Básicamente una caldera de calefacción consta de un hogar, donde se quema el combustible, y un intercambiador donde el calor producido por la combustión se trasmite al caloportador, que lo lleva a los emisores o elementos terminales.
Caldera de combustibles fluidos
El combustible se prepara y quema en un quemador, que consiste en ventilador que impulsa aire hacia el inyector de combustible donde, por efecto venturi, éste se mezcla con el aire en las proporciones adecuadas y se impulsa dentro del hogar, donde se produce la combustión. Cuando el combustible es líquido (gasóleo) es necesario pulverizarlo para conseguir la mezcla, por lo que requieren un inyector especial. Los combustibles gaseosos también deben mezclarse con el aire, aunque no es necesario pulverizarlos.
Además hay calderas específicas para gases combustibles que tienen quemador atmosférico. En este caso funciona al revés: el gas sale por los inyectores por su presión de suministro y, por efecto Venturi, aspira aire y se mezcla con él en la proporción adecuada y se quema en los quemadores, subdividido en pequeñas llamas, dentro de un intercambiador. Las más conocidas de estas calderas son las llamadas murales, aunque también existen en tamaños grandes.
La regulación de la potencia, en los dos tipos, se hace por tiempo de funcionamiento, con paradas y arranques del quemador, mediante la regulación del tamaño de la llama (quemadores modulantes) o por los dos sistemas (quemadores por etapas).
El intercambiador de estas calderas envuelve el hogar en una primera instancia, pero luego tiene una serie de pasos, en los que los gases calientes de la combustión dejan el calor que llevan. Las más corrientes (llamadas pirotubulares) consisten en un haz de tuberías introducidas en el caloportador. Los gases circulan por los tubos, lo más lentamente posible (para ello tienen unas chapas, plegadas en espiral, llamados turbuladores) para que lleguen al final (caja de humos) con la menor presión posible y la temperatura más baja posible. En las calderas normales esta temperatura es como mínimo de unos 140 ºC, para evitar que haya condensaciones, muy perjudiciales cuando el combustible tiene trazas de azufre, puesto que éste, quemado, forma óxidos de azufre y sumado a vapor de agua condensado de la combustión puede formar ácido sulfúrico (SO3 + H2O -> SO4H2), corrosivo, perjudicial para la buena conservación de los dispositivos, lo que se evita con temperaturas que impidan la condensación.
En las calderas de condensación la temperatura es todavía más baja y la formación de ácidos se evita con un combustible no tenga azufre (generalmente funcionan con gas natural), lo que permite el aprovechamiento del calor de vaporizacion del agua formada en la combustión (CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O). Su gran ventaja es que el rendimiento es mucho mayor que las normales, pero el problema que puede aparecer en ellas es que la temperatura que alcanza el caloportador es más baja que en las normales, lo que exige emisores (radiadores) más grandes (con mayor superficie de emisión) o sistemas de emisión a baja temperatura (suelo radiante)
Caldera de combustible sólido
En las de combustibles sólidos (carbón o, actualmente, biomasa), el hogar consta de dos compartimentos superpuestos. En el superior, brasero, se coloca el combustible sobre una parrilla. El inferior, cenicero, recibe las cenizas del combustible. Por la puerta de éste entra el aire necesario para la combustión y los humos salen por un conducto (humero o chimenea) vertical, portiro térmico. El propio tiro térmico es que crea en el hogar una falta de presión que aspira el aire de la combustión. La combustión es continua, no hay paradas desde que se enciende hasta que se apaga por falta de combustible, y la regulación de la potencia se hace abriendo o cerrando la entrada del aire.
Temperaturas del agua
El agua puede calentarse a diferentes temperaturas. En las calderas normales no se suelen sobrepasar los 90 °C, por debajo del punto de ebullición del agua a presión atmosférica. En calderas más grandes, para dar servicio a barriadas, se llega hasta los 140 °C, manteniendo la presión alta en las conducciones para que no llegue a evaporarse (agua sobrecalentada). Existen también calderas de vapor, en las que el agua se lleva a la evaporación y se distribuye el vapor a los elementos terminales, pero en Europa está bastante en desuso, porque la temperatura superficial de éstos resulta ser muy alta y entraña peligro de quemaduras. Existen también calderas en que el agua se calienta a temperaturas inferiores a 70 °C y que consiguen elevados rendimientos (caldera de condensación).
Combustibles
Los combustibles empleados pueden sersólidos (leña, carbón), líquidos (fuelóleo,gasóleo) o gaseosos (gases licuados de petróleo ó GLP, gas natural), lo que determina la forma de funcionamiento de las calderas.
Además deben disponer de accesorios tales como:
- quemadores
- vaso de expansión
- manómetros
- termómetros (de funcionamiento y de seguridad)
- válvula de seguridad
- llaves de paso y regulación
Los accesorios más comunes son los que siguen:
- Accesorios de Observación destinados a vigilar la operación de la caldera:
- tubos de nivel
- grifos de prueba
- manómetros
- termómetros
- analizadores de gases
- Accesorios de alimentación de combustible:
- Accesorios de limpieza:
- registros o tapas de limpieza
- válvulas de purga
- estaque de retención de purgas
- escabiadores
- deshollinadores (en las de combustible sólido)
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