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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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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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redar/o

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

eer /eníSd,y.

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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8

1

2

z

G

^

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

8/19/2019 4650 Dyna Index


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-

8/19/2019 4650 Dyna Index


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.

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