Una caldera és un equip utilitzat per escalfar aigua o altre fluid mitjançant la combustió d'un combustible o l'ús d'energia elèctrica. El seu objectiu principal és transferir calor al fluid contingut al seu interior, que posteriorment s'empra en processos industrials, sistemes de calefacció o generació de vapor.
Les calderes poden funcionar amb una varietat de combustibles, com ara gas natural, gasoil, carbó, biomassa, electricitat i fins i tot energia nuclear. A continuació, n'explorem el funcionament i els principals tipus que existeixen.
Funcionament d'una caldera
El funcionament duna caldera es basa en la transferència de calor des duna font denergia a un fluid, generalment aigua, per generar vapor o aigua calenta.
En primer lloc, el combustible (gas, biomassa, electricitat o energia residual) es crema a la llar o cambra de combustió , produint gasos calents. Aquests gasos recorren un sistema de tubs intercanviadors de calor , cedint la seva energia a l'aigua continguda a l'interior de la caldera.
Depenent del tipus de caldera, es pot trobar l'aigua en contacte directe amb els gasos de combustió (calderes de tubs de foc) o circular per tubs envoltats d'aquests gasos (calderes de tubs d'aigua).
A mesura que l'aigua absorbeix calor, la seva temperatura augmenta fins a assolir el punt d'ebullició i es converteix en vapor si es tracta d'una caldera de vapor o simplement escalfant-se si és una caldera de calefacció.
A les calderes de vapor, aquest vapor s'acumula a la part superior del recipient i es distribueix a través de canonades per al seu ús en diferents aplicacions industrials o energètiques. En el cas de les calderes de calefacció, l'aigua calenta es bomba cap a un sistema de distribució, com ara radiadors o terra radiant.
Per garantir un funcionament segur i eficient, les calderes inclouen dispositius de control com vàlvules de seguretat, termòstats, sensors de pressió i sistemes de purga que regulen la temperatura i pressió del sistema, evitant sobrecàrregues o riscos d'explosió.
Calderes de vapor
Les calderes de vapor generen vapor saturat a una pressió constant, permetent-ne l'ús en diversos processos industrials. Funcionen segons el principi de transferència de calor, on el fluid inicialment en estat líquid s'escalfa fins a canviar de fase.
Classificació de les calderes de vapor
Segons el seu disseny i aplicació, les calderes de vapor es poden dividir en diversos tipus:
Calderes de tubs de foc
En aquest tipus de calderes, els gasos de combustió circulen per l'interior de tubs submergits en aigua, transferint calor al fluid fins a convertir-lo en vapor. Són utilitzades en aplicacions de baixa i mitjana pressió, com en processos industrials petits i sistemes de calefacció d'edificis, a causa de la seva simplicitat i un cost operatiu menor.
Calderes de tubs daigua
Funcionen a la inversa de les calderes de tubs de foc, ja que laigua circula per linterior dels tubs mentre els gasos calents els envolten. Són més eficients i permeten assolir majors pressions i temperatures, per la qual cosa s'utilitzen en centrals elèctriques i grans processos industrials que requereixen una gran producció de vapor.
Calderes de recuperació de calor
Aquestes calderes no tenen un cremador propi, sinó que aprofiten la calor residual d'altres processos, com ara les turbines de gas o els forns industrials, per generar vapor. Són fonamentals en plantes de cogeneració i cicles combinats, on permeten augmentar l'eficiència energètica en reutilitzar energia que altrament es desaprofitaria.
Aplicacions de les calderes de vapor
Les calderes de vapor són fonamentals en nombrosos sectors, com ara:
- Esterilització a hospitals i laboratoris.
- Escalfament de fluids industrials. En refineries i plantes químiques.
- Generació delectricitat. A través del cicle Rankine en centrals termoelèctriques.
- Indústria tèxtil i alimentària. En processos com el tenyit de teles o la pasteurització.
És important diferenciar entre una caldera de vapor i un generador de vapor . Mentre que la caldera produeix vapor saturat (a temperatura de saturació), el generador de vapor crea vapor sobreescalfat , útil en processos que requereixen més temperatura i eficiència.
Calderes de calefacció
Les calderes de calefacció estan dissenyades per generar aigua calenta utilitzada en sistemes de calefacció central i en producció d'aigua calenta sanitària (ACS) . S'utilitzen tant en habitatges com en indústries i edificis comercials.
Tipus de calderes de calefacció
Depenent de la font denergia i el disseny, es poden classificar en:
Calderes de gas
Són les més comunes a llars i edificis, utilitzant gas natural o propà com a combustible per escalfar aigua, que després es distribueix a radiadors o sistemes de sòl radiant. Són eficients, econòmiques i de resposta tèrmica ràpida, encara que requereixen una connexió a la xarxa de gas o dipòsits d'emmagatzematge.
Calderes de biomassa
Utilitzen combustibles orgànics com pèl·lets, estelles de fusta o residus agrícoles, sent una opció sostenible i ecològica. Són ideals per a zones rurals o llocs sense accés a gas, encara que requereixen un espai més gran d'emmagatzematge i manteniment regular per a la neteja de cendres i residus.
Calderes de condensació
Dissenyades per maximitzar l'eficiència, aquestes calderes aprofiten la calor latent del vapor d'aigua contingut als gasos de combustió, reduint el consum de combustible i les emissions contaminants. Són una excel·lent opció per a habitatges moderns amb sistemes de calefacció de baixa temperatura, com el terra radiant.
Calderes elèctriques
Funcionen mitjançant resistències elèctriques que escalfen l'aigua sense necessitat de combustió, cosa que les fa segures, silencioses i de fàcil instal·lació. Tot i això, el seu consum energètic és elevat, per la qual cosa solen emprar-se en habitatges amb tarifes elèctriques avantatjoses o com a suport en sistemes híbrids de calefacció.
Aplicacions de les calderes de calefacció
- Calefacció dedificis i habitatges. Mitjançant radiadors, terra radiant o sistemes d'aire.
- Aigua calenta sanitària (ACS). A llars, hospitals i hotels.
Combustibles utilitzats a les calderes
La font de calor en una caldera pot provenir de diversos combustibles:
- Fòssils : Gas natural, gasoil, carbó.
- Biomassa : Pellets, estelles de fusta, residus orgànics.
- Electricitat : En calderes elèctriques de resistència o inducció.
- Nuclear : A través de la fissió nuclear , utilitzada en reactors nuclears d'aigua en ebullició ( BWR ) i reactors d'aigua a pressió ( PWR ).
- Calor residual : Algunes indústries aprofiten la calor rebutjada de turbines de gas mitjançant generadors de vapor de recuperació de calor (HRSG) .