Introducción a los sistemas de caldera

Introducción a los sistemas de caldera

Repase los conceptos básicos de los sistemas de caldera: cómo funcionan y qué se debe tener en cuenta.

La producción de vapor y agua caliente representa una de las mayores industrias del mundo. Pero es también una industria con mucho margen de mejora. En esta tarea, analizaremos en detalle los componentes de un sistema de caldera basado en vapor y cómo garantizar la eficiencia y fiabilidad de su funcionamiento.

Un sistema de caldera típico consta de varios componentes fundamentales: un condensador, un tanque de condensado, un desaireador, una caldera, un economizador y una serie de bombas que transportan el agua a través del sistema.

Comencemos por el condensador:
El condensador tiene un único pero importante fin: garantiza que todo el vapor recupere su estado líquido antes de volver a entrar en el sistema de caldera. Si quedaran restos de vapor en el agua, el tanque de alimentación de la caldera podría estallar. Para evitarlo, es preciso contar con un condensador del tamaño adecuado y en perfecto estado de funcionamiento.

En su interior, unas tuberías con agua fría absorben el calor del vapor, lo que disminuye su temperatura. A pesar de que, con demasiada frecuencia, esta energía liberada se desaprovecha, es posible lograr un importante ahorro energético si se aplica en otras partes del sistema, como, por ejemplo, para precalentar el aire de combustión del quemador.

El agua condensada se recoge en el tanque de alimentación de la caldera, al que se añade agua de reposición para sustituir el condensado que, en un proceso abierto, se pierde en forma de vapor sin posibilidad de recuperación.
Con objeto de evitar la corrosión, capaz de destruir una caldera en tan sólo 6 meses, el agua debe tratarse químicamente. De este modo, se evita que se vuelva ácida y se mejora la capacidad del desaireador para reducir su nivel de oxígeno y dióxido de carbono.

El tratamiento químico se realiza mediante bombas dosificadoras. El uso de sistemas de dosificación inteligentes y precisos permite reducir al mínimo absoluto el consumo de costosos productos químicos y garantiza un vapor de alta calidad con un arrastre mínimo de partículas sólidas.

Una vez que el agua ha sido químicamente tratada, se transporta hasta el desaireador. Aquí se filtra a través de las bandejas perforadas mientras el vapor asciende, eliminando el oxígeno y el CO2 del agua, que escapan a través de la válvula de purga que mantiene la presión.

Para eliminar tanto oxígeno y CO2 como sea posible, el agua debe mantenerse en todo momento en su punto de ebullición. Se recomienda usar un variador de frecuencia para controlar las bombas de condensado y proporcionar un caudal estable de agua al desaireador. Ello evita variaciones en la temperatura, lo que mejora la calidad del agua y reduce el riesgo de cavitación en las bombas de alimentación.

La cavitación se produce cuando la presión en las tuberías y la entrada de la bomba cae por debajo de la presión de vapor del agua, dando lugar a la formación de burbujas de vapor que implosionan a gran velocidad y presión.
Para evitar este fenómeno, capaz de causar graves daños en las bombas, es necesario diseñar correctamente el sistema y emplear las bombas de alimentación adecuadas.

El primer paso es colocar el desaireador por encima de las bombas de alimentación. Ello aumenta la presión derivada de la altura geométrica y reduce el riesgo de cavitación. El segundo paso es equipar el sistema con bombas diseñadas para funcionar con una presión de entrada deficiente. Por ejemplo, bombas cuyos primeros impulsores estén especialmente diseñados para mejorar las capacidades de aspiración.

Existen varias estrategias para controlar las bombas de alimentación. Desde una sencilla señal de arranque-parada hasta el uso de válvulas de alimentación. No obstante, una bomba de velocidad variable conectada a un sensor de nivel permite evitar las costosas válvulas de alimentación y la inevitable caída de presión que implica su uso. El resultado es un nivel de agua constante en la caldera, así como una reducción en el consumo energético y los costes operativos.

En la caldera, el agua se somete a la energía calorífica de un quemador hasta que alcanza el punto de ebullición y se transforma en vapor. Este proceso crea un gas de combustión que abandona la caldera a una temperatura aproximada de 300 °C. Al instalar un economizador, la energía sobrante puede recuperarse y reutilizarse de manera muy eficaz.

El principio de funcionamiento del economizador es similar al del condensador, pero su potencial de ahorro es mayor. Las tuberías de agua fría del economizador absorben la energía calorífica del gas de combustión y pueden llegar a reducir la temperatura desde unos 300 °C hasta apenas 50 °C. Esta energía se puede usar en el sistema de caldera u otros procesos industriales. En algunos países también es posible vender la energía calorífica a instalaciones district heating, contribuyendo así a reducir notablemente los costes operativos.

Finalmente, el vapor abandona la caldera y, después de haber liberado su energía, se transforma en condensado y regresa al condensador. Con un sistema diseñado inteligentemente, este ciclo podría continuar durante décadas, proporcionando un funcionamiento rentable y de gran fiabilidad.