Tubo de caldera de tubos de fuego vs. tubos de agua

Un tubo de caldera es un tubo de acero sin soldadura diseñado específicamente para su uso en la superficie de calentamiento de una caldera, y forma parte de los componentes de tuberías a presión. Los materiales de los tubos de caldera suelen ser acero al carbono o acero aleado, y su función principal es transferir eficientemente la energía térmica generada por la combustión del combustible al agua o al vapor, lo que los convierte en un componente esencial que soporta la presión en el sistema de la caldera.

Los tubos de caldera se pueden clasificar según su entorno de aplicación:
Tubos para calderas de tubos de fuego

Tubos para calderas de tubos de agua

Las diferencias entre ambos radican no solo en su estructura, sino también en sus métodos de transferencia de calor, su capacidad para soportar la presión y sus aplicaciones.

Calderas pirotubulares

1. Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento de una caldera pirotubular se basa en la combustión de carbón, gas natural, petróleo o biomasa en la cámara de combustión. Los gases a alta temperatura producidos por la combustión entran en los tubos de la caldera y fluyen a través de un circuito lleno de agua. A medida que aumenta la temperatura de los tubos, el agua en la cámara de combustión genera vapor, produciendo así energía.

2. Características y aplicaciones

Este tipo de caldera se caracteriza por su estructura simple y su fácil mantenimiento, lo que la hace idónea para aplicaciones industriales de pequeña a mediana escala. Sin embargo, una desventaja de este diseño sencillo es su menor eficiencia en comparación con las calderas acuotubulares.

3. Función de los tubo de caldera en las calderas pirotubulares

Los tubos de las calderas pirotubulares funcionan principalmente como conductos de transferencia de calor. Los materiales comunes para los tubos incluyen acero ASTM A178, ASTM A192 y acero 20#, que requieren una buena conductividad térmica y resistencia a la presión.

Calderas acuotubulares

1. Principio de funcionamiento

A diferencia de las calderas convencionales, las calderas acuotubulares almacenan agua dentro de los tubos. Estos tubos están conectados a la cámara de combustión, donde el agua se convierte directamente en vapor durante la combustión. El vapor ingresa al domo de vapor situado sobre la caldera, transfiriendo energía a la misma.

2. Características y aplicaciones

Las calderas acuotubulares ofrecen una mayor eficiencia térmica (normalmente del 85 % al 90 %), una mayor producción de vapor y un calentamiento más rápido, lo que las hace más adecuadas para aplicaciones de alta presión. Los operadores que requieren grandes sistemas de calderas para la generación de energía, el procesamiento químico u otros procesos exigentes suelen optar por las calderas acuotubulares.

3. Función de los tubo de caldera en las calderas acuotubulares

Las calderas acuotubulares utilizan tubo de caldera que soportan altas presiones y temperaturas, generalmente fabricados con aleaciones de alta resistencia como ASTM A210, A213 T11/T22, 15CrMoG y 12Cr1MoVG, que poseen características de resistencia a altas temperaturas, a la oxidación y a la fluencia.

Calderas pirotubulares vs. Calderas acuotubulares: Ventajas y desventajas

1. Ventajas de las calderas pirotubulares

Diseño sencillo; fácil mantenimiento y reparación; menores costos iniciales; mayor consumo de agua por caballo de fuerza.

2. Ventajas de las calderas acuotubulares

Menor tamaño a potencia nominal; mayor capacidad de producción de vapor; posibilidad de instalar sobrecalentadores internos/integrados; mayor rango de presión de operación (más de 1000 PSIG).

3. Desventajas de las calderas pirotubulares

Menor capacidad (normalmente hasta 2500 hp o 86 250 lb/h);
Menor rango de presión de operación (normalmente <350 PSIG);
Mayor tamaño a potencia nominal;
Tiempo de arranque más prolongado.

4. Desventajas de las calderas acuotubulares

Menor volumen de agua requerido por caballo de fuerza de la caldera;
Mayores costos de mantenimiento;
Requisitos de calidad del agua más estrictos.
Mayor coste inicial de compra.

Tubos de calderas pirotubulares vs. Tubos de calderas acuotubulares

Comparación	Tubos de calderas pirotubulares	Tubos de calderas acuotubulares
Dirección de transferencia de calor	Los gases de combustión fluyen dentro del tubo	El agua fluye dentro del tubo
Presión de operación	Baja presión (<2,5 MPa)	Alta presión (hasta 15 MPa y superior)
Tipo de tubo	Tubo de acero al carbono (A178, 20#)	Tubo de acero aleado (A213, T11/T22, etc.)
Eficiencia térmica	Media	Alta
Costo de mantenimiento	Bajo	Alto
Aplicaciones	Suministro de vapor para fábricas pequeñas y medianas	Centrales eléctricas, grandes instalaciones industriales

Principales causas de falla de los tubos de caldera

Los tubos de caldera son propensos a sufrir daños durante el funcionamiento prolongado a altas temperaturas, altas presiones y en ambientes corrosivos. Las causas comunes de falla incluyen:

1. Falla en los tubos de calderas pirotubulares

Sobrecalentamiento y agrietamiento del metal: Debido a la acumulación de incrustaciones o a una mala circulación del agua.
Corrosión y fatiga térmica: Tratamiento inadecuado del agua, contenido excesivo de oxígeno.
Grietas en los extremos de los tubos: Instalación incorrecta, extremo del tubo que sobresale de la placa tubular.

2. Falla en los tubos de calderas acuotubulares

Rotura por choque térmico: Causada por un arranque excesivamente rápido de la caldera o una distribución desigual de la llama.
Desprendimiento de incrustaciones: Causado por sobrecalentamiento localizado debido a la contaminación dentro y fuera de los tubos.
Fatiga por corrosión: Causada por un alto contenido de oxígeno en el agua de alimentación o un control inadecuado del pH.

3. Medidas preventivas

Seleccionar materiales para los tubos de la caldera que cumplan con las normas internacionales (p. ej., ASTM A210 / GB5310 / EN10216-2).
Controlar estrictamente la calidad del agua de alimentación (pH, dureza, conductividad).
Realice pruebas ultrasónicas e hidrostáticas periódicamente.
Mantenga una combustión estable y evite el estrés térmico.

Preguntas frecuentes

1. ¿Qué es más eficiente energéticamente: una caldera pirotubular o una caldera acuotubular?

Las calderas acuotubulares tienen una mayor eficiencia térmica (hasta un 90%), pero su costo inicial es mayor.
Las calderas pirotubulares son más económicas y adecuadas para proyectos de pequeña a mediana escala.

2. ¿Con qué frecuencia se deben reemplazar los tubos de la caldera?

Generalmente, se deben inspeccionar después de 5 a 10 años de funcionamiento. El ciclo de reemplazo depende de la calidad del agua, la presión de operación y la calidad del material del tubo.

Resumen

Los tubos de las calderas pirotubulares son adecuados para sistemas de energía térmica de media y baja presión y presentan ventajas económicas. Los tubos de las calderas acuotubulares se utilizan en entornos de alta temperatura y alta presión, y satisfacen mejor las necesidades de alta eficiencia energética y vapor de grado industrial.