Una caldera es un equipo utilizado para calentar agua u otro fluido mediante la combustión de un combustible o el uso de energía eléctrica. Su objetivo principal es transferir calor al fluido contenido en su interior, que posteriormente se emplea en procesos industriales, sistemas de calefacción o generación de vapor.
Las calderas pueden funcionar con una variedad de combustibles, como gas natural, gasóleo, carbón, biomasa, electricidad e incluso energía nuclear. A continuación, exploramos su funcionamiento y los principales tipos que existen.
Funcionamiento de una caldera
El funcionamiento de una caldera se basa en la transferencia de calor desde una fuente de energía a un fluido, generalmente agua, para generar vapor o agua caliente.
En primer lugar, el combustible (gas, biomasa, electricidad o energía residual) se quema en el hogar o cámara de combustión, produciendo gases calientes. Estos gases recorren un sistema de tubos intercambiadores de calor, cediendo su energía al agua contenida en el interior de la caldera.
Dependiendo del tipo de caldera, el agua puede encontrarse en contacto directo con los gases de combustión (calderas de tubos de fuego) o circular por tubos rodeados de estos gases (calderas de tubos de agua).
A medida que el agua absorbe calor, su temperatura aumenta hasta alcanzar el punto de ebullición, convirtiéndose en vapor si se trata de una caldera de vapor o simplemente calentándose si es una caldera de calefacción.
En las calderas de vapor, este vapor se acumula en la parte superior del recipiente y se distribuye a través de tuberías para su uso en diferentes aplicaciones industriales o energéticas. En el caso de las calderas de calefacción, el agua caliente se bombea hacia un sistema de distribución, como radiadores o suelo radiante.
Para garantizar un funcionamiento seguro y eficiente, las calderas incluyen dispositivos de control como válvulas de seguridad, termostatos, sensores de presión y sistemas de purga, que regulan la temperatura y presión del sistema, evitando sobrecargas o riesgos de explosión.
Calderas de vapor
Las calderas de vapor generan vapor saturado a una presión constante, permitiendo su uso en diversos procesos industriales. Funcionan según el principio de transferencia de calor, donde el fluido inicialmente en estado líquido se calienta hasta cambiar de fase.
Clasificación de las calderas de vapor
Según su diseño y aplicación, las calderas de vapor pueden dividirse en varios tipos:
Calderas de tubos de fuego
En este tipo de calderas, los gases de combustión circulan por el interior de tubos sumergidos en agua, transfiriendo calor al fluido hasta convertirlo en vapor. Son utilizadas en aplicaciones de baja y media presión, como en procesos industriales pequeños y sistemas de calefacción de edificios, debido a su simplicidad y menor coste operativo.
Calderas de tubos de agua
Funcionan a la inversa de las calderas de tubos de fuego, ya que el agua circula por el interior de los tubos mientras los gases calientes los rodean. Son más eficientes y permiten alcanzar mayores presiones y temperaturas, por lo que se utilizan en centrales eléctricas y grandes procesos industriales que requieren una gran producción de vapor.
Calderas de recuperación de calor
Estas calderas no cuentan con un quemador propio, sino que aprovechan el calor residual de otros procesos, como las turbinas de gas o los hornos industriales, para generar vapor. Son fundamentales en plantas de cogeneración y ciclos combinados, donde permiten aumentar la eficiencia energética al reutilizar energía que de otro modo se desperdiciaría.
Aplicaciones de las calderas de vapor
Las calderas de vapor son fundamentales en numerosos sectores, tales como:
- Esterilización en hospitales y laboratorios.
- Calentamiento de fluidos industriales. En refinerías y plantas químicas.
- Generación de electricidad. A través del ciclo Rankine en centrales termoeléctricas.
- Industria textil y alimentaria. En procesos como el teñido de telas o la pasteurización.
Es importante diferenciar entre una caldera de vapor y un generador de vapor. Mientras que la caldera produce vapor saturado (a temperatura de saturación), el generador de vapor crea vapor sobrecalentado, útil en procesos que requieren mayor temperatura y eficiencia.
Calderas de calefacción
Las calderas de calefacción están diseñadas para generar agua caliente utilizada en sistemas de calefacción central y en la producción de agua caliente sanitaria (ACS). Se emplean tanto en viviendas como en industrias y edificios comerciales.
Tipos de calderas de calefacción
Dependiendo de la fuente de energía y el diseño, se pueden clasificar en:
Calderas de gas
Son las más comunes en hogares y edificios, utilizando gas natural o propano como combustible para calentar agua, que luego se distribuye a radiadores o sistemas de suelo radiante. Son eficientes, económicas y de rápida respuesta térmica, aunque requieren una conexión a la red de gas o depósitos de almacenamiento.
Calderas de biomasa
Utilizan combustibles orgánicos como pellets, astillas de madera o residuos agrícolas, siendo una opción sostenible y ecológica. Son ideales para zonas rurales o lugares sin acceso a gas, aunque requieren un mayor espacio de almacenamiento y mantenimiento regular para la limpieza de cenizas y residuos.
Calderas de condensación
Diseñadas para maximizar la eficiencia, estas calderas aprovechan el calor latente del vapor de agua contenido en los gases de combustión, reduciendo el consumo de combustible y las emisiones contaminantes. Son una excelente opción para viviendas modernas con sistemas de calefacción de baja temperatura, como el suelo radiante.
Calderas eléctricas
Funcionan mediante resistencias eléctricas que calientan el agua sin necesidad de combustión, lo que las hace seguras, silenciosas y de fácil instalación. Sin embargo, su consumo energético es elevado, por lo que suelen emplearse en viviendas con tarifas eléctricas ventajosas o como apoyo en sistemas híbridos de calefacción.
Aplicaciones de las calderas de calefacción
- Calefacción de edificios y viviendas. Mediante radiadores, suelo radiante o sistemas de aire.
- Agua caliente sanitaria (ACS). En hogares, hospitales y hoteles.
Combustibles utilizados en las calderas
La fuente de calor en una caldera puede provenir de diversos combustibles:
- Fósiles: Gas natural, gasóleo, carbón.
- Biomasa: Pellets, astillas de madera, residuos orgánicos.
- Electricidad: En calderas eléctricas de resistencia o inducción.
- Nuclear: A través de la fisión nuclear, utilizada en reactores nucleares de agua en ebullición (BWR) y reactores de agua a presión (PWR).
- Calor residual: Algunas industrias aprovechan el calor rechazado de turbinas de gas mediante generadores de vapor de recuperación de calor (HRSG).