Una caldera es un recipiente cerrado en el que se calienta un fluido (generalmente agua). El líquido no necesariamente hierve . El fluido calentado o vaporizado sale de la caldera para su uso en varios procesos o aplicaciones de calefacción, [1] [ página necesaria ] [2] [ página necesaria ] que incluyen calentamiento de agua , calefacción central , generación de energía basada en calderas , cocina y saneamiento .
En una planta de energía de combustible fósil que utiliza un ciclo de vapor para la generación de energía, la fuente de calor principal será la combustión de carbón , petróleo o gas natural . En algunos casos, el combustible derivado, como los gases de escape ricos en monóxido de carbono de una batería de coque, se puede quemar para calentar una caldera; También se pueden utilizar biocombustibles como el bagazo , cuando estén económicamente disponibles. En una planta de energía nuclear, las calderas llamadas generadores de vapor se calientan con el calor producido por la fisión nuclear. Cuando se dispone de un gran volumen de gas caliente de algún proceso, un generador de vapor de recuperación de calor o una caldera de recuperaciónpuede usar el calor para producir vapor, con poco o ningún combustible extra consumido; tal configuración es común en una central eléctrica de ciclo combinado donde se utilizan una turbina de gas y una caldera de vapor. En todos los casos los gases residuales producto de la combustión están separados del fluido de trabajo del ciclo de vapor, haciendo de estos sistemas ejemplos de motores de combustión externa .
El recipiente a presión de una caldera suele estar hecho de acero (o acero aleado ), o históricamente de hierro forjado . El acero inoxidable , especialmente de los tipos austeníticos , no se usa en las partes húmedas de las calderas debido a la corrosión y al agrietamiento por corrosión bajo tensión . [3] [ página necesaria ] Sin embargo, el acero inoxidable ferrítico se usa a menudo en secciones de sobrecalentadores que no estarán expuestas al agua hirviendo , y las calderas de carcasa de acero inoxidable calentadas eléctricamente están permitidas bajo la "Directiva Europea de Equipos a Presión" para la producción de vapor para esterilizadores y desinfectantes. [4]
En los modelos de vapor vivo , a menudo se usa cobre o latón porque se fabrica más fácilmente en calderas de menor tamaño. Históricamente, el cobre se usaba a menudo para cámaras de combustión (particularmente para locomotoras de vapor ), debido a su mejor conformabilidad y mayor conductividad térmica; sin embargo, en tiempos más recientes, el alto precio del cobre a menudo hace que esta sea una opción poco económica y en su lugar se utilizan sustitutos más baratos (como el acero).
Durante gran parte de la "era del vapor" victoriana, el único material utilizado para la fabricación de calderas fue el hierro forjado de la más alta calidad , con ensamblaje mediante remaches . Este hierro se obtenía a menudo de herrerías especializadas , como las del área de Cleator Moor (Reino Unido), que destacaban por la alta calidad de su chapa laminada , que era especialmente adecuada para su uso en aplicaciones críticas como las calderas de alta presión. En el siglo XX, la práctica del diseño se movió hacia el uso de acero, con soldaduraconstrucción, que es más fuerte y más barata, y se puede fabricar más rápidamente y con menos mano de obra. Las calderas de hierro forjado se corroen mucho más lentamente que sus contrapartes de acero modernas y son menos susceptibles a las picaduras localizadas y la corrosión por tensión. Eso hace que la longevidad de las calderas de hierro forjado más antiguas sea muy superior a la de las calderas de acero soldado. [ cita requerida ]
El hierro fundido se puede utilizar para el recipiente de calefacción de los calentadores de agua domésticos. Aunque tales calentadores se denominan generalmente "calderas" en algunos países, su propósito suele ser producir agua caliente, no vapor, por lo que funcionan a baja presión y tratan de evitar la ebullición. La fragilidad del hierro fundido lo hace poco práctico para calderas de vapor de alta presión.