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Una caldera es un recipiente en el que el agua se calienta bajo presión y se vaporiza en vapor para un propósito específico. Hay varios tipos diferentes de calderas, calentadas por carbón, combustible sólido, petróleo o gas. Las calderas varían ampliamente en tamaño, desde unidades pequeñas, portátiles o ensambladas en tiendas hasta hornos grandes que queman 6 toneladas de carbón por minuto. Las calderas funcionan a presión positiva, y todas las partes deben ser lo suficientemente fuertes como para soportar la presión del vapor que generan. La mayoría de las calderas de alta presión se utilizan con fines comerciales o industriales.
Presión máxima permitida
Fotolia.com "> ••• imagen de la válvula de vapor de John Sandoy de Fotolia.comLas calderas se clasifican también por su capacidad de presión, tipo de diseño y uso. La presión de trabajo máxima permitida, o MAWP, es la mayor cantidad de presión que el recipiente (caldera) está diseñado para soportar. Esta presión se mide en términos de libras por pulgada cuadrada o "psi", y la presión manométrica se expresa como "psig". La Asociación Nacional de Prevención de Incendios y las normas federales definen una caldera de vapor Tipo II como aquella que produce vapor a alta presión entre 16 y 150 psig. Una caldera de vapor Tipo III produce vapor entre 151 y 350 psig.
Caldera de tubo de agua
••• Imagen de turbinas de electricidad por steheap de Fotolia.com
En este tipo de caldera, el combustible se quema dentro del horno, creando gas caliente que calienta el agua que circula por sus tubos. El agua se convierte en vapor que se eleva para ser capturado en un tambor de vapor, donde se extrae el vapor saturado. Esto vuelve a entrar al horno a través de un sobrecalentador, donde se calienta aún más. Cuando la temperatura del vapor sobrecalentado está por encima del punto de ebullición, se convierte en un gas seco y presionado que se utiliza para impulsar turbinas. La mayoría de los diseños de calderas de tubos de agua tienen una capacidad de 4.500 a 120.000 kilogramos por hora de vapor. Las calderas de tubos de agua en centrales térmicas también se denominan unidades generadoras de vapor.
Benson Boiler
Fotolia.com "> ••• tuberías a la imagen de la turbina de vapor por Andrei Merkulov de Fotolia.comLa caldera Benson se llama generador de vapor supercrítico y a menudo se usa para producir energía eléctrica. Funciona a una presión tan alta, más de 3,200 psi, que la ebullición real se detiene y no hay separación de agua y vapor. No hay burbujas, porque la temperatura del agua está por encima de la presión crítica a la que se pueden formar burbujas. Este vapor funciona en una turbina de alta presión, luego ingresa al condensador del generador. El término "caldera" no debe usarse con este generador de vapor ya que la ebullición realmente no ocurre.
Caldera de vapor sobrecalentada
Este tipo de caldera vaporiza el agua y luego calienta el vapor en un sobrecalentador, produciendo vapor a una temperatura mucho más alta. Esto crea una temperatura de escape de gases de combustión más alta a menos que se use un "economizador". El economizador calienta el agua de alimentación, que fluye a través de un calentador de aire de combustión en el camino del escape de gases de combustión calientes. Este vapor sobrecalentado a menudo aumenta la eficiencia general de la generación de vapor y su utilización con ganancias en la temperatura de entrada a las turbinas. El vapor sobrecalentado crea problemas de seguridad, porque si algún componente del sistema falla y el vapor escapa, la alta presión y temperatura pueden ser mortales. La temperatura en el área del horno de gas de caldera generalmente está entre 2,400 y 2,900 grados Fahrenheit. Algunos de estos son calentadores de convección, que absorben el calor de un gas similar a un fluido, mientras que otros son radiantes y absorben el calor de la radiación.