calderas

El vapor como medio para obtener trabajo se empezó a utilizar industrialmente dentro de un dispositivo cilindro pistón, el cual al condensarse producía un vacío con el consecuente desplazamiento del pistón dentro del cilindro, dicho desplazamiento alternativo se empleaba para accionar las bombas que extraían el agua de las minas de carbón en Inglaterra. A finales del siglo XVII Thomas Savery patento la primera máquina de vapor, pero no fue hasta la época de la revolución industrial a mediados del siglo XVIII cuando James Watt extendió su uso a nivel industrial, posteriormente Robert Fulton realizó el primer viaje exitoso en un barco impulsado por una máquina de vapor, a continuación se construyeron las locomotoras de vapor. Las calderas de estos dispositivos generaban vapor a bajas presiones y temperaturas ya que los materiales empleados en aquella época no eran capaces de soportar grandes esfuerzos.

Después de la primera guerra mundial se produjo un gran desarrollo industrial y tecnológico, una de las consecuencias fue el incremento en la demanda de electricidad, para suplir esta demanda se requería maquinas que funcionaran a grandes presiones y temperaturas ya que el vapor bajo estas condiciones tiene mayor energía y por ende puede producir más potencia, la operación a mayores presiones y temperaturas fue posible gracias al desarrollo de nuevos y mejores materiales capaces de soportar estas nuevas y más exigentes condiciones de operación.

Para obtener el vapor o agua caliente se emplea la Caldera, el cual es un recipiente a presión en el que se calienta el fluido de trabajo que la mayoría de las veces es agua, si el fluido de trabajo no es agua la caldera se denomina vaporizador o calentador de líquido térmico.

La energía necesaria para calentar el fluido proviene de una fuente externa, generalmente se emplea la combustión de algún combustible, el calor generado se transmite al fluido de trabajo a través de los mecanismos de transferencia de calor de conducción, convección y radiación, de esta manera se calienta, evapora, sobrecalienta y recalienta el vapor producido.

Si el recipiente productor de vapor está abierto a la atmósfera no es considerado como una caldera.

La caldera o generador de vapor es el elemento más costoso con el que cuenta una planta de vapor, también se encuentra sometida constantemente a riesgos de accidentes que afectan tanto la seguridad de los operarios como de las instalaciones, por lo tanto se deben seguir estrictamente las normas de seguridad y operación recomendadas.

Para que la transferencia de calor se realice con más facilidad y eficiencia se requiere que las paredes de la superficie de caldeo sean lo más delgadas posible, pero las condiciones de resistencia de materiales no permiten reducir este espesor tanto como lo deseado, este factor es más importante a mayores presiones de operación de la caldera. Es por esto que el diseño de calderas es una labor muy complicada ya que se deben coordinar dos parámetros inversamente proporcionales como son la transferencia de calor (conductividad térmica) y la resistencia de materiales (espesor de las paredes), ambos son factores vitales para el funcionamiento adecuado, eficiente y seguro de la caldera.

Otro aspecto importante a considerar en el diseño de la caldera es que el flujo de agua y humos debe circular a velocidades adecuadas, este parámetro complica aún más el diseño, ya que velocidades altas implican mayores ratas de transferencia de calor pero mayores caídas de presión por fricción, el cual es un efecto indeseable.

La caldera para poder funcionar requiere de los siguientes equipos: ventiladores de tiro forzado y/o inducido, chimeneas, equipo de descontaminación de humos, equipo de recolección de cenizas, precalentadores de aire, economizadores, sobrecalentadores, recalentadores, quemadores, elementos de control y seguridad, equipo de lavado y secado del vapor, equipo de tratamiento interno del agua de alimentación, hogar, bombas de circulación, sopladores. Todos estos dispositivos deben haber sido diseñados o seleccionados apropiadamente y deben operar de manera coordinada entre ellos para obtener una caldera que opere en forma eficiente y segura, no todas las calderas cuentan con todos los equipos antes mencionados, estos dependerán del tipo, presión y capacidad de la caldera específica, así como el estado de salida del vapor producido.

La caldera transforma energía de baja calidad como la que está presente en el calor producido al quemar un combustible, en energía de alta calidad al aumentar la energía del fluido de trabajo (vapor o agua caliente), esta energía de alta calidad puede ser utilizada para obtener calefacción, energía eléctrica por medio de una central termoeléctrica, o producir algún bien o servicio mediante algún proceso industrial.

La construcción de calderas se rige por el “Código de calderas y tanques de presión” de la ASME.

Contenido

Introducción
Características, clasificación
Partes principales de la caldera
Campo de aplicación según la presión de operación de los diferentes tipos de caldera
Calderas Pirotubulares
Características, partes
Ventajas y limitaciones
Tipos
Caldera Acuatubulares
Características
De tubos rectos
Tipos
Ventajas y limitaciones
De tubos doblados
Tipos
Ventajas y limitaciones
Instrumentación básica
Elementos de control
Elementos de seguridad
Sobre calentamiento de larga duración
Agua de alimentación.
Proceso de Arranque
Cuidados y Mantenimiento
Fallas Comunes
Parada de Emergencia
Calderas eléctricas, características, aplicaciones, clasificación, funcionamiento, instalación.

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