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Generadores de vapor Un generad de vapor es un conjunto de aparatos utilizados para la producción de vapor, con usos industriales, de calefacción o producir energía mecánica. El líquido generalmente utilizado es el agua. Las principales partes de un generador de vapor son: el horno, la caldera, los domos de vapor de agua, sobrecalentador de vapor, precalentador de aire, economizador, cabezales de paredes de agua, nivel de cristal para agua, ventiladores de tiro inducido y de tiro forzado, válvulas de seguridad, de alimentación de agua, de purgas de fondo, válvula Stop check o de no retorno, de venteo atmosférico de domo, de venteo atmosférico de sobrecalentador. El horno es donde se produce la oxidación de combustible elevándose la temperatura de los gases de combustión, el calor del combustible pasa a través de la caldera por radiación y convección, produciendo la ebullición del agua. En una caldera vertical de tubos de hubo, la oxidación del combustible se produce en el horno, en la caldera se encuentra el agua a vaporizar y los gases de combustión pasan por el interior de los tubos, los tubos de la caldera son llamados tubos de humo, la chimenea es el conducto de salida de gases fuera de la caldera. En este tipo de caldera, el agua recibe calor del combustible en el horno, por radiación, y en los tubos de humo recibe calor de los gases de combustión por convección. La parte inferior de la caldera está ocupada por agua, la parte superior por vapor; el nivel de vidrio vigila que haya suficiente agua en la caldera. Operación de la caldera El operador debe atender al nivel del agua, el cual debe estar entre la cuarta parte y la parte media del tubo indicador de nivel, también debe atender la presión del manómetro, debe mantenerse lo más estable posible. Cuando la demanda de vapor aumenta, se debe quemar más combustible para que la presión no baje demasiado, se debe inyectar mayores cantidades de agua de acuerdo a la demanda. El operador debe atender una buena combustión del combustible por medio de los aparaos que le indican la cantidad de aire empleado, la caldera debe purgar periódicamente para sacar el sedimento, y hacer limpieza de los tubos de humo con los sopladores de hollín para evitar que se acumule e impida la transferencia de calor, así como el interior de la caldera del lado de agua para desprender incrustaciones. El humo negro por la chimenea significa partículas de carbón que no se queman, por consiguiente, combustión defectuosa. Parámetros de operación Para condiciones de cada caldera se tienen diferentes rangos operativos, en general se tienen: Caldera: Donde tiene lugar la vaporización (cambio del fluido de líquido a vapor). El objeto de la caldera es hacer que los gases de combustión que vienen del horno a alta temperatura, pasen su calor al fluido que está dentro de la caldera. Hay dos grupos grandes de calderas: Caldera de tubos de humo y calderas de tubos de agua.

En las calderas de tubos de humo, los gases de combustión pasan por el interior de los tubos y el agua por el exterior de los mismos, se usan para capacidades y presiones pequeñas; en las calderas de tubos de agua, el agua pasa por el interior de los tubos y los gases de combustión por el exterior, se usan para capacidades y presiones grandes Entre las calderas de tubos de humo, las más empleadas son las calderas verticales, las horizontales de retorno, las tipos Marino, las tipos locomotoras, etc. En una caldera de tubos de humo, llamada de retorno, el horno es exterior a la caldera lo que permite hacerlo de mayores dimensiones. El quemador de petróleo se coloca en la parte baja del horno y la puerta sirve para entrada de aire y observación de la llama. Los gases pasan en el interior del tubo después de calentar la parte inferior del tambor y salen a la cámara de humo y a la chimenea. El vapor se acumula en la parte superior y sale por la tubería. En la caldera de tubos de humo de tipo marino, el hogar interior está formado de lámina de acero gruesa para resistir la presión del vapor, y es alimentado por el quemador, los gases pasan por los tubos a una cámara de combustión y de ahí a la chimenea. Las calderas de tubos de agua se emplean para mayores capacidades y presiones que las de tubos de humo, tienen un tambor o domo para recolectar el vapor formado y para retener cierta cantidad de agua. Este tambor puede resistir altas presiones con un espesor moderado, puesto que su diámetro también es moderado. En una caldera de tubos de agua con domo transversal a los tubos el horno es alimentado por el quemador y los gases de combustión siguen una trayectoria sinuosa, pasando entre los tubos de agua. Las mamparas sirven para guiar los gases que al final salen por la puerta a la chimenea. En este tipo de calderas, la circulación de agua es muy efectiva, el agua asciende por los tubos y se junta en el colector y pasa al tambor. Del tambor baja hacia el recolector y pasa nuevamente a los tubos. El vapor reunido en el domo sale por la válvula y pasa al sobrecalentador y de allí al exterior. En las calderas de agua de domo longitudinal, los cabezales son hechos de placa de acero y forman una sola sección, el horno se alimenta por el quemador y los gases pasan longitudinalmente a los tubos, guiador por las mamparas de ladrillo refractario saliendo finalmente por la chimenea. Los cabezales se limpian por la válvula de purga, el vapor sale por la válvula y el agua de alimentación entra sobre una canaleta de distribución. Las calderas de tubos curvos son de gran capacidad, que constan de uno o varios domos superiores y uno o dos domos inferiores, unidos entre sí, por varios ramales de tubos curvos. Estas calderas se clasifican según el número de domos de que constan y pueden ser dos, tres o más tambores. Una de las particularidades más importantes de una caldera, es la que se llama “Superficie de calefacción” de la cual depende su capacidad de generación de vapor, y es la superficie de metal expuesta en contacto al mismo tiempo con los gases calientes y con el agua o vapor húmedo, en las calderas se mide la superficie de calefacción de lado de los gases.

El caballo caldera es una denominación antigua que sirve para designar la capacidad de las calderas, sobre todo las pequeñas. Una caldera de 10 pies cuadrados de superficie de calefacción (aprox. 1 metro cuadrado), tienen una capacidad nominal de una caldera, se divide entre 10 la superficie de calefacción expresada en pies cuadrados. Esto se inició antiguamente porque una caldera de 50 caballos caldera era capaz de mover una máquina de vapor de 50HP. Se dice que una caldera trabaja a 100% de su capacidad nominal, cuando produce por cada caballo caldera 34.5lb/hr de vapor saturado de 14.7lbs/plg2, con el agua de alimentación a 212°F. El único calor que recibe el vapor es el de vaporización de agua que a 212°F es de 970BTU/lb. Las calderas modernas producen una cantidad de vapor superior a 34.5lbs/hr o superior a los 33,500BTU/hr. Se llama porcentaje de carga de una caldera a la relación entre el calor que transmite por hora y el que debía de transmitir de acuerdo con su superficie de calefacción a razón de 33,500BTU/hr/caballo. Sobrecalentador de vapor Es un dispositivo que tiene por objeto sobrecalentar el vapor que sale de la caldera, antes de que pase a las máquinas. El sobrecalentamiento de las máquinas tiene lugar a presión constante, la misma que tiene la caldera. EL sobrecalentador consta de un conjunto de tubos arreglados en serie y en paralelo, por el interior de los tubos pasa el vapor y por el exterior los gases de combustión, las ventajas del sobrecalentador son: el rendimiento termodinámico de ciclo de la planta aumenta, las pérdidas por condensación y en las máquinas mismas disminuyen, el desgaste de lo álabes en las turbinas disminuye. Está hecho de acero al cromo níquel cuando se trata de altas temperaturas y el tubo que lo forma puede ser liso, o bien, constar de aspas en la dirección radial para aumentar la transmisión de calor. Existen dos tipos de sobrecalentadores, los de convección y los de radiación. El sobrecalentador de convección está colocado entre los tubos de la caldera, después del banco de convección y antes del banco de generación, para recibir calor de los gases calientes principalmente por convección. El sobrecalentador de radiación, la ubicación es antes de los tubos de la caldera precisamente en la cámara de combustión, de manera que reciba la radiación de la cámara de combustión. Según las leyes de la termodinámica, el proceso que sigue el fluido en un generador es un calentamiento a presión constante. El economizador Se instala con el objeto de aprovechar al máximo el calor de los gases de combustión, que es un dispositivo que calienta el agua de alimentación de la caldera con los gases de combustión de la misma. Los gases de combustión del hogar o cámara de combustión pasan primero por la caldera y el sobrecalentador, para luego entrar al economizador, y el agua de alimentación pasa primero por el economizador y después a la caldera.

Es un conjunto de tubos conectados en parte paralelamente y en parte en serie, por el interior de los cuales pasa el agua caliente y por el exterior los gases calientes. El agua de alimentación es calentada en el economizador hasta muy cerca de su temperatura de ebullición. Precalentador de aire Es un aparato que calienta el aire de la combustión que entra al horno, por medio de los gases de combustión que salen del economizador o de la caldera, es empleado en generadores de gran capacidad además del economizador. En generadores de mediana capacidad a veces se usa el precalentador de aire en sustitución del economizador. Tiene por objeto aumentar el rendimiento del generador de vapor. El precalentador de aire de tipo tubular, es un aparato que consta de un conjunto de tubos relativamente delgados, por el interior de los cuales pasa el gas de combustión y por el exterior de los mismos el aire para la combustión, así los gases ceden el calor al aire por convección por medio de las paredes metálicas de tubos. Algunos precalentadores en vez de tubos, constan de un conjunto de ductos metálicos rectangulares por el interior pasan alternativamente el aire y los gases. El precalentador hace que los gases se pierdan por la chimenea salgan a menor temperatura y el calor que se recupera es llevado al horno del generador. Recalentador de vapor Los recalentadores son aparatos que sirven para recalentar el vapor que ya ha trabajado en una turbina, donde ha sufrido una expansión parcial, perdiendo grados de sobrecalentamiento, así como presión. El vapor se lleva de la turbina al generador de vapor, donde pasa por un recalentador que lo vuelve a sobrecalentar a presión constante para después regresar a los escalones de baja presión de la turbina en donde se expande. El objeto de este recalentamiento es disminuir la erosión de las aspas de la turbina. Chimenea y ventiladores En las calderas de pequeña o mediana capacidad que no constan de economizador o precalentator, es suficiente el tiro térmico producido por la chimenea para obligar al aire de combustión a entrar al horno y seguir a través de la caldera y el sobrecalentador, venciendo la fricción de los gases a través de las tuberías. En los generadores con economizador, precalentador, etc. Se hace necesario un ventilador que extraiga los gases, ya que la chimenea no proporciona el tiro suficiente para vencer todas las pérdidas consiguientes.