Las calderas son máquinas térmicas diseñadas especialmente para generar vapor que se aprovecha en diferentes procesos. Existen diferentes tipos de estas máquinas, cada una con un diseño y modo de funcionamiento particular que las hace más o menos adecuadas para determinadas aplicaciones.
Esta entrada la dedicaremos a hablar de los usos que se le da a una caldera en diferentes sectores, a la manera en que funcionan y a los distintos tipos de calderas que podemos encontrar en el mercado hoy en día.
En la industria hospitalaria y en la químico-farmacéutica el uso de una caldera tiene gran importancia ya que se emplea para esterilizar la instrumentación, proceso de suma importancia para garantizar la calidad y seguridad de los procesos que se llevan a cabo.
Además es utilizada en la transformación de componentes químicos base para el proceso de preparación de medicamentos, así como en la preparación de composiciones moleculares para preparar materias primas utilizadas para la elaboración de fármacos.
En la industria alimenticia también se emplean las calderas para la esterilización de utensilios, recipientes y superficies de preparación e incluso se emplean en algunos procesos de transformación de alimentos.
Por otro lado, en la industria restaurantera y hotelera las calderas son necesarias para suministrar los servicios básicos de agua en habitaciones, lavandería y cocina pues existe una gran demanda y con un calentador convencional de poca potencia no sería posible satisfacer las demandas de todos los usuarios.
En la industria de producción eléctrica el uso de calderas se ha extendido bastante sobretodo porque actualmente existen ciertas disposiciones legales para el uso sustentable de los recursos.
Esto, además de reducir el impacto ambiental de las actividades industriales en el medio ambiente, permite a las industrias reducir costos por el uso responsable de las fuentes de energía y, en el caso de las calderas, hoy en día se puede emplear biodisel para alimentarlas, una alternativa más barata que otros combustibles.
Por lo anterior, cada vez es más común encontrar calderas en centrales termoeléctricas y en otras industrias que desean reducir costos generando su propia electricidad. La industria petroquímica, en muchos de sus procesos requiere de vapor, por lo que las calderas son utilizadas para cubrir esa necesidad.
Por ejemplo, se utiliza para disminuir la densidad de fluidos con el fin de acelerar su transportación por tuberías, en la fusión de algunas sustancias, para la homogenización de materias primas y en la fundición de petroquímicos para fabricar ciertos productos.
Ya que hemos hablado de algunas de las aplicaciones que tienen este tipo de máquinas explicaremos a grandes rasgos cómo es que funcionan. Bien, el funcionamiento de una caldera está basado en los principios de la física dinámica de presión para producir energía a partir del flujo de vapor.
Las calderas cuentan con un tanque y sistemas de tuberías por los que circula un fluido, que puede ser agua o aceite térmico, a una presión constante y por la transferencia de calor hacia el fluido éste cambia de fase y se transforma en vapor saturado.
El vapor saturado, además de las aplicaciones específicas de las que ya hablamos, dependiendo de su caudal, temperatura y presión se puede usar para calentar maquinaria y equipos de proceso, generar fuerza motriz mecánica a través de máquinas de vapor o turbinas y generar energía eléctrica por turbinas.
Como ya mencionamos, existen diferentes tipos de calderas pero por lo regular se fabrican a base de acero laminado con hierro fundido y templado, materiales que son altamente resistentes a temperaturas elevadas y a variaciones ambientales.
En su estructura presentan un componente llamado hogar, que es la parte de la máquina que entra en contacto directo con la flama que producirá el calor, tienen además quemadores, tubos, pantallas, sobrecalentadores, un generador y un atemperador.
Según su modo de funcionamiento y diseño encontramos los siguientes tipos de calderas:
- Pirotubulares. Tienen un sistema de tuberías que atraviesan tanques de contención de líquidos. Las tuberías transportan gas a altas temperaturas y los fluidos, al contacto con los tubos se evaporan y forman el vapor saturado. Son calderas utilizadas principalmente en instalaciones de calefacción.
- Acuotubulares. En estas calderas el fluido se desplaza dentro de un sistema de tuberías y puede salir a altas presiones. Son un tipo de calderas que se distingue por una gran capacidad de generación de vapor y por ello son las más utilizadas en centrales termoeléctricas.
- De hogar presurizados. Funcionan de manera automática y se fabrican en acero. Presentan una cámara de combustión en forma cónica en la que se genera un flujo de gases turbulento para incrementar la transferencia de calor.
- De calefón. Son un tipo de caldera acuotubular que se caracteriza porque el fluido cambia de fase dentro de un serpentín de cobre que se expone directamente al fuego de los quemadores.
- De fundición seccional. El fluido en estas calderas circula por secciones huecas de fusión de hierro.
Además, según el tipo de combustible que utilizan se pueden clasificar en:
Calderas de combustibles líquidos. Utilizan combustibles con una viscosidad de entre 30 y 40 cSt y en caso de que presenten una viscosidad mayor es necesario precalentarlos para reducir la viscosidad y bombearlos eficientemente hacia los quemadores. Los quemadores en calderas que emplean combustibles líquidos por lo regular se instalan en posición horizontal.
Calderas de combustibles gaseosos. Pueden utilizar gas natural, gas LP, propano o gas obtenido de gasificadores. Los quemadores de estas calderas tienen poca presión por lo que es necesario equiparlas con sistemas de reducción de presión. Los riesgos de explosiones por acumulación de gas en estas calderas son elevados por los que es de suma importancia seguir las medidas de seguridad recomendadas.
Calderas de combustibles sólidos. Emplean leña, desechos de producción y carbón, entre otros materiales. Para garantizar la eficiencia del tipo de la maquinaria que emplea combustibles sólidos es necesario contar con tecnología adicional que permita quemarlos correctamente, como molinos de pulverización o grillas.
Las calderas de este tipo tienen un diseño complejo pues un factor determinante para su funcionamiento es que se le suministre el suficiente aire para la combustión, además necesitan de un sistema para que las partículas se quemen completamente y se pueda disponer correctamente de las cenizas.
Recuerda que, independientemente del tipo de caldera con que se cuente, es indispensable que se mantenga la maquinaria bajo constante supervisión para disminuir los riesgos por accidentes y mal funcionamiento y garantizar la calidad de sus procesos.
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