Introduzione
Questo articolo introduce le caldaie. Vengono discussi i design comuni delle caldaie, il loro funzionamento e le loro applicazioni.
Scopo di una Caldaia
Le caldaie sono utilizzate per fornire acqua calda o vapore. Una caldaia che fornisce acqua calda tecnicamente non è una caldaia, poiché l'acqua è al di sotto del suo punto di ebollizione. Tuttavia, gli scaldacqua sono comunemente chiamati caldaie.
Indipendentemente dal fatto che una caldaia fornisca acqua calda o vapore, lo scopo di una caldaia è fornire calore che può essere utilizzato per raggiungere un obiettivo specifico. Fornire il calore necessario per riscaldare un edificio o una stanza (noto anche come riscaldamento degli ambienti) è un compito comune delle caldaie. Di seguito è mostrata una configurazione tipica di un sistema per il riscaldamento degli ambienti utilizzando acqua calda.
Sistema Tipico di Acqua Calda
Di seguito è mostrata una configurazione tipica di un sistema per il riscaldamento degli ambienti utilizzando vapore.
Sistema Tipico a Vapore
Caldaie a Combustione e Non
I recipienti aperti delle caldaie non sono utilizzati a causa della loro inefficienza, si utilizzano invece recipienti chiusi. I recipienti chiusi con una fornace interna sono il design più comune delle caldaie industriali. Un recipiente chiuso sotto pressione è chiamato recipiente a pressione non a combustione.
Recipiente a Pressione Non a Combustione del Sistema ad Aria Compressa
Un recipiente chiuso che utilizza un mezzo di combustione per generare pressione all'interno del recipiente è chiamato recipiente a pressione a combustione. La combustione avviene solitamente all'interno del recipiente a pressione, cioè un recipiente a pressione a combustione interna, o all'esterno del recipiente a pressione, cioè un recipiente a pressione a combustione esterna.
Caldaie a Tubo di Fuoco (Recipiente a Pressione a Combustione Interna)
Tubo di Fuoco e Tubo d'Acqua
Esistono due tipi principali di caldaie utilizzate nel mondo dell'ingegneria industriale, queste sono la caldaia a tubo di fuoco e la caldaia a tubo d'acqua. Come suggerisce il nome, la differenza tra le due caldaie è dove si trovano i gas di combustione e l'acqua rispetto ai tubi della caldaia
Le caldaie a tubo d'acqua hanno acqua nei tubi e gas di combustione all'esterno dei tubi.
Le caldaie a tubo di fuoco hanno gas di combustione all'interno dei tubi e acqua all'esterno dei tubi.
Le fornaci delle caldaie a tubo d'acqua sono circondate da tubi (tubi) pieni d'acqua, il che consente di trasferire rapidamente una grande quantità di calore dalla combustione ai tubi.
Le fornaci delle caldaie a tubo di fuoco sono solitamente all'interno del recipiente a pressione, ma possono anche essere esterne al recipiente a pressione. I gas di scarico della combustione viaggiano attraverso tubi circondati da acqua.
Direzione del Trasferimento di Calore
Quasi tutti i grandi impianti industriali avranno una caldaia in loco. La maggior parte delle caldaie degli impianti industriali sono del tipo a tubo di fuoco, mentre le caldaie a tubo d'acqua sono più favorite nell'industria della generazione di energia. Le caldaie a capacità di vapore grandi e molto grandi sono sempre caldaie a tubo d'acqua.
Tubi della Caldaia a Tubo d'Acqua
Confronto tra Caldaie a Tubo d'Acqua e a Tubo di Fuoco
Una panoramica dettagliata delle caldaie a tubo d'acqua e a tubo di fuoco non è possibile nei limiti di questo corso, ma la tabella sottostante evidenzia alcune delle principali differenze tra i due design.
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Tubo d'Acqua |
Tubo di Fuoco |
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Acqua nei tubi. |
Gas di combustione nei tubi. |
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Gas di combustione che circondano i tubi. |
Acqua che circonda i tubi. |
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Pressioni massime di lavoro consentite (MAWP) superiori a 2.900 psi (200 bar). |
Pressione massima di lavoro consentita (MAWP) fino a 362 psi (25 bar). |
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Tasso di generazione di vapore molto alto. |
Tasso di generazione di vapore relativamente basso. |
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Più efficiente di una caldaia a tubo di fuoco (tipicamente superiore al 90%). |
Meno efficiente di una caldaia a tubo d'acqua (tipicamente 80-85%). |
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Il rischio di esplosione è maggiore a causa della MAWP più alta. |
Il rischio di esplosione è minore a causa della MAWP più bassa. |
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Adatta per l'industria della generazione di energia. |
Non adatta per l'industria della generazione di energia. |
Confronto tra Tubo d'Acqua e Tubo di Fuoco
Per uno sguardo dettagliato alle caldaie a tubo di fuoco e a tubo d'acqua, si prega di consultare i corsi saVRee associati.
Caldaie Elettriche
Esistono due tipi comuni di caldaie elettriche, queste sono la caldaia a elettrodi e la caldaia a resistenza. Entrambi i design delle caldaie sono relativamente semplici poiché non richiedono un sistema di combustione.
Le caldaie a elettrodi generano archi elettrici che riscaldano l'acqua fino a formare vapore. Il numero di elettrodi per caldaia, MAWP e i loro tassi di generazione di vapore, variano a seconda del design della caldaia.
Caldaia a Elettrodi
Le caldaie a resistenza fanno passare corrente elettrica attraverso elementi resistivi sommersi per generare calore. Il calore dagli elementi viene trasferito all'acqua circostante, che gradualmente si trasforma in vapore. Le caldaie a resistenza sono spesso utilizzate per applicazioni di riscaldamento dell'acqua calda.
Caldaie a Resistenza
Le caldaie elettriche sono prive di emissioni (nessun gas di combustione) e relativamente piccole rispetto alle caldaie a combustione. Il più grande svantaggio associato alle caldaie elettriche è il costo rispetto alle caldaie a combustione.
Elementi Resistivi della Caldaia
Caldaie a Pacchetto e Montate in Campo
Le caldaie a pacchetto sono vendute come caldaie chiavi in mano, vengono consegnate al sito completamente assemblate e devono solo essere collegate ai vari sistemi necessari per funzionare (acqua di alimentazione, vapore, combustibile, gas di scarico ecc.).
Un grande vantaggio associato alle caldaie a pacchetto è che possono essere testate completamente dal produttore originale (OEM) in fabbrica prima della spedizione e possono essere sostituite dallo stesso modello (o simile) abbastanza rapidamente.
Le caldaie montate in campo sono troppo grandi per essere spedite come un singolo prodotto e devono essere assemblate in loco. Le caldaie a tubo d'acqua utilizzate nell'industria della generazione di energia sono esempi di caldaie montate in campo.
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Risorse Aggiuntive
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