Marco Teorico Calderas

Caldera es 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. Un gene genera rado dorr de vapo vaporr cons consta ta de una una cald calder era a con con todo todos s sus sus accesorios por lo que se utilizan ambos términos indistintamente, se utilizan para generar agua caliente para calefacción y uso general, así  como como tamb tambié ién n para para gene genera rarr vapo vaporr en plan planta tas s de fuer fuerza za,, proc proces esos os industriales o calefacción. Su funcionamiento es basado en transferencia de calor, producida generalmente por la quema de un combustible, que se le entrega al agua contenida o que circula dentro de un recipiente metálico. n toda caldera se distinguen dos zonas importantes! a" #ona de liberación de calor u $ogar o cámara de combustión! s el lugar donde se quema el combustible. %uede ser interior o e&terior con respecto al recipiente metálico. '()*'+* l $ogar se encuentra dentro del recipiente metálico o rodeado de paredes refrigeradas por agua. )*'+* -ogar construido fuera del recipiente metálico. stá parcialmente rodeado o sin paredes refrigeradas por agua. a transferencia de calor en esta zona se realiza principalmente por radiación /llama 0 agua". b" #ona de tubos! s la zona donde los productos de la combustión /gases o $umos" trans1eren calor al agua principalmente por convección /gases 0 agua". stá stá consti constitui tuida da por por tubos tubos dentr dentro o de los los cuale cuales s puede pueden n circu circular lar los $umos o el agua. La clasificación general de las calderas, de acuerdo al mayor uso sería, la siguiente:

2. 3tendiendo a su posición! a" -orizontales b" 4erticales 5. 3tendiendo a su instalación!

a" 6i7a o estacionaria b" 8óviles o portátiles 9. 3tendiendo a la ubicación del $ogar! a" :e $ogar interior b" :e $ogar e&terior ;. 3tendiendo a la circulación de los gases! a" *ecorrido en un sentido /de un paso" b" Con retorno simple /de dos pasos" c" Con retorno doble /de tres pasos" <. Con respecto a su forma de calefacción! a" Cilíndrica sencilla de $ogar e&terior b" Con un tubo $ogar /liso o corrugado" c" Con dos tubos $ogares /liso o corrugado" d" Con tubo =allo>ay /calderas $orizontales o verticales" e" Con tubos m?ltiples de $umo /igneotubulares o pirotubulares" f" Con tubos m?ltiples de agua /$idrotubulares o acuotubulares" g" Con tubos m?ltiples de agua y tubos m?ltiples de $umo /acuopirotubular o mi&tas"

@. :e acuerdo a la presión del vapor que producen! a" :e ba7a presión /$asta 5,A Bgcm5" b" :e mediana presión /sobre 5,A Bgcm5 $asta 2A Bgcm5" c" :e alta presión /sobre 2A Bgcm5 $asta 55< Bgcm5" d" Supercríticas /sobre 55< Bgcm5" D. Con respecto al volumen de agua que contienen en relación con su super1cie de calefacción! a" :e gran volumen de agua /más de 2
b" :e agua caliente G. Seg?n la circulación del agua dentro de la caldera! a" Circulación natural! l agua circula por efecto térmico b" Circulación forzada! l agua se $ace circular mediantes bombas. 2A. Seg?n el tipo de combustible! a" :e combustible sólido b" :e combustible líquido c" :e combustible gaseoso 3demás e&isten 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.  )odas las calderas pueden clasi1carse seg?n las características mencionadas anteriormente. n el ambiente industrial las más comunes son! a" C3:*3S : )'%+ %3HU) s una unidad auto contenida, 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. b" C3:*3S SC+CS3S s probablemente la más popular y la que más se fabrica como unidad generadora de fuerza. 3lgunas de sus características son! del tipo $orizontal, con tubos m?ltiples de $umo, de $ogar 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. c" C3:*3S 83*'(3S Son calderas para la propulsión de barcos de guerra. 3lgunas de sus características son! 0 =ran e1ciencia y mínimo tamaEo y peso. 0 :iseEo y formas especiales. 0 =ran seguridad del servicio. 0 8ane7o sencillo. 0 8á&ima accesibilidad. 0 =ran Ie&ibilidad a las demandas de vapor.

d" C3:*3S *S':(C'3S Se presentan en gran variedad de formas y diseEos, de los cuales la mayoría son para proporcionar agua caliente. %ueden ser verticales u $orizontales, tienen un volumen de agua reducido y un calentamiento rápido. e" C3:*3S C+()'(U3S n estas calderas el agua de alimentación es forzada a través de los tubos, en cuyo trayecto cambia de estado convirtiéndose en vapor. (ormalmente no necesitan colector de vapor. (o requieren otra clase de bombeo que el de las bombas de alimentación de agua. f" C3:*3S )'%+ %*SS Son unidades capaces de levantar vapor rápidamente y a gran presión. l nombre Je&pressK proviene de estas características. Sin embargo, la clasi1cación más aceptada se basa en la circulación del agua y de los gases calientes en la zona de tubos de las calderas. Seg?n esto se tiene dos tipos generales de calderas! 2. %'*+)ULU3*S + : )UL+S : -U8+S n estas calderas, los $umos pasan dentro de los tubos, cediendo su calor al agua que los rodea. 5. 3CU+)ULU3*S + : )UL+S : 3=U3 l agua circula por dentro de los tubos, captando calor de los gases calientes que pasan por el e&terior. C3:*3S C+( )UL+S 8U)'%S : -U8+ stas calderas son denominadas también igneotubulares o pirotubulares y pueden ser verticales u $orizontales. ntre las calderas verticales pueden encontrarse dos tipos con respecto a los tubos! 2. :e tubos semisumergidos, y 5. :e tubos totalmente sumergidos. n el primer caso, el agua no cubre totalmente los tubosM en el segundo, éstos están totalmente cubiertos. as calderas $orizontales con tubos m?ltiples de $umo, $ogar interior y retorno simple o doble retorno son las llamadas calderas escocesas y son las de aplicación más frecuente en nuestro país. stas calderas, como cualquier otro tipo, pueden ser utilizadas con $ogar para quemar carbón, leEa 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, tira7e forzado y cuentan con tres partes bien de1nidas! a" Una ca7a de fuego donde va montado el $ogarM esta ca7a puede ser de sección rectangular o cilíndricaM es de doble pared, por lo que el $ogar queda rodeado de una masa de agua. :ebido a esta doble pared las planc$as tienen que reforzarse con tirantes o estayes /pernos o refuerzos con un ori1cio central para detectar 1ltraciones cuando se cortan por corrosiones o e&ceso de tensiones". b" Un cuerpo cilíndrico atravesado, longitudinalmente, por tubos de pequeEo diámetro, por cuyo interior circulan los gases calientes. c" Una ca7a de $umos, que es la prolongación del cuerpo cilíndrico, a la cual llegan los gases después de pasar por el $az tubular, para salir $acia la c$imenea. stas calderas traba7an, casi siempre, con tira7e forzado, el cual se consigue mediante un c$orro de vapor de la misma caldera /vapor vivo" o utilizando vapor de escape de la máquina. %or problemas de resistencia de materiales, su tamaEo es limitado. Sus dimensiones alcanzan a ;,< metros de diámetro y 2A metros de largo. Se construyen para capacidades má&imas de 2<.AAA Bg-r de vapor y sus presiones de traba7o no superan los 2F Bgcm5. %ueden producir agua caliente o vapor saturado. n el primer caso se les instala un estanque de e&pansión que permite absorber las dilataciones del agua. n el caso de calderas de vapor poseen un nivel de agua a 2A o 5A cm sobre los tubos superiores. 4()3N3S 0 8enor costo inicial, debido a la simplicidad de diseEo en comparación con las acuotubulares de igual capacidad. 0 8ayor Ie&ibilidad de operación, ya que el gran volumen de agua permite absorber fácilmente las Iuctuaciones en la demanda de vapor. 0 8enores e&igencias de pureza en el agua de alimentación, porque las incrustaciones formadas en el e&terior de los tubos son más fáciles de atacar y son eliminadas por las purgas. 0 6acilidad de inspección, reparación y limpieza. :S4()3N3S

0 8ayor tamaEo y peso que las acuotubulares de igual capacidad. 0 8ayor tiempo para subir presión y entrar en funcionamiento. 0 =ran peligro en caso de e&plosión o ruptura, debido al gran volumen de agua almacenado. 0 (o son empleadas para altas presiones. C3:*3S C+( )UL+S 8U)'%S : 3=U3 /3CU+)ULU3*" n estas calderas, por el interior de los tubos pasa agua o vapor y los gases calientes se $allan en contacto con las caras e&teriores de ellos. Son de pequeEo volumen de agua. as calderas acuotubulares son las empleadas casi e&clusivamente cuando interesa obtener elevadas presiones y rendimiento, debido a que los esfuerzos desarrollados en los tubos por las altas presiones se traducen en esfuerzos de tracción en toda su e&tensión. a limpieza de estas calderas se lleva a cabo fácilmente porque las incrustaciones se quitan utilizando dispositivos limpiatubos accionados mecánicamente o por medio de aire. a circulación del agua, en este tipo de caldera, alcanza velocidades considerables con lo que se consigue una transmisión e1ciente del calorM por consiguiente, se eleva la capacidad de producción de vapor.

C+8%+*)38'()+ : 3S C3:*3S l comportamiento de una caldera puede e&presarse en función de los Bilogramos de vapor producido por metro cuadrado de super1cie de calefacción y por $ora /coe1ciente de evaporación". sta producción de vapor se $a ido elevando en los tiempos modernos. a intensi1cación de la producción de vapor se basa principalmente en la circulación de agua en el interior de los tubos, con una velocidad tal, que el vapor que se va formando por el calentamiento de los mismos, va saliendo con la misma corriente del agua que se evapora, porque de no ser así, las burbu7as de vapor formadas crearían espacios $uecos en el líquido que no podrían absorber el calor transmitido, quemándose el material de los tubos.

%3*)S %*'(C'%3S HU C+8%+(( U(3 C3:*3 Se analizarán las partes principales de las calderas en forma general, especi1cando en cada caso el tipo de caldera que dispone de dic$o elemento. 2. -+=3* + 6+=+( s el espacio donde se produce la combustión. Se le conoce también con el nombre de Cámara de Combustión. os $ogares se pueden clasi1car en! a" Seg?n su ubicación. 0 -ogar e&terior. 0 -ogar interior. b" Seg?n el tipo de combustible. 0 -ogar para combustible sólido. 0 -ogar para combustible gaseoso. C" Seg?n su construcción. 0 -ogar liso. 0 -ogar corrugado. sta clasi1cación rige solamente cuando el $ogar de la caldera se compone por uno o más tubos a los cuales se les da el nombre de J)ubo -ogarK. 5. %U*)3 -+=3* s una pieza metálica, abisagrada, revestida generalmente en su interior con ladrillo refractario o de doble pared, por donde se ec$a el combustible sólido al $ogar y se $acen las operaciones de control del fuego. n las calderas que queman combustibles líquidos o gaseosos, esta puerta se reemplaza por el quemador. 9. 8%3**'3:+ Son piezas metálicas en forma de re7as, generalmente rectangulares o trapezoidales, que van en el interior del fogón y que sirven de soporte al combustible sólido. :ebido a la forma de re7a que tienen, permiten el paso del 3ire %rimario que sirve para que se produzca la combustión. a" as parrillas deben adaptarse al combustible y deben cumplir principalmente los siguientes requisitos!

0 :eben permitir convenientemente el paso del aire. 0 :eben permitir que caigan las cenizas. 0 :eben permitir que se limpien con facilidad y rapidez. 0 :eben impedir que se 7unte escoria. 0 os barrotes de la parrilla deben ser de buena calidad para que no quemen o deformen. 0 :eben ser durables. 3lgunos diseEos de parrillas permiten que por su interior pase agua para refrigerarla y evitar recalentamientos.

b" )ipos de parrilla! 0 Seg?n su instalación! 06i7as o estacionarias! Son aquellas que no se muevan durante el traba7o. 0 8óviles o rotativas! Son aquellas que van girando o avanzando mientras se quema el combustible. 0 Seg?n su posición! 0 -orizontales 0 'nclinadas 0 scalonadas. ;. C('C*+ s el espacio que queda ba7o la parrilla y que sirve para recibir las cenizas que caen de ésta. os residuos acumulados deben retirarse periódicamente para no obstaculizar el paso de aire necesario para la combustión. n algunas calderas el cenicero es un depósito de agua. <. %U*)3 : C('C*+ 3ccesorio que se utiliza para realizar las funciones de limpieza del cenicero. 8ediante esta puerta regulable se puede controlar también la entrada del aire primario al $ogar. Cuando se $ace limpieza de fuegos o se carga el $ogar, se recomienda que dic$a puerta permanezca cerrada con el ob7eto de evitar el retroceso de la llama /Kengua de )oroK". @. 3)3*

s un pequeEo muro de ladrillo, refractario, ubicado en el $ogar, en el e&tremo opuesto a la puerta del fogón y al 1nal de la parrilla, debiendo sobrepasar a ésta en apro&imadamente 9A cm. os ob7etivos del altar son! 0 'mpedir que caigan de la parrilla residuos o partículas de combustible. 0 +frecer resistencia a las llamas y gases para que éstos se distribuyan en forma pare7a a lo anc$o de la parrilla y lograr en esta forma una combustión completa. 0 %oner resistencia a los gases calientes en su trayecto $acia la c$imenea. Con esto se logra que entreguen todo su calor y salgan a la temperatura adecuada. D. 838%+S)*'3 Se llama mampostería a la construcción de ladrillos refractarios o comunes que tienen como ob7eto! a" Cubrir la caldera para evitar pérdidas de calor. b" =uiar los gases y $umos calientes en su recorrido. %ara me7orar la aislación de la mampostería se dispone, a veces, en sus paredes de espacios $uecos /capas de aire" que di1cultan el paso del calor. n algunos tipos de calderas se $a eliminado totalmente la mampostería de ladrillo, colocándose solamente aislación térmica en el cuerpo principal y ca7as de $umos. %ara este ob7eto se utilizan materiales aislantes, tales como lana de vidrio recubierta con planc$as metálicas y asbestos. F. C+(:UC)+S : -U8+ Son los espacios por los cuales circulan los $umos y gases calientes de la combustión. :e esta forma, se aprovec$a el calor entregado por estos para calentar el agua yo producir vapor. G. C3N3 : -U8+ Corresponde al espacio de la caldera en el cual se 7untan los $umos y gases, después de $aber entregado su calor y antes de salir por la c$imenea. 2A. C-'8(3

s el con7unto de salida de los gases y $umos de la combustión para la atmósfera. 3demás tiene como función producir el tiro necesario para obtener una adecuada combustión. 22. *=U3:+* : )'*+ + )8%3:+* Consiste en una compuerta metálica instalada en el conducto de $umo que comunica con la c$imenea o bien en la c$imenea misma. )iene por ob7eto dar mayor o me7or paso a la salida de los gases y $umos de la combustión. ste accesorio es accionado por el operador de la caldera para regular la cantidad de aire en la combustión, al permitir aumentar /al abrir" o disminuir /al cerrar" el caudal. =eneralmente, se usa una combinación con la puerta del cenicero. 25. )3%3S : *='S)*+ + %U*)3S : '(S%CC'+( Son aberturas que permiten inspeccionar, limpiar y reparar la caldera. &isten dos tipos, dependiendo de su tamaEo! 0 as puertas $ombre 0 as tapas de registro. a puerta $ombre por sus dimensiones permite el paso de un $ombre al interior de la caldera. as tapas de registro, por ser de menor tamaEo, permiten sólo el paso de un brazo. 29. %U*)3S : %+S'+( Son puertas metálicas con contrapeso o resorte, ubicadas generalmente en la ca7a de $umos y que se abren en caso de e&ceso de presión en la cámara de combustión, permitiendo la salida de los gases y eliminando la presión. Sólo son utilizables en calderas que traba7en con combustible líquido o gaseoso. 2;. C383*3 : 3=U3 s el volumen de la caldera que está ocupado por el agua que contiene y tiene como límite superior un cierto nivel mínimo del que no debe descender nunca el agua durante su funcionamiento. s el comprendido del nivel mínimo visible en el tubo de nivel $acia aba7o. 2<. C383*3 : 43%+*

s el espacio o volumen que queda sobre el nivel superior má&imo de agua y en el cual se almacena el vapor generado por la caldera. 8ientras más variable sea el consumo de vapor, tanto mayor debe ser el volumen de esta cámara. n este espacio o cámara, el vapor debe separarse de las partículas de agua que lleva en suspensión. %or esta razón, algunas calderas tienen un pequeEo cilindro en la parte superior de esta cámara, llamada JdomoK, y que contribuye a me7orar la calidad del vapor /$acerlo más seco". 2@. C383*3 : 3'8()3C'+( : 3=U3 s el espacio comprendido entre los niveles má&imo y mínimo de agua. :urante el funcionamiento de la cámara, se encuentra ocupada por agua yo vapor, seg?n sea donde se encuentre el nivel de agua.