Descripción de Calderas y Generadores de vapor
Una caldera es un recipiente metálico, cerrado, destinado a producir vapor o calentar agua, mediante la acción del calor a una temperatura superior a la del ambiente y presión mayor que la atmosférica.
A la combinación de una caldera y un sobrecalentador se le conoce como generador de vapor.
El principio básico de funcionamiento de las calderas consiste en una cámara donde se produce la combustión, con la ayuda del aire comburente y a través de una superficie de intercambio se realiza la transferencia de calor.
La estructura real de una caldera dependerá del tipo, no obstante, de forma generar podemos describir las siguientes partes:
Quemador: sirve para quemar el combustible.
Hogar: alberga el quemador en su interior y en su interior se realiza la combustión del combustible utilizado y la generación de los gases calientes.
Tubos de intercambio de calor: el flujo de calor desde los gases hasta el agua se efectúa a través de su superficie. También en ella se generar las burbujas de vapor.
Separador líquido-vapor: es necesario para separar las gotas de agua liquida con los gases aún calientes, antes de alimentarla a la caldera.
Chimenea: es la vía de escape de los humos y gases de combustión después de haber cedido calor al fluido.
Carcasa: contiene el hogar y el sistema de tubos de intercambio de calor.
Calderas con tubos múltiples de humo - Pirotubulares
Como su nombre lo indica, en esta caldera el humo y los gases calientes circulan por el interior de los tubos y el agua se encuentra por el exterior.
Estas calderas también son denominadas también igneotubulares o pirotubulares y pueden ser verticales u horizontales.
Se caracterizan por disponer de tres partes bien definidas:
Una caja de fuego donde va montado el hogar. Esta caja puede ser de sección rectangular o cilíndrica, es de doble pared, por lo que el hogar queda rodeado de una masa de agua.
Un cuerpo cilíndrico atravesado, longitudinalmente, por tubos de pequeño diámetro, por cuyo interior circulan los gases calientes.
Una caja de humos, que es la prolongación del cuerpo cilíndrico, a la cual llegan los gases después de pasar por el haz tubular, para salir hacia la chimenea. Estas calderas trabajan, casi siempre, con tiro forzado, el cual se consigue mediante un chorro de vapor de la misma caldera o utilizando vapor de escape de la máquina.
Pueden producir agua caliente o vapor saturado. En el primer caso, se les instala un estanque de expansión que permite absorber las dilataciones del agua. En el caso de las calderas de vapor poseen un nivel de agua a 10 o 20 cm sobre los tubos superiores.
Menor coste inicial, debido a la simplicidad de diseño en comparación con las acuotubulares de igual capacidad.
Mayor flexibilidad de operación, ya que el gran volumen de agua permite absorber fácilmente las fluctuaciones en la demanda.
Menores exigencias de pureza en el agua de alimentación porque las incrustaciones formadas en el exterior de los tubos son más fáciles de atacar y son eliminadas por las purgas.
Facilidad de inspección, reparación y limpieza.
A. En función a la posición relativa entre el fluido a calentar y los gases de combustión:
Con tubos múltiples de humo – Pirotubulares.
Con tubos múltiples de tubos de agua – Acuotubulares.
Calderas con tubos múltiples de agua - Acuotubular
En estas calderas, por el interior de los tubos pasa agua o vapor y los gases calientes se encuentran en contacto con las caras exteriores de ellos. Son de pequeño volumen de agua. Las calderas acuotubulares son las empleadas casi exclusivamente cuando interesa obtener elevadas presiones y rendimiento, debido a que los esfuerzos desarrollados en los tubos por las altas presiones se traducen en esfuerzos de tracción en toda su extensión.
La limpieza de estas calderas se lleva a cabo fácilmente porque las incrustaciones se quitan utilizando dispositivos limpiadores de tubos accionados mecánicamente o por medio de aire.
La circulación del agua, en este tipo de caldera, alcana velocidades considerables con lo que se consigue una transmisión eficiente del calor y por consiguiente, se eleva la capacidad de producción de vapor.
En la figura 4 se representa una caldera con un solo tubo de agua. Sólo una rama del tubo se calienta, ya que la otra se encuentra protegida por una pantalla aisladora.
En la rama izquierda, el calor calienta el agua, generando vapor y haciendo que ambos (agua y vapor) se muevan hacia arriba.
Esta mezcla entra al colector y el agua fría pasa a ocupar su lugar en el tubo calentada. El agua fría se encuentra en el tubo no calentado y en la parte inferior del colector.
De esta forma, existe un movimiento continuo de agua-vapor en la dirección que señalan las flechas, en las que siempre la mezcla de agua caliente y vapor sube al colector, mientras el agua fría del fondo del colector baja y ocupa el lugar de esta mezcla.
Menor peso por unidad de potencia generada.
Por tener pequeño volumen de agua en relación a su capacidad de evaporación, puede ser puesta en marcha rápidamente.
Mayor seguridad para altas presiones.
Mayor eficiencia.
Son inexplosivas.
B. En función del número de pasos:
De un paso de recorrido de los gases.
De varios pasos.
C. En función del tipo de tiro:
De tiro natural.
De tiro inducido.
De tiro forzado.
D. En función de las necesidades energéticas del proceso:
Calderas de agua caliente.
Calderas de agua sobrecalentada.
Calderas de vapor saturado.
Calderas de vapor sobrecalentado.
Calderas de fluido térmico.