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OYDE
AÑO
Enero
1936
No
REVISTA DE LA ASOCIACION DE INGENIEROS INDUSTRIALES DE BILBAO
Redactor Jefe: ANDRÉS DE BENGOA, Ingeniero Industrial
C a ld e ra s
d e v a p o r c o n ci rculación forzada La
M o n t
Veloz
l o e f l e r B e n s o n y S u l z e r
Luis
M
de Barandiarán
Ingeniero
Industrial Bilbao
La situación actual del desarrollo de la construcción
de calderas de vapor tiene mucha semejanza con
la de 1910 cuando se introdujeron las calderas con
tubos muy inclinados
y
con la de 1920 en la que
comenzó a extenderse el empleo del carbón pul-
verizado.
En el presente artículo haremos un estudio crítico
de los inconvenientes
y
ventajas que las calderas
con circulación natural pueden presentar según
las aplicaciones con respecto a los diferentes tipos
de calderas con circulación forzada
y de las que
presentan estos últimos comparados entre sí.
La
circulación
natural
Entre los estudios verificados hasta hoy sobre la cir-
culación natural, se destacan principalmente tres, que
por orden cronológico de su aparición son: el de Mün-
zinger, el de E. Schmidt y el de Cleve. Los dos primeros
teóricos y el tercero basado en experiencias verificadas
con modelos. Pero todos estos estudios analizan el fe-
nómeno de la circulación natural en sistemas ideales
formados por un tubo de subida uniformemente calen-
tado y un tubo de bajada frío. Los fenómenos que tienen
lugar en estos sistemas ideales, distan bastante de los
que se presentan en los haces tubulares de las calderas.
Por consigu iente, se hace necesario un estudio de la cir-
culación natural en las condiciones que realmente se
presentan en éstas.
Este estudio lo ha verificado por primera vez el
Dr. Ing. Hanns Seidel. Se trata de un estudio tan com-
pleto y tan ajustado a la realidad, que su consideración
será el objeto de un próximo artículo. De momento sólo
adelantaremos algunas ideas fundamentales que tienen
relación más directa con el tema del presente artículo.
Para desarrollar estas ideas fundamentales basta la con-
sideración del sistema ideal.
En la fig 1
está representado esquemáticamente un
sistema ideal formado por un solo tubo ascendente uni-
formemente calentado y un solo tubo de bajada frío. El
diagrama de presiones del sistema en reposo es—si re-
presentamos las presiones por abcisas—simplemente la
receta «a d», que como es natural no indica más que la
variación de la presión estática debida a la altura de
columna de agua que gravita sobre cada punto conside-
rado. Además debe tenerse en cuenta la presión del va-
por, que se ejerce sobre la superficie libre del agua en el
depósito superior, presión que llamaremos P,.
Si calentamos ahora el tubo de la izquierda, se ini-
ciará el fenómeno de convección a causa de la menor
densidad media del contenido del tubo ascensional, de-
bida a la formación de burbujas de vapor.
Aquí conviene recordar, que la causa que origina la
fuerza acuomotriz en las calderas de circulación natural,
es exclus ivamente la formación de burbujas de vapor en
los tubos ascendentes, sin que se añada a esto la dife-
rencia de densidad que tendría el agua si su temperatura
fuese menor en los tubos del haz descendente que en los
del ascendente, ya que en una caldera de vapor el agua
está necesariamente a la temperatura de ebullición a la
presión correspondiente, en todas las regiones de la cal-
dera. Esto es evidente, ya que
en
caso de estar provista
la caldera de economizador, éste debe suministrar el
agua a la temperatura de ebullición en los economiza-
dores modernos se inicia inclusive la vaporización , y en
caso de carecer la caldera de economizador, el vapor
contenido en el ca lderín superior se condensará en parte
hasta que el agua de alimentación haya adquirido la
temperatura de ebullición correspondiente, lo cual hace
necesario que se produzca más vapor en los tubos del
haz ascendente que el que suministra la caldera a la ins-
talación. Por lo tanto, la fuerza acuomotriz debida a la
diferencia de densidad del agua a diferentes temperatu-
ras, que es la única que asegura la circulación en los
sistemas de convección sin vaporización, no existe en
las calderas de vapor, sino únicamente la debida a la
formación de burbujas de vapor en los tubos del haz as-
cendente.
De esto se deduce que la circulación será ideal cuan-
do no se formen en absoluto barbujas de vapor en los
tubos descendentes, no importando por consiguiente
que estén ligeramente calentados, cuando para elevar la
producción de vapor se haga necesario aprovechar toda
la superficie de calefacción disponible.
En los tubos ascendentes y descendentes se verifican
además dos fenómenos contrarios que favorecen la cir-
culación, los llamaremss
autovaporización
y
contrava-
porización. El primero consiste en que la mezcla vapor-
agua se encuentra en su marcha ascendente a través de
los tubos, con zonas en que la presión es cada vez me-
nor, en las que, por consiguiente, la temperatura de
ebullición es también cada vez menor; el agua cede en-
tonces parte del calor que tiene acumulado, vaporizan-
dose en parte a expensas de este calor y quedando el
resto del agua a la temperatura de ebullición correspon-
diente a la presión reinante en aquella región. La pro-
ducción de vapor aumenta de este modo al sumarse a la
cantidad de vapor producida a expensas del calor cedido
por los gases de la combustión, la producida por auto-
vaporización. Este aumento en la producción de vapor,
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FIG 1 —
Diagrama e
presiones
e
una caldera con
circulación natural
s
reduce, como es natural, la densidad media de la mezcla
vapor-agua, favoreciendo la circulación. Por otra parte
en los tubos descendentes se verifica el fenómeno inver-
so, el agua va encontrándose en su carrera descendente
con regiones de mayor presión, lo cual hace que cada
vez la temperatura de ebullición sea más elevada e im-
pide la formación de burbujas de vapor, siempre que el
calentamiento del agua en los tubos descendentes no de
lugar a una elevación de la temperatura de la misma,
por encima de la de ebullición a la presión de la zona
de tubo correspondiente. Este fenómeno que impide la
vaporización en los tubos descendentes es lo que hemos
llamado contravaporización.
bien de modo semejante. La pérdida en la entrada C del
tubo ascendente está representada por el segmento «f e»
y la debida al rozamiento del agua con las paredes del
tubo y a la aceleración, hacen que la línea de presiones
tenga la dirección «g a» en vez de la «g c» que tendría si
estas pérdidas no existieran. Estas direcciones forman
un ángulo menor con la vertical que las «b e» y «b
»
por ser y m < T m.
A primera vista puede llamar la atención el hecho de
que en el diagrama que estamos considerando, el extre-
mo superior de la recta «g a», coincida con el punto
antes hallado, pero inmediatamente se caerá en cuenta
que esto tiene que ocurrir necesariamente cuando la cir-
Volviendo ahora a la fig. 1 vamos a seguir la varia-
ción de la presión a lo largo del recorrido del agua en
circulación. Partiendo de la parte alta del calderín supe-
rior, tenemos como antes en el diagrama, una región de
presión constante correspondiente a la del vapor, des-
pués viene la región correspondiente a la variación de
presión del agua en el calderín superior, que—como la
velocidad del agua es en él muy pequeña—prácticamente
coincide en dirección con la línea «a d» antes menciona-
da. En la tubería de descenso hay que considerar ahora
la pérdida de presión originada por la circulación del
agua. Llamando, por consiguiente, Z, a esta pérdida, y
al peso específico del agua a la temperatura de ebulli-
ción correspondiente y
r a la altura indicada en la fig. 1,
tendremos
P it — P 1=hym—
1 )
en donde P
y PI son las presiones en los puntos
y
A respectivamente. Esta pérdida se compone de tres
partes: Pérdida en la entrada A del tubo de descenso,
que está representada en el diagrama por el segmento
«a h». Pérdida debida al rozamiento con las paredes del
tubo. Pérdida debida a la aceleración de la corriente de
agua. Estas dos últimas pérdidas hacen que la línea del
diagrama tenga la dirección «b f» en vez de la «b e» que
le correspondería si no existiesen estas pérdidas. En el
tubo ascendente la pérdida de presión tiene lugar tam-
culación ha adquirido la velocidad de equilibrio, ya que,
de lo contrario, la fuerza acuomotriz sería mayor o me-
nor que la suma de las resistencias del circuito, lo que
daría lugar a tina aceleración o retardación de la circu-
lación hasta que se estableciese el equilibrio. Por consi-
guiente, llamando y m al peso específico medio de la
mezcla vapor-agua y
;
a la pérdida total de presión que
tiene lugar en el tubo ascendente, tendremos.
P ll — P 1 = h . y m -f- s
2 )
En este caso la pérdida de presión en el tubo se suma
a la presión estática producida por el peso de la colum-
na de agua, ya que actúa en la misma dirección que ella
acentuando la diferencia Pu— P i .
De las fórmulas 1 y 2 deducirnos
o sea, una vez que la circulación ha adquirido la veloci-
dad de equilibrio, la fuerza acuomotriz es igual a la su-
ma de las resistencias pasivas. Lo cual es por otra parte
evidente.
Influencia de la presión de la cal
dera en la velocidad de circulación
Después de estas ligeras consideraciones, se ve con
más claridad cuales son las causas de que en las calde-
ras de alta presión con circulación natural, cualquier
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FIG. 2.—Zona neutra
o de circulación
lnestable ten las calderas seccionales.
La altura útil de los diferentes circui-
tos de circulación varía de h a h2.
Para que se verifique la salida de la
mezcla vapor-agua de los tubos del
haz la fuerza acuomotriz tiene que
vencer l contr presión que se origin
en las secciones superiores a causa
de los estrechamientos A.
En los tubos correspondientes al pun-
to
del diagrama la velocidad de
circulación es nula. En los tubos de
las hileras situadas por encima del
punto N la circulación se invierte.
como indican las flechas del diagrama
defecto de construcción pueda comprometer la buena
circulación y se comprende perfectamente porque se
tiende hoy en día a la circulación forzada.
Estas razones son las siguientes: En las calderas de
alta presión la densidad del agua es menor a causa de
su mayor temperatura la del vapor en cambio es ma-
yor a causa de su mayor presión; por lo tanto la dife-
rencia
(m — ( m entre el peso específico del agua y el de
la mezcla agua-vapor es mucho menor con la consi-
guiente reducción de la fuerza acuomotriz. Además en
las calderas de alta presión la variación de presión a lo
largo de los tubos ascendentes y descendentes, es insig-
nificante al lado de la presión del vapor en el cuerpo ci-
líndrico superior esto hace que los fenómenos de auto-
vaporización
contravaporización sean cuantitativa-
mente de poca importancia en este caso.
Condiciones que presentan los diversos tipos de
calderas para asegurar una buena circulación
Las consideraciones que preceden nos muestran que
así como en las calderas antiguas—en que la presión os-
cilaba alrededor de las 10 atms.--el problema de la cir-
culación no podía preocupar a los constructores; en las
calderas modernas, en cambio, la presión sobrepasa no-
tablemente esta cifra y se hace necesario tener en cuenta
las condiciones que aseguran una buena circulación.
De la fórmula anterior se deduce, que para aumentar
la fuerza acuomotriz no nos queda más remedio que au-
mentar el factor
h
ya que el otro factor queda reducido
necesariamente por el aumento de presión. Por esta ra-
zón las calderas seccionales son inapropiadas para pre-
siones mayores lo cual dió lugar a la creación de las
calderas de tubos empinados en las cuales h alcanza
valores considerablemente mayores que en las calderas
seccionales. La figura 2 muestra el reducido valor de h
en estas últimas.
del agua dificulta el descenso de las sales precipitadas.
hasta el colector de barros ya que el agua circula por
los tubos inclinados en sentido contrario a las sales en
su descenso al colector. Además—y este es un defecto
inherente a todas las calderas de circulación natural—
desde la formación de la primera capa de incrustaciones,
el mal va agravándose ya que el diámetro de los tubos
se va reduciendo y al mismo tiempo la transmisión de
calor va haciéndose en peores condiciones, lo cual tiene
la doble consecuencia de reducir la fuerza acuomotriz y
aumentar la resistencia que ofrecen los tubos al paso
del agua reduciendo por dos conceptos la velocidad de
circulación con el consiguiente aumento de precipita-
ción de sales en los tubos.
Para evitar estos inconvenientes se introdujeron
como ya hemos dicho las calderas de tubos muy incli-
nados ya que en ellas
h
es mucho mayor que en las
seccionales y además gracias a la gran inclinación de
los tubos gran parte de las sales que precipitan no que-
dan adheridas sino que caen hasta el cuerpo cilíndrico
inferior, de donde pueden
s r
fácilmente extraídas por
las purgas. No obstante en estas calderas aun cuando
en mucha menor medida las primeras capas de incrus-
taciones producen el doble efecto antes mencionado y la
curvatura de los tubos dificulta la limpieza de las in-
crustaciones.
La superficie de irradiación y las cámaras
de combustión de gr ndes dimensiones
Hasta hace relativamente poco tiempo se daba poca
importancia a la transmisión del calor por radiación
en los hogares o cámaras de combustión de las cal-
deras de vapor. Esto daba lugar a que se dispusiera la
superficie de calefacción por contacto en la región del
hogar en la que la combustión se halla casi en sus co-
mienzos, con el consiguiente enfriamiento prematuro de
Por consiguiente la ventaja repetida hasta la sacie-
dad, de que las calderas seccionales permiten la limpieza
fácil de las incrustaciones se encuentra ampliamente
contrapesada con la lentitud de la circulación que da
lugar a que las sales e impurezas del agua precipiten en
su mayoría en los tubos y que
— a causa de la poca incli-
nación de éstos—queden adheridas formando muy pron-
to gruesas capas de incrustaciones. La misma circulación
los gases y formación de abundante hollín. Además la
dificultad que presenta en las calderas con circulación
natural la consecución de un recubrimiento conveniente
de las paredes del hogar con tubos de agua ha hecho
que hasta ahora en la mayoría de los casos, absorbiesen
las paredes de refractario la mayor parte del calor trans-
mitido por radiación.
Hoy en día estudios más completos sobre el modo
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de verificarse la combustión en los hogares de las calde-
ras, han demostrado principalmente dos cosas: La gran
importancia que debe de darse a la transmisión de calor
por radiación, y la necesidad de disponer cámaras de
combustión amplias que aseguren la completa combus-
tión de las substancias volátiles y de las partículas de
polvo de carbón impalpable, antes de que los gases de
la combustión entren en contacto con la superficie de
calefacción por conducción.
Durante el período de combustión, la transmisión
del calor debe verificarse únicamente por radiación, y
para conseguirlo eficazmente, deben revestirse las pare-
des del hogar o cámara de combustión, del modo más
completo posible, con tubos de agua.
También desde este punto de vista son deficientes
las calderas seccionales, ya que en ellas, o bien la cá-
mara de combustión es muy reducida, o bien—como es
más frecuente en las instalaciones nuevas—la cámara de
combustión es grande pero con las paredes recubiertas
de refractario sin ninguna refrigeración de tubos de
agua. Estas paredes absorben la casi totalidad del calor
transmitido por radiación, lo cual además de hacer que
las pérdidas de calor a través de las paredes del hogar
sean considerables, exige un recambio frecuente del re-
vestimiento refractario, con el consiguiente recargo de
los gastos de conservación de la instalación e interrup-
ción de servicio. En caso de emplearse combustibles con
cenizas fácilmente fusibles, la situación se agrava toda-
vía, ya que se forman aglutinaciones de escorias fundi-
das en las paredes del hogar, exigiendo costosos traba-
jos de limpieza y dando lugar a un dererioro más rápido
del refractario. Todas estas desventajas han obligado a
los constructores de calderas seccionales a renunciar a
la aplicación práctica de su principio de un modo inte-
gral. teniendo que ceder en parte, recubriendo las pare-
des de la cámara de combustión con tubos de agua de
modo semejante al empleado en las modernas calderas
llamadas de radiación. Estos tubos tienen necesaria-
mente que-estar curvados en sus extremos presentando
por consiguiente las desventajas que ellos han achacado
tantas veces a las calderas de tubos muy inclinados.
ona de circulación inestable
Como hemos visto, en las calderas modernas la cir-
culación se verifica en peores condiciones que en las
antiguas, a causa de la mayor presión a que las calderas
modernas trabajan. Como por otra parte sería absurdo
renunciar a las ventajas que proporcionan las altas pre-
siones, la única manera racional de resolver el problema
—y la que en efecto han seguido la mayoría de los cons-
tructores—es construir las calderas científicamente, de
acuerdo con las nuevas circunstancias y abandonar los
tipos anticuados que, aunque hayan dado buenos resul-
tados trabajando a presiones bajas, no pueden seguirlos
dando en las instalaciones modernas.
Uno de los mayores peligros que presenta la aplica-
ción a las presiones corrientes hoy en día, de los tipos
anticuados, es la formación de la llamada «Zona neutra
o de circulación inestable». Esta zona se presenta con
bastante frecuencia en algunas calderas de tubos muy
inclinados de tipo antiguo y sobre todo en las calderas
seccionales.
Analizaremos someramente las causas de la forma-
ción de esta zona neutra.
En la
fig.
está representado el circuito de circulación
de una caldera seccional. La fuerza acuomotriz
Fa
en los
tubos de la hilera inferior es,
Fa
=h
Ym—ym)
En la hilera de tubos siguientes, la fuerza acuomotriz
es ya bastante menor, ya que el
lb
correspondiente a
esta hilera es menor y además, el peso específico
Y m
de
la mezcla vapor-agua es en ella mayor, por recibir esta
hilera en menor cuantía el calor irradiado por el hogar,
por lo tanto, en esta hilera
Fa es menor por dos razones
por ser h, menor y por ser
y m
mayor. En las hileras si-
guientes ocurre lo mismo cada vez en mayor escala, ya
que el calentamiento de los tubos va siendo cada vez
menor hasta que se llega a una hilera en la que la fuerza
acuomotriz no puede vencer la contrapresien que se
origina en cada sección por la resistencia que ofrecen al
paso de la corriente vapor-agua, los estrechamientos A.
En los tubos de esta hilera la circulación será nula y en
los de las hileras superiores a ésta, se verificará la circu-
lación en sentido contrario, como lo indica el diagrama
de la fig.
2. Esta zona de circulación nula o casi nula, se
desplaza hacia arriba o hacia abajo según la carga a que
trabaja la caldera y, en todos los casos, en un cierto nú-
mero de tubos la velocidad de circulación es—como
puede verse en el diagrama—extraordinariamente pe-
queña. dando lugar a que los tubos de estas hileras se
deterioren rápidamente, originando frecuentes cambios
de tubos con las consiguientes interrupciones de servicio
y aumento considerable de los gastos de conservación
de la instalación.
Además la reducida velocidad de circulación da lugar
a que las burbujas de vapor queden adheridas a las pa-
redes de los tubos, lo cual unido a la elevada tempera-
tura que, a causa de la casi no existencia de refrigera-
ción, adquieren estos tubos, origina grandes corrosiones
en la pared interna de los mismos.
FIG. 3.—Caldera m arina en la que, para evitar la formación de la zona neu-
tra se ha dividido en dos el haz de tubos interponiendo el recalentador. A
pesar de esto, se form a con frecuencia la zona ne utra en los tubos inferio-
res del haz superior.
Para evitar en parte. o por lo menos dificultar la for-
mación de la zona neutra de circulación, los construc-
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Porlafobera
s
tores de calderas seccionales han tenido que recurrir a inmediatamente se siguieron numerosas demandas y
la disposición indicada en la fig. 3 dividiendo el haz de
tubos en dos haces e interponiendo entre ellos el reca-
lentador. De este modo se consigue entre otras cosas
que los gases de la combustión lleguen ya fuertemente
enfriados a los tubos del haz superior originando en
ellos una fuerza acuomotriz tan pequeña que la circula-
ción debe verificarse siempre hacia abajo en todos los
tubos del haz superior. Desgraciadamente esto ocurre
solamente cuando la caldera trabaja a cierta carga pero
cuando la carga varía se forma todavía en las hileras
inferiores del haz superior la zona de circulación ines-
table
Como ya hemos dicho la zona neutra o de circula-
ción inestable no aparece únicamente en las calderas
seccionales sino también—aunque con menos frecuen-
cia—en los otros tipos de calderas con circulación na-
tural.
Puede por consiguiente deducirse de las considera-
ciones que preceden que para las presiones a que tra-
bajan las calderas modernas la circulación natural es
inapropiada y no puede garantizar un funcionamiento
seguro. Esta es la causa de la extensión extraordinaria
que están adquiriendo desde hace 10 años—y sobre todo
en estos últimos tiempos—las calderas de circulación
forzada
La circulación forzada
Entre las calderas con circulación forzada que se en-
cuentran actualmente en funcionamiento merecen ci-
tarse ante todo las La Mont y Velox en las que circula
el agua; la Loefler en la que circula únicamente el vapor
y por último las Benson y Sulzer que en realidad no
son calderas de circulación sino que el agua impulsada
por la bomba de alimentación se vaporiza en su totali-
dad y pasa directamente a las turbinas.
Comenzaremos por el estudio de las dos primeras.
Caldera
a Mont
El ingeniero naval norteamericano La Mont fue en-
cargado el año 1925 por la casa Botany Worsted Mills
de Passaic N.
J.
de elevar la producción de vapor de las
calderas existentes evitando al mismo tiempo costosas
transformaciones. Con este objeto montó un sistema de
tubos en el hogar de una caldera y aseguró su enfria-
miento por circulación forzada. Además aumentó el nú-
mero de los quemadores de aceite con lo cual consiguió
un éxito tal que la empresa decidió transformar pro-
gresivamente y del mismo modo 8 calderas. Estas 8 cal-
deras bastaron para cubrir Ampliamente las necesidades,
mientras que antes 12 calderas no eran suficientes.
Entre tanto se construyeron en Norteamérica por la
la casa Riley Stoker Corp. Worcester .`1ass. un gran
número de calderas con sistema de enfriamiento La
Mont para aumentar la producción de vapor mejorar
las condiciones económicas de funcionamiento proteger
las paredes de refractario y evitar la aglutinación de las
escorias. El sistema de enfriamiento podía tnontarse sin
dificultad en toda clase de calderas esto es calderas de
tubos muy inclinados seccionales. y de gran volumen
de agua y se acomodaban perfectamente a los hogares
existentes. Desde el año 1930 se ha introducido también
en Europa el sistema La Mont. Las primeras calderas
terrestres de este tipo se construyeron en Suiza y las
primeras marinas en Alemania. En Europa se confirma-
ron plenamente las experiencias americanas tanto que
suministros de calderas de este tipo.
FIG. 4.—
Esquema
del
sistema
La Mont.
Las calderas sistema La Mont están formadas como
indica esquemáticamente la fig. 4 por un cuerpo cilín-
drico una bomba de circulación y una superficie de ca-
lefacción formada por una serie de tubos de agua
que
pueden estar dispuestos en la forma más apropiada
a
las circunstancias formando uno o varios haces recu-
briendo las paredes del hogar o cámara de combustión
o adaptándose a la forma del casco en las instalaciones.
marinas.
La esencia del sistema consiste en que puede contro-
larse no solamente la intensidad de la circulación sino
también la distribución del agua en los diferentes tubos.
Esto se consigue disponiendo a la entrada de cada tubo
una boquilla de estrangulación fig. 5).
FIQ. 5.—Toberas protegidas
con
tamices.
Mediante la conveniente fijación de los diámetros
de
estas boquillas y teniendo en cuenta las pérdidas
por
rozamiento en cada tubo puede hacerse circular
por
cada uno de ellos la cantidad más conveniente de agua
sin que en la intensidad de esta circulación puedan in-
fluir la longitud la situación o el calentamiento del co-
rrespondiente tubo. Se puede por consiguiente hacer
circular más agua a través de tubos largos más calenta-
dos que a través de tubos cortos menos calentados. En
esto se diferencia la caldera La Mont de las de circula-
ción natural ya que en estas últimas el movimiento del
agua depende—para un calentamiento dado y una dis-
tancia vertical entre extremos de los tubos determina-
da—casi únicamente de la resistencia por rozamiento
que cada tubo opone a su paso lo cual da lugar a que
en cada tubo la intensidad de circulación diste mucho
de la que sería de desear desde el punto de vista del en-
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friamiento. En la figura 5 pueden verse diferentes tipos
de las boquillas o toberas de estrangulación. Los dife-
rentes tipos dependen de la presión a que trabaja la cal-
dera. Delante de cada boquilla se dispone una pieza
cilíndrica agujereada que desempeña el papel de tamiz,
para impedir el atuzamiento de las boquillas por las im-
purezas que eventualmente pueda tener el agua.
Como en la caldera La Mont la pérdida de presión
por rozamiento en los tubos, juega un papel insignifi-
cante al lado de la pérdida de presión ocasionada por
las boquillas de estrangulación, pueden emplearse sin
perjuicio en la construcción de la caldera, tubos de pe-
queño diámetro, en los cuales la transmisión de calor se
verifica en muchas mejores condiciones que en los tubos
de gran diámetro que necesariamente requieren las cal-
deras de circulación natural. Los tubos delgados permi-
ten, además, reducir la masa de agua en circulación sin
que la velocidad de ésta en los tubos baje del límite de-
seado, lo cual hace que la potencia requerida para man-
tener la circulación sea prácticamente sin importancia.
La experiencia ha demostrado que las mejores condicio-
nes de funcionamiento se obtienen cuando el caudal
puesto en circulación asciende aproximadamente a un
óctuplo de la vaporización. Lo cual no se verifica sola-
mente para la caldera en general como promedio, sino
para cada tubo en particular, esto es, en cada tubo cir-
cula 8 veces más agua que el peso de vapor que en él se
produce. No puede, por consiguiente, haber ninguna
zona en la caldera, en la que la circulación sea lenta o
de dirección indeterminada. La «Zona neutra o de circu-
lación inestable» que, como hemos visto se forma con
bastante frecuencia en las calderas de circulación natu-
ral, no puede de ningún modo formarse en las calderas
de circulación forzada, lo cual hace ver ya una de las
causas de la mayor seguridad de funcionamiento de es-
tas calderas. Gracias a la gran velocidad de circulación
y a la posibilidad de regular la distribución del agua por
medio de las boquillas antes mencionadas, resulta abso-
lutamente imposible que el enfriamiento de alguno de
los tubos sea insuficiente, lo cual con la circulación na-
tural no puede conseguirse, como lo ha demostrado la
experiencia. Además la cantidad de agua en circulación
es mucho menor que en las calderas de circulación na-
tural. De todos es sabido que en las calderas con circu-
lación natural, la cantidad de agua en circulación es de
80 a 100 veces mayor que el peso de vapor producido.
En cambio en las calderas La Mont esta cantidad es sólo
la décima parte. Como los cuerpos cilíndricos de estas
calderas tienen aproximadamente las mismas dimensio-
nes que los de las calderas de circulación natural, la ve-
locidad del agua en ellos es mucho menor que en los de
estas últimas, lo que da lugar a una precipitación más
completa de las impurezas, que extraídas por las pur-
gas, quedan fuera de la circulación. La presión que tiene
que suministrar la bomba de circulación como fuerza
acuomotriz, alcanza en general 2,5 kg/cm , es por consi-
guiente, extraordinariamente pequeña, lo cual permite
que la construcción de la bomba sea muy sencilla. Tiene
un solo rodete montado sobre un solo cojinete; necesita,
por lo tanto, un solo prensaestopas. La construcción de
las bombas de
circulación ha progresado tanto en estos
últimos años, que la seguridad de funcionamiento es
absoluta. Tras largos años de funcionamiento no se han
registrado averías de ninguna clase
n las bombas de
circulación. Lo cual ha hecho que en las pequeñas ins-
talaciones se prescinda de las bombas de resepa.
Es curioso que la necesidad de una bomba de circu-
lación para el funcionamiento de la caldera, haya asus-
tado tanto a los tímidos y no hayan pensado que mien-
tras la bomba de circulación tiene que venter una con-
trapresión de sólo 2,5 kg/cm
, la de alimentación tiene
que vencer la presión de la caldera, estando, por consi-
guiente, sometida a un trabajo mecánico mucho mayor,
lo cual aumenta las probabilidades de avería y una ave-
ría en la bomba de alimentación compromete lo mismo
el funcionamiento de la caldera. que una avería en la
bomba de circulación. Además, la mayor temperatura a
que está sometida la bomba de circulación no influye
para nada en su seguridad de funcionamiento, ya que el
prensaestopas y el cojinete se mantienen—gracias
la
refrigeración con agua fría tomada de la bomba de ali-
mentación—a una temperatura casi igual a la de los
prensaestopas y cojinetes de las bombas de alimenta-
ción. (Fig. 6).
FIG. 6.—Sección de una bomba de circulaci .n mostrando el prensa-est o
pas refrigerado.
Entrada del agua de refrigeración.
b Salida del agua de refrigeración.
El esquema de la derecha muestra la toma del agua de refrigeración
hecha sobre la bomba de alimentación.
c
Bomba de alimentación.
d
Prensaestopas refrigerado.
No obstante, en los casos en que de ningún modo
deba admitirse la más mínima interrupción en el funcio-
namiento de la caldera, pueden disponerse fácilmente
bombas de reserva movidas por motores distintos. En
algunos casos se adopta la siguiente disposición: Dos
bombas movidas por motores independientes, están
constantemente en funcionamiento asegurando la circu-
lación. En caso de quedar una de las bombas fuera de
servicio por avería, trabaja la otra con algo más de la
mitad de la carga, lo cual es suficiente para no compro-
meter la seguridad de funcionamiento de la caldera.
También pueden disponerse dos bombas capaces cada
una de asegurar la circulación a plena carga. En caso de
pararse una de ellas, entra la otra automáticamente en
funcionamiento fig. 7). El arranque automático de la
bomba de reserva, puede ser provocado por la red de
corriente eléctrica, estando por ejemplo la bomba que
funciona normalmente, accionada por un motor eléctri-
co; en caso de faltar la corriente, se abre el paso de va-
por a la turbina que acciona la bomba de reserva, por.
medio de una válvula de paso que mantenía cerrada un
electroimán, y la bomba de reserva comienza a funcio-
nar. Mejor aún es disponer la instalación de modo que
la bomba de reserva entre en funcionamiento cuando la
diferencia de presión del agua en las tuberías de impul-
sión .y aspiración de las bombas baje de un límite deter-
minado, lo cual supone que la velocidad de circulación
ha bajado. Para esto, se dispone conectado con las dos
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lff
FIG. 7.—Esquema que muestra la disposición de las bombas de circulación
(una de marcha normal y otra de reserva) en una caldera La Mont. Un motor
eléctrico acciona una de las bombas y una pequeña turbina de vapor le
otra. En caso de fal tar la corriente eléctr ica, la turbina de vapor com ienza a
funcionar automáticamente. Si por cualquier causa o avería, baja la veloci-
dadlde ,circulación del valor conveniente, el manóm etro diferencial indicado
en la f igura hace s onar una bocina eléctr ica.
tub erías, un manómetro diferencial con un contacto, el
manómetro cierra el contacto cuando la diferencia de
presiones rebasa por exceso o defecto el límite admisi-
ble y mediante un relais, desconecta la bomba averiada
y conecta la de reserva. Al mismo tiempo una bocina de
FIG. 8.—Esquema qu e muestra la disposición adoptada en las calderas La
Mont para conseguir que, cuando trabajan a poca carga, pase agua del cir-
cuito de circulación de la caldera al
economizador Las ventajas de esta
disposición se expl ican en el texto del articulo.
a , C ald erin .
b,
Bomba de, circulación.
c,
Tubería de impulsión de la bom ba de circulación.
d,
Serpentín del evaporador.
e,
Serpentín del recalentador.
f, Bomba de al imentación.
g,
Tubería de a limentación.
h,
Economizador.
i,
Válvula de al imentación.
k
Tubería de comunicación entre la tubería de impulsión y la de
al imentación
g.
1
Válvula de retención.
alarma avisa al fogonero que ha ocurrido una avería y
la bomba de reserva ha sido puesta en funcionamiento.
Por último, aun en el caso absolutamente improbable
de que que las dos bombas queden fuera de servicio,
todavía queda la solución de alimentar la caldera a tra-
vés de los tubos vaporizadores y asegurar de este modo
el enfriamiento.
La f ig 8 representa esquemáticamente una instala-
ción La Mont. Los serpentines del evaporizador pueden
estar divididos en varios grupos que trabajan en parale-
lo. Además es digno de tenerse en cuenta el entrelaza-
miento del evaporador con el economizador. Entre la
tubería de impulsión de la bomba de circulación y la de
entrada en el economizador, hay una tubería de comu-
cación que generalmente está cerrada mediante una vál-
vula de retroceso. La resistencia que el economizador
ofrece al paso del agua se ha elegido de modo que, con
la alimentación normal, origina una contrapresión su-
perior a la que reina en la tubería de impulsión de la
bomba de circulación, por consiguiente, la válvula de
retroceso queda cerrada y la comunicación entre esta
tubería y la de entrada en
el
economizador interrumpi-
da. En caso de reducirse la alimentación, la presión en
la tubería de alimentación
g
baja en consecuencia y
cuando llega a ser inferior a la reinante en la tubería
de impulsión de la bomba de circulación, la válvula de
retroceso 1 se abre y parte del agua de circulación pasa
por el economizador. De este modo se consigue que en
marcha reducida, la velocidad del agua en el economi-
zador no varíe, ya que a medida que disminuye el flujo
enviado por la bomba de alimentación, aumenta el en-
viado al economizador por la bomba de circulación a
través de la válvula de retroceso. Por consiguiente, la
refrigeración en el economizador no puede ser nunca
insuficiente. Lo cual hace innecesaria la desviación de
los gases de la combustión fuera del conducto del eco-
nomizador aun durante el período de encendido de la
caldera. La construcción de la caldera puede. por lo
tanto, ser muy sencilla, sin que por esto se comprometa
en lo más mínimo la seguridad de funcionamiento ni la
solidez de la misma.
La velocidad de circulación del agua en los tubos de
las calderas La Mont, es muy superior a la velocidad
ascensional de las burbujas de vapor en agua tranquila.
Por esta razón se dispone de completa libertad para el
montaje de los tubos, esto es, pueden disponerse verti-
calmente tubos muy calentados y hacer que el agua los
rrecorra de arriba a abajo, sin que el menor peso espe-
cífico de la mezcla vapor-agua pueda impedirlo. Puesto
que con la circulación forzada desaparece toda depen-
dencia entre la circulación del agua y la convección na-
tural. Esto permite construir las calderas de modo que
llenen todas las exigencias necesarias para la buena
conducción de gases y transmisión del calor, o sea, que
los gases siguen una trayectoria perpendicular a los
tubos de agua dispuestos en tresbolillo, siendo además
esta trayectoria lo más rectilínea posible. Esta es otra
de las grandes ventajas que diferencian a las calderas de
circulación forzada de las de circulación natural. Ade-
más, se alcanza una circulación de agua con elevada
turbulencia, ya que la velocidad crítica límite es esen-
cialmente menor que la conveniente para el funciona-
miento de la caldera. La turbulencia favorece extraordi-
nariamente, como se sabe, la transmisión del calor, de-
biéndose a esto en gran parte la enorme producción de
vapor por m de superficie de calefacción, que pueden
alcanzar las calderas con circulación forzada.
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arrovec,ido e?.r.°̂
FIG. 9.—Esquemas comparativos del aprovechamiento de la superficie de
calefacción en diferentes tipos de calderas:
Caldera de tres calderines, aprovechamiento.
Caldera de dos calderines,
60
In
60
1
Caldera seccional,
•
87,5°"
Caldera La Mont,
• 100
n
En la fig. 9 se comparan las trayectorias de los gases
de la combustión en diferentes calderas desde el punto
de vista de las condiciones que presentan para la buena
transmisión del calor. Como puede verse en casi todos
los tipos de circulación natural se consigue solamente
un contacto parcial entre los gases y la superficie de ca-
lefacción y por consiguiente un aprovechamiento par-
cial de la misma mientras que en la caldera La Mont el
aprovechamiento de la superficie de calefacción es total.
Esto como se verá en los ejemplos que siguen no sólo
se verifica en los tipos de conducto de gases rectilíneo
sino también en los demás tipos.
Es también de gran importancia el hecho de que
gracias a la activa transmisión del calor y al pequeño
contenido en agua de la instalaciór. las calderas La
Mont se ponen en servicio en un tiempo extraordinaria-
mente corto lo cual hace posible el funcionamien de
estas calderas en instalaciones con grandes oscilaciones
de carga. No existe retraso apreciable entre el estado de
funcionamiento del hogar y el de la caldera tanto que
la duración del período de encendido depende casi úni-
camente del hogar. La pérdida de tiro en estas calderas
es por cada fila de tubos mayor que la corriente en
otras calderas a causa del pequeño diámetro de los tu-
bos y a la disposición relativamente apretada de los
mismos pero si se refiere la pérdida de tiro al número
de calorías transmitidas a la superficie de calefacción
resulta menor que en los otros tipos de calderas aun
sin tener en cuenta que la circulación forzada permite
construir las calderas de modo que se eviten las tortuo-
sas trayectorias de los gases de la combustión que en
casi todas las calderas de circulación natural suponen
el factor más importante en la pérdida de tiro.
a circulación forzada en instalaciones pequeñas
Es extraordinariamente interesante la aplicación de
la circulación forzada a instalaciones pequeñas. Hasta
ahora las calderas acuotubulares pequeñas eran una
simple reducción de las calderas grandes y no estaban
por consiguiente especialmente estudiadas para las
condiciones de funcionamiento que se presentan en las
instalaciones pequeñas. Solo la aplicación de la circula-
ción forzada ha permitido gracias a la gran libertad de
construcción que proporciona. crear tipos de calderas
especiales para instalaciones pequeñas.
Como se sabe las calderas para pequeñas instala-
ciones deben de ser poco exigentes en cuanto a la pureza
del agua ya que frecuentemente en estas instalaciones
la purificación del agua deja mucho que desear además
deben ser de fácil manejo gran seguridad de funciona-
miento y adaptarse lo más perfectamente posible a to-
das las condiciones del servicio a veces muy irregular
ocupando además el mínimo espacio posible.
Para llenar estas condiciones se han construido cal-
deras especiales para producciones de 1 a 6 5 t/h de va-
por y para todas las presiones. Para la creación de estos
tipos especiales ha servido de ayuda la experiencia ad-
quirida con las calderas marinas de circulación forzada.
Se construyen de modo que pueden enviarse completa-
mente montadas desde fábrica. Las calderas pueden por
consiguiente ser puestas en prueba una vez terminadas
ventaja que fuera de este caso sólo puede conseguirse
con motores. El cliente puede así convencerse previa-
mente en fábrica de si la caldera produce la cantidad de
vapor garantizada y si se acomoda a las condiciones de
funcionamiento
e su industria.
FIG. 10.-Caldera La Mont para pequeñas instalaciones.
No necesita muros de albañilería y puede enviarse por ferrocarril, montada
desde fábrica.
Las figs. 10 y 11 muestran los dos tipos más emplea-
dos en las instalaciones pequeñas. La primera presenta
la disposición llamada de dos tiros en la cual la super-
ficie de calefacción por radiación está formada por tubos
que recubren las paredes del hogar como en todas las
calderas La Mont y la superficie de calefacción por con-
tacto está situada detrás del hogar. El cuerpo cilíndrico
forma un todo con el bloque de la caldera y las dimen-
siones son tan reducidas que la caldera puede enviarse
totalmente montada por ferrocarril. La caldera de la
figura 11 tiene conducto de gases rectilíneo y las diferen
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a-
vapar zadox
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C r econan/ zasor.
FIG. 1.—Caldera pequeña La Mont de conducto de gases rectilíneo. Lo
mismo que la anterior, puede enviare montada desde fábrica y no necesita
ningún trabajo de albañilería para su Instalación.
tes superficies de calefacción están dispuestas una a
continuación de otra el cuerpo cilíndrico se encuentra
en esta caldera separado del bloque de la caldera es
además vertical. Con el cuerpo cilíndrico vertical se dis-
pone de una gran reserva de agua a pesar del reducido
volumen de la caldera. Si la toma de agua para la bom-
ba de circulación se dispone en la parte baja del eilindro
y el nivel de agua tan alto como lo permita una perfecta
evaporación puede permitirse en caso de quedar fuera
de servicio la instalación de alimentación un gran des-
censo del nivel de agua sin que por esto se necesite
hacer bajar la presión de la caldera. Lo cual permite que
la caldera permanezca en funcionamiento 20 o 30 minu-
tos—según el tamaño—sin alimentación. En las calderas
acuotubulares con circulación natural estas duraciones
son mucho menores. La caldera La Mont es por consi-
guiente también desde este punto de vista más segura
que las de circulación natural.
Los hogares de estas calderas están recubiertos hasta
los bordes de la parrilla con tubos de agua dispuestos
unos al lado de otros sin intersticios. Basta por consi-
guiente como protección contra el calor un aislamiento
en forma de colchonetas puesto que no está directa-
mente sometido al ataque de los gases. Estas calderas
pequeñas están además recubiertas exteriormente con
un doble revestimiento de chapa. El aire de combustión
circula entre los dos revestimientos de chapa antes de
ser introducido en el hogar y de este modo se consigue
una refrigeración muy activa de las superficies que hace
que las pérdidas por radiación presenten en estas calde-
ras valores tan favorables como los que fuera de este
caso, sólo acostumbra a encontrarse en calderas grandes.
alderas para puntas de servicio
Otra de las consecuencias de la aplicación de la cir-
culación forzada ha sido la posibilidad de construir
calderas que se ponen en presión en menos tiempo que
el que tarda en arrancar un motor de combustión inter-
na lo cual permite cubrir perfectamente las puntas de
servicio sin necesidad de dimensionar con exceso las
instalaciones de marcha normal.
Estas calderas llamadas de gran velocidad por la
velocidad extraordinaria con que circulan a través de
ellas los gases de la combustión pueden construirse de
modo que ocupen un espacio muy reducido, lo cual per-
mite instalarlas en la misma sala de turbinas. Van pro-
vistas de un hogar rápidamente regulable para combus-
tible líquido, gaseoso o carbón pulverizado) que facilita
el encendido y la regulación de la marcha de la caldera.
En la
fig
12 puede verse en alzado, sección y planta,
una de estas calderas de gran velocidad. Casi siempre
se construyen de poca planta y mucha altura con tra-
yectoria de gases rectilínea, ya que por la gran velocidad
que alcanzan los gases un pequeño aumento de resis-
tencia al paso de la corriente gaseosa daría lugar a una
pérdida de tiro considerable.
FIG. 12.—Caldera La Mont para puntas. En esta caldera los gases de la
combustión circulan con gran velocidad, lo cual permite reducir el volumen
de la cámara de combustión.
El espacio ocupado por estas calderas es tan pequeño que pueden instalarse
en la sala de turbinas.
La construcción de estas calderas es semejante a la
de las anteriores estando como ellas desprovistas de
muros de albañilería
y pudiendo. por consiguiente
montarse en fábrica. No obstante para el transporte se
dividen en tres o cuatro partes según la altura de la
caldera. Como puede verse en la fig 12 esta caldera
tiene un cuerpo cilíndrico vertical de gran altura, lo que
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1
como ya hemos dicho antes, permite que la caldera fun-
cione mucho tiempo sin alimentación en caso de avería.
Ventajas de los tubos de pequeño
diámetro desde el punto de vista
de la resistencia mecánica y de
la formación de incrustaciones
Muchos han creído ver una desventaja en el empleo
de tubos de pequeño diámetro en las calderas de circu-
lación forzada. pensando que su duración sería necesa-
riamente menor que la de los tubos de gran diámetro
que se emplean en las calderas de circulación natural y
que una pequeña capa de incrustaciones bastaría para
provocar el rápido deterioro de los mismos. Pero inme-
diatamente se ve; que puesto que no hay nada que im-
pida el empleo de tubos de gran diámetro en las calde-
ras de circulación forzada, el hecho de que no se empleen
FIG. 13.—Diagrama de Münzinger que muestra la importancia que tiene la
acción térmica para las condiciones mecánicas en que trabajan los tubos de
las calderas de vapor; y por consiguiente, la ventaja del empleo de tubos de
pequeño diámetro cuyas paredes pueden ser de poco espesor.
La curva inferior de cada diagrama indica en ordenadas B, las tensiones
(kg/cm de sección de pared) a que están sometidas las paredes de los tubos,
por la acción de la presión de la caldera. Los segmentos A de ordenadas,
comprendidos entre las curvas inferiores y superiores, indican las tensiones
kg/cm 2
) a que están sometidas las paredes de los tubos, por la acción de la
diferente
dilatación térmica de la parte externa e interna de las mismas. Es-
tos valores vienen dados en función de los espesores de pared dados en
mm, y para tubos de 100 mm de diámetro exterior, carga especifica de la
superficie de
calefacción
de 300.000 kcal/m 2
h. en calderas de 100 y 20 atmós-
feras de presión.
Como se vé, las tensiones debidas a la acción térmica crecen con el espesor
de pared, más de prisa que lo que decrecen las tensiones debidas a la pre-
sión de la caldera. Esto da lugar a que para cada tipo de caldera haya un
espesor de pared de tubo. que corresaonda a un mínimo de la suma de las
tensiones debidas a las dos acciones.
Las prescripciones oficiales alemanas para la construcción de calderas, exi-
gían—creyendo elevar así la seguridad—que el espesor de las paredes de los
tubos sometidos a mayores temperaturas, se hiciera mayor de lo que corres-
ponde. En
este
diagrama puede verse, como con
esta
medida se conseguía
precisamente lo contrario, esto es. reducir la seguridad. Los puntos a y c
indican que los espesores que exigían las prescripciones alemanas, distaban
bastante de los que corresponden al mínimo de tensiones del material. Las
nuevas prescripciones alemanas han corregido en parte el error y marcan
los puntos
b y d que en
las calderas de 100 atm distan todavía, como pue-
de verse, bastante del mnimo.
estos tubos y sí, en cambio, los de pequeño diámetro,
tiene que deberse necesariamente a que las ventajas que
presenta el empleo de estos últimos, son muy dignas de
tenerse en cuenta.
Estas ventajas, además del menor peso y volumen de
la caldera, con la consiguiente reducción del precio de
costo, y las mejores condiciones en que se verifica la
transmisión del calor, como ha podido verse en el curso
de este artículo; son, como se verá en lo que sigue, las
mejores condiciones mecánicas en que estos tubos tra-
bajan y la ausencia casi completa de la formación de
incrustaciones que se consigue, gracias a la gran veloci-
dad con que a través de ellos circula el agua.
Hasta ahora no se había dado importancia a las ten-
siones que nacen en las paredes de los tubos de las cal-
deras acuotubulares, a causa de la diferencia de tempe-
ratura que existe entre la superficie externa y la interna
de estas paredes. Diferencia que da lugar a una dilata-
ción térmica mayor en la superficie externa de las pare-
des de los tubos, haciendo que aproximadamente la mi-
tad externa del espesor de las paredes esté sometida no
teniendo en cuenta ahora la acción de la presión de la
caldera) a un esfuerzo de compresión y la parte interna
a un esfuerzo de tracción.
Si consideramos ahora el esfuerzo de tracción origi-
nado en las paredes de los tubos por la presión de la
caldera, vemos que, en la zona externa de la pared de
cada tubo, la acción debida a la dilatación térmica con-
trarresta totalmente o en parte, a la acción de la presión
interna de la caldera, mientras que en la zona interna,
las dos acciones se suman, dando lugar frecuentemente
a
esfuerzos de tracción peligrosos.
En los diagramas de la
f ig
13, tomados de la obra
Dampfkraft de F. Münzinger, están representadas las
curvas de tensiones debidas a la presión de la caldera y
a la acción térmica. Ambos diagramas son para tubos
de 100 mm. de diámetro exterior, el de la izquierda para
una presión en la caldera de 100 atms. y el de la derecha
para una presión de 20 atms. La curva inferior de cada
diagrama indica en ordenadas la tensión a que están
sometidas las paredes de los tubos, por la acción de la
presión de la caldera, La curva superior indica la suma
de las tensiones debidas a la presión de la caldera y a
la acción térmica. Los segmentos de ordenadas com-
prendidos entre las dos curvas de cada diagrama, indi-
carán, por lo tanto, las tensiones debidas a la acción
térmica.
Estas magnitudes vienen dadas, como puede verse,
en función del espesor de las paredes de los tubos, indi-
cado en abcisas.
Estos diagramas muestran claramente que lo mismo
en calderas de 20 atms. que de 100 atms., las tensiones
debidas a la acción térmica, crecen con el espesor de
pared de los tubos, bastante más de prisa que lo que
decrecen las tensiones debidas a la presión de la caldera,
lo cual da lugar a que las curvas representativas de las
tensiones máximas debidas a la suma de las dos accio-
nes térmica y mecánica. esto es, las tensiones a que se
ve sometida la parte interna de la pared de los tubos,
en donde se suman la acción térmica y la acción debida
a la presión de la caldera) presenten un mínimo que,
para el caso del diagrama de la izquierda, corresponde
a 6 mm. de espesor de la pared del tubo, y para el de la
derecha, a 2,7 mm. de espesor de pared. Pasado este
mínimo, las tensiones totales ascienden, con mucha ra-
pidez, como muestra el diagrama.
Esto hace ver el error que cometen las prescripcio
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nes todavía hoy vigentes en algunas naciones que exi-
gen mayores espesores de pared en los tubos sometidos
a mayores temperaturas, creyendo que de este modo
elevan la seguridad de la caldera. En realidad consiguen
todo lo contrario, ya que obligan a poner precisamente
en las regiones más peligrosas, tubos cuyo espesor de
pared sobrepasa con mucho el correspondiente al míni-
mo que hemos considerado en los diagramas, haciendo
que la zona interna de la pared de los tubos se vea so-
metida a tensiones tan grandes que comprometen seria-
mente la seguridad de la instalación.
El conocimiento de la enorme importancia de las
tensiones que nacen por acción térmica, ha dado lugar
a que en estos últimos tiempos se hayan multiplicado
los esfuerzos para conseguir la reducción del espesor de
las paredes de los tubos.
Los dos únicos medios de que se dispone para conse-
guirlo son: El empleo de aceros especiales que presenten
elevada resistencia a altas temperaturas. Y el empleo de
tubos de pequeño diámetro.
La primera solución tiene el defecto de ser muy cara.
La segunda en cambio, es evidentemente la solución
ideal, ya que a la vez de conseguirse mayor seguridad,
se obtiene una reducción del costo de las calderas y me-
jores condiciones para la transmisión del calor.
Pero esta solución está vedada para las calderas de
circulación natural, a causa de la gran resistencia que
los tubos de pequeño diámetro oponen a la circulación
del agua. Resulta en cambio muy apropiada para las
calderas de circulación forzada en las que esta resisten-
cia puede ser ampliamente vencida con una bomba de
circulación de pequeñas dimensiones, que consume por
consiguiente poca energía.
Lo que precede demuestra, por lo tanto, sin dejar
lugar a dudas, que los temores de los que ,consideran
que los tubos de pequeño diámetro ofrecen menor segu-
ridad que los de gran diámetro, son completamente in-
fundados; ya que la realidad ha demostrado precisa-
mente lo contrario.
Una vez sentado esto, pasaremos a considerar las
condiciones en que trabajan las calderas de circulación
forzada, desde el punto de vista de la formación de in-
crustaciones.
Las incrustaciones de las calderas se deben en su
mayor parte, como se sabe, a sulfatos y carbonatos de
calcio y de magnesio.
Al evaporarse el agua se depositan los sulfatos sobre
las paredes de los tubos formando una masa dura que
constituye la verdadera incrustación. Sobre estos se de-
positan los carbonatos de calcio y magnesio, proceden-
tes de los bicarbonatos que se encontraban en disolución
en el agua de alimentación y que por el calentamiento
prolongado pasan a carbonatos con desprendimiento de
anhídrido carbónico libre. Como los carbonatos de cal-
cio y magnesio son muy poco solubles, precipitan for-
mando fango. La parte que precipita sobre las paredes
de los tubos se calcina y adhiere aumentando la incrus-
tación formada por los sulfatos.
El cloruro de magnesio no formaría por sí mismo
incrustaciones como se sabe—ya que es muy soluble—
si no se verificase la conocida reacción con el carbonato
cálcico que indicamos a continuación
Mg CO
Ca=MgO C1
Ca f CO2
El óxido magnésico procedente de esta reacción pre-
cipita en forma de copos pero éstos no se calcinan sobre
las paredes de los tubos, en cambio el procedente de la
reación del sulfato magnésico con el carbonato cálcico
según la reacción
SO, Mg -- CO3 Ca = Mg O - SO Ca CO_,
se adhiere fuertemente siendo por consiguiente mucho
más peligroso.
El modo más eficaz de evitar la formación de incrus-
taciones será, como es natural, impedir que los precipi-
tados se depositen sobre las paredes de los tubos Esto
se conseguirá siempre que la velocidad de circulación
del agua a través de los tubos de la caldera sea lo sufi-
cientemente elevada para que no sólo se haga imposible
la precipitación, sino que además el agua verifique el
arrastre de todas las partículas sólidas que, durante el
tiempo en que la caldera está parada, hayan podido de-
positarse sobre las paredes de los tubos.
En las calderas La Mont, la velocidad del agua en
todos los tubos sobrepasa ampliamente este valor, ya
que es siempre mayor que la velocidad crítica de turbu-
lencia, y ésta es a su vez mayor que la necesaria para
que se verifique el arrastre.
La consecuencia de esto es, que en las calderas La
Mont, no sólo no se depositan las impurezas del agua
sobre las paredes de los tubos, sino que, gracias a la
gran velocidad con que el agua circula por ellos, se v
rifica un verdadero lavado continuo de su superficie
interna, que hace que tras largo tiempo de servicio, tu-
bos de calderas alimentadas casi en totalidad con agua
depurada químicamente, presenten la superficie interna
de las paredes con brillo metálico.
La circulación turbulenta del agua a través de los
tubos, originada, como se sabe, por la gran velocidad
de circulación, tiene, además de la ventaja de evitar la
formación de incrustaciones, la de favorecer considera-
blementé la transmisión de calor, como ya dijimos an-
tes, puesto que gracias a la turbulencia. prácticamente
toda la masa de agua entra en contacto con las paredes
de los tubos.
Como se ve, en las calderas La Mont en funciona-
miento normal no pueden formarse incrustaciones. Las
incrustaciones podrían formarse únicamente en el caso
de que, a causa de una avería cualquiera, la velocidad
de circulación bajase del valor debido y, no advirtién-
dolo el encargado de la caldera, funcionase ésta largo
tiempo en estas condiciones. Esto supone que el manó-
metro diferencial esté también averiado, ya que de lo
contrario, la bocina de alarma hubiera avisado al fogo-
nero, del descenso de la velocidad de circulación por
bajo del límite conveniente. Por consiguiente, dada la
seguridad de funcionamiento que ofrecen hoy en día los
aparatos de medida, es prácticamente imposible que
esto suceda.
No obstante, aunque esto llegara a ocurrir, el desin-
crustado de las calderas La Mont es sumamente sencillo
ya que basta hacer circular el agua en frío o ligeramente
calentada, habiendo disuelto en ella en proporción con-
veniente sosa o fosfato trisódico, según la composición
de las incrustaciones.
La gran velocidad de circulación favorece considera-
blemente la disolución de las incrustaciones y el arras-
tre de las partículas que se desprenden, consiguiéndose
de este modo una desincrustación perfecta y rápida.
En las calderas de circulación natural no puede se-
guirse este procedimiento ya que la velocidad de circu-
lación—que es ya lenta cuando los tubos están limpios—
se hace lentísima cuando están incrustados, a causa.
como ya dijimos, de la reducción de la fuerza acuomo-
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2
triz—por las malas condiciones en que entonces se veri-
fica la transmisión del calor—y el aumento de la resis-
tencia que los tubos—por estar incrustados—ofrecen al
paso del agua. El tiempo que sería necesario para desin-
crustar la caldera por este procedimiento con una velo-
cidad de circulación tan lenta, duraría tanto tiempo;
que lo hace completamente impracticable. Esto, supues-
to que se llegase a una completa desincrustación, lo
cual ponen muchos en duda.
Por esta razón, en las calderas de circulación natural
hay que renunciar al empleo de este procedimiento, que
es el único que permite la completa desincrustación de
los largos serpentines de una pieza, prácticos, robustos
y de pequeño coste, con los cuales, por consiguiente,
únicamente pueden construirse calderas de circulación
forzada.
De las consideraciones que preceden, se deduce, por
lo tanto, que para la mayoría de las aplicaciones, las
calderas de circulación forzada presentan grandes ven-
tajas sobre las de circulación natural, desde el punto de
vista de seguridad de funcionamiento, duración, rendi-
miento, espacio ocupado por la instalación y precio de
costo; lo cual explica la rápida propagación del sistema
durante estos últimos ailos.
En el próximo número continuaremos con la descrip-
ción y crítica de los otros tipos de calderas de circula-
ción forzada: Velox. Loefler, Bensor y Sulzer.
(Continuará).
EL ALUMINIO Y SUS
ALEACIONES
Mario Martínez y R. de la
Escalera, Ingeniero Industrial, Bilbao
Hay descubrimientos modernos espectaculares que,
por su difusión y aplicacl nes, llegan a la masa, otros
que por la extensión técnica que alcanzan son conocidos
por los industriales y facultativos, y, algunos que por la
reducción de su empleo, sólo son admirados por los es-
pecialistas. No es este lugar para discutir la importancia
relativa de unos y otros, ni siquiera para señalar el
puesto que en la anterior clasificación corresponde a las
aleaciones en general y a las de aluminio en particular,
pero sí lo es, para afirmar que el progreso en la técnica
de las aleaciones, en estos últimos años, ha constituido
uno de los mayores y más fecundos descubrimientos
científicos; hablen por mí, la gama d ; materiales para
cuchillas de máquinas herramientas, la serie de aleacio-
nes de hierro que mejoran sus propiedades mecánicas y
químicas hasta el punto de darle aplicaciones que pare-
cen repelidas por el sólo nombre del hierro, la inmensa
variedad de aleaciones de aluminio que le han propor-
cionado un campo extensísimo de utilización en la in-
dustria mecánica y química y hacen prever una dilata-
ción extraordinaria del campo de sus aplicaciones.
Pero en todo este perfeccionamiento de materiales
han de observarse reglas precisas, ya que una variación
en las proporciones de los elementos aleados, signifi-
ca una variación de sus propiedades, y que pequeñísi-
mas cantidades de ciertos elementos pueden destruir
las cualidades de resistencia química de la aleación,
propiedad nada extraña si se recuerda que la corrosión
es debida en la mayoría, por no decir en la totalidad de
los casos, a pares electroquímicos. Razón que obliga a
desconfiar de todas las aleaciones suministradas por ca-
sas qu.2 no ofrezcan garantía absoluta de emplear meta-
les puros con técnica perfecta de fabricación.
Y esta garantía es tanto más necesaria, cuanto que
para numerosas aplicaciones sirven unas aleaciones y
otras no, y que para algunas no puede utilizarse un me-
tal. Afortunadamente, las Sociedades de responsabili-
dad que saben que su negocio está en vender para que
se obtengan buenos resultados, piden que se les consulte
la aplicación que ha de tener el material para contestar
en conciencia. Más aún, tienen editados trabajos merití-
simos en que recogen sus propias experiencias y experi-
mentación, más la de otros experimentadores, que se-
ma sinceridad dicen la industria en que una aleación o
metal es aplicable y con que precauciones, que aquella
en que no debe utilizarse.
Tal es, por ejemplo, la obra
L Aluminium dans les
Industries Chimiques et Alimentaires, editado por la
Oficina Internacional de las aplicaciones del Aluminio
que, como casi toda la documentación que me ha servi-
do para escribir estas líneas, me ha proporcionado
«Aluminio Español S. A.»
Es obra de gran utilidad para todos los Ingenieros
ocupados en la Industria Química y alimenticia, ya que
por ser las sales de aluminio incoloras y no venenosas,
debe tenderse a la sustitución del plomo. cobre, hierro,
etcétera, por el aluminio, donde esto sea posible.
l
El proceso de fabricación hoy en boga produce un
metal con dos impurezas: el silicio y el hierro. La suma
de los tantos por cientos de estos cuerpos clasifican el
aluminio en tres calidades:
1 .
calidad.—M etal con más de 99,5 /0 de aluminio
2.
0
d. d. e 99 a 99,5 0/0
d.
3.
a
d.
d. e
98
a
99 0/0
d.
El hierro aumenta la corrosión del metal, lo que
obliga a emplear aluminio de 1.
calidad para las aplica-
ciones químicas.
Las características físicas de un aluminio muy puro
son las siguientes:
Punto de fusión 658°
Punto de ebullición
1.800°
Densidad a 20° 2 70
Coeficiente de dilatación lineal
entre 0° y 1 00°) 23 X 10
6
Resistibidad eléctrica a 0
2,78 microhmios-cm./cm.2
Coeficiente de temperatura
0,004
Poder termoeléctrico con rela-
ción al platino a 1 00°) 0,38
Poder electrolítico con relación
al hidrógeno entre 18 y 25°
1,276 volts.
Calor específico entre 17 y 100'. 0,217 cal/gr.
Conductibilidad calorífica a 0°. 0,504 cal/cm. 1 y grado
Calor latente de fusión
92 cal/gr.
Peso atómico (oxígeno = 16) 27.