Caldera de tubos de agua para niños
Una caldera de tubos de agua es un tipo de máquina que produce vapor a alta presión. En estas calderas, el agua circula dentro de tubos que son calentados por el fuego desde el exterior. Es como tener muchos tubos llenos de agua dentro de un horno muy caliente.
Contenido
¿Qué es una caldera de tubos de agua?
Una caldera de tubos de agua es un dispositivo que usa el calor de la quema de combustible para convertir agua en vapor. A diferencia de otros tipos de calderas, aquí el agua está dentro de los tubos y los gases calientes del fuego rodean esos tubos. Esto permite que la caldera funcione a presiones mucho más altas y sea más segura.
¿Cómo funciona una caldera de tubos de agua?
El proceso comienza cuando el combustible se quema dentro de un espacio llamado horno. Esta combustión produce gases muy calientes. Estos gases rodean los tubos que contienen agua. El calor de los gases calienta el agua dentro de los tubos, haciendo que se convierta en vapor.
El vapor, que es más ligero, sube a un recipiente grande llamado tambor de vapor. Desde allí, se puede extraer el vapor para usarlo. A veces, este vapor se calienta aún más en un "sobrecalentador" para convertirlo en vapor sobrecalentado. El vapor sobrecalentado es un gas seco y muy potente, ideal para mover máquinas como las turbinas, ya que no tiene gotas de agua que puedan dañarlas.
El agua más fría que queda en el tambor de vapor regresa a la parte inferior de la caldera a través de unos tubos especiales. Allí, se mezcla con agua nueva que entra a la caldera, precalentándola para que el proceso sea más eficiente. Para ahorrar energía, los gases de escape calientes también se usan para calentar el aire que entra al horno y el agua nueva.
¿Por qué son importantes las calderas de tubos de agua?
Las calderas de tubos de agua son muy importantes porque pueden trabajar con presiones mucho más altas que otros diseños antiguos. Además, son más seguras. Si un tubo se rompe, solo se escapa una pequeña cantidad de agua y vapor, lo que reduce el riesgo de un accidente grave. En los diseños antiguos, si la caldera fallaba, podía ser mucho más peligroso.
Las primeras calderas de tubos de agua fueron patentadas en Inglaterra en 1766 y fabricadas en Francia en 1780.
Usos de las calderas de tubos de agua
Las calderas de tubos de agua son muy útiles en lugares donde se necesita mucho vapor seco, a alta presión y con mucha energía.
- En la industria: Se usan en muchas fábricas, como las de productos químicos, papel y refinerías, para diversos procesos.
- En centrales eléctricas: Son esenciales en las centrales térmicas, donde se quema combustible para generar electricidad. Allí producen grandes cantidades de vapor (hasta 500 kilogramos por segundo) a presiones muy altas (alrededor de 160 bares) y temperaturas de hasta 550 °C. Por ejemplo, la planta de energía solar de Ivanpah usa este tipo de calderas.
- En barcos: Desde principios del siglo XX, la mayoría de los barcos usan calderas de tubos de agua. Su capacidad para trabajar a altas presiones permitió el uso de turbinas de vapor para mover los barcos, que son más eficientes que los motores de pistón.
En el transporte
Aunque no se usaron mucho en las locomotoras de tren, sí hubo algunos diseños experimentales. La mayoría de las locomotoras de vapor usaban un tipo diferente de caldera. Sin embargo, algunos diseños combinaban partes de calderas de tubos de agua con las tradicionales para mejorar la eficiencia.
En los vehículos de carretera, como camiones y automóviles de vapor antiguos, las calderas de tubos de agua fueron más comunes. Fabricantes como Sentinel y Foden las usaban en sus camiones. Los camiones de bomberos a vapor también las preferían porque podían generar vapor muy rápido.
Tipos de calderas de tubos de agua
Existen diferentes diseños de calderas de tubos de agua, cada uno con características especiales:
Caldera tipo D
Es uno de los tipos más comunes para calderas pequeñas y medianas, tanto en instalaciones fijas como en barcos. Tiene un tambor de vapor grande conectado verticalmente a un tambor de agua más pequeño por muchos tubos. Estos tubos están rodeados por paredes de tubos más grandes que forman el horno.
Caldera tipo M
Se usaron en muchos barcos de guerra durante la Segunda Guerra Mundial. Tienen tres grupos de tubos que forman una letra "M", lo que permite controlar mejor la temperatura del vapor sobrecalentado.
Caldera de bajo contenido de agua
Este tipo de caldera tiene menos agua y puede generar vapor y responder a los cambios de demanda muy rápidamente. No tiene un horno cerrado, sino que los tubos están directamente expuestos a las llamas del quemador.
Caldera Babcock & Wilcox
Diseñada por una empresa estadounidense, tiene un solo tambor. El agua se extrae de la parte inferior del tambor y fluye por tubos inclinados que la devuelven como vapor a la parte superior del tambor. El horno está debajo de los tubos y el tambor.
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Caldera Stirling
Esta caldera tiene tubos de agua casi verticales que se conectan entre varios tambores de vapor y agua. Son muy grandes y se usan principalmente en instalaciones fijas, como centrales eléctricas, porque pueden quemar muchos tipos de combustibles, incluso residuos.
Caldera Yarrow
Nombrada por sus diseñadores, esta caldera usa tres tambores conectados por tubos de agua rectos, formando una especie de triángulo (delta). Su diseño compacto la hizo útil en unidades de generación de energía que se podían transportar en tren durante la Segunda Guerra Mundial.
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Caldera Thornycroft
Diseñada por un constructor naval, tiene un solo tambor de vapor y dos grupos de tubos de agua a cada lado del horno. Estos tubos tienen curvas muy pronunciadas.
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Caldera de circulación forzada
En este tipo de caldera, se usa una bomba para acelerar el movimiento del agua a través de los tubos, lo que mejora la eficiencia.
Galería de imágenes
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Caldera Brotan
Véase también
En inglés: Water-tube boiler Facts for Kids
