Calderas humotubulares y acuotubulares: tipos y características

Resumen

Este texto compara dos tipos de caldera. En las humotubulares, el agua está en un recipiente cilíndrico atravesado por tubos con los gases de combustión. En las acuotubulares, el agua circula por tubos rodeados de gases. El texto explica sus ventajas, sus límites de tamaño y presión, y el principio de circulación por termosifón.

Puntos clave

En las calderas humotubulares, el agua está en un recipiente cilíndrico y los gases de combustión circulan por los tubos.
Las humotubulares son sencillas y fáciles de inspeccionar y limpiar, pero pesan mucho, arrancan despacio y son peligrosas si explotan.
Por la resistencia del material, las humotubulares tienen un tamaño limitado: hasta 5 m de diámetro y 10 m de largo.
Las calderas acuotubulares tienen muchos tubos de pequeño diámetro con agua en su interior, rodeados de gases. Son mucho más pequeñas que las humotubulares.
En las acuotubulares, el agua debe ser pura, porque las sales se depositarían en las paredes de los tubos.
Las acuotubulares se construyen para más de 5.000 kg/h de vapor y pueden dar vapor a unos 550 °C y 200 kg/cm2 o más.

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Calderas Humotubulares

En este tipo de calderas, el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente de cuerpo cilíndrico atravesado por tubos en toda su longitud, por los cuales circulan los gases de la combustión. El agua se evapora al entrar en contacto con los tubos calientes.

Las más utilizadas son horizontales y se emplean en instalaciones industriales para presiones relativamente bajas. Su tamaño es limitado.

Características Principales

Sencillez de construcción.
Facilidad de inspección, reparación y limpieza.
Gran peso.
Lenta puesta en marcha.
Gran peligro en caso de explosión o ruptura, debido al gran volumen de agua almacenado.

Clasificación según el Hogar

Se pueden clasificar en:

De hogar interior: la combustión de los gases que circulan por los tubos se realiza dentro de la caldera.
De hogar exterior: la combustión de los gases que circulan por los tubos se realiza fuera de la caldera.

Limitaciones y Capacidades

Por problemas de resistencia del material, su tamaño es limitado. Sus dimensiones pueden alcanzar los 5 metros de diámetro y 10 metros de largo. Producen flujos máximos de 20.000 kg/h de vapor y sus presiones de trabajo no superan los 18 kg/cm².

Calderas Acuotubulares

Están construidas por una gran cantidad de tubos de acero de pequeño diámetro, por dentro de los cuales se hace circular el agua que se quiere vaporizar. Estos tubos se encuentran completamente rodeados por los gases de combustión. El tamaño de estas calderas resulta mucho menor que el de las calderas cilíndricas (humotubulares), lo que permite obtener un mejor aprovechamiento del espacio de instalación.

Principio de Circulación por Termosifón

La circulación del agua por el interior de los tubos se realiza por el principio de termosifón. Este proceso de circulación se explica de la siguiente manera: si en un tubo en forma de U (como el que podría ilustrar este concepto) solo se calienta una de sus ramas (por ejemplo, la rama AB) hasta que el agua entre en ebullición, la mezcla de agua hirviendo y vapor contenida en esta rama adquirirá un peso específico menor que el del agua no calentada en la otra rama. Como consecuencia, las burbujas de vapor, por efecto de esa disminución del peso específico, producirán un desequilibrio en los niveles de la superficie libre en ambas ramas, creando una diferencia de nivel que ocasionará la circulación del agua.

Requisitos del Agua

Dado que los tubos son de diámetro reducido, es condición fundamental que el agua utilizada para este tipo de calderas sea agua pura. Las sales que podría contener se depositarían en las paredes de los tubos, dificultando la libre circulación del agua y disminuyendo la transferencia de calor.

Capacidades y Prestaciones

Se construyen para capacidades superiores a 5.000 kg/h de vapor (5 ton/h), alcanzando valores máximos en la actualidad de 2.000 ton/h. Permiten obtener vapor a temperaturas del orden de 550 °C y presiones de 200 kg/cm² o superiores.

Preguntas frecuentes

¿Por qué el agua de una caldera acuotubular debe ser pura?

Los tubos son de diámetro reducido. Las sales se depositarían en sus paredes, dificultarían la circulación del agua y disminuirían la transferencia de calor.

¿Qué es la circulación por termosifón?

Es el movimiento del agua por diferencia de peso específico. Si se calienta una rama de un tubo en U, el vapor la hace menos densa y se crea una diferencia de nivel que hace circular el agua.

¿En qué se diferencian las calderas de hogar interior y de hogar exterior?

En las de hogar interior, la combustión de los gases se realiza dentro de la caldera. En las de hogar exterior, la combustión se realiza fuera de la caldera.