Calderas industriales: componentes, funcionamiento y transferencia de calor
Resumen
El documento describe las calderas industriales y la instalación de generación de vapor que las rodea, incluyendo sus componentes principales y accesorios. Explica la definición de caldera, sus partes fundamentales como el hogar, el cuerpo cilíndrico y la chimenea, y los tipos de superficie de calefacción. También detalla los mecanismos de transferencia de calor (radiación, convección y conducción) y los criterios de clasificación de las calderas.
Puntos clave
- Una caldera es un recipiente cerrado o instalación que genera vapor o alcanza una presión mayor a la atmosférica mediante el calor de una fuente apropiada.
- El hogar es la sección donde se produce la combustión e incluye parrilla, cenicero, cámara de combustión, altar, cámara de humo y chimenea.
- El cuerpo cilíndrico contiene la cámara de agua y la cámara de vapor, separadas por el espejo de agua que define el nivel de agua.
- El domo permite extraer vapor alejado de la superficie del líquido para obtener vapor lo más seco posible, usando chapas separadoras de gotas.
- La superficie de calefacción puede ser directa (en contacto con las llamas) o indirecta (en contacto con los gases de combustión).
- El calor se transfiere por radiación, convección y conducción.
- Las calderas se clasifican según el paso de fluidos (humotubulares o acuotubulares), el movimiento del agua (circulación natural o forzada) y la presión de operación (subcríticas o supercríticas).
Componentes y Funcionamiento de las Calderas Industriales
Introducción a la Generación de Vapor
La generación de vapor se realiza en unidades generadoras denominadas generalmente calderas.
Componentes Principales de una Instalación de Caldera
La instalación, además de la caldera, comprende componentes principales y accesorios esenciales como:
- Economizadores y chimeneas
- Sobrecalentadores y recalentadores
- Quemadores y alimentadores de aire
- Condensadores
- Bombas y tanques de alimentación
- Domos
Proceso de Calentamiento y Evaporación en Calderas
En la caldera se produce el calentamiento, la evaporación y el posible recalentamiento y sobrecalentamiento del vapor.
Clasificación de las Calderas
Las calderas se pueden clasificar según diversos criterios:
- El paso de fluidos: en calderas humotubulares o acuotubulares.
- El movimiento del agua: en circulación natural o forzada.
- La presión de operación: en subcríticas o supercríticas.
Definición de Caldera
Una caldera es un recipiente cerrado o una instalación en la que se genera vapor o se alcanza una presión mayor a la atmosférica, mediante la acción del calor cedido por una fuente apropiada. Es el conjunto de elementos integrantes del Generador de Vapor (GV), donde específicamente se produce un cambio de estado a expensas del calor suministrado por la fuente. Está constituida principalmente por tubos hervidores, el cuerpo cilíndrico y otros elementos vinculantes.
Partes Fundamentales de una Caldera
El Hogar
El hogar es la sección donde se produce la combustión. Incluye la parrilla, el cenicero, la cámara de combustión, el altar, la cámara de humo y la chimenea.
Cuerpo Cilíndrico y Cámaras (Domo Principal)
El cuerpo cilíndrico, también conocido como domo principal, está compuesto por una chapa de acero herméticamente cerrada y expuesta a la acción de las llamas y gases calientes. Este cilindro contiene una cámara de agua (CA) en su interior, y el agua que se evapora ocupa la parte superior de la caldera, conocida como cámara de vapor (CV).
Entre la CA y la CV se encuentra el espejo de agua, que define el nivel de agua de la caldera.
En la parte superior, se agrega un cilindro de eje vertical llamado domo. Su función es lograr un punto de extracción del vapor para consumo alejado de la superficie del líquido, con el fin de obtener el vapor más seco posible. Este domo también incorpora chapas separadoras de gotas, que al chocar con ellas, permiten que solo pasen las partículas de vapor más secas.
La Chimenea
La chimenea es el conducto por donde se dirigen los gases de combustión desde el hogar y son expulsados al ambiente, ya sea por el tiro natural producido en ella o por la acción de ventiladores.
Superficie de Calefacción
La superficie de calefacción es la superficie de la unidad generadora destinada a la transmisión del calor, expuesta por un lado al gas caliente y por el otro al líquido que se calienta.
Tipos de Superficie de Calefacción:
- Directa: En contacto directo con las llamas.
- Indirecta: En contacto con los gases de combustión.
Mecanismos de Transferencia de Calor en Calderas
La transferencia de calor desde la combustión hacia el líquido o vapor se realiza principalmente por medio de tres mecanismos:
Radiación
La radiación se produce en el lecho del combustible, mediante radiaciones luminosas desde la combustión hacia el recipiente cilíndrico.
Convección
La convección se presenta en los gases y en el líquido o vapor que recibe esa cantidad de calor.
Conducción
La conducción ocurre a través del sólido, compuesta por la pared metálica del recipiente.
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PDF Word HTMLPreguntas frecuentes
¿Qué es una caldera industrial?
Es un recipiente cerrado o una instalación en la que se genera vapor o se alcanza una presión mayor a la atmosférica mediante el calor cedido por una fuente apropiada. Forma parte del Generador de Vapor (GV).
¿Cuáles son los mecanismos de transferencia de calor en una caldera?
La transferencia se produce principalmente por radiación, desde el lecho del combustible hacia el recipiente cilíndrico; por convección, en los gases y en el líquido o vapor; y por conducción, a través de la pared metálica del recipiente.
¿Para qué sirve el domo de una caldera?
El domo sirve para lograr un punto de extracción del vapor alejado de la superficie del líquido, con el fin de obtener el vapor más seco posible. Incorpora chapas separadoras de gotas.
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