thumb|263px|Calderas de gas.
En la industria, la caldera es una máquina que produce vapor al calentar agua por medio del calor generado por el consumo de un combustible no nuclear, o por electricidad de resistencia. Descripción Las calderas se utilizan para muchos rubros (industria alimentaria, sanidad, transporte, etc.). Sin embargo, se denomina generador de vapor específicamente a las calderas destinadas a generar energía térmica. Son un componente del ciclo Rankine, y además de una caldera, puede ser un BWR, un PWR con su intercambiador de calor, un HRSG, etc.
Partes +Partes de calderaLado deEspañolInglésEstructuraCarcasaShellEnladrilladoBrickworkArco de ladrilloBrick archPuerta de inspecciónInspection doorsPuerta de RegistroMan holeFuegoChimeneaChimneyAmortiguadorDamperVálvula de sopladoBlow off valveCaja de humosSmoke boxFogón (Hogar)Fire boxPuerta de fogónFire doorPozo de cenizasAsh pitAguaIndicador de nivel de aguaWater level gaugeManómetroPressure gaugeVálvula antirretorno de alimentaciónFeed check valveVálvula de detención de vaporSteam stop valveVálvula de seguridadSafety valveObturador fusibleFusible plugDomo de vaporSteam domeBoiler staySifón térmicoThermic siphonSobrecalentadorSuperheaterRecalentadorReheaterEconomizadorEconomizer (Economiser)
Equipo auxiliar +Equipo auxiliar de calderaLado deEspañolInglésDescripciónFuegoPrecalentador de aireAir preheaterDesgasificadorEs el sistema que expulsa los gases a la atmósfera.AguaCondensadorEs un intercambiador de calor que condensa el vapor saturado ya utilizado en un ciclo cerrado. Su propósito es evitar la contaminación, reutilizando el agua.Bomba de alimentación de calderaBoiler feedwater pumpCalentador de agua de alimentaciónFeed water heaterAcumuladorEs el recipiente que almacena el vapor generado, previo a su distribución al proceso que lo requiere.
Las partes de la máquina +Materiales de calderaParteMaterialCaracterísticaEn el períodoCarcasaHierro forjadoÚnico material de más alto grado. Unido por remaches.En la era Victoriana del vapor. Obtenido por especialistas, como los del área de Cleator Moor (RU)AceroMás fuerte y barato, fabricado más rápido y con menos esfuerzo. Unido por soldadura.En el Carcasas (de caldera calentada eléctricamente)Acero inóxidableEs permitido.FogónCobreFormabilidad y alta conductividad térmica.Históricamente, especialmente, para locomotoras.AceroEn tiempos recientes, por el alto precio del cobre.SupercalentadorAcero inoxidable ferritico
Combustible Combustibles: carbón, aceite, gas natural, biocombustibles como el bagazo.
Agua +Estado del agua de calderaEstadoDescripciónAgua de condensadoEs el agua que proviene del condensador y que representa la calidad del vapor.Agua de alimentaciónEs el agua de entrada que alimenta el sistema, generalmente agua de pozo o agua de red con algún tratamiento químico como la desmineralización.Agua de calderasEs el agua de circuito interior de la caldera, cuyas características dependen de los ciclos y del agua de entrada.Vapor húmedo (Vapor saturado)Es el vapor con arrastre de espuma proveniente de un agua de alcalinidad elevada.Vapor seco (Vapor sobresaturado)Es el vapor de óptimas condiciones.
Purga +Purgas de calderaPurgaDescripciónDe superficieEvacuación de sólidos en el nivel de agua de la caldera.De fondoEvacuación de lodos y concentrado del fondo de la caldera.
Propiedades y parámetros +Propiedades y parámetros de calderaPropiedad / parámetroDescripciónAlcalinidadNivel de salinidad expresada en ppm de CaCO3 que confiere una concentración de iones, carbonatos e hidroxilos que determina el valor de pH de funcionamiento de una caldera, generalmente desde 10,5 a 11,5.Ciclos de concentraciónNúmero de veces que se concentra el agua de caldera respecto del agua de alimentación.Índice de vapor / combustibleÍndice de eficiencia de producción de vapor de la caldera.
Eficiencia +Eficiencia de calderaMétodo de Entrada - Salida (Método directo)Eficiencia de caldera = potencia (salida) / potencia (entrada) = (Q * (Hg - Hf)) / (q * GCV) * 100%SímboloNombreUnidadHgEntalpía de vapor saturadokcal/kgHfEntalpía de agua de alimentaciónkcal/kgGCVGran valor caloríficokcal/kgQTasa de flujo de vaporkg/hqTasa de combustible utilizadokg/h
Para determinar el rendimiento de la caldera se utiliza el poder calorífico inferior ya que los gases de combustión suelen estar a una temperatura superior que la de condensación de vapor por lo que no contribuye el calor latente del agua al calor generado. Sólo hay aporte de energía por la oxidación química del combustible.
Tipos +Tipos de calderaEspañolInglésTipoSubtipoCalderaBoilerde ollaPotde Haycock (de Haystack)Haycock (Haystack)de NapierNapierGóticaGothicde CajaBoxde VagónWagonTerminada en huevoEgg endedde ElefanteElephantde ductoFluedde Ducto centralCentre flueFairbairn de cinco tubosFairbairn's five-tubede CornuallesCornishde MariposaButterflyde LancashireLancashirede GallowayGallowayde Ducto de retornoReturn fluede HuberHuberPirotubularFire tubeImmersion firedde Fairbairn - BeeleyFairbairn - BeeleyHorizontalHorizontalTransversalTransversede PistolaPistolde LocomotoraLocomotivede CañoneroGunboatMarina escocesaScotch marinede InglisInglisde Paxman "económica"Paxman "economic"Tubo directo tipo AlmirantazgoAdmiralty type direct tubeTipo lanzadaLaunch typede LentzLentzde VanderbiltVanderbiltde BagnallBagnallVerticalVerticalde BlakeBlakede Harris "económica"Harris "economic"de Riley brothersRiley brothersde Tubo paraleloParallel tubede CochranCochrande Clarke ChapmanClarke Chapmande Tubo radial horizontalRadial horizontal tubede RobertsonRobertsonAcuatubularWater tubede Tubo en campoField tubede De PorayDe Porayde NiclausseNiclaussede DürrDürrBajo contenido de aguaLow water contentGenerador de vapor instantáneoFlashAnular de tubos de aguaAnnular water tubede StrakerStrakerVerticalVerticalde Tubo de DedalThimble tubede SentinelSentinelde Tubos espirales de aguaSpiral water tubede ClimaxClimaxde Lune ValleyLune Valleyde Bolsover expressBolsover expressde IllingworthIllingworth1 Tambor1 Drumde Babcock & WilcoxBabcock & Wilcoxde Tubos de esquinaCorner tubede Tubos en racimoBundled tubede HornsbyHornsbyde Circulación forzadaForced circulationde LaMontLaMontde ClaytonClayton2 Tambores2 DrumsTipo DD type3 Tambores3 Drumsde Stirling VStirling Vde Du TempleDu Templede White ForsterWhite Forsterde NormandNormandde ReedReedde ThornycroftThornycroftde Thornycroft SchultzThornycroft Schultzde YarrowYarrowde MumfordMumfordde WoolnoughWoolnoughdel AlmirantazgoAdmiralty4 Tambores4 DrumsTipo MM typede Stirling BStirling B5 Tambores5 Drumsde Stirling WStirling WPirotubular con fogón de tubos de aguaFire-tube with Water-tube fireboxSeccionalSectionalEléctricaElectricEléctrica de vaporElectric steamEléctrica de aguaElectric waterde ElectrodoElectrode
En la medida que la temperatura del vapor no supere los 230 °C, puede ser generado por una caldera humotubular. La temperatura de los humos de salida es de 300 °C porque sino daña el conducto y perjudica la atmósfera. Para una caldera acuotubular debe ser mayor a 380 °C, nunca por debajo para que el agua no sufra cambio de fase y no se genere daño por corrosión.
Uso Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, la caldera es muy utilizada en la industria, a fin de generarlo para aplicaciones como: Esterilización (tindarización): era común encontrar calderas en los hospitales, las cuales generaban vapor para "esterilizar" el instrumental médico; también en los comedores, con capacidad industrial, se genera vapor para esterilizar los cubiertos, así como para elaborar alimentos en marmitas (antes se creyó que esta era una técnica de esterilización). Para calentar otros fluidos, como por ejemplo, en la industria petrolera, donde el vapor es muy utilizado para calentar petróleos pesados y mejorar su fluidez. Generar electricidad a través de un ciclo Rankine. La caldera es parte fundamental de las centrales termoeléctricas.
Problemas +Problemas de calderaProblemaTratamientoDescripciónCorrosiónAnticorrosivoSistema químico que brinda protección por formación de filmes protectivos ante iones corrosivos presentes en el agua.IncrustaciónSedimentación de sólidos con formación de núcleos cristalinos o amorfos de sulfatos, carbonatos o silicatos de magnesio que merman la eficiencia de funcionamiento de la caldera.DesoxigenaciónTratamiento químico que elimina el oxígeno del agua de calderas.DispersanteSistema químico que mantiene los sólidos descohesionados ante un evento de incrustación.Antiincrustantesistema químico que les permite a los sólidos permanecer incrustantes en solución.
Historia
En 1769, Dionisio Papin (Denis Papin) creó una pequeña caldera llamada marmita. Se usó vapor para mover la primera máquina homónima, la cual no funcionaba durante mucho tiempo, ya que utilizaba vapor húmedo (de baja temperatura) y al calentarse, ésta dejaba de producir trabajo útil.
En 1776, James Watt completó una máquina de vapor de funcionamiento continuo, que usó en su propia fábrica. Con ello se empezó a desarrollar la fabricación de calderas. Inicialmente, las calderas fueron empleadas para accionar bombas de agua, de cilindros verticales; fueron las impulsoras de la revolución industrial.
Las primeras, las calderas de olla, tuvieron el inconveniente de que los gases calientes estaban en contacto solamente con su base, y en consecuencia se desaprovechaba el calor del combustible. Debido a esto, se introdujo el uso de uno o dos tubos adentro de la caldera para aumentar la superficie de calefacción, calderas de ductos. Luego, se comienza a utilizar calderas en locomotoras para trenes, tanto de carga como de pasajeros; y se prueba su uso en automóviles.
Se mejoran las calderas con la introducción de las calderas pirotubulares, que tienen varios tubos por los que pasan los gases de la combustión. Empiezan a utilizarse en embarcaciones con motores alternativos de vapor. Una mejora de las calderas estacionarias, es implementado en buques de guerra, las calderas acuotubulares, que tienen tubos por los que pasa agua. La ventaja de está, es la velocidad de reacción, es más fácil y rápido evaporar poca agua en unos tubos que mucha agua en una olla. Esta favoreció su uso en buques de guerra.
Para medir la potencia de la caldera, y como dato anecdótico, Watt recurrió a medir la potencia promedio de muchos caballos, y obtuvo unos 33 000 libras-pie/minuto o sea 550 libras-pie/s, valor que denominó Horse Power. Posteriormente, al transferirlo al sistema métrico de unidades, daba algo más de 76 kgm/s. La Oficina Internacional de Pesos y Medidas de París, resolvió redondear ese valor a 75 más fácil de simplificar, llamándolo caballo de vapor en homenaje a Watt.
Véase también
Ciclo de Rankine Caldera (calefacción) Caldera de condensación Radiador Domótica Economizador Generador de vapor
Referencias
Enlaces externos
Calderas de Vapor
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