Calderas

Calderas

Una caldera puede describirse como un generador de vapor o como “la combinación de equipos para producir o recuperar calor, junto con aparatos para transferir el calor disponible a un fluido” (según el código ASME).

Las calderas son un caso particular de intercambiadores de calor, en las cuales se produce un cambio de fase; en el que la energía se aporta generalmente por un proceso de combustión, o también por el calor contenido en un gas que circula a través de ella.

En ambos casos, el calor aportado se transmite a un fluido, que se vaporiza o no, y se transporta a un consumidor, en el que se cede esa energía.

La estructura real de una caldera dependerá mucho del tipo que sea. No obstante, de forma general, podemos describir las siguientes partes:

• Quemador: sirve para quemar el combustible.

• Hogar: alberga el quemador en su interior y en él 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 tiene lugar a través de su superficie. También en ella se generan las burbujas de vapor.

• Separador líquido-vapor: es necesario para separar las gotas de agua líquida en suspensión en la corriente de vapor.

• Economizador: es un equipo de intercambio de calor para precalentar el agua líquida 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.

Combustibles para calderas

Los tres tipos más comunes de combustibles que se usan en las calderas de vapor son: carbón, fuel-oil y gas. Normalmente el tipo de combustible se elige dependiendo de cual tiene la tarifa más atractiva.

Los tipos de carbón más utilizado son el carbón bituminoso y la antracita. (8:1)

El fuel-oil que se utiliza como combustible en la caldera proviene del residuo producido de petróleo crudo después de que se ha destilado para producir productos más ligeros. (14:1)

Gas natural (bajo tierra) y GLP (propano y butano).

La Biomasa es una fuente de energía renovable y comprende todo tipo de materia orgánica (madera de bosques, residuos de procesos agrícolas y forestales, basura industrial, humana o animales) que pueda ser utilizado como combustible. A diferencia de los combustibles fósiles (carbón, diesel), la biomasa no genera gases de efecto invernadero.

Clasificación de las calderas

1. Teniendo en cuenta su aplicación, las calderas se clasifican en los siguientes grupos esenciales:

• Para usos domésticos: calefacción

• Para generación de energía en plantas termoeléctricas: generadoras de vapor para mover turbinas.

• Para plantas de cogeneración: calderas de recuperación (utilización de gases de escape).

• Para aplicaciones marinas en barcos: como generadores de su vapor motriz

• Para generación de energía en plantas terrestres: Generan energía para consumo interior propio de una fábrica. Generación de vapor, para aplicaciones directas en procesos de producción.

2. Teniendo en cuenta el diseño, las calderas para generación en plantas industriales pueden ser:

• Acuotubulares, o de tubos de agua.

• Pirotubulares, o de tubos de humos.

• Mixtas o Acuopirotubulares

Calderas Pirotubulares, o de tubos de humos

Estas calderas son diferentes según que el combustible sea carbón o un combustible líquido o gaseoso.

En ambos tipos los gases de combustión son obligados a pasar por el interior de unos tubos que se encuentran sumergidos en el interior de la masa de agua.

Todo el conjunto, agua y tubos de gases, se encuentra rodeado por una carcasa exterior.

Los gases calientes al circular por los tubos ceden el calor sensible, el cual se transmite a través del tubo pasando al agua, que se calienta, al mismo tiempo que la parte del agua más próxima a los tubos se vaporiza.

La presión de trabajo no excede de 29kg/cm2 y la máxima producción de vapor suele ser del orden de 25t/h.

En función del combustible, se distinguen dos tipos de calderas pirotubulares:

a. Calderas pirotubulares de carbón. Las calderas diseñadas para quemar carbón tienen un hogar amplio donde, por lo tanto, se originan pérdidas importantes de calor por convección y radiación, siendo imprescindible un buen aislamiento en el hogar. Estas calderas se pueden utilizar también para la combustión de otros combustibles sólidos.

b. Calderas pirotubulares para combustibles líquidos o gaseosos. Se diferencian, básicamente, de las anteriores en el tamaño y/o la situación del hogar. A su vez pueden ser de dos tipos:

• De hogar integral: El combustible quemado es líquido o gas, por lo que se obtiene una llama alargada por la parte baja del hogar, que es mucho más pequeño que en las calderas de carbón.

• Compacta con tubo hogar: En estas calderas existe un tubo central sumergido en el agua, el cual hace de hogar. Los gases de combustión ceden calor a este tubo por radiación. Posteriormente son obligados a pasar por el resto de los tubos menores que también están sumergidos en agua.

Ventajas

• Menor costo 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 de vapor.

• 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.

• Capacidad de soportar fluctuaciones de cargas bruscas y grandes, produciéndose sólo ligeras variaciones en la presión debido a la gran cantidad de agua almacenada.

• Bajo coste de mantenimiento.

• Simplicidad de la instalación que sólo exige la cimentación y el interconexionado de la caldera a las redes de agua, vapor, combustible y electricidad de la fábrica.

Desventajas

• Mayor tamaño y peso que las acuotubulares de igual capacidad.

• Mayor tiempo para subir presión y entrar en funcionamiento.

• Gran peligro en caso de explosión o ruptura, debido al gran volumen de agua almacenado.

• No son empleadas para altas presiones.

• Limitación en tamaño

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