Calderas de vapor

Una caldera es una máquina o instalación, diseñada y construida para producir vapor de agua a elevada presión y temperatura, las hay, desde pequeñas instalaciones locales para la producción de vapor para cocción de alimentos, planchado en serie de ropa, tratamientos sépticos de instrumentales y labores similares, con vapor de relativa baja temperatura y presión, hasta enormes instalaciones industriales, utilizadas para la alimentación de turbinas de generación de electricidad, y otros procesos industriales donde se requiere vapor en grandes cantidades, a altísimas temperaturas y presiones.
La caldera de vapor mas elemental es la conocida olla a presión, tan común en nuestros hogares.
En esencia una caldera es un recipiente cerrado, lleno parcialmente de agua a la que se le aplica calor procedente de alguna fuente, tal como un combustible, rayos solares concentrados, electricidad etc. para hacerla hervir y producir vapores. Como estos vapores están confinados a un espacio cerrado, se incrementará la presión interior y con ello la temperatura de ebullición del agua según muestra el diagrama de fases, pudiéndose alcanzar finalmente muy elevados valores de presión y temperatura. Estos vapores se concentran en la parte superior del recipiente inicialmente vacío, conocido como domo, de donde se extrae vía conductos para ser utilizado en el proceso en cuestión.
Aunque el principio de trabajo es muy simple, las particularidades del proceso son complejas para un trabajo seguro y eficiente de la caldera, especialmente en las grandes instalaciones industriales.
Hay muchos tipos de calderas de acuerdo a las temperaturas y presiones finales, tipo de energía calorífica disponible y volumen de producción de vapor.
Cabe destacar además, que incluso, para las mismas condiciones generales, existen un gran número de diseños constructivos en cuanto al modo de intercambio de calor, la forma del quemado del combustible, forma de alimentación del agua y otros muchos factores, lo que hace el tema de las calderas, objeto de grandes tomos técnicos así como de constante desarrollo.

En la imagen de la izquierda se muestra un esquema de una caldera simple, que utiliza carbón como combustible.
Los gases muy calientes procedentes de un quemador de carbón, se conducen a través de múltiples tubos embebidos en el agua contenida en el cuerpo de la caldera, hasta una chimenea de salida al exterior. Estos tubos se conocen como tubos de fuego.
Durante el paso por los tubos, ceden el calor al agua circundante, calentándola y haciéndola hervir, los vapores resultantes, burbujean en el resto del agua para concentrarse en el domo de donde se extraen para el proceso.
Una válvula de seguridad calibrada, impide que se alcancen presiones peligrosas para la integridad de la caldera.
Como durante el trabajo, se utiliza el vapor, el nivel del agua dentro de la caldera se reduce, por tal motivo es necesario alimentar la caldera con agua fresca. El conducto de purga se utiliza para vaciar la caldera en caso de reparaciones y mantenimiento o en periodos de inactividad durante las heladas.

El agua para la caldera

Un factor importantísimo a tener en cuenta durante el trabajo de la caldera es la calidad del agua de alimentación.
Esta agua debe estar desprovista de dureza temporal, de los contrario, las sales depositadas en torno a los tubos de fuego van formando una capa aislante que impide el intercambio adecuado de calor entre gases de la combustión y agua, con la consecuente pérdida de eficiencia.
Hay calderas de funcionamiento invertido al del esquema presentado, es decir por dentro de los tubos de fuego, circula el agua a calentar, y por el exterior, los gases calientes producto de la combustión, en este caso, la capa de sales depositadas en el interior de los tubos y su consecuente aislamiento, pueden producir que el tubo se caliente mucho, se reblandezca y estalle produciendo la explosión de la caldera.

Vista de una vieja máquina de vapor que ha hecho explosión

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