Caldeiras de aquecimento por pirólise: princípio de funcionamento e tipos de caldeiras de longa duração

Os anos passam, a ciência e a tecnologia avançam, e os combustíveis sólidos ainda são muito procurados. Queimar lenha em um fogão tradicional ou em um fogão de ferro não é muito eficiente, mas a situação mudou com as caldeiras de pirólise para aquecimento – unidades que se destacam pela alta eficiência e operação relativamente simples.

Concorde, estes são argumentos bastante significativos na configuração de aquecimento autônomo. Se você está procurando uma caldeira eficiente para sua casa, vale a pena dar uma olhada mais de perto nas caldeiras de pirólise.

Explicaremos como funcionam as unidades de longa combustão, suas características técnicas e operacionais, e também apresentaremos uma visão geral dos modelos mais bem avaliados de fabricantes nacionais e estrangeiros.

O que é pirólise

A lenha é, talvez, o primeiro combustível da história humana. Quase todo mundo sabe como ela queima rapidamente ao ar livre e que o calor liberado não é tão grande. Mas a situação muda drasticamente se forem criadas condições diferentes para o processo de combustão.

A chamada combustão por pirólise ocorre em câmaras fechadas. Lá são carregados lenha ou outros combustíveis sólidos semelhantes: pellets, serragem, resíduos de produção de madeira, etc.

O combustível é aceso e em seguida a quantidade de ar que entra na câmara é reduzida.

Como se sabe, durante a combustão ocorrem processos oxidativos, um dos principais participantes dos quais é o oxigênio contido no ar. Se houver pouco oxigênio, a reação diminui e a lenha queima lentamente; na verdade, nessas condições, ela apenas carboniza. Nesse processo, é liberada uma certa quantidade de energia térmica, cinzas e gás combustível.

O processo de pirólise não termina aí. O gás obtido na queima do combustível primário se mistura com as massas de ar e também queima. Como resultado, é liberada muito mais energia térmica do que na operação de geradores de calor padrão.

Portanto, as caldeiras de pirólise demonstram uma eficiência muito boa em comparação com seus irmãos a combustível sólido puros, e também frequentemente proporcionam uma economia significativa no aquecimento.

A vantagem dos equipamentos de aquecimento deste tipo é que o princípio de funcionamento e construção é relativamente simples. A quantidade de ar que entra nas câmaras de combustão é regulada por uma comporta mecânica comum. A construção simples garante a confiabilidade do dispositivo; avarias em caldeiras de pirólise não são comuns.

Este esquema demonstra claramente todas as etapas do processo de combustão por pirólise. A temperatura dentro do dispositivo pode atingir 1200°C (+)

Outra vantagem das caldeiras de pirólise é o longo período de combustão. O carregamento completo do dispositivo com combustível permite não interferir no processo por várias horas, às vezes mais de um dia, ou seja, não há necessidade de adicionar constantemente lenha à fornalha, como ocorre na combustão aberta.

Claro, isso não significa que a caldeira de pirólise possa ser deixada sem vigilância. Tal como acontece com outros equipamentos de aquecimento, existem regras rigorosas de segurança.

Vale lembrar que a caldeira de pirólise não é omnívora – a umidade do combustível deve ser baixa. Caso contrário, parte da preciosa energia térmica será gasta não no aquecimento do fluido de transferência de calor, mas na secagem do combustível.

As caldeiras de combustão por pirólise, especialmente as de ferro fundido, têm um peso físico significativo, por isso são sempre apresentadas apenas em modelos de piso.

Na combustão por pirólise, o combustível queima quase completamente; será necessário limpar o dispositivo com muito menos frequência do que ao operar uma caldeira tradicional a combustível sólido. A cinza fina obtida após a limpeza é usada como fertilizante. A combustão do combustível nessas caldeiras ocorre de cima para baixo.

Portanto, as possibilidades de circulação natural do ar na fornalha são consideravelmente limitadas. O uso de injeção forçada de ar por meio de um ventilador melhora significativamente a eficiência do dispositivo, mas torna a caldeira dependente de energia elétrica, pois o ventilador necessita de eletricidade para funcionar.

Estrutura e funcionamento da caldeira de pirólise

A fornalha da caldeira de pirólise é dividida em duas seções. Na primeira, a lenha queima, e na segunda ocorre a combustão secundária da mistura de gases de pirólise e ar. A primeira câmara é separada da segunda por uma grelha, sobre a qual o combustível é colocado.

O ar geralmente é insuflado à força por meio de um pequeno ventilador. Embora em modelos pequenos, às vezes seja usado um exaustor para criar tiragem.

Este esquema mostra o dispositivo da caldeira de pirólise de queima inferior. A lenha queima lentamente com baixa quantidade de oxigênio e libera gás combustível (+).

A presença de ventilação forçada pode ser considerada a principal diferença entre a caldeira de pirólise e o modelo clássico de combustível sólido. O corpo do dispositivo consiste em duas partes encaixadas uma na outra. O espaço entre as paredes é preenchido com fluido térmico, cujo papel é tradicionalmente desempenhado pela água.

Primeiro, o combustível é carregado na primeira seção da fornalha da caldeira de pirólise, em seguida o ventilador é ligado e o combustível é aceso. Os gases combustíveis resultantes movem-se para a segunda seção, misturam-se com o ar e queimam.

A temperatura de combustão pode atingir 1200°C. A água no trocador de calor externo aquece e circula pelo sistema de aquecimento da casa. Os resíduos dos produtos de combustão são removidos pela chaminé.

Uma crítica que pode ser feita aos dispositivos que utilizam o princípio de pirólise é o preço relativamente alto. Uma caldeira comum a combustível sólido custa significativamente menos. Mas nas caldeiras de longa duração, a lenha queima quase completamente, o que não se pode dizer da caldeira clássica.

A lenha para a caldeira de pirólise está sujeita a requisitos específicos de tamanho e umidade. Informações detalhadas podem ser encontradas no manual do fabricante.

Ao escolher uma caldeira de pirólise, lembre-se de que os modelos baratos de baixa potência geralmente são projetados apenas para lenha. As modificações mais caras podem funcionar com diferentes tipos de combustível.

Além disso, o combustível deve ser carregado ao máximo no dispositivo; a redução da carga leva a uma maior formação de cinzas e fuligem, além de afetar negativamente o funcionamento do aparelho como um todo.

Caldeiras de combustão superior

Uma das variantes do dispositivo de pirólise – a caldeira de queima superior. O princípio de funcionamento desses dois aparelhos é muito semelhante.

Da mesma forma, carrega-se uma grande quantidade de combustível sólido com baixa umidade na fornalha, o ar é insuflado forçadamente e garante-se a combustão lenta do combustível com quantidade reduzida de oxigênio. A válvula que regula o fluxo de oxigênio é ajustada na posição adequada.

Esquema do dispositivo da caldeira de combustão superior. A fornalha dessa caldeira tem fundo cego, as partículas dos produtos da combustão são removidas pela chaminé (+)

Porém, as caldeiras de combustão prolongada não possuem nem cinzeiro nem grelha. O fundo é uma placa metálica cega. Essas caldeiras são projetadas para que a madeira queime completamente, e a pequena quantidade de cinzas restante na fornalha seja soprada pelo ar.

Tais dispositivos possuem alto rendimento (eficiência) e também operam a temperaturas superiores a 1000°C.

A principal característica desses dispositivos – eles realmente garantem um longo período de funcionamento com carga completa. A câmara de combustível nesses dispositivos geralmente tem formato cilíndrico.

Nela, o combustível é carregado pela parte superior, e também pela parte superior, pelo centro, é insuflado o ar necessário para a combustão.

Nas caldeiras de combustão superior, o dispositivo para insuflar ar – é um elemento móvel que desce à medida que a lenha queima.

Assim, ocorre a combustão lenta da camada superior do combustível. O combustível queima gradualmente, seu nível na fornalha diminui. Ao mesmo tempo, a posição do dispositivo de alimentação de ar na fornalha também muda; este elemento nesses modelos é móvel e praticamente repousa sobre a camada superior de lenha.

O segundo estágio da combustão ocorre na parte superior da fornalha, que é separada do compartimento inferior por um disco metálico espesso. Os gases quentes da pirólise, formados pela queima do combustível na parte inferior, expandem-se e movem-se para cima.

Aqui, eles se misturam com o ar e queimam, transferindo adicionalmente uma porção substancial de energia térmica para o trocador de calor.

A viga que segura o disco, que divide a câmara de combustão em duas partes, assim como o próprio disco, durante o funcionamento da caldeira de combustão superior está constantemente sujeita a altas temperaturas. Com o tempo, esses elementos se queimam, e será necessário substituí-los periodicamente.

Na saída da segunda parte da câmara de combustível, geralmente está instalado um regulador de tiragem. É um dispositivo automático que determina a temperatura do fluido de aquecimento e, com base nos dados obtidos, regula a intensidade do movimento do gás combustível. Ele protege o dispositivo contra possível superaquecimento.

Vale ressaltar que o trocador de calor externo nessas caldeiras reage às mudanças na velocidade de circulação do líquido no trocador de calor, ou seja, às variações de temperatura. Na superfície do dispositivo, forma-se imediatamente uma camada de condensado, que causa corrosão, especialmente no caso de caldeiras de aço.

É preferível escolher um dispositivo de ferro fundido, que resiste muito melhor a esse tipo de impacto.

Embora o combustível em caldeiras de pirólise de longa duração deva queimar sem resíduos, na prática isso nem sempre acontece. Às vezes, as cinzas se sinterizam, formando partículas que são difíceis de remover com o fluxo de ar.

Se uma grande quantidade desses resíduos se acumular na fornalha, pode ocorrer uma redução perceptível na transferência de calor do agregado. Portanto, a caldeira de combustão superior deve ser limpa periodicamente.

A peculiaridade dos dispositivos deste tipo é que, à medida que o combustível queima, é possível reabastecê-lo sem esperar a queima total da carga de combustível. Isso é conveniente quando é preciso se livrar de resíduos domésticos combustíveis.

Existem também variedades de caldeiras de combustão superior que funcionam não apenas com combustível de madeira, mas também com carvão. Unidades complexas de controle automático estão ausentes nas caldeiras de pirólise deste tipo, portanto, avarias graves são extremamente raras.

A construção da caldeira de combustão superior permite carregar a fornalha apenas parcialmente, se necessário. No entanto, nesse caso, acender a camada superior de combustível pode não ser simples. O próprio combustível deve estar seco; lenha de uma pilha aberta não é adequada para essa caldeira.

Combustível de frações grandes também não deve ser usado para este tipo de equipamento, ou seja, a lenha terá que ser obrigatoriamente partida em pedaços pequenos.

Características de operação de caldeiras geradoras de gás

A eficiência do trabalho de uma caldeira de pirólise depende em grande parte do tipo e qualidade do combustível. Tecnicamente, é possível carregar na fornalha não apenas madeira, mas também carvão e até turfa; a maioria dos modelos modernos de caldeiras são projetados para usar vários tipos de combustível.

A madeira queima em aproximadamente 5-6 horas, dependendo da espécie. Quanto mais dura a madeira, mais tempo ela queima.

Os modelos modernos de caldeiras de combustão por pirólise podem funcionar com vários tipos de combustível de madeira: lenha, briquetes, pellets, carvão, turfa, etc.

Cerca de dez horas serão necessárias para a queima do carvão preto, enquanto a mesma quantidade de carvão marrom queimará lentamente por oito horas. Na prática, o equipamento de pirólise demonstra a maior transferência de calor quando carregado com madeira seca. A lenha ideal é considerada com umidade não superior a 20% e comprimento de cerca de 45-65 cm.

Se não houver acesso a esse combustível, pode-se usar carvão ou outro combustível orgânico: briquetes de serragem especiais e pellets de madeira, resíduos obtidos no processamento de madeira, turfa, materiais com celulose, etc.

Antes de iniciar a operação da caldeira, deve-se estudar atentamente as recomendações do fabricante do dispositivo em relação ao combustível.

Em caldeiras de combustão por pirólise, a entrada de ar é regulada por válvulas mecânicas comuns. A ausência de eletrônica complexa garante alta tolerância a falhas do equipamento.

Combustível muito úmido em tais dispositivos é inadmissível. Ao queimar na fornalha, formam-se vapores de água adicionais, que contribuem para a formação de subprodutos como alcatrão e fuligem.

As paredes da caldeira se sujam, a transferência de calor diminui, com o tempo a caldeira pode até parar de funcionar, apagar.

Se você usar lenha com umidade muito alta em uma caldeira de combustão por pirólise, surgirão condições dentro do dispositivo para a formação de alcatrão, o que prejudicará a transferência de calor do dispositivo e pode levar a avarias.

Se o combustível seco é colocado na fornalha e a caldeira está ajustada corretamente, o gás de pirólise obtido como resultado do funcionamento do dispositivo produzirá uma chama amarelo-branca. Essa combustão é acompanhada por uma liberação insignificante de subprodutos da queima do combustível.

Se a cor da chama for diferente, vale a pena verificar a qualidade do combustível e também as configurações do dispositivo.

Os gases de pirólise, misturados com ar, queimam com uma chama uniforme amarelo-branca. Se a cor da chama mudou, talvez seja necessário verificar as configurações da caldeira ou a qualidade do combustível.

Ao contrário dos dispositivos comuns a combustível sólido, antes de carregar a lenha em caldeiras de pirólise que funcionam com combustível sólido, a fornalha deve ser pré-aquecida.

Para isso, execute os seguintes passos:

1. Coloque no fundo da fornalha uma pequena quantidade de material seco para acender (papel, lascas, etc.)
2. Acenda-o com uma tocha feita de materiais semelhantes.
3. Feche a porta da câmara de combustão.
4. Deixe a porta da câmara de carga ligeiramente entreaberta.
5. Adicione porções de material de acendimento à medida que queima.
6. Repita o processo até que uma camada de brasas incandescentes se forme no fundo.

Neste ponto, a fornalha já está aquecida a aproximadamente 500-800°C, criando condições para carregar o combustível principal. Não use gasolina, querosene ou qualquer outro líquido semelhante para acender o material de acendimento. Antes de aquecer a fornalha de uma caldeira de combustão prolongada, certifique-se de que o dispositivo está pronto para operação.

Uma característica distintiva das caldeiras de combustão por pirólise – é a pequena quantidade de cinzas e fuligem, o que facilita o processo de limpeza do dispositivo e sua manutenção.

Para isso, verifique a existência de tiragem, a vedação das portas, o funcionamento dos mecanismos de travamento e dos equipamentos de regulagem, a presença de fluido térmico no sistema de aquecimento etc.

Em seguida, deve-se ligar o termorregulador para verificar se o aparelho está recebendo tensão. Depois disso, abre-se o registro de tiragem direta e ventila-se a caldeira por 5 a 10 minutos.

Visão geral dos modelos populares

Deve-se entender que qualquer caldeira de pirólise – é um equipamento bastante pesado, que não foi projetado para ser pendurado na parede. Tais dispositivos podem ser usados tanto para aquecer uma casa pequena quanto para casas espaçosas. Assim como outros equipamentos de aquecimento, caldeiras de combustão prolongada diferem em potência.

Ao escolher uma caldeira de pirólise, deve-se basear-se em indicadores como a potência térmica do dispositivo, as dimensões da câmara de carga, a presença de um segundo circuito, etc.

Normalmente, é nesse indicador que os compradores se baseiam.

Entre os modelos populares desse tipo de equipamento, vale mencionar:

• Atmos (Ucrânia) – apresenta dispositivos que podem funcionar tanto com lenha quanto com carvão, a potência varia de 14 a 75 quilowatts.
• Attack (Eslováquia) – são capazes de aquecer áreas de até 950 m², alguns modelos conseguem continuar funcionando mesmo durante interrupções no fornecimento de eletricidade.
• Bosch (Alemanha) – produtos de alta qualidade de uma marca conhecida, a potência varia de 21 a 38 quilowatts.
• Buderus (Alemanha) é representada pelas linhas Elektromet e Logano, a primeira é bem conhecida na Europa como uma versão clássica de caldeira de pirólise, a segunda – versões mais modernas, destinadas a casas particulares.
• Gefest (Ucrânia) – dispositivos de alta potência com eficiência de até 95%.
• KT-2E (Rússia) foi especialmente projetado para grandes espaços residenciais, a potência do equipamento é de 95 quilowatts.
• Opop (República Tcheca) – caldeiras relativamente baratas, confiáveis e duráveis, potência de 25 a 45 quilowatts.
• Stropuva (produzido na Lituânia ou na Ucrânia) com potência a partir de 7 quilowatts são bastante adequadas para uma casa pequena, mas a linha também inclui dispositivos mais potentes.
• Viessmann (Alemanha) – a escolha ideal para residências particulares, a potência começa em 12 quilowatts, o uso de tecnologias modernas permite economizar combustível.
• "Buran" (Ucrânia) com potência de até 40 quilowatts é mais uma opção popular para proprietários de grandes casas.
• "Logika" (Polônia) dispositivos de alta potência de 20 quilowatts aquecem facilmente ambientes com área de até 2 mil m², é mais uma caldeira para necessidades industriais: aquecimento de oficinas, escritórios, estufas, etc.

Ao escolher uma caldeira de pirólise para uma casa particular, deve-se prestar atenção aos modelos com dois circuitos, para não apenas aquecer a residência, mas também fornecer água quente autônoma.

O trocador de calor para água quente sanitária (AQS) pode ser do tipo acumulador ou instantâneo. Para a última opção, utilizam-se modelos de caldeiras com maior potência térmica.

Se desejar economizar dinheiro, você pode tentar construir uma caldeira de pirólise com as próprias mãos. A tecnologia de montagem está descrita neste artigo.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Este vídeo mostra claramente o princípio de funcionamento da caldeira de pirólise:

Você pode ver uma análise detalhada do funcionamento da caldeira de queima superior aqui:

As caldeiras de pirólise não são baratas, mas justificam plenamente o investimento. Com instalação e manutenção adequadas, esses dispositivos fornecerão à casa um aquecimento estável e barato.

Você está procurando uma caldeira de pirólise para aquecimento doméstico? Ou tem experiência com esses equipamentos? Por favor, deixe comentários no artigo e compartilhe suas impressões sobre o uso de caldeiras de pirólise. O formulário de feedback está localizado no bloco inferior.