La caldera es la parte más grande y crítica de una planta de energía térmica. En este artículo aprenderemos sobre el funcionamiento y construcción de una caldera típica en una planta de energía. También aclararemos una falsa concepción popular asociada con la operación de la caldera. La función de la caldera es convertir la energía contenida en el carbón en vapor de alta temperatura.
Las plantas de energía grandes usan típicamente un tipo de caldera llamada caldera de tubos de agua, donde el agua fluye a través de los tubos y el fuego lo rodea. Las calderas de tubos de agua son ideales para aplicaciones de alta presión. También existen calderas de tubos de fuego, pero se usan para aplicaciones a pequeña escala.
Los quemadores en la caldera convierten la energía química del carbón pulverizado en energía térmica. El gas caliente que se produce viaja por toda la caldera. La primera unidad de absorción de calor en la caldera es un economizador. El agua altamente presurizada suministrada por la bomba de agua de alimentación entra aquí.
El economizador absorbe energía del gas de escape, lo que eleva la temperatura del líquido. Desde allí, el agua fluye hacia un tambor de vapor hacia el tubo descendente y luego pasa a través de una sección estrecha de tubo llamada pared de agua. El cambio de fase del agua ocurre en la pared de agua. El vapor que se produce, junto con algunas gotas de agua, vuelve al tambor de vapor. La verdadera función del tambor de vapor es separar las gotas de agua del vapor, por lo que el vapor que sale del tambor de vapor está saturado y es puro.
Aquí tenemos algunos hechos de termodinámica. Según la segunda ley de la termodinámica, cuanto mayor sea la temperatura de la fuente de calor, más eficiente será el ciclo. Por lo tanto, aumentar la temperatura del vapor resultará en una planta de energía altamente eficiente, pero esta elevación de temperatura tiene ciertas limitaciones.
El material de las palas de la turbina de vapor no puede resistir temperaturas superiores a 600 grados Celsius, por lo que se agrega otro intercambiador de calor después del tambor de vapor para sobrecalentar el vapor hasta el límite permitido máximo. El sobrecalentamiento también reduce el contenido de humedad en el vapor.
Luego, el vapor se suministra a la entrada de la turbina. Después de la primera etapa de la turbina, la temperatura disminuye. Una idea inteligente para aumentar la eficiencia de la planta de energía es desviar completamente el vapor después de la primera etapa y agregar más calor. A este proceso se le conoce como recalentamiento. Se utiliza un intercambiador de calor llamado recalentador para este propósito. El recalentamiento y el sobrecalentamiento también aumentan la capacidad y la eficiencia de la planta de energía.
Ahora discutamos una idea errónea importante sobre las calderas. Sabemos que la temperatura aumenta a través de la caldera, pero ¿qué sucede con la presión? Consideremos una gota de agua: supongamos que está rodeada por una cubierta. Si se convierte en vapor, obviamente la presión aumentará.
Ahora consideremos la misma gota sin cubierta. Si el líquido se convierte en vapor, la presión seguirá siendo la misma porque el fluido no tiene un volumen fijo y está libre de expandirse. El agua dentro de la caldera también es como la gota de agua sin cubierta, es un sistema abierto y en flujo. El agua es libre de expandirse cuando el líquido se convierte en vapor, lo que significa que la presión debería mantenerse constante en una caldera ideal. En la práctica real, debido a la fricción y otras irregularidades, se produce una pequeña caída de presión en la caldera.
