N2 Aplicado · Lección 3 de 8 · 35 min

Eficiencia de la combustión y tipos de hogar

Conversión termoquímica de la biomasa

Equipo docente de biomasa360 · Responsable: Dirección de oferta, calidad y Academia · Revisada el 25 de octubre de 2026 (revisión científica de cálculos y citas)

Al terminar podrás

Identificar las pérdidas principales de una caldera de biomasa y estimar la de carbono sin quemar.
Calcular la eficiencia de un ensayo de combustión con datos reales.
Seleccionar el tipo de hogar (parrilla, lecho fluidizado, suspensión) según las propiedades del combustible.

Conviene saber antes

Lección «Estequiometría de la combustión».

La eficiencia de una caldera es la fracción de la energía del combustible que llega al vapor o al agua caliente. Las pérdidas principales son:

Gases de chimenea: el calor sensible de los gases que salen calientes, que crece con el exceso de aire y con la temperatura de salida.
Humedad del combustible y agua formada: el calor latente del vapor que sale sin condensar. Por eso se usa el PCI en base recibida.
Inquemados: carbono que sale en la ceniza y CO en los gases.
Radiación y convección de las paredes.

El tipo de hogar decide cuánto se puede reducir cada pérdida con un combustible dado:

Parrilla (fija, móvil, vibratoria): robusta y tolerante con tamaños irregulares; la ceniza alta exige extracción continua.
Lecho fluidizado (burbujeante o circulante): mezcla intensa, temperatura uniforme y tolerancia a humedades variables; sensible a la aglomeración del lecho con cenizas ricas en álcalis.
Suspensión o ciclón: para partículas finas y livianas como la cascarilla; exige granulometría y humedad estables.

L_{inq} = \frac{A\,\dfrac{x_C}{1 - x_C}\ \cdot 32{,}76}{\mathrm{PCS}}

Pérdida por carbono sin quemar en la ceniza, como fracción del PCS: la ceniza A arrastra una masa de carbono A·x/(1 − x) si su contenido de carbono es x; ese carbono vale 32,76 MJ/kg (NIST).

Variables de la ecuación 1
Símbolo	Significado	Unidad
$L_{inq}$	pérdida por inquemados	fracción del PCS
$A$	ceniza del combustible en base seca	kg/kg
$x_C$	carbono en el residuo de ceniza	kg C / kg residuo
$\mathrm{PCS}$	poder calorífico superior en base seca	MJ/kg

Figura 1Pérdida por carbono sin quemar según el carbono que queda en la ceniza (% del PCS)

Con el mismo carbono en la ceniza, la cascarilla pierde unas veinte veces más energía que la madera, porque produce quince veces más ceniza por kilogramo. Una ceniza de cascarilla oscura es combustible pagado y no aprovechado.

Ver los datos en una tabla

Datos de la figura 1: Pérdida por carbono sin quemar según el carbono que queda en la ceniza (% del PCS)
Carbono en la ceniza	Cascarilla	Madera
2	0,86	0,04
5	2,21	0,11
10	4,66	0,23
15	7,39	0,37
20	10,48	0,53
30	17,96	0,9

Fuente: Derivado por biomasa360: ceniza y PCS de Phyllis2 #993 (cascarilla: 20,26 %; 15,84 MJ/kg) y #3155 (residuo forestal: ceniza 1,33 % por diferencia del análisis elemental; 20,67 MJ/kg); calor de combustión del carbono de NIST.

Ejemplo resuelto 1

Cuánto cuesta una ceniza oscura

Supuesto del ejemplo: la ceniza de una caldera de cascarilla sale con 10 % de carbono. Con la cascarilla #993 (A 20,26 %, PCS 15,84 MJ/kg en base seca), calcula la pérdida.

Datos del ejemplo 1
Dato	Valor	Unidad	Fuente
$A$	0,2026	kg/kg bs	Phyllis2 #993
$x_C$	0,1	kg/kg	supuesto
$\mathrm{PCS}$	15,84	MJ/kg bs	Phyllis2 #993

Carbono que sale con la ceniza por kg seco.
$0{,}2026 \times \frac{0{,}10}{0{,}90} = 0{,}0225\ \mathrm{kg\ C}$
Energía de ese carbono.
$0{,}0225 \times 32{,}76 = 0{,}738\ \mathrm{MJ}$
Fracción del PCS.
$\frac{0{,}738}{15{,}84} = 0{,}0466$

Resultado

L_{inq} \approx 4{,}7\ \%\ \mathrm{del\ PCS}

Interpretación: Casi 5 % del combustible comprado sale sin quemar. La sílice de la cascarilla puede encapsular el carbono; se combate con tiempo de residencia, buena distribución del aire y control de la temperatura del lecho.

Ejemplo resuelto 2

La eficiencia de una cámara de lecho fijo con cascarilla ecuatoriana

Tipanluisa et al. (2015) quemaron 14 kg/h de cascarilla en una cámara de lecho fijo y obtuvieron 34,01 kW térmicos. Estima la eficiencia con el PCI de 12,89 MJ/kg a 10 % de humedad calculado por los mismos autores.

Datos del ejemplo 2
Dato	Valor	Unidad	Fuente
$\dot m$	14	kg/h	Tipanluisa et al. (2015), resumen
$\dot Q$	34,01	kW	Tipanluisa et al. (2015), resumen
$\mathrm{PCI}_{ar}$	12,89	MJ/kg a 10 % bh	Tipanluisa et al. (2015), Tabla 2 (calculado)

Potencia de entrada (1 kW = 3,6 MJ/h).
$\dot E = \frac{14 \times 12{,}89}{3{,}6} = 50{,}1\ \mathrm{kW}$
Eficiencia.
$\eta = \frac{34{,}01}{50{,}1} = 0{,}678$

Resultado

\eta \approx 68\ \%

Interpretación: Es una estimación: la humedad real del ensayo puede diferir de 10 % y el PCI usado es calculado, no medido. Aun así, muestra el orden de eficiencia de una cámara simple y cuánto margen hay frente a una caldera industrial bien diseñada.

Caso real

Calderas de biomasa de palma en Ecuador

Energy Palma (San Lorenzo, Esmeraldas) instaló una caldera de biomasa de más de USD 3 millones que produce 20 t/h de vapor con fibra de mesocarpio de palma, 156 t por día, y reporta 50 % menos de consumo eléctrico (Corresponsables, 13-may-2025). La Fabril, en Montecristi (Manabí), genera vapor con biomasa residual de palma desde 2019 en reemplazo de diésel, con biomasa que llega desde extractoras de Santo Domingo y Esmeraldas (Vistazo, 8-mar-2019). La fibra sale de la extractora con ≈38 % de humedad (Paucar y Rubio, 2021), lo que favorece hogares que toleran humedad alta y la quema cerca del punto de generación.

Fuentes: Corresponsables (2025); Vistazo (2019); Paucar y Rubio (2021)

Figura 2Tres tipos de hogar en corte: parrilla móvil, lecho fluidizado burbujeante y quemador de suspensión

Ejercicios

Cálculo●○○
Calcula la energía necesaria para evaporar el agua de 1 kg seco de fibra de palma con 37,9 % bh.
Ver la solución
Agua por kg seco: $0{,}379 \div 0{,}621 = 0{,}610\ \mathrm{kg}$ ; energía: $0{,}610 \times 2{,}443 = 1{,}49\ \mathrm{MJ}$ por kg seco.
Cálculo●●○
Si en el ensayo de Tipanluisa la humedad real hubiera sido 15 %, ¿cómo cambiaría la eficiencia estimada? (Usa el PCI de 12,05 MJ/kg a 15 % calculado por los mismos autores.)
Ver la solución
Potencia de entrada: $14 \times 12{,}05 \div 3{,}6 = 46{,}9\ \mathrm{kW}$ ; $\eta = 34{,}01 \div 46{,}9 = 73\,\%$ . Un supuesto de humedad cambia la eficiencia en varios puntos: por eso se mide.
Criterio●●●
Una extractora evalúa un lecho fluidizado para quemar raquis y fibra. ¿Qué análisis de ceniza pedirías primero y por qué?
Ver la solución
Potasio, sodio, cloro y sílice de la ceniza, y su temperatura de fusión: los residuos de palma son ricos en potasio, que forma silicatos de bajo punto de fusión con la arena del lecho y causa aglomeración. Con eso se decide la temperatura del lecho, el material del lecho o el uso de aditivos.

Autoevaluación

¿Qué pérdida crece con el exceso de aire?
1. Inquemados
2. Calor sensible de los gases de chimenea
3. Radiación
4. Ninguna
Ver la respuesta
Respuesta: B. Más aire significa más gas que calentar y que sale caliente por la chimenea.
¿Qué hogar es más sensible a la aglomeración con cenizas ricas en álcalis?
1. Parrilla fija
2. Lecho fluidizado
3. Quemador de gas
4. Ninguno
Ver la respuesta
Respuesta: B. En el lecho fluidizado la ceniza puede pegar los granos de arena.
La eficiencia estimada del ensayo de Tipanluisa et al. (2015) es del orden de…
1. 20 %
2. 68 %
3. 95 %
4. 110 %
Ver la respuesta
Respuesta: B. 34,01 kW de salida frente a ≈50 kW de entrada con el PCI a 10 %.

Referencias

Tipanluisa, L., Moreno, G., Guasumba, J., Celi, S., & Molina, J. (2015). Estudio experimental de la combustión de la cascarilla de arroz en una cámara de lecho fijo. Revista de la Facultad de Ciencias Químicas, Universidad de Cuenca. https://publicaciones.ucuenca.edu.ec/ojs/index.php/quimica/article/download/337/284/1143
TNO. (2026). Phyllis2: Database for the physico-chemical composition of (treated) lignocellulosic biomass, micro- and macroalgae, various feedstocks for biogas production and biochar [Base de datos]. Consultado el 25 de octubre de 2026. https://phyllis.nl/
Linstrom, P. J., & Mallard, W. G. (Eds.). (2026). NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69. National Institute of Standards and Technology. Consultado el 25 de octubre de 2026. https://webbook.nist.gov/chemistry/
Corresponsables. (2025, 13 de mayo). Energy Palma consolida resultados en eficiencia energética y sostenibilidad a través del uso de biomasa. https://www.corresponsables.com/ecu/actualidad/energy-palma-consolida-resultados-en-eficiencia-energetica-y-sostenibilidad-a-traves-del-uso-de-biomasa/
Vistazo. (2019, 8 de marzo). La Fabril inauguró sistema de generación de vapor con biomasa. https://www.vistazo.com/actualidad/nacional/la-fabril-inauguro-sistema-de-generacion-de-vapor-con-biomasa-HDVI129196

Para profundizar

Demirbas (2004), Progress in Energy and Combustion Science. — Compara las características de combustión de distintos combustibles de biomasa y su relación con la composición.
Tipanluisa et al. (2015). — Uno de los pocos ensayos publicados de combustión de cascarilla ecuatoriana, con humedad, temperatura y tiempo de combustión de la partícula.

Cómo citar esta lección

APA 7, para tu tesis o tu informe:

Equipo docente de biomasa360. (2026). Eficiencia de la combustión y tipos de hogar (Versión 2026-10) [Lección del curso «Conversión termoquímica de la biomasa»]. Academia 360, biomasa360. Recuperado el 26 de octubre de 2026, de https://biomasa360.com/academia/conversion-termoquimica/eficiencia-y-tipos-de-hogar/

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