Calderas

1.- DEFINICIONES.

CALDERA : El decreto Nº 48/84 define caldera como un recipiente metálico, cerrado, destinado a producir vapor o calentar agua, mediante la acción del calor a una temperatura superior a la del ambiente y presión mayor que la atmosférica.

GENERADOR DE VAPOR : Se llama así al conjunto o sistema formado por una caldera y sus accesorios. En la práctica se habla de “calderas” refiriéndose a todo el conjunto o “generador de vapor”.

2.- FUNCIONAMIENTO.

Funcionan mediante la transferencia de calor, producido generalmente al quemarse un combustible, el que se le entrega al agua contenida o que circula dentro de un recipiente metálico.

En toda caldera se distinguen dos zonas importantes:

a) Zona de liberación de calor u hogar o cámara de combustión: Es el lugar donde se quema el combustible. Puede ser interior o exterior con respecto al recipiente metálico.

INTERIOR : El hogar se encuentra dentro del recipiente metálico o rodeado de paredes

refrigeradas por agua.

EXTERIOR : Hogar construido fuera del recipiente metálico. Está parcialmente rodeado o sin paredes refrigeradas por agua. La transferencia de calor en esta zona se realiza principalmente por radiación (llama - agua).

b) Zona de tubos: Es la zona donde los productos de la combustión (gases o humos) transfieren calor al agua principalmente por convección (gases - agua).

Está constituida por tubos dentro de los cuales pueden circular los humos o el agua.

3.- CLASIFICACIÓN.

La clasificación general de las calderas, de acuerdo al mayor uso en nuestro país, sería la siguiente:

1. Atendiendo a su posición:

a) Horizontales

b) Verticales

2. Atendiendo a su instalación:

a) Fija o estacionaria

b) Móviles o portátiles

3. Atendiendo a la ubicación del hogar:

a) De hogar interior

b) De hogar exterior

4. Atendiendo a la circulación de los gases:

a) Recorrido en un sentido (de un paso)

b) Con retorno simple (de dos pasos)

c) Con retorno doble (de tres pasos)

5. Con respecto a su forma de calefacción:

a) Cilíndrica sencilla de hogar exterior

b) Con un tubo hogar (liso o corrugado)

c) Con dos tubos hogares (liso o corrugado)

d) Con tubo Galloway (calderas horizontales o verticales)

e) Con tubos múltiples de humo (igneotubulares o pirotubulares)

f) Con tubos múltiples de agua (hidrotubulares o acuotubulares)

g) Con tubos múltiples de agua y tubos múltiples de humo (acuopirotubular o mixtas)

6. De acuerdo a la presión del vapor que producen:

a) De baja presión (hasta 2,0 kg/cm2)

b) De mediana presión (sobre 2,0 kg/cm2 hasta 10 kg/cm2)

c) De alta presión (sobre 10 kg/cm2 hasta 225 kg/cm2)

d) Supercríticas (sobre 225 kg/cm2)

7. Con respecto al volumen de agua que contienen en relación con su superficie de calefacción (SC): Es la superficie total de planchas y tubos de la caldera que por un lado están en contacto con los gases y por el otro con el agua que se desea calentar. La superficie de calefacción se mide por el lado de los gases.

a) De gran volumen de agua (más de 150 Ltrs. x m2 de superficie de calefacción SC)

b) De mediano volumen de agua (entre 70 y 150 Ltrs. x m2 de SC)

c) De pequeño volumen de agua (menos de 70 Ltrs. x m2 de SC)

8. Según su utilización:

a) De vapor

b) De agua caliente

9. Según la circulación del agua dentro de la caldera:

a) Circulación natural: El agua circula por efecto térmico

b) Circulación forzada: El agua se hace circular mediantes bombas.

10. Según el tipo de combustible:

a) De combustible sólido

b) De combustible líquido

c) De combustible gaseoso

Además existen calderas que obtienen el calor necesario de otras fuentes de calor, tales como gases calientes de desperdicios de otras reacciones químicas, de la aplicación de la energía eléctrica o del empleo de la energía nuclear.

Cada fabricante ha tomado o seleccionado algunos de estos aspectos, creando tipos de calderas que se han llegado a popularizar en el ambiente industrial.

4.- CALDERAS MÁS COMUNES.

 CALDERAS DEL TIPO PAQUETE: Es una unidad autocontenida, que se instala con rapidez, ya que va montada sobre una armazón de acero estructura, lista para su colocación sobre una base sencilla de concreto.

 CALDERAS ESCOCESAS: Es probablemente la más popular y la que más se fabrica como unidad generadora de fuerza. Algunas de sus características son: del tipo horizontal, con tubos múltiples de humo, de hogar interior, de uno o más pasos y que puede quemar combustible sólido, líquido o gaseoso. Son, además, económicas, ocupan un mínimo material refractario y su instalación es sencilla.

 CALDERAS MARINAS: Son calderas para la propulsión de barcos de guerra.

Algunas de sus características son:

- Gran eficiencia y mínimo tamaño y peso.

- Diseño y formas especiales.

- Gran seguridad del servicio.

- Manejo sencillo.

- Máxima accesibilidad.

- Gran flexibilidad a las demandas de vapor.

 CALDERAS RESIDENCIALES: Se presentan en gran variedad de formas y diseños, de los cuales la mayoría son para proporcionar agua caliente. Pueden ser verticales u horizontales, tienen un volumen de agua reducido y un calentamiento rápido.

 CALDERAS CONTINUAS: En estas calderas el agua de alimentación es forzada a través de los tubos, en cuyo trayecto cambia de estado convirtiéndose en vapor. Normalmente no necesitan colector de vapor. No requieren otra clase de bombeo que el de las bombas de alimentación de agua.

 CALDERAS TIPO EXPRESS: Son unidades capaces de levantar vapor rápidamente y a gran presión. El nombre “express” proviene de estas características. Sin embargo, la clasificación más aceptada se basa en la circulación del agua y de los gases calientes en la zona de tubos de las calderas. Según esto se tiene dos tipos generales de calderas:

1. PIROTUBULARES O DE TUBOS DE HUMOS

En estas calderas, los humos pasan dentro de los tubos, cediendo su calor al agua que los rodea.

2. ACUOTUBULARES O DE TUBOS DE AGUA

El agua circula por dentro de los tubos, captando calor de los gases calientes que pasan por el exterior.

4.1.- CALDERAS CON TUBOS MULTIPLES DE HUMO (PIROTUBULARES).

Estas calderas son denominadas también igneotubulares o pirotubulares y pueden ser verticales u horizontales. Entre las calderas verticales pueden encontrarse dos tipos con respecto a los tubos:

1. De tubos semisumergidos, y

2. De tubos totalmente sumergidos.

En el primer caso, el agua no cubre totalmente los tubos; en el segundo, éstos están totalmente cubiertos.

Las calderas horizontales con tubos múltiples de humo, hogar interior y retorno simple o doble retorno son las llamadas calderas escocesas y son las de aplicación más frecuente en nuestro país. Estas calderas, como cualquier otro tipo, pueden ser utilizadas con hogar para quemar carbón, leña o bien con quemadores de petróleo. Se encuentran en este grupo de calderas los locomóviles y las locomotoras que se caracterizan principalmente por ser de mediano volumen de agua, tiraje forzado y cuentan con tres partes bien definidas:

a) Una caja de fuego donde va montado el hogar; esta caja puede ser de sección rectangular o cilíndrica; es de doble pared, por lo que el hogar queda rodeado de una masa de agua. Debido a esta doble pared las planchas tienen que reforzarse con tirantes o estayes (pernos o refuerzos con un orificio central para detectar filtraciones cuando se cortan por corrosiones o exceso de tensiones).

b) Un cuerpo cilíndrico atravesado, longitudinalmente, por tubos de pequeño diámetro, por cuyo interior circulan los gases calientes.

c) Una caja de humos, que es la prolongación del cuerpo cilíndrico, a la cual llegan los gases después de pasar por el haz tubular, para salir hacia la chimenea. Estas calderas trabajan, casi siempre, con tiraje forzado, el cual se consigue mediante un chorro de vapor de la misma caldera (vapor vivo) o utilizando vapor de escape de la máquina.

Por problemas de resistencia de materiales, su tamaño es limitado. Sus dimensiones alcanzan a 4,5 metros de diámetro y 10 metros de largo. Se construyen para capacidades máximas de 15.000 kg/Hr de vapor y sus presiones de trabajo no superan los 18 kg/cm2.

Pueden producir agua caliente o vapor saturado. En el primer caso se les instala un estanque de expansión que permite absorber las dilataciones del agua. En el caso de calderas de vapor poseen un nivel de agua a 10 o 20 cm sobre los tubos superiores.

VENTAJAS

 Menor costo inicial, debido a la simplicidad de diseño en comparación con las acuotubulares de igual capacidad.

 Mayor flexibilidad de operación, ya que el gran volumen de agua permite absorber fácilmente las fluctuaciones en la demanda de vapor.

 Menores exigencias de pureza en el agua de alimentación, porque las incrustaciones formadas en el exterior de los tubos son más fáciles

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