CALDERAS

¿QUÉ SON LAS CALDERAS?• LA CALDERA ES UNA MÁQUINA O DISPOSITIVO PARA GENERAR

VAPOR. ESTE VAPOR SE GENERA A TRAVÉS DE UNA TRANSFERENCIA DE CALOR A PRESIÓN CONSTANTE, EN LA CUAL EL FLUIDO, ORIGINALMENTE EN ESTADO LÍQUIDO, SE CALIENTA Y CAMBIA SU FASE.

• ESTE ES UNO DE LOS DISPOSITIVOS INVOLUCRADOS EN LOS CICLOS DE POTENCIAS DE VAPOR, Y ES ALLÍ DONDE OCURRE EL PROCESO CONOCIDO COMO ADICIÓN DE CALOR.

TIPOS DE CALDERAS

• LA FORMA MAS RECONOCIDA DE CLASIFICAR LAS CALDERAS Y DE DIFERENCIARLAS, ES BAJO EL CRITERIO DE LA CIRCULACIÓN DE LOS FLUIDOS POR LOS TUBOS DE LA CALDERA. Y LOS DOS TIPOS MAS RECONOCIDOS SON LAS CALDERAS…

Acuotubulares

Pirotubulares

CALDERAS ACUOTUBULARES

0 Son aquellas calderas en las que el fluido de trabajo se desplaza por tubos durante su calentamiento.

0 Son las más utilizadas en las centrales termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a su salida y tienen gran capacidad de generación.

Las calderas acuotubulares  pueden ser de tipo de tubos rectos u curvados. Los diferentes modelos de calderas de tubos curvados, con mejores características de presión y temperatura han sido desplazados gradualmente a la caldera de tubos rectos en los sevicios de alto rendimiento.

ELEMENTOS DE UNA CALDERA ACUOTUBULAR

Son de aplicación cuando se requiere una presión de trabajo por encima de los 22 bares ver figura 3. en el caso de calderas de vapor, el titulo de vapor es muy bajo (0.85), es decir, que el contenido de agua por unidad de masa es muy alto (15%) si no se les añaden subconjuntos secadores del vapor, tales como recalentadores o sobre calentadores. Esta calderas alcanzan eficiencias del 78 y 80 %.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS:

• DE CALDERAS ACUOTUBULARES

• Son mas livianas que las pirotubulares.• Rapidez en producción de vapor.• Adecuadas para presiones elevadas.• Ideal para producción de vapor seco.• Altas eficiencias de funcionamiento.

Ventajas

• Son costosas debido a la disposición de los tubos.• No son adecuadas para presiones bajas.• Requieren un tratamiento al agua de alimentación mas exigente• Tiempos prolongados para mantenimiento

Desventajas

CALDERAS PIROTUBULARES

0Son aquellas donde la transferencia de calor se efectúa por el paso de los gases calientes de la combustión a través de tubos sumergidos en agua. El vapor y el agua están contenidos en una carcasa simple de forma cilíndrica.

0Ejemplo de ellas son las usadas en locomotoras a vapor y la caldera de los barcos.

PARTES PRINCIPALES DE UNA CALDERA PIROTUBULAR

• El cuerpo de la caldera formado por un cuerpo cilíndrico de disposición horizontal, incorpora interiormente un hogar de amplias dimensiones (donde se realiza la combustión). está dotado de  ménsulas en escuadra y soportes estructurales, independientemente de las cimentaciones de tabique. Se monta sobre una base de acero o de hierro colado.

• Tubo hogar: se quema el combustible, en donde tiene lugar la transmisión de calor por radiación.0 Quemador0 La pieza más esencial de cualquier caldera es el quemador. Esta es la sección en donde la fuente de

combustible, ya sea gas natural o algún otro combustible, se calienta. Una vez que se consigue la combustión, el aire caliente o fuego real se pone en el pirotubo.

0 Pirotubo0 La parte de la caldera nombrada después, el pirotubo, es un tubo de metal o una colección de tubos de

metal rodeados de agua. Estos tubos se llenan con el calor y la llama del quemador y pasan los gases de un lado a otro para calentar el agua alrededor del pirotubo. Los gases son expulsados una vez que han pasado por tres o cuatro veces a través del tubo o tubos.

0 Depósito0 El depósito o reservorio es el área alrededor del pirotubo que se llena de agua. Esta agua se calienta, a

menudo hasta el punto de que se convierte en vapor de agua y a continuación se libera en las tuberías conectadas que permitirán que el agua o vapor caliente una casa, accione una turbina, o una variedad de otros fines.

0 Tuberías0 Los tubos se alejan de la caldera pirotubular y transportan el agua caliente/vapor. En un sistema abierto,

estos tubos descargarán agua/vapor a otro lugar alejado de la caldera. En un sistema cerrado, sin embargo, estos tubos actúan como venas y traen el agua calentada/vapor de agua completando el círculo de nuevo al depósito.

0 Sistema cerrado0 Un sistema cerrado pirotubular es justo lo que suena. Cuando se hierve el agua y se envía a través de

los tubos, el agua vuelve al depósito y se recicla para ser utilizada de nuevo. Este sistema es bueno para la prevención de residuos, pero tiene que ser controlado cuidadosamente para asegurarse de que la presión no sea demasiado grande y estalle la caldera.

EFICIENCIA DE UNA CALDERA PIROTUBULAR

0 La operación de la caldera con una cantidad mínima de exceso de aire minimizará la pérdida de calor en la chimenea y mejorará la eficiencia de la combustión. La eficiencia de la combustión es una medida de cómo efectivamente el contenido de calor del combustible se transfiere a calor utilizable. La temperatura en la chimenea y las concentraciones de oxígeno (o dióxido de carbono) son los principales indicadores de la eficiencia de la combustión.

0 Su eficiencia es un poco más alta que la de las calderas horizontales de retorno y que las del tipo locomóvil (alcanza el80% de eficiencia)Su mejor régimen de operación está entre 17 y 24.4 kg/m2/h de vapor (3.5 a 5 Ib/pie2/h) y no debe operarse a mas de 34.2kg/m2/h (7 Ib/pie m2/h)

ELEMENTOS AUXILIARES

Hay varios accesorios que deben instalarse en las calderas de vapor, todos con el objetivo de mejorar:Funcionamiento.Eficacia.Seguridad.

0Válvulas de seguridad: Su función es proteger el cuerpo de la caldera de

sobrepresión y evitar que explosione.0Válvulas de interrupción: aísla la

caldera de vapor y su presión del proceso o la planta.

0 Válvula de retención: contiene un resorte que mantiene la válvula cerrada cuando no hay presión en la caldera aunque el tanque de alimentación tenga un nivel elevado, además previene que la caldera se inunde por la presión estática del agua de alimentación.

0 Llave de purga: Las calderas deben tener como mínimo una válvula de purga de fondo, en un lugar cercano al que pueda que se acumule el sedimento o lodo. Estas válvulas deben accionarse con una llave y están diseñadas de tal manera que es imposible sacar la llave con la válvula abierta.

0 Manómetro: Todas las calderas deben tener como mínimo un indicador depresión. normalmente, se conectan al espacio vapor de la caldera por un tubo sifón en R que está lleno de vapor condensado para proteger el mecanismo del dial de altas temperaturas.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS:

• DE CALDERAS PIROTUBULARES

• Son mas económicas que la acuotubulares.• No requieren tanto tratamiento para el agua de alimentación.• Ocupan poco o menos espacio.• Facilidad para su mantenimiento.

Ventajas

• Menor eficiencia de funcionamiento en comparación con las acuotubulares.

• No son adecuadas para presiones elevadas.

Desventajas

CUADRO COMPARATIVO:“ENTRE CALDERAS PIROTUBULARES Y ACUOTUBULARES”

OTRAS CLASIFICACIONES PARA CALDERAS

SEGÚN LA PRESIÓN DE TRABAJO:

• CALDERAS DE BAJA PRESIÓN: PRODUCEN VAPOR A BAJA PRESIÓN, HASTA UNOS 4 O 5 KG/CM2. ESTE RANGO DE PRESIONES ES MAS COMÚN EN LAS CALDERAS DE AGUA CALIENTE QUE EN LAS CALDERAS QUE GENERAN VAPOR.

• CALDERAS DE MEDIA PRESIÓN: PRODUCEN VAPOR HASTA APROXIMADAMENTE 20 KG/CM2, GENERALMENTE VAPOR SATURADO.

• CALDERAS DE ALTA PRESIÓN: ASOCIADAS A CICLOS DE POTENCIA, TRABAJAN CON PRESIONES DE 20 KG/CM2 HASTA PRESIONES CERCANAS A LA CRÍTICA.

• CALDERAS SUPERCRÍTICAS: TRABAJAN CON PRESIONES SUPERIORES A LA CRÍTICA. UTILIZADAS EN GRANDES PLANTAS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, EN EEUU Y EN ALGUNOS PAÍSES DE EUROPA, TAMBIÉN HAY ALGUNAS EN JAPÓN.

SEGÚN LA CIRCULACIÓN DEL AGUA DENTRO DE LA CALDERA:

• CIRCULACIÓN NATURAL:

LA CIRCULACIÓN DEL AGUA Y DE LA MEZCLA AGUA-VAPOR OCURRE NATURALMENTE DEBIDO A LA DIFERENCIA DE DENSIDADES ENTRE EL AGUA MÁS FRÍA Y LA MEZCLA DE AGUA- VAPOR (EFECTO SIFÓN). IMPLICA ENTONCES TENER UN CIRCUITO CERRADO POR DONDE CIRCULA EL AGUA Y UNA DIFERENCIA DE ALTURA APRECIABLE ENTRE LAS PARTES ALTAS Y BAJAS DEL EQUIPO.

• CIRCULACIÓN ASISTIDA:

EN ESTE CASO LA CIRCULACIÓN NATURAL EN LOS TUBOS DE LA CALDERA ES COMPLEMENTADA POR BOMBAS INSTALADAS EN EL CIRCUITO. EN ESTE CASO TAMBIÉN LA CALDERA CONSISTE EN UN CIRCUITO CERRADO, PERO PERMITE CONSTRUCCIONES MÁS COMPACTAS INCLUSO CON TUBOS INCLINADOS.

• CIRCULACIÓN FORZADA:

ESTE TIPO DE CALDERAS TIENE UNA CONCEPCIÓN DISTINTA, SE TRATA DE UN CIRCUITO ABIERTO Y NO CERRADO. LA BOMBA IMPULSA EL AGUA A TRAVÉS DE UNA PRIMER SUPERFICIE DE INTERCAMBIO DONDE SE PRECALIENTA, LUEGO PASA A UN SEGUNDO INTERCAMBIADOR DONDE SE VAPORIZA Y LUEGO, EN ALGUNOS CASOS, PASA A UN TERCER INTERCAMBIADOR DONDE SE SOBRECALIENTA.