Sistemas de Control de Nivel en Calderas

Sistema Termohidráulico

El vapor saturante, al transmitir calor al exterior, se condensa formando gotas (alto coeficiente de transmisión de calor). Cuanto más bajo sea el nivel de la caldera, más vapor habrá en el tubo, por lo que se cederá más calor al exterior. En la parte de agua, el coeficiente de transmisión es bajo, por lo que se cederá menos calor. Si el nivel baja, habrá menos zona de agua y más vapor, con lo que el agua se calentará, evaporándose y aumentando la presión. De esta forma, a más nivel, menos presión y a menos nivel, más presión. A partir de las mediciones del barómetro, este mandará una señal acorde a la situación.

Sistema Termostático

El principio de funcionamiento es el mismo que el sistema termohidráulico, la única diferencia es que aquí la pieza es metálica y está fija por una punta. Al calentarse o enfriarse se dilatará o contraerá respectivamente y, en función de la variación de la longitud en la parte inferior y a través de un amplificador, se podrá saber el nivel de la caldera.

Medidor Termodinámico “Boiley”

Existen dos tipos concéntricos, uno dentro del otro. El más pequeño, tubo A, se conecta por el extremo superior a la zona de vapor del colector, y por el inferior en la zona de agua del colector, por lo que tendrá el mismo nivel de agua que el colector. El tubo B contiene un cierto nivel de agua en su interior, y por la parte exterior es aleteado para disipar el calor. En la parte inferior se conecta al conducto C, que en su extremo tiene un barómetro capaz de medir su presión interior. El vapor se consigue mediante el calor cedido del vapor condensado en el tubo A, ya que tiene un coeficiente de convección superior al del agua evaporando, aunque estén a la misma temperatura. A mayor cantidad de vapor en el tubo A, y por lo tanto en el colector, significa que su nivel de agua está disminuyendo, por lo que la presión aumenta en el tubo B, y así la señal del barómetro varía. La señal del barómetro controla el funcionamiento de las turbobombas que introducen agua en el colector. Así que al aumentar el vapor, significa que tenemos que introducir agua al colector, y eso se hace mediante la señal emitida por el barómetro.

Principios de Transferencia de Calor

Conducción

Se produce a través de los tubos. Para evitar pérdidas de calor, se pone aislante para que no se pierda calor por conducción. Un problema típico que puede haber en las tuberías es cuando se pega cal en ellas.

Radiación

Es la transferencia de calor a través de ondas electromagnéticas. En las calderas este fenómeno se puede encontrar en las llamas de la combustión. Esta se expresa en KW/m2, por ese motivo para una misma potencia, si se quiere reducir la radiación que sufren las tuberías, lo que hay que hacer es aumentar la superficie total de estas.

Convección

La convección es producida por el movimiento del fluido. Esta puede ser natural: a causa de la diferencia de temperaturas entre dos zonas el fluido se mueve, o forzada: el fluido es movido con un ventilador u otro elemento.

Tipos de Evaporación

Nucleada

Cuando al evaporar el agua se forman pequeñas burbujas de vapor. Al estar el agua en contacto con los tubos, se forman burbujas de vapor. Si aplicamos calor, estas burbujas se hacen más grandes. A causa de la tensión superficial, se quedan pegadas al tubo, pero como las burbujas de vapor son menos densas que el agua, actúa una fuerza que las empuja hacia arriba (fuerza de ascensión). Cuando las burbujas llegan a una cierta medida, este empuje es más grande que la tensión superficial y las burbujas salen hacia arriba.

Pelicular

Este tipo de evaporación se produce en calderas acuotubulares y puede ser causada por dos motivos:

Exceso de Calor

Si la transmisión de calor al tubo es muy elevada, el agua que está alrededor del tubo se evapora rápidamente formándose una capa de burbujas de vapor. A causa de esta capa de vapor, el coeficiente de convección disminuye y por ese motivo, aumenta la temperatura del tubo. Esta evaporación no interesa.

**SOLUCIÓN:** para evitar eso, se puede solucionar aumentando la superficie de tubos, sin variar el calor aportado, de manera que cada metro cuadrado de tubería reciba menos energía. En definitiva, se arregla dimensionando bien la caldera.

Poca Circulación

Otro problema también puede ser que la circulación de agua no sea suficiente y al final del tubo, prácticamente solo haya vapor, cosa que hará que aumente la temperatura en el tubo. Unos valores del título del vapor a la salida de la tubería estarían entre un 0,3 y un 0,35.

**SOLUCIÓN:**

• Provocar la circulación forzada: aumentamos el caudal de agua en los tubos mediante una bomba. Tendremos más libertad a la hora de hacer la instalación pero mayor consumo de energía y la bomba podría estropearse.
• Utilizar circulación natural: al entrar el agua al tubo, su temperatura es cercana a la de evaporación, cuando sale del tubo esta ha sido calentada y su temperatura es la de evaporación, a causa de la diferencia de las densidades que esto provoca, el agua sube y circula. Importante disminuir al máximo las pérdidas de carga. En caso de que las pérdidas de carga sean elevadas, la circulación natural no se producirá. Así produciremos menor consumo (no hay bomba, no se puede estropear) pero para evitar las pérdidas de carga hay que aumentar el diámetro de los tubos, colocar pocas curvas y disponer de posición casi vertical.

**SOLUCIÓN:** Realizar un fresado helicoidal al interior del tubo. Esto producirá que en vez de subir verticalmente, el agua suba de forma helicoidal. Con esto se consigue que las partículas de agua, al tener más masa que el vapor, a causa de la fuerza centrífuga, se peguen a la pared y de esta manera se evita que se forme la capa de burbujas de vapor en la pared.