Calderas Ignitubulares o Pirotubulares

Estas calderas también son conocidas como "calderas de tubos de humo" o como "calderas pirotubulares".

Su nombre se deriva del hecho que en las calderas de este tipo todo el trabajo o la mayor parte del mismo es realizado por transferencia de calor desde los productos de combustible caliente, los cuales fluyen por el interior de los tubos, mientras que el agua se encuentra rodeando a dichos tubos.

En estas calderas el agua y el vapor se encuentran contenidos en una carcasa o envolvente, incluyendo los elementos para producir vapor. Aunque la forma ideal para resistir presiones internas es un esfera, sin embargo por consideraciones prácticas se ha optado por construirlas básicamente en carcasas cilíndricas.

Secciones no cilíndricas y ciertas superficies planas han sido añadidas con el fin de proporcionar resistencia a presiones internas por varios métodos tales como: tirantes diagonales, pernos continuos, o tubos tirantes.

Estas calderas presentan limitaciones en su resistencia estructural para altas presiones, pues en el caso contrario se tendrían que diseñar calderas pirotubulares de diámetros muy grandes y espesores también excesivos, lo cual sería antieconómico comparado con la producción de vapor que se generaría. Tiene sin embargo, la ventaja de su gran volumen de almacenamiento de agua, además de su peculiaridad descompensar los efectos de las grandes y repentinas fluctuaciones en la demanda de vapor. Debido a su gran volumen de agua, el tiempo que necesita para alcanzar su presión de trabajo, partiendo de un arranque en frío, es considerablemente mayor que el requerido por una caldera acuotubular.

Características

Las calderas pirotubulares se usan principalmente para sistemas de calefacción para la producción de vapor requerido en los procesos industriales o como calderas portátiles.

Se construyen en tamaños de hasta unos 6.800 Kg. (15.000 lb) de vapor por hora. La caldera de baja presión está limitada a 1.05 Kg/cm2 (15 lb/plg2) de presión de vapor, y la caldera de vapor para generación de fuerza, puede operar a una presión de 17.6 Kg/cm2 (250 lb/plg2).

La caldera pirotubular se usa generalmente en donde la demanda de vapor es relativamente reducida, comparada con la demanda de las grandes centrales termoeléctricas.No se utiliza para el accionamiento de turbinas, porque no es convenientemente adaptable a la instalación de supercalentadores.

Su posibilidad de sobrecalentamiento es limitada y depende del tipo de la caldera; con el aumento de la demanda de vapor, la temperatura de los gases se eleva rápidamente.

El costo de una caldera pirotubular instalada, es relativamente bajo y considerablemente menor que la correspondiente caldera acuotubular de domo. Y como ofrece condiciones favorables con respecto a sus costos de fabricación, es perfectamente adaptable a la producción estandarizada.

El diseño de la caldera de tubos de humo se basa principalmente en el hogar y en los pasos de los gases a través de los tubos.

Se han desarrollado muchos dispositivos. Los tubos han sido colocados horizontalmente, inclinados y en posición vertical, con uno o más retornos.

La caldera recibe la denominación de caldera de tubos continuos o de tubos de retorno, de acuerdo con la dirección del flujo de los gases. Puede tener un hogar interno, o estar dotada de fogón externo.

El hogar interno puede ser del tipo de tubo recto, localizado dentro del cuerpo cilíndrico y rodeado por paredes de agua, o puede ser del tipo de caja , con el fogón rodeado de una superficie enfriada por agua, que recibe el nombre de paredes de agua, con excepción de la parte de abajo (piso).

Ventajas y Desventajas de las Calderas Pirotubulares

Ventajas

Menor costo de fabricación Se construyen en tamaños relativamente pequeños para su manejo e instalación Son portátiles Fácil mantenimiento Almacenan gran volumen de agua Soportan fluctuaciones en la demanda de vapor

Desventajas

Presentan limitaciones para altas presiones Producción de vapor relativamente reducida Espacio limitado para la instalación de equipos auxiliares como supercalentadores.

FORMAS DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN LA CALDERA

Llevar el calor desde el hogar donde se quema el combustible, hasta el agua que se encuentra dentro de la caldera presenta el problema de la transferencia de calor.

El calor puede transferirse de un punto a otro por tres métodos distintos: radiación, convección y conducción. Las calderas están diseñadas de manera que utilicen perfectamente los tres métodos.

1. Radiación

Es el fenómeno de transferir el calor en forma de ondas similares a las ondas de radio y de la luz. Así como la luz estas ondas pasan libremente por el aire y otras materias transparentes sin efecto aparente en ellas. Las llamas del combustible ardiendo dentro del hogar en todas direcciones, de este calor radiante un gran porcentaje pasa directamente de la llama a la superficie de calefacción de la caldera, donde es absorbido.

2. Convección

La transferencia de calor por convección se debe al movimiento del fluido. El fluido frío adyacente a superficies calientes recibe calor que luego transfiere al resto del fluido frío mezclándose con él. La convección libre o natural ocurre cuando el movimiento del fluido no se complementa por agitación mecánica. Pero cuando el fluido se agita mecánicamente, el calor se transfiere por convección forzada.

3. Conducción

Se efectúa cuando se transmite energía por contacto directo entre las moléculas de 2 o más cuerpos que se encuentran en buen contacto térmico entre sí; o sea que las moléculas calentadas comunican su energía a las otras que se encuentran inmediatamente adyacentes a ellas.

En general, los sólidos conducen calor mejor que los líquidos y los líquidos mejor que los gases. Esto se explica debido a la diferencia de estructura molecular, puesto que las moléculas de un gas al encontrarse muy separadas, la transferencia de calor de molécula a molécula se torna más difícil.