Tipos de generadores de vapor

El advenimiento de la generador de vapor, o caldera, transformó la vida cotidiana mucho antes de que lo hicieran las innovaciones electrónicas, y posiblemente tuvo una mayor impacto general que las innovaciones más recientes, como el comercio en línea, las redes sociales y la tecnología inalámbrica tecnología. Es difícil apreciar ahora cuánto cambió las reglas del juego poder ir de un lugar a otro sin el poder personal o animal (por ejemplo, un carruaje tirado por caballos).

A primera vista, la producción de vapor a propósito parece una elección extraña. Mirando el mundo como lo haría un niño pequeño, el vapor parece ser poco más que un desperdicio acuoso obligatorio producto de varios procesos que involucran la generación de calor, desde cocinar una caja de pasta hasta calentar los pasillos de una edificio.

La mejor manera de relacionar su mente con el valor del vapor apropiadamente aprovechado es imaginarse lo que sucede cuando algo que tiene vapor saliendo repentinamente tapado o impedido físicamente de emitir ese vapor, por ejemplo, sujetar firmemente una tapa en una olla de agua hirviendo durante incluso un segundo antes soltándolo.

El vapor es vapor de agua, o más generalmente, la forma gaseosa de la molécula. El agua se compone de átomos de hidrógeno y oxígeno y tiene una fórmula molecular de H₂O. Como otro asunto con un particular punto de ebullición, el agua puede entrar en la fase gaseosa cuando alcanza esa temperatura (para el agua, 100 C o grados Celsius (212 F o grados Fahrenheit) y recibe un pequeño impulso de energía para que pueda superar su calor de vaporización, una especie de costo que la materia generalmente tiene que pagar para cambiar entre estados (sólido, líquido o gas).

Hoy en día, el papel generalizado más importante del vapor es la generación de energía eléctrica. Pero a finales del siglo XVII, se descubrió que era más fácil eliminar las aguas residuales de las minas cuando se condensaba. En el proceso, se descubrió que el proceso de condensación del agua crea un vacío (presión negativa en relación con lo que se encuentra fuera del área de actividad de condensación). Este hallazgo finalmente se integró en los generadores y motores de vapor modernos.

Hay varios tipos de plantas de energía de vapor, con la organización y otros detalles específicos de cada una dependiendo del propósito final de la energía generada por vapor. En cada caso, el vapor no es el objetivo, sino un medio para lograr un fin de producción de energía.

En lugar de simplemente liberar vapor al aire libre, las diferencias locales de presión se eliminan rápidamente debido a un suministro de aire ilimitado, está atrapado en algún tipo de espacio y su fuerza reprimida se desató en el suministro humano equipo.

En las centrales eléctricas, el vapor se crea mediante la quema de combustible en un entorno de alta presión, es decir, una caldera. Esto se observa principalmente en las plantas de carbón, aunque a principios del siglo XXI se fuego intenso tanto por sus efectos contaminantes directos como por su contribución al clima antropogénico cambio. El vapor también se utiliza en plantas de energía nuclear, así como en plantas de energía solar térmica.

Aunque la composición y construcción de las calderas pueden variar, sus componentes centrales son en gran medida los mismos e incluyen lo siguiente:

• Caja de fuego: Esta cámara es donde se produce la combustión y alberga los quemadores y varios dispositivos reguladores.
• Quemadores: Estos inyectan una mezcla de aire y combustible (generalmente carbón, fuel oil o gas natural) en el sistema de distribución para optimizar la mezcla para la combustión.
• Tambores: Estos incluyen un tambor de lodo inferior para recolectar la mayoría de desechos sólidos y un tambor de vapor superior para recolectar el vapor y colocarlo en el sistema de distribución.
• Economizador: Este dispositivo optimiza la eficiencia operativa al precalentar el agua de alimentación a una temperatura determinada antes de que pueda ingresar al cuerpo del sistema de caldera.
• Sistema de distribución de vapor: Esta red de válvulas, tubos y conexiones está personalizada para los niveles de presión del vapor que se transporta a través del sistema. El vapor sale de la caldera con suficiente presión para alimentar cualquier proceso aguas abajo (por ejemplo, generación de electricidad a través de una turbina).
• Sistema de agua de alimentación: Este elemento crítico de una caldera asegura que la cantidad de agua que ingresa al sistema equilibra la que sale del sistema. Esto debe calcularse en peso, no en volumen, ya que parte del agua es vapor y parte es líquida.

Tubo de fuego. Estos se utilizan con mayor frecuencia en procesos que necesitan entre 15 y 2200 caballos de fuerza (1 hp = 746 vatios o W). Este tipo de caldera es cilíndrica, con la llama en la propia cavidad del horno y los propios gases de combustión guardados dentro de una serie de tubos. Estos vienen en dos diseños básicos: espalda seca y espalda mojada.

Tubo de agua. En esta disposición, los tubos contienen vapor, agua o ambos, mientras que los productos de la combustión pasan por el exterior de los tubos. Estos a menudo tienen varios juegos de tambores y, debido a que usan relativamente poca agua, estas calderas ofrecen capacidades de vaporización inusualmente rápidas.

Comercial. Estos suelen presentar combinaciones de diseños de tubo de agua, tubo de fuego y resistencia eléctrica. Son populares en edificios grandes que requieren una temperatura mayormente constante, como escuelas y bibliotecas, oficinas y edificios gubernamentales, aeropuertos, complejos de apartamentos, universidades y otros laboratorios de investigación, hospitales, etc. en.

Condensando. Las calderas de condensación pueden alcanzar niveles de eficiencia térmica de hasta el 98 por ciento, en comparación con el 70 al 80 por ciento que se puede lograr utilizando diseños de caldera estándar. Los niveles de eficiencia típicos alcanzan alrededor del 90 por ciento cuando la temperatura del agua de retorno es de 110 F o menos, y luego aumentan al disminuir la temperatura de retorno del agua.

Tubo de agua flexible (flextube). Esta construcción es particularmente resistente al "choque térmico", lo que la convierte en una opción natural para usos de calefacción. Las calderas de tubo de agua flexibles vienen en una amplia gama de entradas de combustible y son adecuadas para aplicaciones de baja presión que utilizan vapor o agua caliente. (¡No todas las "calderas" realmente hierven agua!) También son bastante fáciles de mantener, con fácil acceso a sus partes de trabajo desde el exterior.

Eléctrico. Estas calderas son famosas por su bajo impacto: limpias, silenciosas, fáciles de instalar y pequeñas en relación con su utilidad. Debido a que en realidad no se quema nada (es decir, no hay llama de qué preocuparse), las calderas eléctricas son maravillosamente simples. No hay combustibles o equipos de manipulación de combustible en la mezcla y, por lo tanto, no hay escape ni necesidad de tuberías y puertos asociados. Además, estos tienen elementos calefactores que son fáciles de reemplazar.

Generador de vapor de recuperación de calor (HRSG). Se trata de un innovador "intercambiador de calor" de recuperación de energía que recupera el calor de una corriente de gas caliente que pasa. Estos crean vapor que puede usarse para impulsar un proceso en particular o usarse para impulsar una turbina de vapor para generar electricidad mediante un electroimán. Los HRSG se basan en tres componentes principales: un evaporador, un sobrecalentador y un economizador.

Las centrales nucleares utilizan energía no de la combustión de combustible sino de la separación mecánica de sus componentes más pequeños. Esa es una forma muy suave de describir Fisión nuclear, en el que los átomos (en este caso, los pertenecientes al elemento uranio) se descomponen en átomos más pequeños, liberando enormes cantidades de energía.

La energía liberada por la fisión se captura y se usa para calentar y hervir agua, y el vapor resultante se usa para alimentar una turbina con el propósito de generar electricidad.