No pudo ser sino Inglaterra, corazón industrial del mundo a finales del siglo XVII y comienzos del XVIII, la cuna de uno de los inventos más portentosos del hombre en cuanto a la obtención de energía: la caldera a vapor. El invento, tal vez rudimentario al comienzo, fue logrando avances en la medida que diferentes hombres de gran ingenio incorporaron nuevas ideas para ir haciéndolas cada vez más eficientes y seguras.
Así, pues, mientras el mundo, más allá de la pujanza industrializadora de los ingleses, demandaba recursos energéticos para su desarrollo, la caldera fue ganando espacios y llegó a transformarse en un equipo indispensable para cada proceso productivo.
La de la caldera ha sido una historia larga y de constantes avances tecnológicos. Este artículo habla de los pasos más importantes a partir de la fabricación de las primeras calderas calefacción pirotubulares.
Desde sus Comienzos
El principio de funcionamiento de las calderas calefacción pirotubulares consiste en el traspaso de calor desde el interior de los tubos hacia el agua de las calderas calefacción que los circunda. En las calderas calefacción pirotubulares existen numerosas combinaciones para la configuración de los tubos, determinadas por el número de “pasos” que el calor generado en el hogar o cámara de combustión atraviesa antes ser liberado al ambiente.
Es importante tener en cuenta el dimensionamiento de la cámara de combustión, puesto que de ello dependen las temperaturas de entrada de gases al primer paso de tubos. El exceso de temperatura ocasionará sobrecalentamiento del metal y grietas en la placa trasera de tubos.
Con el paso de los años se han mejorado y optimizado los diseños, disminuyendo así su tamaño y aumentando considerablemente su eficiencia.
calderas calefacción Tipo Lancashire
Las calderas calefacción tipo Lancashire fueron desarrolladas en 1844 por Sir William Fairbairn, a partir de lo que se conocía como caldera “Cornich” de un fogón o caldera “Trevithick's”. Aún en estos días se puede ver algunas de estas calderas calefacción en pleno funcionamiento.
Su estructura está compuesta por un largo manto de acero, por lo general de 5 a 10 m. de largo, a través del cual pasan 2 tubos de gran diámetro llamados fogones. Parte de cada fogón era corrugado de manera de absorber la expansión de la caldera cuando se calentaba y para prevenir su colapso debido a la presión externa. Se instalaba una cámara de combustión a la entrada de cada fogón en lo que corresponde al frente de la caldera. La cámara de combustión podía ser diseñada para quemar gas, petróleo o carbón.
Los combustibles calientes pasan de la cámara de combustión a los fogones. Estos fogones se encuentran rodeados por agua en su exterior y el calor que se genera en la cámara de combustión es transferido al agua.
Las calderas calefacción eran instaladas en una fundación de ladrillo llamada “setting” o montura, la que fue diseñada con el propósito de mejorar la eficiencia térmica del equipo. Después de pasar por los fogones, los gases calientes son derivados bajo la caldera por un conducto de ladrillo, incluido en el “setting”, transfiriendo el calor al agua por la parte inferior del manto.
En el frente de las calderas calefacción el flujo de gases calientes era dividido en dos corrientes que pasaban hacia el fondo del equipo por los costados. Esto se conseguía mediante 2 conductos en los lados de las calderas calefacción, que formaban parte del Setting de ella. Estos 2 ductos se encuentran en el fondo de las calderas calefacción para dar paso a la chimenea.
Estos pasos, en las calderas calefacción tipo Lancashire, fueron concebidos en un intento por extraer la máxima cantidad de energía de los productos de combustión calientes, los que en diseños anteriores se liberaban a la atmósfera. Normalmente la corriente de gases pasaba por un economizador antes de entrar a la chimenea, el que calentaba el agua de las calderas calefacción mejorando su eficiencia térmica.
Durante mucho tiempo se fabricaron calderas calefacción de distintos tamaños. No obstante, la más pequeña de ellas medía aproximadamente 5,5 m. de largo por 2 m. de diámetro. La más grande era de aproximadamente 10 m. de largo por 3 m. de diámetro. La producción de vapor variaba desde 1.500 kg/h hasta aproximadamente 6.500 kg/h. Las calderas calefacción Lancashire podían trabajar a presiones de hasta 17 Barg.
Contenían un gran volumen de agua, lo que se traducía en una gran capacidad de almacenamiento de energía, con lo que podían responder fácilmente a demandas repentinas de vapor. El gran volumen de agua contenida significaba también que el control del nivel y de la calidad del agua no era tan crítico como en las calderas calefacción modernas.
Una de las desventajas de este tipo de calderas calefacción era que después de repetidos calentamientos y enfriamientos, las expansiones y contracciones se traducían en deterioro del la mampostería (setting). Esto generaba infiltraciones de aire parásito, que desequilibraba el tiro de las calderas calefacción, a la vez que disminuía su eficiencia.
La introducción de las calderas calefacción pirotubulares multitubos significó la eventual muerte de las calderas calefacción tipo Lancashire, pues éstas eran más pequeñas y más eficientes.
calderas calefacción Tipo Cochran
Fue la invención de Edward Comnton la que se transformaría en las famosas calderas calefacción Cochran. La principal novedad fue la introducción de tubos horizontales en un manto cilíndrico vertical por medio de placas tubulares bridadas. El diseño fue exhibido por primera vez en la exposición Real de Agricultura, en Bristol, el año 1878. El hecho que la caldera fuera vertical, se traducía en un pequeño tamaño con la eficiencia de las calderas calefacción tubulares. La caja de humo era parte de calderas calefacción, con la chimenea apernada a un lado.
Las calderas calefacción Cochran rápidamente ganaron reputación gracias a su gran confiabilidad, flexibilidad y gran calidad de fabricación. De hecho, muy pocos barcos a vapor en circulación en los inicios del siglo veinte no tenían calderas calefacción Cochran como caldera auxiliar a la caldera principal.
calderas calefacción Económica
Este diseño correspondió a una mejora de calderas calefacción Lancashire. Estaba constituida por un manto cilíndrico exterior, el que contaba en su interior con 2 fogones o tubos de gran diámetro donde se instalaban las cámaras de combustión.
Los productos de combustión calientes dejaban los fogones por el fondo de la caldera entrando a una de ladrillos refractarios (fondo seco), donde los productos de combustión eran derivados hacia una gran cantidad de tubos de pequeño diámetro instalados por sobre los fogones.
Estos tubos constituían una gran superficie de transferencia de calor. Los productos de combustión dejaban la caldera por el frente y a través de un ventilador de tiro inducido, para pasar luego a la chimenea.
Las calderas calefacción económica de 2 pasos tenía la mitad del tamaño de calderas calefacción tipo Lancashire y disponía de una eficiencia térmica varios puntos más alta. El rango de tamaño de las calderas calefacción Económicas era de aproximadamente 3 m. de largo y 1,7 m. de diámetro hasta aproximadamente 7 m. de largo y 4 m. de diámetro. La producción de vapor iba desde 1.000 kg/h hasta aproximadamente 15.000 kg/h.
Los Tubos “Sinuflo”
Hasta la invención y la patente de los famosos tubos Sinuflo, por Percy St. G. Kirke, las calderas calefacción de combustión de gas eran muy ineficientes. Tomando su nombre de su forma sinusoidal, el tubo sinuflo lo cambió todo, permitiendo que el gas caliente transfiriera en todo el largo del tubo la mayor parte del calor hacia el agua.
En 1934 las calderas calefacción Cochran alcanzaron un acuerdo con Kirke y lanzaron una línea de calderas calefacción horizontales recuperadoras de calor. Fueron muy exitosas, ideales para generar vapor a partir de gases calientes residuales provenientes de los procesos de las industrias del gas y del acero.
La sobresaliente eficiencia térmica de los tubos Sinuflo, significó que más tarde fueran incorporados por todos los fabricantes de calderas calefacción en el mundo. Las calderas calefacción Económica de Cochran lanzada al mercado en 1940, incluía un ventilador de tiro inducido, una gran cámara de combustión y un excepcionalmente fácil acceso a su interior, marcando un hito en el diseño de calderas calefacción.
Las calderas calefacción Cochran Serie II
Para satisfacer la demanda de eficiencias más altas, equipos más compactos, automatización de la operación, requeridos durante las tareas de reconstrucción durante la post guerra en Inglaterra -tanto del Gobierno como de la industria- fue vital enfatizar los esfuerzos en las áreas de investigación y desarrollo. Como resultado de este esfuerzo, en 1959 se lanzaron al mercado las calderas calefacción verticales Cochran Serie II, diseñadas, especialmente, de acuerdo a los mencionados criterios.
Este diseño alcanzaba eficiencias térmicas de más de 80% (PCS) y una gran producción de vapor para su tamaño. Su operación podía ser completamente automática, operando tanto con combustibles líquidos como sólidos. La mayoría de ellas fue construida mediante uniones soldadas, método estándar a partir de 1960.
calderas calefacción Paquete
El concepto de la calderas calefacción Paquete data desde 1950, y corresponde a calderas calefacción completa con todos sus accesorios, quemador para la combustión de petróleo o gas, bombas de agua, controles automáticos todos montados como una unidad en una base compacta para transporte, ensamblada en fábrica.
La mejora en los materiales y en los procesos de fabricación se tradujo en que se podían instalar más tubos en cada unidad.
En los primeros años de desarrollo de las calderas calefacción, éstas eran equipos largos y requerían grandes superficies para su instalación.
Forzando los gases a cambiar de dirección para hacerlos pasar por tubos, se consiguió acortar las calderas calefacción, mejorando notablemente las tasas de transferencia de calor. Las calderas calefacción paquete multitubular moderna son el estado actual de este proceso evolutivo.
Estas calderas calefacción se clasifican de acuerdo al número de pasos; es decir, de acuerdo al número de veces que los productos de combustión calientes pasan a través de la caldera. El diseño más común corresponde a las calderas calefacción de tres pasos, siendo el primero de ellos la cámara de combustión y los dos siguientes los pasos a través de los tubos.
calderas calefacción de Llama Reversa
Este diseño es una variación del diseño convencional de calderas calefacción. La cámara de combustión tiene la forma de un dedal; el quemador está instalado en su extremo abierto normalmente por debajo del centro. La llama retorna sobre sí misma dentro de la cámara de combustión para volver hacia el frente de la caldera. Los tubos de humo rodean el dedal y permiten el paso de los productos de combustión calientes a la parte trasera de calderas calefacción y a la chimenea.
Cuando James Watt observo que se podría utilizar el vapor como un fuerza económica que remplazaría la fuerza animal y manual, se empezó a desarrollar la fabricación de calderas calefacción, hasta llegar a las que actualmente tienen mayor uso en las distintas industrias de nuestro país.
Las primeras calderas tenían el inconveniente que los gases calientes estaban en contacto solamente con su base, y en consecuencia se aprovechaba mal el calor del combustible. Debido a esto las instalaciones industriales fueron perfeccionándose, colocándose el hogar en el interior de la caldera y posteriormente se le introdujeron tubos, para aumentar la superficie de calefacción. Si por el interior de los tubos circulan gases o agua, se les clasifican en calderas calefacción (tubos de Humo) y calderas calefacción (Tubos de agua) .
calderas calefacción Igneotubulares o Pirotubulares:
Son aquellas en que los gases y humos provenientes de la combustión pasan por tubos que se encuentran sumergidos en el agua.
Ventajas:
Menor costo inicial debido a su simplicidad de diseño.
Mayor flexibilidad de operación
Menores exigencias de pureza en el agua de alimentación.
Inconvenientes:
Mayor tamaño y peso.
Mayor tiempo para subir presión y entrar en funcionamiento.
No son empleables para altas presiones
calderas calefacción Acuotubulares:
Son aquellas en que los gases y humos provenientes de la combustión rodean tubos por cuyo interior circula agua.
Ventajas:
Pueden ser puestas en marcha rápidamente.
Son pequeñas y eficientes.
Trabajan a 30 o mas atm.
Inconvenientes:
Mayor costo
Debe ser alimentadas con agua de gran pureza.
calefacción
Existen múltiples opciones y tipos de calderas calefacción a la hora de decidirse entre los tipos de calderas calefacción, antes de decidir, hay que analizar y tener en cuenta algunas cuestiones:
Eficiencia en instalaciones de calefacción y climatización
· Posibilidad de incluir sistemas de refrigeración y calderas calefacción por redes urbanas de distribución.
· La Disponibilidad del Combustible
· Posible acumulación estacional.
· Equipos de producción de calor y/o frío.
. Costes Directos e Indirectos: En general, las instalaciones colectivas proporcionan más ahorro energético que las individuales. Por su parte, siempre es aconsejable la elección de equipos de alto rendimiento, como por ejemplo las calderas calefacción de condensación, o sea, con recuperación de calor. En instalaciones de cierta envergadura es preciso plantear la posibilidad de incluir la técnica de la cogeneración.
· Regulación y control: Posibilidad de regulación y control individual.
· Aislamiento térmico de cañerías.
· La Necesidades Propias de la Vivienda y de sus Habitantes
· Mantenimiento
. Efectos Contaminantes
· La Zona Climática
Básicamente los siguientes son los tipos de calefacción:
Sistema tradicional de calefacción de Carbón y leña: es el sistema de calderas calefacción más antiguo y tradicional, aun utilizado en zonas rurales o pueblos alejados, su utilización implica cierto grado de riesgo y no existe una buena regulación para su control, además presenta otros inconvenientes como el almacenamiento y la limpieza de residuos, su precio oscila bastante; dentro de sus ventajas esta su fácil consecución e instalación.
Sistema de calefacción de caldera con radiadores de agua: Pueden ser individuales o colectivas. Las colectivas presentan varias ventajas:
- El rendimiento de las calderas calefacción grandes es mayor.
- Los contadores permiten adaptar las necesidades a cada vivienda y que cada vecino pague sólo lo que consume.
- El combustible es más barato al comprar colectivamente grandes cantidades.
- El coste de la instalación total es inferior.
calefacción por energía eléctrica: puede utilizarse tanto de forma individual como en una instalación centralizada. También sirve como combustible complementario, con procedencia de otras energías alternativas. En la actualidad este sistema ya no estan costoso, ya que existen las tarifas nocturnas.
Si se elige un sistema de bomba de calor, puede ser mixto y funcionar como calentador en invierno y aire acondicionado en verano. Una de sus ventajas radica en que según el aparato que se utilice puede ser portátil y el mantenimiento que precisa es poco además de no requerir instalaciones complicadas. Es confortable, se puede programar y automatizar con sencillez y su rendimiento es elevado. También es una energía limpia y segura.
calefacción por suelo radiante: Se trata de tubos colocados en el suelo de la vivienda. Su principal ventaja es el ahorro, ya que basta calentar el agua a unos 40 grados para que el sistema funcione. Su desventaja es que tarda mucho tiempo en calentar la casa a la temperatura deseada. El sistema consiste en la instalación en el forjado del hormigón de cables, tubos, láminas o paneles calefactores, que desprenden calor a la vivienda sin ser visibles, por lo tanto no ocupan espacio y están preinstalados en la vivienda. Pueden ser calentados por la electricidad por paneles solares.
calefacción por Gas: ocupa un puesto predominante entre los combustibles más empleados en la actualidad. El gas natural es limpio, no contamina y es eficaz. Además, su coste de instalación queda rápidamente amortizado por el ahorro que ofrece. Se caracteriza por ser un combustible cómodo pues el usuario no debe preocuparse ni de su aprovicionamiento, almacenamiento, ni de su distribución. Una vez instalado, puede ser utilizado tanto como calderas calefacción, como para la producción de agua caliente y para la cocina. La calefacción mediante gas natural permite una fácil regulación del calor en cada estancia.
Calderas calefacción por gas propano: puede presentar varias modalidades para su almacenamiento. Se puede almacenar en recipientes pequeños (en lugares aireados como terrazas o balcones) o en depósito fijo, ya sea individual o colectivo y centralizado. Su potencia calorífera es superior al gas natural. Su costo resulta algo inferior al gas natural, siempre dependiendo del tipo de instalación y almacenamiento.
calefacción por gasóleo C: es el más económico de los combustibles presentes en el mercado pero de alto riesgo debido a los cuidados en su almacenamiento y combustión por los gases generados.
|
|
|
