¿Para qué se necesita una caldera de vapor: diagrama y funcionamiento?
La caldera de vapor es un invento antiguo, pero todavía se utiliza en la industria.Por ejemplo, en las centrales eléctricas, donde la unidad generadora de vapor es uno de los principales elementos de producción de electricidad. También se instalan calderas de vapor en todas las salas de calderas de plantas y fábricas. Hoy en día rara vez se utilizan en la vida cotidiana porque han sido reemplazados por calderas de agua más seguras y energéticamente eficientes.
El contenido del artículo:
Clasificación de instalaciones de vapor.
Existen varias escalas mediante las cuales se realiza la clasificación. Las principales son tres escalas.
Tubo de agua
Convierten el agua en vapor más rápido que las tuberías de gas. Tienen una mayor eficiencia debido a las características de diseño de la unidad. En esencia, se trata de una carcasa con una gran cantidad de tuberías ubicadas en su interior. El agua se mueve a través de las tuberías y el combustible se quema entre las tuberías.
A altas temperaturas, el agua se convierte en vapor. Y como hay muchas tuberías, su superficie de calefacción es correspondientemente mayor. Y cuantas más tuberías haya en la caldera, más intensa será la transición del líquido al estado de vapor.
Tubo de agua calderas de vapor se dividen en dos subgrupos:
- directo;
- tipo tambor.
Los primeros son estructuras tipo tubería, que se mencionaron anteriormente. Estos últimos se presentan en el mercado en dos posiciones: horizontal y vertical. Pero el principio de funcionamiento de este tipo de dispositivos es el mismo.
Su diseño incluye un tambor que no solo recoge el vapor, sino que también separa el condensado. Esta última se envía a la zona de calentamiento, es decir, se reducen las pérdidas de agua.
Para obtener vapor seco a alta temperatura en la industria, se instalan en serie varias calderas de tambor. Y ese vapor se puede comprimir a la presión máxima, lo cual es necesario en muchos procesos tecnológicos.
Las calderas de este tipo se dividen en dos posiciones: no volátil y de circulación. Se diferencian entre sí por la ausencia o presencia de una bomba de circulación, respectivamente. La presencia de este último aumenta la eficiencia de la instalación. El caso es que durante una revolución de agua en la caldera se evapora el 10% de su volumen. Es decir, para que se evapore todo el volumen se necesitarán al menos 10 revoluciones.
Con el movimiento por gravedad, esto llevará mucho tiempo, lo que hará que la eficiencia disminuya. La bomba de circulación mueve el líquido rápidamente, se realizarán más revoluciones en el mismo periodo de tiempo. Esto significa que todo el volumen de agua se convertirá rápidamente en vapor.
Pero en las calderas de tambor, se debe instalar un regulador de nivel de condensado en la bomba. Lugar de instalación: separador de vapor. Su tarea es controlar el volumen de condensado formado.
Por ejemplo, si se forma poco, se reducen las características técnicas de la instalación de vapor. Si se forma mucho, esto provoca una caída de presión dentro de la unidad. Las consecuencias son una rápida ebullición y explosión.
El separador de vapor es un tubo de gran sección transversal que se asemeja a un tambor. De ahí el nombre de la caldera. Esta tubería recoge agua saturada de vapor. De hecho, dos procesos (calentamiento del líquido y vaporización) ocurren por separado. De ahí la alta seguridad de funcionamiento de este tipo de equipos.
Tubería de gas
Estructuralmente, se trata de una caldera, en cuyo interior se encuentran tuberías de gran diámetro alrededor de la cámara de combustión.En ellos se mueven gases calientes y el agua fluye entre ellos. Es decir, esto es lo opuesto a los análogos de los tubos de agua. Las plantas de tubos de gas producen vapor a alta temperatura, que se utiliza con mayor frecuencia en procesos de reciclaje.
Una caldera de vapor de tubos de gas tiene un inconveniente importante: la alta presión del producto final. Este último se encuentra en grandes cantidades en la unidad. Esto es lo que provoca una disminución de la seguridad de la instalación. Por tanto, las calderas están equipadas con un sistema de seguridad caro y complejo. Además, tanto el cuerpo como los tubos están fabricados en acero grueso, lo que aumenta el coste del equipo.
Un representante sorprendente del tipo de tubo de gas es la caldera de locomotora.
Ambas instalaciones (tubulares de agua y tubulares de gas) pueden producir diferentes tipos de vapor:
- saturado;
- agua sobrecalentada.
El primero es un medio que se forma a una temperatura de +100°C. Se enfría rápidamente con formación de condensación, que vuelve a entrar en la zona de calentamiento. Estas instalaciones se utilizan para calefacción doméstica. La presión en una caldera de vapor de este tipo no supera los 100 kPa.
El segundo es un medio obtenido a una temperatura de +500°C. Por lo tanto, nunca se forman en él suspensiones y gotas de agua. Con el calentamiento gradual se puede formar agua, pero para ello se instala un separador en el diseño de la instalación.
El progreso científico y tecnológico no se detiene. Hoy en día, los fabricantes ofrecen instalaciones de tuberías de agua que no se diferencian de las instalaciones de tuberías de gas en términos de eficiencia y seguridad. En primer lugar, se recortan con material aislante térmico. En segundo lugar, el interior está revestido con material infrarrojo, que actúa como reflector de la energía térmica.
Y dado que los dispositivos de tubo de agua son varias veces más baratos que los de tipo tambor, además su funcionamiento es sencillo, hoy en día su popularidad y demanda han aumentado considerablemente.
La eficiencia también aumenta gracias a las últimas aleaciones de acero con las que se fabrican las piezas del dispositivo. También se introdujo una nueva tecnología de calefacción, que utiliza dos sopletes situados uno frente al otro. La tecnología se llama "antorchas que se aproximan".
Con su ayuda, la temperatura de calentamiento alcanza los 1800-1900°C. Generalmente no supera los 1200°C. En consecuencia, la eficiencia de dichas instalaciones es de al menos el 90%.
Calderas domesticas
Actualmente existe un gran interés en estas unidades. Pero también requisitos para ellos considerable:
- compacidad;
- peso ligero para no verter una base debajo;
- alto factor de seguridad;
- posibilidad de servicio por personal no calificado;
- Tiempo mínimo de arranque y calentamiento.
Hoy en día, los fabricantes ofrecen dos tipos de instalaciones domésticas: bobina, también conocida como chaqueta de vórtice clásica.
El primero es un tubo enrollado en espiral. El agua se mueve a lo largo de él y se convierte en vapor. La capacidad de vapor del equipo es pequeña. Pero en este caso esto no juega el papel más importante, porque una caldera doméstica debe producir vapor de bajo potencial.
La eficiencia operativa también es baja, pero esto puede corregirse mediante la disposición frecuente de espirales. Pero una caldera de este tipo tiene un récord de tiempo de calentamiento: 3 minutos después de encender la antorcha.
El segundo es un diseño de caldera de vapor completamente único. Un cuerpo de dos conchas, entre las cuales pasa agua. En el interior hay una cámara de combustión y, cuando se quema, la antorcha gira en espiral, lo que aumenta la transferencia de calor. Sin tuberías.
Otros beneficios:
- disposición vertical, por lo tanto mayor compacidad;
- eficiencia, como tambores;
- tiempo de calentamiento – 5 minutos.
Tres menos:
- el equipo es caro;
- el diseño es complejo;
- dependencia total de la energía: el soplador, sin el cual la unidad no funciona, requiere suministro de electricidad.
Aplicación tecnológica de las plantas de vapor de calderas.
Hay varias industrias donde se utilizan constantemente calderas de vapor:
- La primera industria es la ingeniería de energía térmica. El vapor se utiliza para calentar grandes talleres, por ejemplo en la industria del automóvil. El vapor calienta el agua a la temperatura requerida, que luego es impulsada por bombas a lo largo de las tuberías de calefacción hasta edificios de varios pisos y otros objetos.
- La segunda industria es la energía. Aquí, se utiliza vapor para hacer girar una turbina, que produce corriente eléctrica.
- La tercera industria es la producción de materiales de construcción. Por ejemplo, los productos de hormigón se secan con vapor.
En muchas industrias, las calderas de vapor son una parte integral de la tecnología. Esto incluye desinfección, secado de productos alimenticios, procesamiento culinario, conservación, etc.
La eliminación de residuos gaseosos también implica el uso de plantas de vapor. En este proceso actúan como refrigeradores. Una caldera de este tipo obtiene energía térmica de los gases que salen, por ejemplo, de hornos de alta temperatura.
Principios operativos y diseño.
Su objetivo principal es cambiar el estado físico del agua, es decir, pasarla de líquido a gaseoso con los parámetros requeridos. El proceso es el siguiente:
- la caldera se llena de agua por gravedad o mediante bomba;
- el sistema de calefacción se enciende;
- comienza la formación de vapor;
- el nivel del líquido disminuye gradualmente hasta alcanzar el nivel mínimo;
- el sensor de nivel reacciona y enciende la bomba;
- el agua llena las tuberías.
Podemos decir que las calderas de vapor funcionan según un principio cíclico.
Estructura
Las calderas de vapor constan de unidades y piezas principales y auxiliares, además de automatización.
El principal requisito para los productos de acero es estar fabricados con aleaciones resistentes al calor. Sólo así se puede lograr el máximo nivel de funcionamiento seguro del equipo de caldera.
El sistema de seguridad juega un papel importante. No se trata sólo de sensores de temperatura y presión. El sistema incluye seguridad mecánica. Incluye válvulas de retención, válvulas eléctricas y otras válvulas de cierre. Esta doble protección garantiza la máxima seguridad, especialmente en los casos en que falla la electrónica. En este momento, la mecánica asume todas las funciones.
Existen requisitos especiales para el sistema de tratamiento de agua. El agua debe cumplir ciertos estándares. Estos estándares son diferentes para las unidades de flujo directo y de tambor. En este último, el líquido debe estar perfectamente limpio, casi destilado. Después de todo, en tales dispositivos no desaparece por ningún lado. Es decir, llene la caldera una vez y funcionará durante muchos años.
Si el agua está dura y con impurezas, entonces todo tubería después de un tiempo se obstruirán con depósitos y óxido. Su diámetro disminuye, su conductividad térmica disminuye, lo que conduce a una disminución de la eficiencia. El vapor no será el mismo que se necesita (temperatura, humedad).
A pesar de su complejo diseño y baja seguridad, las calderas de vapor todavía tienen demanda. Especialmente en barcos, en la tecnología de centrales eléctricas y en fábricas donde se requieren altas temperaturas del refrigerante. Por lo tanto, los fabricantes están haciendo todo lo posible para aumentar la seguridad operativa, reducir el costo de los equipos y la complejidad del mantenimiento.
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¿Cómo funciona una caldera de vapor?
Caldera de vapor: diseño y mantenimiento, descripción detallada.
Fuentes de información:
- https://pechiexpert.ru/parovoj-kotel
- https://clubpechnikov.ru/parovoj-kotel
- https://kotle.ru/parovye-kotly/ustrojstvo-parovyh-kotlov
