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 ] incluyendo calentamiento de agua , calefacción central , generación de energía basada en calderas , cocina y saneamiento .
En una planta de energía de combustibles fósiles 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 disponibles económicamente. En una planta de energía nuclear, las calderas llamadas generadores de vapor se calientan con el calor producido por la fisión nuclear. Cuando se disponga de un gran volumen de gas caliente procedente de algún proceso, un generador de vapor de recuperación de calor o una caldera de recuperaciónpuede utilizar el calor para producir vapor, consumiendo poco o ningún combustible adicional; tal configuración es común en una planta de energía de ciclo combinado donde se utilizan una turbina de gas y una caldera de vapor. En todos los casos, los gases residuales de los productos de combustión están separados del fluido de trabajo del ciclo de vapor, por lo que estos sistemas son ejemplos de motores de combustión externa .
El recipiente a presión de una caldera suele estar hecho de acero (o acero de aleación ), o históricamente de hierro forjado . El acero inoxidable , especialmente de los tipos austeníticos , no se utiliza 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 sobrecalentador 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 desinfectadores. [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 épocas más recientes, el alto precio del cobre a menudo hace que esta sea una opción antieconómica y en su lugar se utilizan sustitutos más baratos (como el acero).
Durante gran parte de la "edad del vapor" victoriana, el único material utilizado para la calderería era el hierro forjado de la más alta calidad , con ensamblaje mediante remachado . Este hierro se obtenía a menudo de ferreterías especializadas , como las de la zona de Cleator Moor (Reino Unido), que destacan por la alta calidad de su chapa laminada , que era especialmente adecuada para su uso en aplicaciones críticas como calderas de alta presión. En el siglo XX, la práctica del diseño se movió hacia el uso de acero, con soldaduraconstrucción, que es más resistente y 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 picaduras localizadas y corrosión bajo 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 calentamiento de los calentadores de agua domésticos. Aunque estos calentadores se suelen denominar "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.