caldera

1. Figura 1. Caldera de recuperación de calor.
Las partes principales de una caldera de recuperación de calor son:
- Desgasificador, es el encargado de eliminar los gases disueltos en el agua de alimentación, oxigeno
principalmente y otros gases que nos podría provocar corrosiones.
- Tanque de agua de alimentación, deposito donde se acumula el agua que alimenta a nuestro sistema,
esta agua debe ser muy pura para evitar impurezas que nos podrían obstruir los conductos, erosionarlos
o corroerlos por las sustancias que llevasen con ellos.
- Calderín, es el lugar de donde se alimenta el evaporador de agua y el sobrecalentador de vapor. Puede
haber diferentes tipos de calderines según la turbina de vapor que alimenten ya sean de baja, media o
alta presión.
- Bombas de alimentación, son las encargadas de enviar el agua desde el tanque de agua de
alimentación a su calderín correspondiente.
- Economizadores, son los intercambiadores encargados de precalentar el agua de alimentación con el
calor residual de los gases de escape, aprovechando su energía con lo que aumentamos el rendimiento
de nuestra instalación y evitamos saltos bruscos de temperatura en la entrada de agua.
- Evaporadores, son intercambiadores que aprovechan el calor de los gases de escape de temperatura
intermedia para evaporar el agua a la presión del circuito correspondientes, la circulación del agua a
través de ellos puede ser forzada o natural, en la forzada se utilizan bombas y en la natural el efecto
termosifón, aunque también se usan bombas en los momentos de arranque o cuando sea necesario,
devolviendo el vapor al calderín.
- Sobrecalentadotes y Recalentadores, son los intercambiadores que se encuentran en la parte más
cercana a la entrada de los gases procedentes de la combustión en la turbina de gas, el vapor que sale ya
esta listo para ser enviado a la turbina de vapor, este vapor debe ser lo más puro posible y debe ir libre de
gotas de agua que deteriorarían nuestra turbina, también debemos tener controlada la temperatura y
presión del vapor para evitar estrés térmico en los diferentes componentes.
Figura 2. Esquema del sistema de recuperación de calor.
Donde:
1) Compresor.
2) Turbina de Gas.
3) By-pass
4) Sobrecalentador o recalentador.
5) Evaporador.

2. 6) Economizador.
7) Calderín.
8) Turbina de gas
9) Condensador.
10) By-pass de vapor.
11) Depósito de agua de alimentación/ Desgasificador.
12) Bomba de alimentación.
13) Bomba de condensado.
Calderas de recuperación de calor con y sin postcombustión.
- La caldera sin postcombustión es el tipo más común de caldera utilizada en los ciclos combinados.
Esencialmente es un intercambiador de calor en el que se transfiere el calor de los gases al circuito agua-
vapor por convección.
- En lo que se refiere a las calderas con postcombustión, aunque pueden construirse calderas de
recuperación con quemadores y aporte de aire adicional, las modificaciones constructivas normalmente
se limitan a la instalación de quemadores en el conducto de gases a la entrada de la caldera. Ello permite
que se pueda utilizar el exceso de oxígeno de los gases de escape de la turbina, sin sobrepasar
temperaturas admisibles para la placa de protección interna del aislamiento, temperaturas superiores a
800 ºC y sin modificar, de forma importante, la distribución de superficies de intercambio de la caldera sin
postcombustión. Estas calderas normalmente llevan atemperadores de agua pulverizada para regular la
temperatura del vapor.
Calderas de recuperación de calor horizontales y verticales.
1) Calderas de recuperación de calor horizontales.
Figura 3. Caldera horizontal.
La caldera horizontal es aquélla en la que el gas, a la salida de la turbina, sigue una trayectoria horizontal
a través de los distintos módulos de sobrecalentamiento, recalentamiento, vaporización y calentamiento
de agua, hasta su conducción a la chimenea de evacuación.
No necesitan estructura de soporte, siendo en conjunto una caldera más compacta y barata, ya que
requiere poca estructura metálica de soporte al ir colgados los elementos del techo.

3. El aislamiento suele ser interno para evitar el utilizar en la carcasa materiales aleados y juntas de
dilatación.
Conviene que el material aislante esté recubierto por una chapa para protegerlo del impacto del agua o
vapor en caso de rotura de tubos.
Debido a la construcción compacta, gran parte de los tubos en el interior de los haces no son accesibles,
por lo que en caso de rotura se debe abandonar el uso de dicho tubo.
Otro inconveniente de este tipo de caldera es el drenaje inferior de los colectores y tubos del recalentador
y sobrecalentador, que puede provocar la acumulación de bolsas de agua que en los arranques podrían
impedir la circulación. Por su diseño debemos cuidar los siguientes detalles constructivos y operativos:
- La pérdida de carga de los gases a lo largo de la caldera debe ser inferior a 300 milímetros de columna
de agua.
- Debe cuidarse especialmente la calidad de los materiales empleados en los módulos más calientes.
- Deben seguirse procedimientos estrictos de soldadura y de control de calidad: radiografiado,
ultrasonidos e inspección visual, especialmente en las soldaduras de los tubos verticales con los
colectores de los módulos más calientes, tanto por la falta de acceso para reparaciones como por el
hecho de estar sometidos a mayores tensiones térmicas susceptibles de provocar roturas.
- Debe eliminarse las tensiones residuales de las curvas de los tubos a 180 ºC y las durezas iniciadoras
de las grietas.
Durante la operación de estas centrales, en este tipo de calderas se debe prestar especial atención a lo
siguiente:
- Debe seguirse un procedimiento estricto de conservación durante periodos de paradas prolongadas,
para evitar que el agua que se nos quede en los tubos pueda corroer los materiales.
- Se debe establecer procedimientos periódicos de limpieza química, para eliminar incrustaciones y
acumulaciones de material no deseado.
- Debe seguirse el procedimiento de operación en arranques rápidos, para evitar posibles problemas.
- Se debe disponer de un plan de inspecciones periódicas en aquellas soldaduras de tubo a colector
sometidas a mayor grado de fluencia o fatiga térmica, colectores de salida del sobrecalentador y
recalentador y colector de entrada al economizador.
- Debe vigilarse cuidadosamente los parámetros químicos del agua de alimentación, especialmente el
contenido de oxígeno y la posible contaminación por roturas de tubos en el condensador, para evitar
corrosiones.
- En las revisiones mayores se debe inspeccionar interiormente algún tubo de los evaporadores en la
parte alta, para ver si han formado depósitos sólidos que impidan una correcta transmisión del calor.
- Se deben respetar las rampas de subida y bajada de temperaturas recomendadas por el fabricante.
- Debe mantenerse un flujo continuo de agua en el economizador durante los arranques para evitar los
choques térmicos en el colector de entrada. Asimismo, debe controlarse la presión en el economizador a
bajas cargas para evitar la formación de vapor.
- Debe vigilarse que los indicadores de tensión de los soportes de las tuberías principales estén dentro
del rango de valores admisibles.
2) Calderas de recuperación de calor verticales.

4. Figura 4. Caldera Vertical
Este tipo de calderas son parecidas en su configuración a las calderas convencionales, constan de una
estructura sobre la que apoyan los calderines y de la que cuelgan los soportes de los haces horizontales
de tubos. En estas calderas, los tubos dilatan mejor, no están sometidos a tensiones térmicas tan
elevadas, y son más accesibles para inspección y mantenimiento.
Algunas calderas verticales tienen circulación forzada, otras circulación asistida en los arranques, y la
tendencia es a diseñarlas con circulación natural, lo que implica elevar la posición de los calderines para
conseguir que la diferencia de densidad entre la columna de agua de los tubos de bajada del colector o
down commers y de los tubos de salida del colector del evaporador al calderín o risers, asegure la
circulación a través de los tubos evaporadores horizontales.
En este tipo de calderas el aislamiento suele ser interior, con protección de la capa aislante, o mixto, con
recubrimiento interno de fibra cerámica en la parte superior donde los gases son más fríos.
Aunque operacionalmente estas calderas no son tan especiales, las exigencias de control de calidad
durante la construcción y la pureza del agua de alimentación son requisitos similares a los de las calderas
horizontales, así como las limitaciones y precauciones en subidas y bajadas de carga.
La forma normal de operación en este tipo de calderas es en presión deslizante, donde la presión del
vapor fluctúa de acuerdo con el flujo de vapor, permaneciendo completamente abiertas las válvulas de la
turbina. Esta forma de operación maximiza el rendimiento de la caldera a cargas parciales, ya que si
decrece la producción de vapor, al reducirse el caudal y la temperatura de los gases de escape de la
turbina de gas, también se reduce la presión, y con ella la temperatura de saturación, con lo que se
consigue una alta vaporización y la recuperación de la mayor parte de la energía de los gases.

5. 3) Calderas de un solo paso o OTSG (One Time Steam Generator)
Figura 5. Caldera OTSG
En este tipo de calderas el agua pasa una sola vez por caldera, dando nos la temperatura y presión
deseadas, suelen ser utilizadas para procesos industriales, parecen tener un buen futuro por sus
propiedades de operación y mantenimiento que son más sencillas que los dos tipos anteriores.