y ubicadosenlospuntoscríticos de la instalación.
El sistemade control ejecutalasaccionescomplejasnecesariasparael control y
automatizacióndel procesoenfunciónalasseñalesrecibidasdesde losperiféricosde campoy
de losdiferentessistemasautónomos.

9.  Calderade vapor
 Alimentaciónde combustiblede biomasa
 Sistemasauxiliaresde laturbina-generador
 Plantade tratamientode aguas
 Sistemade refrigeración
 Sistemade filtros
 Otros sistemasautónomos
Mediante el sistemade monitorizaciónde plantaesposiblelaoperaciónysupervisiónde todo
el sistema:
 Pantallas de proceso
 Históricos
 Alarmasy eventosconcronologíade milisegundos.
 Informes
Trabajo presentado en la materia OtrasEnergías Renovablesdictada porel ProfesorSantiago
García Garrido en curso del MásterUniversitario en EnergíasRenovablesen SistemasEléctricos
de la Universidad CarlosIIIdeMadrid.
Referencias:
http://www.renovetecingenieria.com/biomasa/calderasbiomasa.html
https://previa.uclm.es/area/ing_rural/Proyectos/JavierRomero/Anexo10.pdf
http://grupobiosan.com/calderas-de-biomasa.html
https://smienergias.wordpress.com/tag/biomasa/
http://www.energetica21.com/descargar.php?seccion=articulos&archivo=IC4cPRIVJjsjJEmssFy
qLEgI24tdVNEeQ87gOE2Yni9wnkdUpQA1Vh0.pdf
https://eps.unizar.es/sites/eps.unizar.es/files/users/ccano/presentaciones/apisa_charla_polite
cnica_2016.pdf
https://www.calderasvapor.com/2017/05/25/los-economizadores-en-las-calderas-de-vapor/
http://opex-energy.com/ciclos/calderas_hrsg.html
https://previa.uclm.es/area/ing_rural/Proyectos/JavierRomero/Anexo11.pdf
http://www.cicloscombinados.com/cicloaguavapor.html
http://www.plantasdebiomasa.net/generad.html
https://www.ingeteam.com/es-es/energia/plantas-de-generacion-de-
energia/p15_25_78_12/sistemas-de-control-distribuido-dcs-en-biomasa.aspx