Sistemas Térmicos Industriales: Calderas, Hornos y Secadores

Calderas Industriales: Tipos y Clasificación

Definición de Caldera

Una caldera es un aparato a presión donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable en forma de calorías, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor. Su objetivo principal es traspasar el calor de los humos procedentes de un proceso de combustión a un fluido que es necesario calentar.

Clasificación de Calderas

Las calderas se clasifican según diversos criterios:

1. Según Normas UNE y Disposición de Fluidos

• Pirotubulares: Por su interior circulan gases calefactores.
• Acuotubulares: Por su interior circula agua.

2. Por Circulación de Fluidos

• Calderas de Circulación Natural: El movimiento del fluido se produce por convección natural.
• Calderas de Circulación Forzada: El fluido es impulsado por una bomba.
• Calderas de Circulación Controlada o Asistida: El movimiento del fluido es asistido por bomba solo en una parte de la caldera.

3. Por el Fluido Calentado

• De Agua Caliente: La temperatura del agua es inferior a 110 ºC.
• De Agua Sobrecalentada: La temperatura del agua es superior a 110 ºC.
• De Fluido Térmico: Utilizan un líquido distinto del agua.
• De Vapor: El fluido de trabajo es vapor de agua.

4. Según la Transmisión de Calor

• Calderas de Convección.
• Calderas de Radiación.
• Calderas de Radiación y Convección.

5. Por Combustible Utilizado

• Calderas de Carbón.
• Calderas de Combustibles Líquidos.
• Calderas de Combustibles Gaseosos.
• Calderas de Combustibles Especiales.
• Calderas de Recuperación de Calor de Gases.

6. Calderas de Una Fase (Líquida)

Incluyen calderas de agua caliente, sobrecalentada o de fluido térmico.

7. Calderas de Alto Rendimiento

Diseñadas para calefacción, estas calderas reducen la temperatura de producción de agua caliente, evitan la condensación del lado de los humos, aumentan la resistencia térmica de la pared y la superficie de intercambio. La condensación ocurre cuando la temperatura del agua está entre 30-50 ºC y la de los humos entre 40-60 ºC. Aprovechan hasta el Poder Calorífico Superior (PCS), lo que mejora significativamente el rendimiento y permite una combustión más eficiente sin exceso de aire.

8. Otras Calderas de Uso Doméstico

Comúnmente se encuentran las calderas murales estancas y atmosféricas.

9. Calderas de Dos Fases: Calderas de Vapor

9.1. Calderas Pirotubulares

En estas calderas, los humos calientes circulan por el interior de los tubos, desde el hogar hasta la chimenea. Son adecuadas para presiones reducidas y son frecuentes en la industria.

Ventajas:

• Gran volumen de agua y, por tanto, mucha energía acumulada.
• Menores fluctuaciones de presión.
• Menor desembolso inicial.
• Altos rendimientos.

Inconvenientes:

• Riesgos de explosión.
• Problemas frecuentes si se instala un sobrecalentador y la circulación de agua no está bien definida.

Estructura:

• Carcasa exterior o virola.
• Placas tubulares.
• Tubo hogar.
• Cámara de hogar.
• Tubos pasadores.
• Caja de humos.

9.2. Calderas Acuotubulares

En este tipo de calderas, el agua circula por el interior de los tubos y los humos por el exterior. Son aptas para presiones elevadas. Los tubos se comunican con los calderines o domos, y en el superior se separa el vapor.

Ventajas:

• Bajo riesgo de explosión.
• Mejor título de vapor.
• Rendimiento elevado.
• Colocación sencilla del sobrecalentador.
• Circulación del agua definida.

Inconvenientes:

• Menor energía almacenada.
• Mayor costo inicial.

Estructura:

• Calderines o Domos.
• Haz de tubos.
• Sistema de limpieza y salida de humos.
• Hogar.
• Pantallas.
• Sobrecalentador.

Hornos Industriales: Aplicaciones y Clasificación

Definición de Horno

Los hornos son equipos utilizados para calentar piezas u otros elementos colocados en su interior, con el objetivo de modificar sus características estructurales, fundirlos, o para otros procesos. Ejemplos de aplicaciones incluyen: sinterizado, calcinación, fusión, calentamientos, tratamientos térmicos, secado y recubrimientos. La combustión se realiza por medio de quemadores.

Clasificación de Hornos

Los hornos se clasifican según:

• Forma de Funcionamiento: Continuo o discontinuo (discreto).
• Dispositivos de Almacenamiento: Con combustible o con energía eléctrica.
• Dispositivos de Calefacción: Superior, inferior, lateral o por un extremo.
• Tipo de Recinto: Solera de rodillos, cinta transportadora, solera giratoria, de mufla, de carro, de crisol.
• Tipo de Efecto en el Producto: Fusión, recalentamiento, tratamiento térmico, objetivos especiales.

Secadores Industriales: Principios y Tipos de Humedad

Definición de Secador

Los secadores son equipos diseñados para la separación parcial o total de un líquido (normalmente agua) de un sólido, utilizando aire o mediante ebullición.

Tipos de Humedad

La humedad presente en los materiales puede ser:

• Superficial.
• Capilar.
• De Composición.