Calderas: tipos y características
Caldera de combustibles fluidos
El combustible se prepara y quema en un quemador, dispositivo que funciona con un ventilador que impulsa aire hacia un inyector de combustible donde, por efecto venturi, este se mezcla con el aire en las proporciones adecuadas y se impulsa dentro del hogar, donde se produce la combustión. Cuando el combustible es líquido (gasóleo) es necesario pulverizarlo para conseguir la mezcla, por lo que requieren un inyector especial. Los combustibles gaseosos también deben mezclarse con el aire, aunque no es necesario pulverizarlos.
Caldera de condensación
El hogar consiste normalmente en un cilindro con el eje horizontal, con el fondo recubierto de material refractario, contra el que se proyecta la llamarada producida por el quemador. Los gases calientes revocan y vuelven hacia la puerta del hogar y, por los laterales, entran en una serie de tubos que están sumergidos en el caloportador, y por ellos llegan a la caja de humos, de la que arranca el conducto de evacuación de gases quemados.
El intercambiador de estas calderas envuelve el hogar en una primera instancia, pero luego tiene una serie de pasos, en los que los gases calientes de la combustión dejan el calor que llevan. Las más corrientes (llamadas pirotubulares) consisten en un haz de tuberías introducidas en el caloportador. Los gases circulan por los tubos, lo más lentamente posible (para ello tienen unas chapas, plegadas en espiral, llamados turbuladores) para que lleguen al final (caja de humos) con la menor presión posible y la temperatura más baja posible. En las calderas normales esta temperatura es como mínimo de unos 140 ºC, para evitar que haya condensaciones, muy perjudiciales cuando el combustible tiene trazas de azufre, puesto que este, quemado, forma óxidos de azufre y sumado a vapor de agua condensado de la combustión puede formar ácido sulfúrico (SO3 + H2O → SO4H2), corrosivo, perjudicial para la buena conservación de los dispositivos, lo que se evita con temperaturas que impidan la condensación.(si el combustible contiene azufre, el problema se produce luego, en la atmósfera, cuando los óxidos de azufre, con el agua de lluvia, reaccionan formando el ácido y produciendo lluvia ácida. Por esta razón, los combustibles no deben contener azufre).
La regulación de la potencia, en los dos tipos, se hace por tiempo de funcionamiento, con paradas y arranques del quemador, o mediante la regulación del tamaño de la llama (quemadores modulantes y quemadores por etapas).
Calderas de condensación
En las calderas de condensación la temperatura es todavía más baja y la formación de ácidos se evita con un combustible que no contenga azufre (generalmente funcionan con gas natural), lo que permite el aprovechamiento del calor de vaporización del agua formada en la combustión (CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O). Su gran ventaja es que el rendimiento es mucho mayor que las normales, pero tienen el inconveniente de que la temperatura máxima que puede alcanzar el caloportador es más baja que en las normales, para permitir la condensación, lo que exige emisores (radiadores) más grandes (con mayor superficie de emisión) o sistemas de emisión a baja temperatura (suelo radiante).
Existe una variante que funciona en condensación cuando la exigencia de calor no es excesiva y como calderas normales (con menor rendimiento) cuando las temperaturas exteriores son muy bajas.
Calderas con quemador atmosférico
Además hay calderas específicas para gases combustibles que tienen quemador atmosférico. En este caso funciona al revés: el gas sale por los inyectores por su presión de suministro y, por efecto Venturi, aspira aire y se mezcla con él en la proporción adecuada y se quema en los quemadores, subdividido en pequeñas llamas, dentro de un intercambiador. Las más conocidas de estas calderas son las llamadas murales, aunque también existen en tamaños grandes.
Caldera de combustible sólido
En las de combustibles sólidos (carbón o, actualmente, biomasa), el hogar consta de dos compartimentos superpuestos, cada uno con su portilla correspondiente. En el superior, brasero, se coloca el combustible sobre una parrilla. El inferior, cenicero, recibe las cenizas del combustible. Por la portilla de este entra el aire necesario para la combustión y los humos salen por un conducto (humero o chimenea) vertical, por tiro térmico, conducto que parte desde el brasero. El propio tiro térmico crea en el hogar una falta de presión que aspira el aire necesario para la combustión; la cantidad de aire puede regularse abriendo, más o menos, la portilla del cenicero; a menudo esta portilla tiene unos orificios que pueden abrirse o cerrarse a voluntad mediante una mariposa. La combustión es continua, no hay paradas desde que se enciende hasta que se apaga por falta de combustible, y la regulación de la potencia se hace abriendo o cerrando la entrada del aire.
En estas calderas, el intercambiador es la envoltura, que tiene una doble pared entre cuyas capas circula el caloportador. En algunas, incluso la rejilla de separación entre el brasero y el cenicero consiste en una serie de tuberías, por cuyo interior también circula el caloportador.
En general las calderas de combustible sólido, sea carbón o pellas de madera, emiten el aire exterior gran cantidad de partículas (hollines) contaminantes, por lo que no son recomendables.