Introducción
Este artículo presenta las calderas, discutiendo sus diseños comunes, funcionamiento y aplicaciones.
Propósito de una Caldera
Las calderas se utilizan para suministrar agua caliente o vapor. Técnicamente, una caldera que proporciona agua caliente no es una caldera, ya que el agua no alcanza su punto de ebullición. Sin embargo, los calentadores de agua caliente se conocen comúnmente como calderas.
Independientemente de si una caldera proporciona agua caliente o vapor, su propósito es suministrar calor para cumplir un objetivo específico. Proveer el calor necesario para calentar un edificio o habitación (también conocido como calefacción de espacios) es una función común de las calderas. A continuación se muestra una configuración típica del sistema para calefacción de espacios utilizando agua caliente.
Sistema Típico de Agua Caliente
A continuación se muestra una configuración típica del sistema para calefacción de espacios utilizando vapor.
Sistema Típico de Vapor
Calderas con y sin Combustión
No se utilizan recipientes de calderas abiertos debido a su ineficiencia; en su lugar, se emplean recipientes cerrados. Los recipientes cerrados con un horno interno son el diseño de caldera industrial más común. Un recipiente cerrado bajo presión se denomina recipiente a presión sin combustión.
Sistema de Aire Comprimido Recipiente a Presión sin Combustión
Un recipiente cerrado que utiliza un medio de combustión para generar presión se denomina recipiente a presión con combustión. La combustión generalmente ocurre dentro del recipiente a presión, es decir, un recipiente a presión con combustión interna, o fuera del recipiente, es decir, un recipiente a presión con combustión externa.
Calderas de Tubo de Fuego (Recipiente a Presión con Combustión Interna)
Tubos de Fuego y Tubos de Agua
Existen dos tipos principales de calderas utilizadas en la ingeniería industrial: la caldera de tubo de fuego y la caldera de tubo de agua. Como su nombre indica, la diferencia entre las dos calderas es la ubicación de los gases de combustión y el agua en relación con los tubos de la caldera
Las calderas de tubo de agua tienen agua en los tubos y gases de combustión fuera de los tubos.
Las calderas de tubo de fuego tienen gases de combustión dentro de los tubos y agua fuera de los tubos.
Los hornos de las calderas de tubo de agua están rodeados por tubos llenos de agua, lo que permite una rápida transferencia de calor de la combustión a los tubos.
Los hornos de las calderas de tubo de fuego generalmente están dentro del recipiente a presión, pero también pueden estar fuera. Los gases de escape de la combustión viajan a través de tubos rodeados de agua.
Dirección de Transferencia de Calor
Casi todas las grandes plantas industriales tienen una caldera en el sitio. La mayoría de las calderas industriales son de diseño de tubo de fuego, mientras que las calderas de tubo de agua son más comunes en la industria de generación de energía. Las calderas de gran capacidad de vapor son siempre de tubo de agua.
Tubos de Caldera de Tubo de Agua
Comparación de Calderas de Tubo de Agua y Tubo de Fuego
Una visión detallada de las calderas de tubo de agua y tubo de fuego no es posible dentro de los límites de este curso, pero la tabla a continuación resalta algunas de las principales diferencias entre los dos diseños.
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Tubo de Agua |
Tubo de Fuego |
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Agua en los tubos. |
Gases de combustión en los tubos. |
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Gases de combustión rodeando los tubos. |
Agua rodeando los tubos. |
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Presiones máximas de trabajo permitidas (MAWP) superiores a 2,900 psi (200 bar). |
Presión máxima de trabajo permitida (MAWP) hasta 362 psi (25 bar). |
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Tasa de generación de vapor muy alta. |
Tasa de generación de vapor comparativamente baja. |
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Más eficiente que una caldera de tubo de fuego (típicamente superior al 90%). |
Menos eficiente que una caldera de tubo de agua (típicamente 80-85%). |
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El riesgo de explosión es mayor debido a la mayor MAWP. |
El riesgo de explosión es menor debido a la menor MAWP. |
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Adecuado para la industria de generación de energía. |
No adecuado para la industria de generación de energía. |
Comparación de Tubos de Agua y Tubos de Fuego
Para una mirada detallada a las calderas de tubo de fuego y tubo de agua, consulte los cursos asociados de saVRee.
Calderas Eléctricas
Existen dos tipos comunes de caldera eléctrica, estas son la caldera de electrodos y la caldera de resistencia. Ambos diseños son relativamente simples ya que no requieren un sistema de combustión.
Las calderas de electrodos generan arcos eléctricos que calientan el agua hasta que se forma vapor. El número de electrodos por caldera, MAWP y sus tasas de generación de vapor varían según el diseño.
Caldera de Electrodos
Las calderas de resistencia pasan corriente eléctrica a través de elementos resistivos sumergidos para generar calor. El calor de los elementos se transfiere al agua circundante, que gradualmente se convierte en vapor. Las calderas de resistencia se utilizan a menudo para aplicaciones de calefacción de agua caliente.
Calderas de Resistencia
Las calderas eléctricas no emiten gases de combustión y son comparativamente pequeñas en comparación con las calderas de tipo combustión. La mayor desventaja de las calderas eléctricas es el costo en comparación con las calderas de tipo combustión.
Elementos Resistivos de Caldera
Calderas de Paquete y Montadas en Campo
Las calderas de paquete se venden como soluciones llave en mano, se entregan completamente ensambladas y solo necesitan conectarse a los sistemas necesarios para operar (agua de alimentación, vapor, combustible, gases de escape, etc.).
Una gran ventaja de las calderas de paquete es que pueden ser completamente probadas por el fabricante original del equipo (OEM) en la fábrica antes del envío, y pueden ser reemplazadas por el mismo modelo (o similar) rápidamente.
Las calderas montadas en campo son demasiado grandes para enviarse como un solo producto y deben ensamblarse en el sitio. Las calderas de tubo de agua utilizadas en la industria de generación de energía son ejemplos de calderas montadas en campo.
Recursos Adicionales
https://en.wikipedia.org/wiki/Boiler
https://www.heat-timer.com/domestic-hot-water-systems
https://mirmarine.net/stati-na-anglijskom/marine-boiler/692-types-and-working-of-marine-boiler