Sistemas de Vapor Navales: Funcionamiento, Tipos de Calderas y Optimización

Generadores de Vapor Navales: Ciclo y Clasificación de Calderas Marinas

Desarrollo del Proceso de Transformación de la Energía en Generadores de Vapor

Un ciclo simple de vapor se divide en cuatro secciones:

• Generación de vapor: Se inicia en el punto 1, donde el agua está dentro de la caldera a la temperatura T1 y a presión pcal. Comienza a recibir calor de la combustión, elevándose la temperatura hasta que se inicia el cambio de estado (entre los puntos 2 y 3, a la temperatura de saturación). El vapor generado se encuentra por encima de la superficie del líquido saturado (las capas en contacto con ella tienen una calidad cercana al 0%, y las más alejadas, al 100%). Para sobrecalentar el vapor, se necesita un recipiente denominado sobrecalentador.
• Expansión del vapor: La energía térmica teórica disponible para ser transformada en trabajo mecánico depende del grado de sobrecalentamiento del vapor y de la presión final de la expansión. La expansión del vapor entre los puntos 4 y 5 se transforma en trabajo mecánico en las turbinas. La instalación para la expansión puede disponer de varias turbinas (desde la última hasta el condensador).
• Sistema de condensado: Este sistema intermedio del ciclo comprende los puntos 6 al 9.
  1. Condensador: Actúa como fuente fría, mantiene la presión de exhaustación de la máquina de expansión por debajo de la atmosférica y hace posible el suministro continuo de agua destilada a la caldera.
  2. Bombas de condensado: Son las encargadas de extraer el agua condensada del condensador.
  3. Eyectores de aire y gases no condensables: Extraen estos gases de la parte superior.
  4. Tanque desaireador: Extrae el oxígeno disuelto restante, calienta el agua de alimentación y la almacena para su uso en el sistema.
• Sistema de agua de alimentación: Para introducir agua en la caldera a presión, la bomba debe descargar a una presión aproximada del 25% superior a la presión de trabajo de la caldera. Esto se realiza en dos etapas: una, mediante una bomba aportadora que eleva la presión atmosférica; la bomba de alimentación aspira a esa presión e introduce el agua en la caldera. Desde la descarga de la bomba de alimentación hasta la entrada en la caldera, el agua pasa por una válvula de retención que impide el retroceso del flujo.

Clasificación General de las Calderas Marinas

• Calderas fumitubulares: Los gases de la combustión circulan en el hogar por el interior de los tubos y transmiten el calor al agua que los rodea. Se usan actualmente para generar vapor utilizando parte del calor transportado por los gases de escape de los grandes motores diésel propulsores. El combustible se quema en el hogar (1) y los gases de la combustión circulan a través del haz de tubos (2) que transmiten el calor al agua que los rodea, saliendo a la atmósfera por la chimenea (3). Parte del calor residual se aprovecha para precalentar el agua en el intercambiador (4), conocido como economizador.
• Calderas acuatubulares: El agua circula por el interior de los tubos y los gases por el exterior. La defectuosa circulación de agua, causada por una insuficiente inclinación de los tubos, frenó su desarrollo hasta que se dispuso del calderín (caldera Yarow o tipo «A»). En la figura 8.II se aprecia la incorporación del sobrecalentador, del economizador y los tubos exteriores de bajada. También se observa la reducción del diámetro de los tubos vaporizadores para aumentar la superficie de contacto de transmisión de calor.

Transición hacia las Calderas Acuatubulares y Tratamiento del Agua

El procedimiento de obtención de agua de alimentación y prevención de incrustaciones consiste en:

• Usar como agua de alimentación exclusivamente la obtenida de destilar agua de mar.
• Añadir productos químicos para neutralizar las impurezas no eliminadas inicialmente.
• Desairear el agua de alimentación para eliminar el oxígeno y el anhídrido carbónico (antes de introducirla en la caldera).

Breve Descripción de Calderas Acuatubulares del Tipo Colectores

El calderín y el colector resolvieron necesidades de suministro de potencia de los buques desde finales del siglo XIX hasta nuestros días, con una evolución que a veces se