3.2: Producción de Vapor — Diseño de Planta

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3.2 Producción de Vapor — Diseño de Planta

Una planta eléctrica moderna típica de mediana a mediana grande puede tener un caudal de vapor superior a 3 millones de libras por hora (lb/h). A modo de comparación, la tasa de vapor que se tiene que generar equivaldría a quemar 20 galones de gasolina (un automóvil) 5-6 veces por segundo. Los factores que afectan la forma en que se hierve el vapor son 1) velocidad de transferencia de calor y 2) velocidad de liberación de calor. Piense en un hervidor de agua calentando a hervir en una estufa. Cuanto más de la tetera que descanse sobre el quemador, más rápido hervirá (tasa de transferencia de calor). Cuanto mayor sea el calor, más rápido hierve el agua (velocidad de liberación de calor).

La transferencia de calor puede verse afectada de tres maneras 1) conducción - contacto directo de un objeto con la fuente de calor; 2) convección - calor transportado por corrientes de fluido; y 3) radiación - calor que se transmite por electromagnético radiación de objetos que brillan intensamente. En nuestro caso, el calor para producir vapor se pone a disposición quemando combustible. Ese calor de alguna manera debe ser transferido al agua o vapor. La velocidad a la que se puede transferir el calor depende de:

la naturaleza del material a través del cual se transfiere el calor;
su espesor;
la diferencia de temperatura a través del material (pérdidas);
el área total a través de la cual se está transfiriendo el calor.

Aumentar el área de superficie es la forma más efectiva de hacerlo. Una forma de aumentar el área de superficie es transferir el calor a través de tubos más pequeños. Hacer esto reducirá la necesidad de hacer la caldera cada vez más grande -y si piensas en una olla de agua hirviendo, cuanto más agua pongas en una sartén, más tiempo tardará en hervirla manteniendo constante la superficie.

El primer paso evolutivo en las calderas fue la caldera de tubo de fuego. Los gases calentados están en los tubos, y el agua y el vapor están en un tanque grande; todo el tanque está bajo presión. El problema con el uso de este diseño era que si el tanque estallaba, creaba una explosión importante. Este diseño proporciona una superficie de transferencia de calor significativamente mayor que la caldera de placa plana correspondiente. Las calderas de tubo de fuego son útiles en calefacción industrial y en plantas eléctricas muy pequeñas (según los estándares actuales). Las “calderas de tubo de fuego rodantes” tuvieron éxito durante 150 años como locomotoras de vapor. Sin embargo, el crecimiento constante de la demanda de electricidad y el consiguiente aumento en el tamaño de la planta y la tasa de vapor necesaria significaron que eventualmente ni siquiera la caldera de tubo de fuego pudo mantenerse al día.

Esto condujo al siguiente paso de diseño evolutivo, que fue la caldera de tubo de agua (o tubo de vapor). Este es el diseño actual de última generación. Dependiendo del combustible utilizado y la tasa de vapor necesaria, una caldera de tubo de agua moderna mide 10-20 pisos de altura. El diseño cambió para que el agua/vapor esté en tubos dentro de la caldera con gases calientes rodeando los tubos.

Para más información

Visita howstuffworks.com para ver algunos diagramas adicionales de máquinas de vapor.