¿Cuáles son las diferencias entre una caldera acuotubular y una pirotubular?

Una caldera de vapor cuenta con varios elementos destinados a la producción de vapor de agua aplicando energía calorífica en su fase líquida.

Estas calderas pueden dividirse en 2 grupos dependiendo de su funcionamiento y construcción: acuotubulares y pirotubulares.

Calderas Pirotubulares

La generación de vapor a escala industrial cuenta con más de 200 años de historia. James Watt inventó la caldera y la máquina de vapor en 1769. Debido al principio de diseño, no pueden conseguirse unas producciones tan grandes ni unos parámetros de vapor tan extremos en calderas pirotubulares.

Sin embargo, algunos ejemplos de mejoras – inicialmente implantadas por Bosch Industriekessel GmbH – es la introducción en 1953 de una caldera de tres pasos con cámara de inversión refrigerada por agua, el desarrollo de una caldera de doble hogar de combustión (1956) o los electrodos de seguridad para controlar el nivel mínimo de agua (1977). De esta manera, hoy en día pueden cubrirse con seguridad y de forma económica unas producciones de vapor de hasta 55 t/h mediante una única caldera pirotubular y alcanzarse presiones de hasta 30 bar con temperaturas de hasta 300 ⁰ C en vapor sobrecalentado.

En principio, las calderas pirotubulares pueden funcionar con salinidad en el agua (conductividad ≤ 6.000 μS/cm). No se producen efectos perjudiciales sobre la superficie de calefacción, debido a los depósitos de sal. Además, pueden utilizarse sencillas plantas de descalcificación de agua para su tratamiento. El tipo de tratamiento de agua viene determinado por aspectos económicos, así como por la calidad del agua disponible.

En relación con la capacidad térmica generada, la caldera pirotubular contiene mucha más agua que una caldera acuotubular. Por esta razón, el tiempo de respuesta es inmediato ante las fluctuaciones de vapor o demandas que excedan temporalmente la producción nominal de vapor en la caldera. Este "comportamiento inofensivo" no es el característico de las calderas acuotubulares en virtud de su diseño. Las fluctuaciones en la presión tendrán una influencia inevitable sobre los cambios en la densidad.

Siempre y cuando puedan cubrirse determinados requerimientos mediante diversos modelos de calderas pirotubulares, la elección de una caldera pirotubular representa una alternativa más económica, si los niveles de costes de fabricación y de calidad son comparables. Por otra parte, los plazos de entrega, así como el tiempo necesario para instalar la planta, son más reducidos.

Por regla general, las calderas pirotubulares ofrecen un mayor rendimiento que las calderas acuotubulares. Esto ocurre también mientras están funcionando, ya que pueden someterse a operaciones de mantenimiento con facilidad durante su funcionamiento; es decir, las calderas pirotubulares se caracterizan por una mayor economía también mientras funcionan.

Calderas Acuotubulares

En 1875 la empresa Steinmüller diseñó la primera caldera acuotubular. Desde entonces, el desarrollo de las calderas acuotubulares ha sufrido cambios en lo que se refiere a presión y capacidad. En 1927 entró en servicio la primera caldera Benson con una capacidad de 30 t/h a 180 bar y 450 °C. Ya en los años sesenta, se diseñaron calderas supercríticas, con una presión superior a 350 bar y temperaturas de más de 600 °C. En 1970 se consiguió una producción máxima de 1.000 t/h. Solo 5 años más tarde fue posible fabricar calderas de tubos de agua con capacidades de vapor de más de 2.000 t/h.

En el caso de las calderas acuotubulares, no es aconsejable su funcionamiento con salinidad en el agua, en la mayor parte de diseños. En las calderas acuotubulares, la salinidad representa una conductividad del agua de la caldera de ≤ 2.000 μS/cm. flujos de calor locales > 250 kW/m², se necesita normalmente agua sin sales, al objeto de evitar la obstrucción en los tubos y que impida la transferencia térmica. Estos requisitos solo pueden ser satisfechos mediante la instalación de complicados y costosos sistemas de tratamiento de agua.

Un factor esencial en relación con la duración de las calderas de vapor es el número de arranques del quemador. En este sentido, es decisivo – aparte de un ajuste adecuado de la caldera /sistema – también el nivel de carga mínima que puede producir la caldera. En el caso de ciertos diseños de calderas acuotubulares generadoras de vapor sobrecalentado, esta carga mínima se corresponde con la mínima capacidad técnica proporcionada por el quemador. En las calderas acuotubulares, la carga mínima del quemador no puede normalmente proyectarse a la caldera, ya que la reducción del caudal másico en la zona de agua influye negativamente sobre la transferencia térmica causando efectos no deseados de avería por calor excesivo, con un rango de flujos térmicos elevados.