Los diferentes tipos de calderas de vapor pueden ser simples o bien complejas, en dependencia de su aplicación, del comburente libre y de los requisitos y demandas concretas, incluyendo la presión y el volumen de vapor. Los sistemas de vapor en ambientes comerciales y también industriales acostumbran a requerir los servicios de un ingeniero profesional con licencia para las fases de diseño y también instalación. La adecuación y la seguridad del diseño, la instalación y el funcionamiento son esenciales. Las condiciones generales de funcionamiento de una planta de vapor activa pueden estar en la responsabilidad del inspector, en dependencia del trabajo de inspección concreto y del alcance del trabajo acordado mutuamente.
Índice
Conoce los diferentes diseños y tipos de caldera a vapor
CALDERA DE TUBOS DE FUEGO
Uno de los modelos más básicos de calderas, la caldera de cilindros de fuego es asimismo uno de los diseños más viejos.
El quemador dispara la llama en un cilindro que está sumergido en el agua contenida en el recipiente primordial de la propia caldera. Puede haber múltiples cilindros de fuego. El calor de la llama se trasfiere al agua, calentándola hasta su punto de ebullición. El vapor resultante es capturado en el espacio que se halla sobre el agua y escapa mediante una salida de vapor para cualquier propósito que se le quiera dar, así sea calentar un radiador o bien activar una locomotora. Mas como tanto el vapor como el agua están contenidos en este recipiente compartido, la presión del vapor es algo limitada. En el caso de que el recipiente primordial ceda a un incremento de la presión sobre su capacidad, podría haber consecuencias aciagas.
En el campo de las calderas de cilindros de fuego hay 2 tipos primordiales. Estos tipos dependen de la localización física del horno (producción de llama). Se describen como hornos externos y también internos.
Cada uno de ellos de los 2 tipos primordiales incluye subconjuntos. Por servirnos de un ejemplo, hay 3 géneros de hornos externos:
- Caldera tubular de retorno horizontal
- Caldera tubular de hogar corto; y
- Caldera de cilindros de fuego compacta.
En el caso de los hornos internos, hay 2 subconjuntos
Examinemos el funcionamiento de una caldera tubular de retorno horizontal. En esta configuración, un enorme tambor de vapor está instalado horizontalmente en la carcasa y las estructuras de soporte. Del horno salen múltiples cilindros de fuego que asimismo están alineados de forma horizontal en el tambor. Esto tiene sentido, puesto que el tambor es horizontal. Cuando el tambor se llena de agua, los cilindros se sumergen.
El comburente se quema en el horno, calentando los gases que pasan por los cilindros, trasfiriendo el calor al agua, que, por su parte, calienta el agua hasta su punto de ebullición. Los gases residuales pasan mediante los cilindros de fuego y a una caja de humos que está conectada a una chimenea de escape.
No obstante, al generarse vapor en el tambor, asimismo se genera presión. Un sistema presurizado hace que el agua hierva a mayor temperatura. Por tanto, cuanto más aumenta la presión del vapor en el tambor, la temperatura de ebullición del agua se acrecienta, lo que provoca una reducción de la producción de vapor por norma general. En esencia, la caldera se autocontrola mediante la presión de vapor que genera con su funcionamiento.
Los distintos tipos de calderas de vapor se identifican por tener el hogar en la unidad e uniformidad de calor. Entre ellas se hallan las siguientes:
CALDERA DE TUBOS DE FUEGO DE CORNUALLES
Este estilo de caldera incluye una carcasa cilíndrica llana, y un solo cilindro de calor mediante su centro. Tiene un solo conducto de escape conectado a su único cilindro de calor.
CALDERA TUBULAR DE LANCASHIRE
La construcción de la caldera Lancashire es afín a la Cornish, mas tiene 2 cilindros de fuego internos y 2 cilindros de escape.
CALDERA DE TUBO DE FUEGO LOCOMOTORA
La caldera de locomotora es un diseño obsoleto. Originalmente se hallaba en las locomotoras de vapor, y en la cámara de combustión (horno) se quemaba madera o bien lignito. Con un diseño de cilindros horizontales, era un equipo robusto, con una enorme capacidad de vapor.
CALDERA TUBULAR VERTICAL
Una caldera de cilindros verticales es una caldera fácil con un diseño de tubos verticales. Incluye cilindros trasversales y el horno está ubicado en la parte inferior de la caldera. Los casos de combustión salen por la parte superior de la unidad a través del conducto de humos.
CALDERA DE TUBOS DE FUEGO COCHRAN
La caldera Cochran es asimismo una caldera de tipo vertical de diseño multitubular. Incluye múltiples cilindros de fuego horizontales.
CALDERA DE TUBOS DE FUEGO DE INMERSIÓN
Este estilo de caldera incorpora un diseño horizontal de un solo paso. Las llamas se introducen en los pertinentes cilindros de pequeño diámetro. Los múltiples cilindros de pequeño diámetro se sumergen individualmente en el agua. Hay un cilindro para cada boquilla de llama.
CALDERAS ACUOTUBULARES
Las calderas acuotubulares ofrecen avances en la tecnología de producción de vapor. Se distingue de la tecnología de cilindros de fuego en que la llama del horno se dispara a una enorme zona de contención, donde rebota literalmente en la pared siguiente y distribuye el calor de forma más uniforme y eficaz, reduciendo de esta forma los costos de comburente. Los cilindros de fuego mandan las llamas a cilindros sumergidos en agua, en vez de a una cámara. Como hay menos agua para generar una explosión de vapor en el caso de fallo, las operaciones son considerablemente más seguras y la unidad es más simple de inspeccionar y sostener.
En la cámara hay una serie de cilindros que poseen agua. Los cilindros recorren la longitud de la caldera. Los cilindros están sellados y pueden aguantar la presión individualmente, sin afectar a los cilindros lindantes. El calor se trasfiere mediante los cilindros metálicos al agua que fluye por ellos.
Esta es una diferencia notable respecto a las calderas de cilindros de fuego, en las que el agua que se emplea para crear vapor rodea la fuente de calor. En las calderas acuotubulares, el calor rodea los cilindros de agua. Esto causa que la caldera se vea sometida a menos tensiones en conjunto, en comparación con los diseños de cilindros de fuego.
El agua que se ha calentado en los cilindros sube a la parte superior de la caldera y al tambor de vapor. El proceso acostumbra a perdurar solo unos minutos. El vapor se genera a alta velocidad. Los efectos del calentamiento y el enfriamiento crean una condición famosa como sifonaje térmico, que deja la circulación del agua en la caldera. La eficiencia del funcionamiento de la caldera deja que ocupe un espacio menor que las unidades de cilindros de fuego. Las calderas acuotubulares se usan primordialmente para producir vapor a presiones y volúmenes más elevados.
Las calderas acuotubulares acostumbran a incluir los próximos componentes:
- El envolvente de la caldera, que es el componente cilíndrico externo del recipiente a presión;
- El tambor de lodo, en el espacio ubicado en el fondo del recipiente de agua. Acá es donde se amontonan las impurezas resultantes de
- La transformación del agua en gas. Asimismo es donde se genera la purga del fondo;
- El colador, que es un género de filtro que filtra los elementos sólidos;
- Una mira para observar los niveles de agua; y
- Un quemador, que es la fuente del fuego que calienta el agua
Diferencia entre las calderas de cilindros de fuego y las calderas de cilindros de agua
Existen muchas diferencias entre estos tipos de calderas de vapor. A nivel básico, una tiene el fuego inmerso en el agua, y la otra tiene el agua inmersa en el fuego. Esta es la diferencia más notable entre los 2 diseños. Asimismo hay diferencias en el desempeño.
La presión de trabajo, los ciclos de producción de vapor, los materiales usados en la producción, el tamaño físico, la eficacia, el manejo de la carga y el costo de mantenimiento y funcionamiento son factores que influyen en las diferencias entre las calderas de cilindros de fuego y las calderas de cilindros de agua.
Además:
- El diseño del cilindro de agua deja un mayor rango de presión.
- Las fluctuaciones de carga en el cilindro de fuego no son simples de compensar, al tiempo que las fluctuaciones del cilindro de agua se acomodan de forma fácil.
- Las calderas acuotubulares pueden ocupar menos espacio físico para las unidades de gran capacidad.
- Las calderas acuotubulares pueden tener un desempeño del noventa por ciento , en comparación con el límite del setenta y cinco por ciento de los diseños de cilindros de fuego.
- El diseño de las calderas acuotubulares acostumbra a ser más complejo que el de las calderas pirotubulares, y el mantenimiento acostumbra a ser mayor.
- Se requiere experiencia para el funcionamiento eficaz de las calderas acuotubulares, en comparación con las unidades de cilindros de fuego, que requieren poca o bien ninguna experiencia.
Ventajas y desventajas
La caldera pirotubular tiene ciertas ventajas, como su diseño sólido. Asimismo es más asequible de adquirir que una caldera acuotubular. No obstante, asimismo tiene claras desventajas, como la restricción de la presión de vapor que es capaz de generar. El agua y el vapor se sostienen en exactamente el mismo recipiente; por consiguiente, como los cilindros de fuego tratan de calentar un recipiente lleno de agua, se tarda más en llevar el agua a la temperatura. La mayor desventaja, no obstante, es la posibilidad de que el tambor (recipiente) falle y se genere una enorme explosión.
Las calderas de cilindros de fuego incluyen un manómetro y un indicador de nivel de agua. Pueden o bien no estar pertrechadas con un bucle Hartford, en dependencia de de qué manera se devuelva el condensado a la unidad. Las bombas de condensados suprimen la necesidad del bucle.
La mayor parte de las calderas de vapor más pequeñas están preenvasadas y son unidades de cilindros de fuego. Se edifican en factoría y son físicamente pequeñas. Se pueden fabricar, mandar, desempaquetar y también instalar con relativa sencillez. La mayor parte de las que se venden en el país se nutren de gas natural.
Por otra parte, las calderas acuotubulares se instalan en operaciones de gran capacidad. La mayor parte se montan y edifican sobre el terreno, puesto que elementos como los conductos, los aguantes de acero y los amortiguadores de vibraciones asimismo deben construirse sobre el terreno. La mayor parte de las veces asimismo se requieren chimeneas de escape, en vez de simples conductos de humos. Debido al importante tamaño y peso de los componentes, es casi imposible mandar un sistema como una unidad ensamblada y completa. El comburente primordial de estas unidades es asimismo el gas natural, si bien en ocasiones asimismo se emplea lignito triturado en ambientes industriales.
Calderas eléctricas de vapor
Las calderas eléctricas de vapor se fundamentan primordialmente en resistencias eléctricas para calentar el agua y generar vapor. Acostumbran a verse en operaciones más pequeñas, que pueden incluir lavanderías, procesamiento de comestibles y centros de salud, si bien probablemente un centro de salud cuente con una planta de vapor.
Si bien su funcionamiento es más costoso que el de sus análogas de comburente, este género de caldera es popular por su sencillez. La eficacia térmica está relacionada directamente con el costo de la electricidad. Si bien son técnicamente eficaces y “verdes” debido a sus cero emisiones por la quema de comburente, las calderas eléctricas de vapor pueden ser caras de operar. en dependencia de las tarifas eléctricas locales. Además de esto, la generación de electricidad acostumbra a traducirse en la quema de comburentes en la central eléctrica, con lo que la generación de electricidad para “nutrir” estas calderas genera gases de escape.
Existen calderas de vapor eléctricas embaladas para generar vapor de baja y alta presión a velocidades de hasta cuando menos ciento sesenta y cinco BHP. Acostumbran a encontrarse en instalaciones de aplicaciones concretas, como la fabricación de comestibles y bebidas o bien el envasado. Las calderas eléctricas asimismo se ven de forma frecuente en procesos de esterilización.
Un inspector puede ver una enorme caldera comercial de vapor alimentada por comburente y una caldera eléctrica más pequeña en exactamente el mismo sitio. En dependencia de las necesidades de vapor, que acostumbran a ser elevadas en los meses de invierno, muchas instalaciones aumentan sus plantas de vapor con unidades eléctricas más pequeñas. Cuando la demanda de vapor es menor, ciertas plantas apagan su caldera más grande y cambian a su unidad eléctrica más pequeña. Esto puede deberse a los altos costos de comburente o bien a la necesidad de mantenimiento o bien reparación. En todo caso, no se sorprenda si hay 2 géneros de sistemas.
Si bien la caldera primordial de la planta acostumbra a proveer vapor y agua caliente para la calefacción de confort y la humidificación, puede haber casos en los que resulte rentable instalar una caldera eléctrica para la calefacción localizada en una ampliación de la planta. De igual forma, las calderas eléctricas son ideales para las nuevas instalaciones de proceso en las que las grandes calderas de comburente fósil no son prácticas o bien no son precisas.
Los principios de generación de vapor son fundamentalmente exactamente los mismos, con elementos de calefacción por resistencia eléctrica que calientan el agua para generar vapor. Estas unidades tienen muchos de exactamente los mismos componentes operativos que las calderas usuales, menos el quemador, la chimenea y las chimeneas de escape. Los sistemas de electrodos asimismo son eléctricos, mas emplean el agua como conductor. En estos sistemas, el agua se carga, con lo que existen muchos inconvenientes de seguridad asociados al funcionamiento de una caldera de electrodos.
Una aplicación común para las pequeñas calderas de vapor comerciales es en ambientes comerciales ligeros, como los balnearios, donde de manera frecuente hay generadores de vapor para su empleo en salas de vapor. Una caldera de vapor es diferente a un generador de vapor, que en general es de pequeña escala y está desarrollado para manejar una sola aplicación limitada.
El mantenimiento de las calderas eléctricas es mínimo, alén de las inspecciones rutinarias de los niveles de agua y las inspecciones mensuales del cableado. Como todas y cada una de las calderas, requieren medidas de control de incrustaciones y purgas periódicas para sostener su eficiencia. La substitución de los elementos radiadores, cuando es precisa, se efectúa de forma fácil mediante la puerta de la caldera.
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