Introducción
Las calderas de tubo de fuego, también conocidas como calderas de tubo de humo, son el tipo más común de caldera industrial utilizada hoy en día. En comparación con las calderas de tubo de agua, son mucho más adecuadas para aplicaciones de plantas más pequeñas porque pueden manejar mejor las fluctuaciones repentinas de alta demanda de vapor.
La combustión ocurre dentro de un horno con los gases de escape (gases de combustión) pasando a través de una serie de tubos de caldera antes de salir por una chimenea. Debido a que los gases de escape pasan a través de tubos sumergidos en agua, la caldera se denomina 'caldera de tubo de fuego/humo'. Las calderas de tubo de agua tienen tubos llenos de agua que están rodeados por gas de escape, es decir, lo opuesto a una configuración de caldera de tubo de fuego.
Calderas de Tubo de Fuego
Partes y Funciones de la Caldera
Cuerpo
Muchas de las partes de una caldera de tubo de fuego están alojadas dentro de un cuerpo cilíndrico largo que sirve como un recipiente a presión. El cuerpo está lleno de agua con espacio en la parte superior para la liberación de vapor.
Cuerpo
Tubos
Los tubos se extienden de un extremo del cuerpo al otro; esto puede ocurrir una o varias veces. El cuerpo y los tubos pueden instalarse en una orientación vertical u horizontal, aunque la orientación vertical es menos común.
Varios de los tubos pueden tener un diámetro más grueso que los tubos estándar, estos tubos se denominan 'tubos de refuerzo'. Los tubos de refuerzo reducen las tensiones mecánicas sobre las placas de los tubos cuando la caldera está presurizada; también se pueden usar barras de refuerzo para este propósito.
Tubos
Horno
El horno es donde ocurre la combustión; es el lugar donde se alcanzan las temperaturas más altas dentro de la caldera. Los hornos suelen estar corrugados para aumentar su resistencia mecánica, aunque los hornos no corrugados no son infrecuentes.
Horno, Tubos y Cuerpo
Placas de Tubos
Las placas de tubos se utilizan para sellar ambos extremos del cuerpo y proporcionar un lugar para el montaje de los tubos. Las placas de tubos generalmente estarán conectadas al cuerpo a través de barras de refuerzo.
Placas de Tubos de Caldera de Tubo de Fuego
Quemador
Combustible, aire y calor deben suministrarse al horno para lograr la combustión. El combustible y el aire se alimentan al horno mediante el quemador. Una fuente de ignición es proporcionada por un encendedor (un electrodo que crea un arco eléctrico, similar a una bujía pero más grande). Los combustibles típicos incluyen aceite combustible ligero (LFO) y gas metano, aunque hay otros disponibles. La 'parte delantera' de la caldera se encuentra donde está montado el quemador.
Quemadores Montados en Calderas
Cámara de Reversión
Puede haber una o varias cámaras de reversión. Las cámaras de reversión cambian la dirección de los gases de escape a medida que salen de un paso y se dirigen a otro. Las cámaras de reversión ubicadas lejos del quemador son 'cámaras de reversión traseras', mientras que las más cercanas al quemador son 'cámaras de reversión delanteras'.
Cámara de Reversión
Caja de Humos
La caja de humos es la parte final de la caldera por la que pasan los gases de escape antes de salir a la chimenea.
Caja de Humos y Chimenea
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Diseños de Calderas de Tubo de Fuego
Es posible variar el diseño de la caldera de varias maneras:
- Parte trasera húmeda - la parte trasera del horno está rodeada por una chaqueta de agua.
- Parte trasera seca - la parte trasera del horno está rodeada solo por chapa metálica.
- Cúpula de vapor - una cúpula montada en la parte superior del cuerpo de la caldera para ayudar a la liberación de vapor.
- Número de hornos - una caldera puede tener entre uno y tres hornos (regla general).
- Diseño del horno - corrugado o no corrugado. La imagen a continuación muestra un horno corrugado, es decir, el horno no es un cilindro recto.
Horno Corrugado Indicado
- Número de pasos - cada vez que el gas de escape pasa por la caldera, se refiere como un paso. Las calderas de tubo de fuego suelen tener tres o cuatro pasos, aunque también se utilizan calderas de uno y dos pasos.
Caldera 1er Paso
¿Cómo funcionan las calderas de tubo de fuego?
El siguiente video es un extracto de nuestro Curso de Video en Línea de Introducción al Vapor, Calderas y Termodinámica.
Aire y combustible (generalmente aceite combustible ligero (LFO) o gas metano) se alimentan al horno mediante un quemador. La mezcla de aire/combustible se enciende con un encendedor y comienza la combustión.
El calor de la combustión se transfiere inmediatamente a la pared del horno y al agua circundante. Entre el 40-60% de todo el calor generado en la caldera se transferirá al agua desde el horno, y el resto se transferirá al agua a través de los tubos. El horno representa el 1er paso a través de la caldera.
Los gases de escape de la combustión luego viajan a la primera cámara de reversión. Los gases salen de la cámara de reversión y luego ingresan al 2do paso de tubos, segunda cámara de reversión, 3er paso de tubos, caja de humos y finalmente la chimenea.
El agua se calienta por el calor de la combustión y los gases de escape resultantes. A medida que el agua en el cuerpo se calienta, el vapor se libera en la parte superior del cuerpo de la caldera. El vapor continúa acumulándose hasta que se alcanza la presión y temperatura deseadas.
Componentes del Modelo 3D
Este modelo 3D muestra todos los componentes principales asociados con una caldera de tubo de fuego de tres pasos típica, estos incluyen:
- Cuerpo – recipiente a presión disparado.
- Quemador – utilizado para la combustión.
- Horno corrugado – donde ocurre la combustión.
- Tubos – utilizados para dirigir los gases de escape a través del cuerpo.
- Placas de tubos – utilizadas para mantener los tubos en posición.
- Cámara de reversión – los gases se revierten en este espacio y se envían de regreso en la dirección opuesta.
- Cubierta – retiene el aislamiento que aumenta la eficiencia térmica de la caldera.
- Caja de humos – ubicada donde los gases de escape salen del último paso de tubos, pero antes de la chimenea.
- Válvulas de seguridad - utilizadas para aliviar la presión del sistema en caso de sobrepresión.
- Medidores - medidores locales y remotos utilizados para monitorear temperatura, presión y flujo.
Recursos Adicionales
https://en.wikipedia.org/wiki/Fire-tube_boiler
https://www.elprocus.com/fire-tube-boiler-working-principle-types-of-fire-tube-boilers
https://en.zozen.com/products/wns-series-gas-oil-fired-steam-hot-water-boiler.html