Caldera (máquina) para niños
Una caldera es una máquina muy importante que se usa en la industria. Su trabajo principal es calentar agua para producir vapor. Este calor se consigue quemando combustibles como carbón o gas, o usando electricidad.
Contenido
¿Qué es una caldera y para qué sirve?
Las calderas se usan en muchos lugares, como en fábricas de alimentos, hospitales y para el transporte. Cuando una caldera se usa específicamente para generar energía térmica (calor), a veces se le llama generador de vapor. Son una parte clave de un proceso llamado ciclo Rankine, que ayuda a producir energía.
¿De qué partes se compone una caldera?
Una caldera tiene varias partes importantes que trabajan juntas:
- Estructura: Es el cuerpo principal de la caldera. Incluye la carcasa (la parte exterior), el enladrillado (ladrillos que la cubren por dentro para aislar el calor) y puertas para poder revisarla.
- Sistema de fuego: Aquí es donde se produce el calor. Incluye la chimenea (por donde salen los gases), el fogón (donde se quema el combustible) y el pozo de cenizas (donde caen las cenizas).
- Sistema de agua: Esta parte maneja el agua. Tiene un indicador para saber cuánta agua hay, un manómetro para medir la presión del vapor, y válvulas de seguridad que liberan vapor si la presión es demasiado alta, para evitar problemas.
Equipo auxiliar de una caldera
Además de sus partes principales, las calderas suelen tener equipos que las ayudan a funcionar mejor:
- Precalentador de aire: Calienta el aire antes de que entre al fogón, lo que ayuda a quemar el combustible de forma más eficiente.
- Condensador: Es un aparato que enfría el vapor que ya se usó para convertirlo de nuevo en agua. Así, el agua se puede reutilizar y no se desperdicia.
- Bomba de alimentación: Es la que empuja el agua hacia la caldera.
- Acumulador: Es un tanque donde se guarda el vapor que ya se generó, antes de que se use en el proceso que lo necesita.
Materiales de las calderas
Los materiales con los que se construyen las calderas han cambiado con el tiempo:
- Carcasa: Antes se usaba hierro forjado, que se unía con remaches. En el siglo XX, se empezó a usar acero, que es más fuerte, más barato y se une con soldadura. Para las calderas eléctricas, se puede usar acero inoxidable.
- Fogón: Históricamente, se usaba cobre por su facilidad para moldearse y porque conduce muy bien el calor. Hoy en día, se usa más el acero porque el cobre es muy caro.
- Sobrecalentador: Esta parte, que calienta el vapor a temperaturas muy altas, se hace de acero inoxidable especial.
Combustibles y agua en las calderas
Las calderas pueden usar diferentes tipos de combustibles para generar calor:
- Combustibles: Los más comunes son el carbón, el petróleo (aceite), el gas natural y los biocombustibles (como el bagazo, que son restos de plantas).
El agua dentro de la caldera pasa por diferentes estados:
- Agua de alimentación: Es el agua que entra a la caldera, a menudo tratada para que esté muy limpia.
- Agua de calderas: Es el agua que está dentro de la caldera, circulando y calentándose.
- Vapor húmedo: Es vapor que todavía tiene pequeñas gotas de agua.
- Vapor seco: Es el vapor ideal, sin gotas de agua, que se usa para la mayoría de las aplicaciones.
¿Cómo se mantiene limpia una caldera?
Para que una caldera funcione bien, es importante mantenerla limpia y evitar problemas:
- Corrosión: Es cuando el metal de la caldera se oxida o se daña por el agua. Se usan productos químicos especiales para protegerla.
- Incrustación: Son depósitos de minerales que se pegan a las paredes de la caldera, como el sarro en una tetera. Esto hace que la caldera sea menos eficiente. Se usan tratamientos químicos para evitar que se formen estas incrustaciones.
Tipos de calderas
Existen muchos tipos de calderas, pero se pueden agrupar en dos grandes categorías según cómo se calienta el agua:
- Calderas pirotubulares (o de tubos de fuego): En estas calderas, los gases calientes de la combustión pasan por dentro de tubos, y el agua rodea esos tubos. El calor de los gases calienta el agua que está alrededor. Son comunes en locomotoras y barcos pequeños.
- Calderas acuotubulares (o de tubos de agua): Aquí, el agua circula por dentro de los tubos, y los gases calientes rodean esos tubos. Este tipo de caldera puede generar vapor más rápido y a presiones más altas, por lo que se usa en grandes centrales eléctricas y buques de guerra.
Las calderas pirotubulares suelen generar vapor a temperaturas de hasta 230 °C. Las calderas acuotubulares pueden generar vapor a temperaturas mucho más altas, por encima de los 380 °C.
¿Para qué se usan las calderas?
El vapor que producen las calderas tiene muchísimas aplicaciones en la industria:
- Esterilización: En hospitales, el vapor se usaba para limpiar y desinfectar instrumentos médicos. También se usa en comedores industriales para limpiar cubiertos y cocinar alimentos.
- Calentar otros líquidos: En la industria petrolera, el vapor se usa para calentar petróleos muy espesos y hacerlos más fluidos, para que puedan moverse más fácilmente.
- Generar electricidad: Las calderas son una parte esencial de las centrales termoeléctricas. Calientan agua para producir vapor a alta presión, que luego mueve unas turbinas para generar electricidad.
Historia de las calderas
La historia de las calderas está muy ligada al desarrollo de las máquinas de vapor.
En 1769, un inventor llamado Denis Papin creó una pequeña caldera llamada "marmita". Se intentó usar el vapor para mover una máquina, pero no funcionó muy bien porque el vapor no estaba lo suficientemente caliente.
En 1776, James Watt mejoró mucho la máquina de vapor. Su máquina podía funcionar de forma continua y se usó en su propia fábrica. Esto impulsó la fabricación de calderas y fue clave para la revolución industrial. Al principio, las calderas se usaban para bombear agua.
Las primeras calderas, llamadas "de olla", no eran muy eficientes porque el calor solo tocaba la parte de abajo. Para mejorar esto, se les añadieron tubos por dentro para que los gases calientes tuvieran más contacto con el agua. Así nacieron las "calderas de ductos".
Más tarde, se desarrollaron las "calderas pirotubulares", que tenían muchos tubos por donde pasaban los gases de la combustión. Estas se usaron en locomotoras y barcos. Una mejora importante fueron las "calderas acuotubulares", donde el agua pasaba por los tubos. Estas calderas podían generar vapor mucho más rápido, lo que las hizo muy útiles para los buques de guerra.
Como curiosidad, James Watt fue quien creó el término "Horse Power" (caballos de fuerza) para medir la potencia de sus máquinas. Lo calculó midiendo la fuerza promedio de varios caballos. Más tarde, este valor se adaptó al sistema métrico y se llamó "caballo de vapor" en su honor.
Véase también
En inglés: Boiler Facts for Kids
