14 mar. 2011

Caldera de biomasa I: hazlo tú mismo


Esta es la prueba de concepto de una nueva caldera de biomasa que he construído aprovechando una vieja estufa de leña, basada en la construída por Jose en acero inox, pero tratando de minimizar el coste.
Al final, contando vieja estufa (200€ nueva), material inox (180€), electrodos inox. de 2 mm. (30€), y accesorios; motor, vaso expansión, barómetro, llaves, tubos, etc (150€) sale en total unos 600€ que se amortizarán en dos años si se compra la madera; en menos si tenemos madera gratis.
Hay a la venta calderas de biomasa que se basan en los mismos principios, pero son mucho más complejas, caras y difíciles de mantener.
Atención: Los depósitos a presión pueden suponer un peligro para las personas, este tipo de instalaciones deben llevar los elementos de seguridad adecuados para limitar los posibles fallos que se puedan producir en su funcionamiento (válvulas de descarga automáticas, etc). 

La caldera básicamente es una estufa adaptada a la que se ha añadido una caja hecha en acero inox. con cámaras de agua de 40 mm. en los laterales y 100 mm. en la zona superior,


que se ha colocado encima de una vieja caldera a la que se le ha recortado la parte trasera, donde recibe más calor.


El cajón lleva unas chapas separadas 15 mm. de la parte superior y laterales para forzar a las llamas y humos a rozar el depósito de agua, de forma que el aprovechamiento calorífico sea máximo, pero las de los laterales son opcionales.
Por otro lado utilizo la válvula de seguridad, el motor circulador, llave de llenado, vaso de expansión y demás accesorios necesarios de la caldera de gasoil roca que está al lado, a la que he añadido el termostato con dos sensores en el tubo de agua caliente y en el retorno del agua fría para controlar el funcionamiento de la bomba.

Ventajas e inconvenientes
Antes de pasar a comentaros sus detalles, vamos a analizar sus defectos y bondades.
Tras haberla probado durante tres días, sólo puedo decir que el rendimiento es sorprendente, con 5 kg. de leña calentamos todos los radiadores de la casa a 40º durante 3 horas; 100 m2 de casa unifamiliar de ladrillo con un nivel de aislamiento medio (cámara con una capa de fibra de vidrio de 2 cms).
Tengo la intención de colocarla en la cocina conectada a las tomas del radiador; de esta forma la estufa de leña no sólo calientaría la cocina (la habitación más concurrida de la casa), sino que también calentaría el resto de la casa, y con un mínimo gasto de leña.
La combustión, al reducirse el tiro natural por la salida de gases muy calientes por la chimenea, ahora con los gases a 200ºC máximo es más lenta, y como se fuerzan a los humos a subir y luego bajar dentro del hogar con las chapas, la superficie de contacto se aumenta, haciendo que la combustión sea muy eficiente; diría que se aprovecha un 80% de las calorías de la madera.

Tanta es la eficiencia que la única pega que ya había previsto es la falta de tiro hasta que la caldera coge calor; al salir los humos muy templados apenas tienen fuerza de ascensión, por lo que hay que empezar con maderas de rápida combustión (astillas de pino, piñas, etc) para evitar que el fuego se ahogue en su propio humo.
Esto se puede evitar colocando un tiro regulable en la chapa superior coincidiendo con la salida de humos, de forma que según va cogiendo calor se lo cerremos haciendo circular el fuego por los laterales.
También tiende a echar humo por la puerta si cargamos de madera cuando todavía la anterior no está en brasa, por lo que sería útil también en este caso, abriendo el paso directo al echar más madera.
El tiro regulable puede ser una varilla soldada a una chapa que deslice sobre una trampilla de 130x130 mm., con una argolla en la parte delantera de algún material no inflamable y aislante. Al estar entre la chapa superior y el depósito no cogería mucha temperatura.

Otra opción es poner una campana para la extracción de humos con un ventilador a la calle, pero como quiero colocarla en la cocina de casa (actualmente está en la zona "de pruebas"), lo próximo que haré será realizar el tiro regulable de salida directa.
Por otro lado la limpieza de hollines debe realizarse al menos anualmente; aunque como máximo tiende a ser de unos 4 mm. de espesor, tienen a acumularse en la tapa superior del fuego, que recircula los humos, por lo que hay que dejar una trampilla de acceso por la parte frontal, como la de Jose.


Construcción del cuerpo del depósito de agua

Después de analizar la caldera de Jose, llegué a la conclusión de que se podía obtener el mismo rendimiento y un ahorro de costes considerable sustituyendo el inoxidable donde no fuera necesario por otros materiales, como el acero, o aprovechando la base y puerta de una vieja estufa (que antes utilizaba un serpentín de cobre para trasladar parte del calor a otras habitaciones).
El cajón lo he construido en chapa inoxidable 304L de 3 mm. de esp.; unos 22 kg. de chapa. Para que también hiciera la función de depósito de inercia, le he dado bastante capacidad de agua; 100 mm. de altura la parte superior y 40 mm. los laterales.
Hubiera sido mejor hacer algunas partes con pliegues en vez de soldaduras, ya que se puede contratar ese mismo trabajo al que corta las chapas, pero como tampoco quería complicarlo y aparte de que me interesaba practicar la soldadura, pedí todo en piezas sueltas pequeñas y rectangulares.

He cortado la tapa de la vieja estufa en sus amarres, quedando al descubierto el serpentín de cobre, con una ligera capa de hollín, que se utilizó el pasado invierno, para coger las medidas que necesitaba para el despiece de las chapas de inox. del cajón de agua que adaptaremos encima.



Las medidas interiores del cajón serán las mismas que tiene de exterior la estufa, de forma que no quitemos sitio para hacer el fuego y meter madera; cuanto más grande nos quede, menos cargas de leña tendremos que hacer al día.

Se puede hacer a mano, pero yo he utilizado un programa de CAD para hacer los croquis de las chapas necesarias, con sus medidas. He mandado estos ficheros dxf a la empresa por email que corta las chapas por agua (hay unas cuantas en España), y en una semana las tenía en mi poder.

Qué técnica de soldadura usar
Para soldar cualquier tipo de depósito que no queremos que tenga fugas, lo mejor es usar TIG, como bien comenta Jose. Yo he utilizado soldadura por electrodo, más accesible, soldando con mucho cuidado, y a pesar de todo he tenido unas 15 fugas que hay que limpiar, y volver a tapar.
Mis consejos para soldar con electrodo son los siguientes:
- Hay que tener bastante experiencia para soldar un depósito y que quede bien. Si no la tienes, déjale el trabajo a otro.
- Limpiar bien la escoria cada vez que pares de soldar; cualquier mínimo resquicio se convertirá en un poro por donde escapará el agua.
- Suelda buenos cordones, moviendo el electrodo en zig-zag una vez por segundo para que agarre bien el caldo y no tengamos problemas de poros.

Punteado de las piezas
Para la salida de humos que atraviesa la cámara superior lo mejor era hacerla a partir de una llanta curvada de un diámetro 10 mm. más pequeño que la boca donde irá conectada la chimenea, pero como tenía que curvarlo al final y no tengo la maquinaria adecuada, compré cuatro chapas para hacerlo cuadrado, y en las esquinas que sobresalían un poco soldé unos pequeños triángulos para que no escapara el humo.


El cuadrado por donde saldrá el humo será de difícil acceso para soldar después, por lo que lo mejor es puntear las chapas en su sitio y soldarlas para que ya quede terminado.



Punteamos las chapas colocadas y luego terminamos soldando, colocando la pieza de forma que la soldadura nos quede horizontal siempre que sea posible, que es más sencillo obtener buenos resultados con electrodo.



Después, como podéis ver en las fotos, he ido colocando el resto de piezas en su sitio, punteándolas con pequeñas soldaduras para que se quedaran fijas en su sitio, y poder rectificar si había algún error. He empezado donde tiene más peso; en la parte superior, ya que es plana y puedo ir colocando piezas sin problema. A la base le punteo la parte delantera y la otra cara.


Después le voy punteando un lateral,


Y procedo con el otro y la chapa del interior del hogar,


Para terminar punteando el resto de piezas.



Preparando la vieja estufa
Luego he colocado a presentación el cajón en su sitio, para ver cuánta chapa de la estufa he de recortar para
adaptar el cajón encima del fuego, y comprobar que no hay ningún error de medida.



Marcamos con un rotulador gordo indeleble y procedemos a cortar con la amoladora y un disco de corte (de 1 mm. si es de Ø125 o de 2,5 si es de Ø178), utilizando la debida protección de seguridad; guantes, botas, gafas y cascos.


Una vez cortada éste es el aspecto que tiene; fijaos que le he quitado todas las piezas sueltas para poder cortarlo de arriba hacia abajo los laterales con comodidad.
La puerta tiene el cristal roto, que cambiaré por otro templado de la misma medida cuando la ponga en marcha definitivamente.



Y así queda colocada a presentación. Para ahorrar material he dejado ese espacio delante, pensando que si coloco una chapa de 10 o 15 mm. de espesor soldada al depósito tapando el hueco, el calor que coja ésta se trasladará por la soldadura a la chapa del depósito, por lo que nunca se calentará demasiado, y aprovecharemos más si cabe el calor de las llamas.



Terminando el depósito de la caldera de biomasa

Me gustó el resultado, así que procedí a terminar de soldar todo.



Hay que tener en cuenta que la soldadura, al contraerse, ejerce una tensión sobre el material que soldamos. Por eso es importante puntear antes de terminar de soldar. En mi caso, como se puede apreciar en la siguiente imagen, los laterales quedaron encogidos hacia el interior, aunque esto no afectaría a su colocación y se corrigió totalmente al meter presión.
La parte más complicada de soldar, y que debería haber preparado antes por el interior, son las esquinas interiores, por su difícil acceso para la limpieza en caso de que no queden bien. Aparecieron un par de poros y tuve que taparlos a base de dar capas de soldadura.


Lo siguiente era soldar los tubos de entrada y salida de agua. Había mandado el lateral izdo. al oxicorte por agua con ellos ya practicados en Ø22 mm., pero el de debajo, el de entrada de agua fría, había que desplazarlo para poder meter un tubo de forma que el agua fría entre por la parte inferior de la esquina opuesta, haciendo circular el agua por todo el depósito.

Agujero practicado con el tubo que introduciré

El agujero lo hice con la amoladora pequeña y un disco de 1 mm., con cuidado de no pasarme mucho.


Para mejorar la distribución del agua fría, le puse un trozo de tubo soldado para dirigir el agua hacia el frontal, pero es opcional.

El trozo de tubo redirige el agua hacia un lado

Hacemos lo mismo con la salida de agua caliente, que va en la parte superior; he utilizado el extremo de un tubo que ya tenía la rosca a 1/2 pulgada practicada.


Para comprobar la estanqueidad lo conecté a la red, pues en casa de mis padres tienen 7 bares de presión. Dado que tiene superficies planas, este depósito si se le mete mucha presión, tenderá a inflarse y romper las soldaduras, por lo que no debemos meter más de 3 bares. Después de todo va a trabajar a 1,5 bares y con 3 podemos comprobar con seguridad su estanqueidad.



En un principio no había colocado una llave de paso ni barómetro de presión, por lo que mientras aplicaba presión, iba marcando las fugas con un rotulador para su reparación.
En una de estas pruebas, olvidé la llave abierta y al rato descubrí que le había metido demasiada presión, con el peligro que conlleva, cediendo más allí donde más superficie sin soldadura había. Atención a la panza que cogió en el interior y que tuve que rectificar a base de martillazos.


La parte de atrás cogió bastante curva, llegando a aumentar 15 mm. en la parte más combada.


Para reparar las fugas hay que limpiar bien con la amoladora, eliminando gran parte de la soldadura de la zona de forma que se llegue a la raíz, y la soldadura quede bien fuerte.

Zona con fuga que ha sido limpiada para su soldadura
Para reforzar la zona y evitar futuros doblados por la presión, le soldé una chapa por el interior.
Cortando una ranura que coincidiera en ambos lados,


metí una chapa a la medida, sin que sobresalga, quedando 2 mm. metida para que el cordón fuera resistente,


y luego terminé soldando un cordón que rellenara bien el hueco.


Por suerte esta soldadura quedó perfecta en ambos lados, y no hubo que tapar ningún poro. Pero el resto de poros por falta de fusión, escoria o falta de aporte de material me llevó dos tardes repararlos. Pero la experiencia que me ha aportado no tiene precio.
Una vez que hemos tapado todos los poros, conviene dejarlo con presión durante 2 horas al menos para comprobar que ninguna parte pierde agua.

Y esto es todo por ahora, pincha aquí para ver la siguiente entrada donde explico cómo he soldado las chapas del interior para redirigir los humos, colocar el depósito sobre la vieja estufa, resultados y cosas a mejorar, con comentarios de Jose Ignacio, un amigo de la calefacción por biomasa.

Atención:Este tutorial describe la instalación de forma no legalizada (no homologada) de un sistema de aprovechamiento de calor. Se ponen a disposición pública para compartir el conocimiento adquirido, a modo de experimento casero; sin las adecuadas medidas de seguridad puede ser peligroso para las personas. No me hago responsable de lo que pase por el mal o buen uso de esta información; cada uno debe utilizar su sentido común y conocimientos para salvaguardar sus bienes materiales y físicos.
Tenga en cuenta que en caso de algún problema con un sistema no homologado ningún seguro se hará cargo de los daños.

7 comentarios:

  1. Vaya... uno que se lamenta de que le haya robado la idea :)
    Y lo bien que funciona!!

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  2. HOLA DAVID QUISIERA MONTAR UN SERPENTIN EN MI CHIMENEA DE LEÑA ,PARA RADIADORES EN LOS DORMITORIOS, COLOCANDO UN VASO DE EXPANCION ABIERTO PERO TENGO DUDAS .PODRIAS FACILITARME ALGUN ESQUEMA, GRACIAS

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  3. Hola David,enhorabuena por tu trabajo, te lo has currado mucho,pero permiteme unas preguntas,¿no hubiera sido mas facil realizar el deposito rectangular solo en la parte superior de la estufa? y ¿cuantos litros de agua hace el deposito?,¿son estos determinantes para mantener caliente los m2 de una vivienda?.
    Gracias de antemano,y un saludo
    Luis Miguel

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    Respuestas
    1. Efectívamente Luis, lo mejor, ahora mirándolo con la experiencia, hubiera sido poner ladrillo refractario fino a toda la cámara de combustión y el depósito rectangular en la parte superior, con una pequeña chapa para desviar un poco las llamas como comento en una entrada posterior. Los litros de agua del depósito son unos 25 lts y no son determinantes para nada, de hecho al no tener aislamiento es calor que al final se pierde al estar fuera de la casa la estufa.

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    2. Buenas David,lo primero gracias por contestarme,he de decirte que me he leido todas o casi todas la entradas referentes a este tema, incluidos los comenterios,pues la idea de aprovechar el calor de mi estufa la tengo de hace tiempo y por casualidad te encontré en la red.Te cuento

      Tengo una estufa de chapa prefabricada con una particularidad que es que en la parte superior tiene una especie de asador con tapa(ahora tengo metido varios ladrillos refractarios), en donde habia pensado introducir un deposito a medida, este haria una capacidad aprox. de 25lts,pero siempre he tenido ciertas dudas que creo que gracias a tu experiencias me podrias resolver,si eres tan amable,te cuento.

      1ºno sé si este deposito daría rendimiento para calentar radiadores en una vivienda de 100mts,aunque no pondria en la sala de estar que es donde está la estufa.

      2ºsi diera rendimiento que tiempo aprox. tardaria,partiendo de una temperatura interior de inicio de 10ºC,pues es una casa de fin de semana y no interesaria invertir en la instalacion, si para calentarla necesitara varios dias

      3ºHe visto que instalais una valvula de evacuacion de presion(seguridad)y otra de llenado automatico,para controlar la presion en el circuito,pero ¿no deberia absorber esta presion el vaso de expansion?,claro que suficientemente dimensionado.

      4ºMe he dado cuenta que es peligroso que la bomba pudiera pararse por cualquier circunstancia con el fuego encendido,pero si esto ocurriera ¿el agua no circularia por termosifón?,ya sé que la propia bomba osbtacularia el paso

      Esperando tu respuestas,te saluda
      Luis Miguel

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    3. Creo que tus preguntas están contestadas en otras entradas (leyendo y entendiendo cómo funcionan las cosas), pero aún así y sin que sirva de precedente te contestaré:
      1-Pues no te daría mucho más rendimiento del que ya te da, depende de cómo pongas el depósito. Si está en contacto directo con las llamas, mucho mejor.
      2- Depende... todo depende... (como dice la canción). Depende de cuánta leña metas, de las calorías que da la estufa, de la energía que necesite la casa... etc, no te puedo decir.
      3- La válvula de seguridad de 3 bares es por si por un problema aumenta mucho la presión en el circuito, para que salga por alguna parte y no te reviente.
      4- Y dale con el termosifón. Muchos otros han preguntado por eso, como si mágicamente el agua circulara por los radiadores. A ver, el agua caliente sube, haciendo bajar la fría. No hay más. Si tienes un depósito grande conectado al pequeño que pongas en la estufa, y lo pones el grande más alto que el pequeño, el agua caliente subirá al grande automáticamente, y dependiendo de cómo sean los tubos de comunicación y dónde estén colocados, puede ir más rápido o más lento, pero lo que no va a hacer es moverse sola de un radiador a otro.
      Espero que te aclarase un poco. Hay que leerse también los comentarios, que antes que tú seguro que alguien ha pensado lo mismo ;)

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