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: las calderas gasoil. 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, las calderas gasoil las calderas gasoil fue ganando espacios y llegó a transformarse en un equipo indispensable para cada proceso productivo.
La de las calderas gasoil 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 las calderas gasoil pirotubulares.
Desde sus Comienzos
El principio de funcionamiento de las calderas gasoil pirotubulares consiste en el traspaso de calor desde el interior de los tubos hacia el agua de la caldera que los circunda. En las calderas gasoil 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 gasoiles 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.
las calderas gasoil Tipo Lancashire
Las calderas gasoil tipo Lancashire fueron desarrolladas en 1844 por Sir William Fairbairn, a partir de lo que se conocía como caldera “Cornich” de un fogón o calderas gasoil “Trevithick's”. Aún en estos días se puede ver algunas de estas calderas gasoil 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 las calderas gasoil 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 gasoil, 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 gasoil era instalada 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 gasoiles 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 calderas gasoil el flujo de gasoiles 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 calderas gasoil, que formaban parte del Setting de ella. Estos 2 ductos se encuentran en el fondo de calderas gasoil para dar paso a la chimenea.
Estos pasos, en calderas gasoil 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 gasoiles pasaba por un economizador antes de entrar a la chimenea, el que calentaba el agua de la caldera mejorando su eficiencia térmica.
Durante mucho tiempo se fabricaron calderas gasoil 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 gasoil 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 modernas.
Una de las desventajas de este tipo de calderas 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 calderas gasoil, a la vez que disminuía su eficiencia.
La introducción de las calderas gasoil pirotubulares multitubos significó la eventual muerte de las calderas gasoil tipo Lancashire, pues éstas eran más pequeñas y más eficientes.
calderas gasoil Tipo Cochran
Fue la invención de Edward Comnton la que se transformaría en la famosa calderas gasoil 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 gasoil tubulares. La caja de humo era parte decalderas gasoil, con la chimenea apernada a un lado.
Las calderas gasoil 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 gasoil Cochran como caldera auxiliar a la caldera principal.
calderas gasoil Económica
Este diseño correspondió a una mejora de calderas gasoil 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 calderas gasoil por el frente y a través de un ventilador de tiro inducido, para pasar luego a la chimenea.
Las calderas gasoil económica de 2 pasos tenía la mitad del tamaño de calderas gasoil tipo Lancashire y disponía de una eficiencia térmica varios puntos más alta. El rango de tamaño de las calderas gasoil 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 gasoil de combustión de gasoil eran muy ineficientes. Tomando su nombre de su forma sinusoidal, el tubo sinuflo lo cambió todo, permitiendo que el gasoil caliente transfiriera en todo el largo del tubo la mayor parte del calor hacia el agua.
En 1934 las calderas gasoil Cochran alcanzaron un acuerdo con Kirke y lanzaron una línea de calderas gasoil horizontales recuperadoras de calor. Fueron muy exitosas, ideales para generar vapor a partir de gasoiles calientes residuales provenientes de los procesos de las industrias del gasoil y del acero.
La sobresaliente eficiencia térmica de los tubos Sinuflo, significó que más tarde fueran incorporados por todos los fabricantes de calderas gasoil en el mundo. La Caldera 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 gasoil.
Las calderas gasoil 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 gasoil 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 gasoil Paquete
El concepto de la “Caldera Paquete” data desde 1950, y corresponde a una caldera completa con todos sus accesorios, quemador para la combustión de petróleo o gasoil, 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 gasoil, éstas eran equipos largos y requerían grandes superficies para su instalación.
Forzando los gasoiles a cambiar de dirección para hacerlos pasar por tubos, se consiguió acortar las calderas gasoil, mejorando notablemente las tasas de transferencia de calor. La caldera paquete multitubular moderna es el estado actual de este proceso evolutivo.
Estas calderas gasoil 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 gasoil de tres pasos, siendo el primero de ellos la cámara de combustión y los dos siguientes los pasos a través de los tubos.
calderas gasoil de Llama Reversa
Este diseño es una variación del diseño convencional de calderas gasoil. 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 calderas gasoil. Los tubos de humo rodean el dedal y permiten el paso de los productos de combustión calientes a la parte trasera de la caldera 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 gasoil, hasta llegar a las que actualmente tienen mayor uso en las distintas industrias de nuestro país.
Las primeras calderas gasoil tenían el inconveniente que los gasoiles 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 gasoiles o agua, se les clasifican en calderas gasoil (tubos de Humo) y calderas gasoil (Tubos de agua) .
calderas gasoil Igneotubulares o Pirotubulares:
Son aquellas en que los gasoiles 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 gasoil Acuotubulares:
Son aquellas en que los gasoiles 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.
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