Funcionamiento del dispositivo
Una caldera es una máquina o
dispositivo de ingeniería que está diseñado para generar vapor saturado. Éste
vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en
la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se calienta y cambia de
estado. Caldera es todo aparato a presión en donde el calor procedente de
cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a través de un
medio de transporte en fase líquida o vapor.
Las calderas son un caso
particular en el que se eleva a altas temperaturas de intercambiadores de
calor, en las cuales se produce un cambio de fase. Además son recipientes a
presión, por lo cual son construidas en parte con acero laminado a semejanza de
muchos contenedores de gas.
Debido a las amplias
aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, las calderas son muy
utilizadas en la industria para generarlo para aplicaciones como:
• Esterilización
(tindarización), es común encontrar calderas en los hospitales, las cuales
generan vapor para esterilizar los instrumentos médicos, también en los
comedores con capacidad industrial se genera vapor para esterilizar los
cubiertos así como para la elaboración de alimentos en marmitas.
• Calentar otros fluidos,
por ejemplo, en la industria petrolera se calienta a los petroles pesados para
mejorar su fluidez y el vapor es muy utilizado.
• Generar electricidad a
través de un ciclo Rankine. Las calderas son parte fundamental de las centrales
termoeléctricas.
Es común la confusión entre
caldera y generador de vapor, pero su diferencia es que el segundo genera vapor
sobrecalentado
Dibujo esquemático y partes de la caldera
• Agua de alimentación: Es
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 condensado: Es el
agua que proviene del estanque condensador y que representa la calidad del
vapor.
• Vapor seco o
sobresaturado: Vapor de óptimas condiciones.
• Vapor húmedo o saturado:
Vapor con arrastre de espuma proveniente de una agua de alcalinidad elevada.
• Condensador: Sistema que
permite condensar el vapor.
• Estanque de acumulación:
Es el estanque de acumulación y distribución de vapor.
• Desaireador: es el sistema
que expulsa los gases a la atmósfera.
• Purga de fondo: Evacuación
de lodos y concentrado del fondo de la caldera.
• Purga de superficie:
Evacuación de sólidos disueltos desde el nivel de agua de la caldera.
• Fogón o hogar: Alma de
combustión del sistema.
• Combustible: Material que
produce energía calórica al quemarse.
• Agua de calderas: Agua de
circuito interior de la caldera cuyas características dependen de los ciclos y
del agua de entrada.
• Ciclos de concentración:
Número de veces que se concentra el agua de caldera respecto del agua de
alimentación.
• Alcalinidad: Nivel de
salinidad expresada en ppm de CaCO3 que confiere una concentración de iones
carbonatos e hidróxilos que determina el valor de pH de funcionamiento de una
caldera, generalmente desde 10,5 a 11.5.
• Desoxigenación:
Tratamiento químico que elimina el oxígeno del agua de calderas.
• Incrustación:
Sedimentación 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.
• Dispersante: Sistema
químico que mantiene los sólidos descohesionados ante un evento de
incrustación.
• Antiincrustante: Sistema
químico que permite permanecer a los sólidos incrustantes en solución.
• Anticorrosivo: Sistema
químico que brinda protección por formación de films protectivos ante iones
corrosivos presentes en el agua.
Propiedades de estado de entrada y salida
Consideraciones
- Tanto la energía cinética como la potencial son despreciables.
Propiedades de Entrada
- En la entrada el fluido entra como líquido saturado o líquido comprimido.
Propiedades de Salida
- El fluido sale como vapor sobrecalentado o vapor saturado
- El fluido sale con la misma presión que a la entrada.
- La temperatura de salida puede ser mayor o igual que la temperatura de entrada.
Relaciones entre las propiedades de entrada y salida.
Ecuación de continuidad para una caldera.
Primera ley de la termodinámica para una caldera.
Video explicativo del funcionamiento del dispositivo
Links:
- Mantenimiento: http://www.industrial-lima.com.pe/web/index.php?option=com_content&view=article&id=86:mantenimiento-caldera&catid=44
- Diversos diseños: - Acuotubular: http://nelsoncobba.blogspot.com/2011/11/diseno-caldera-acuotubular.html - Biomasa: http://www.hormirefra.es/pdfs/1267776351.pdf
