Evolución en tecnología. Calderas eléctricas.⚡
Por: I.Q.I. Itzel López
En palabras sencillas, una caldera es un equipo que obtiene vapor mediante el calentamiento de agua hasta su evaporación. Para calentar el agua, se requiere de un combustible que proporcione el calor necesario, por lo que en la actualidad podemos encontrar una gran diversidad de calderas en función del combustible que se utilice: leña, carbón, pallets de madera, gasóleo, gas natural, gas licuado de petróleo. Esta por demás mencionar que algunas de opciones mencionadas tienen pequeños pero muy significativos detalles, la cantidad de contaminación por los gases generados.
Como respuesta a esta situación, se han producido alternativas que puedan cumplir la misma función que los combustibles (incluso hasta con una mayor eficiencia) reduciendo la producción de gases contaminantes, como aquellas que utilizan biomasa como combustible, o las calderas de condensación, que aprovechan el calor latente de condensación del agua presente en los humos de combustión. Pero hoy vamos a hablar sobre aquellas que no necesitan de un combustible directamente para poder elevar la temperatura del agua: las calderas eléctricas.
Las calderas eléctricas utilizan la energía eléctrica que es transformada en energía térmica para obtener vapor. El principio de funcionamiento es sencillo y se tienen dos tipos de calderas eléctricas según la cantidad de vapor que se desea obtener:
De baja capacidad o baja tensión. Se tienen aquellas que poseen resistencias eléctricas en lugar del tradicional quemador, el calor se genera al pasar la corriente eléctrica por uno o más elementos de resistencias. Estas resistencias contienen hilos encapsulados por una cubierta metálica aislada eléctricamente que se encuentran sumergidas en el agua y generar vapor a una presión moderada con una capacidad de producción baja. No dependen de la conductividad o resistencia en el agua para generar el vapor.
Dentro de esta misma línea, se tienen calderas de electrodos, a diferencia de las descritas anteriormente, en estas se aplica un voltaje entre los electrodos sumergidos en la solución electrolítica (el agua), generando un campo eléctrico por el cual se desplazan los iones, obteniendo calor como consecuencia, y posteriormente logrando el cambio de fase para producir el vapor, es decir, el agua transforma la energía eléctrica en térmica.
De alta capacidad o alta tensión. Son aquellas calderas con energía eléctrica de entre 2,300 V – 15,000. Estas por lo general tienen 3 compartimientos, uno para cada fase o electrodo. El vapor se va obteniendo conforme la corriente eléctrica viaja de los electrodos al neutro del compartimiento que lo contiene. Las calderas de alta tensión con electrodos separados, controlan la producción regulando la cantidad de agua pulverizada en los electrodos que se encuentran suspendidos e inmersos en la cámara de vapor. La corriente viaja conforme el agua pasa del compartimiento de almacenaje, hacia los electrodos y cae a un contraelectrodo, es decir, la corriente viaja de los electrodos al contraelectrodo produciendo el vapor, el agua que no se transforma en vapor, regresa al depósito.
Las calderas eléctricas de electrodos tienen un diseño muy compacto, al igual que las calderas que funcionan con algún combustible, tienen controles y dispositivos de seguridad para poder monitorear la conductividad y mantenerla dentro de los valores especificados por el fabricante. Todo esto se logra de la misma manera que con una caldera con combustible como fuente de energía térmica, agregando un tratamiento químico y realizando purgas siempre que lo requiera. Pero en este caso, es un parámetro muy importante, si la conductividad es menor a la especificada por el fabricante, la producción para la que fue diseñada la caldera, puede no alcanzarse; por el contrario, si la conductividad es muy alta, se tiene riesgo de un corto circuito. Por consiguiente, el tratamiento químico juega un papel muy importante para controlar de manera oportuna la conductividad (agregando sales intencionalmente o purgando, según lo requerido por la calidad del agua de la caldera) y la calidad del vapor, evitando problemas como el espumado.
El código ASME es uno de los que contempla la construcción de calderas eléctricas, y requiere que:
Tengan una cubierta removible para un fácil acceso con el propósito de inspeccionar y realizar la limpieza.
No deben exceder un contenido normal de agua de 100 galones.
No necesitan tener aperturas de inspección ni desagües.
El acceso usual para inspección y limpieza es la conexión de la cubierta del electrodo con el interior de la caldera.
La capacidad de la válvula de seguridad depende de la potencia.
Controles de bajo nivel de agua. En las calderas de resistencias sí que los necesitan, puesto que, si las resistencias no se encuentran sumergida en el agua, no se podrá producir vapor, caso que no es necesario en una caldera de electrodos, ya que, sin un nivel adecuado de agua, no pueden generar vapor.
Todas las calderas eléctricas deben construirse de acuerdo al código ASME y estar aprobadas por laboratorios certificados.
Este tipo de calderas son una excelente opción en industrias con pequeños y medios consumos que necesiten un suministro de vapor de gran pureza, por ello son destinadas principalmente para la industria química, farmacéutica y alimentaría.
En el mercado encontramos que la mayoría de los proveedores ofrecen una eficiencia del 100% o muy cercana al 100%, lo cual depende del aislamiento térmico que cada uno de ellos utilice en la fabricación de la caldera. Además de asegurar un control preciso de la presión.
Las ventajas que se enlistan para una caldera eléctrica, son bastantes, entre ellas destaca que las emisiones se van a cero en el lugar de producción del vapor al no utilizarse combustible, pero, la energía eléctrica que le es alimentada sí que produce emisiones, dependiendo de la manera en la que se produzca, será su impacto en el medio ambiente. Se maneja la opción de utilizar fuentes renovables para la obtención de la energía eléctrica necesaria, aunque realmente la potencia eléctrica requerida es elevada y actualmente el servicio no es precisamente el más económico. De manera que, a la hora de elegir una caldera de este tipo, se tendrá que analizar bien si el proceso necesita un vapor con esa calidad y qué tan económico es el servicio de energía eléctrica.
Referencias Bibliográficas:
Calderas eléctricas de vapor - Pirobloc. (2021, October 4). Pirobloc. https://www.pirobloc.com/productos/calderas-electricas-de-vapor/
ATTSU TERMICA. (2014). Attsu. https://www.attsu.com/es/productos/calderas-de-vapor/electricas/modelo-ge.html
Capitulo 4 CALDERAS ELECTRICAS Y DE APLICACIONES ESPECIALES CALDERAS ELECTRICAS. (n.d.). http://recursosbiblio.url.edu.gt/publicjlg/biblio_sin_paredes/fac_ing/Manu_cald/I/cap/04.pdf
Calderas eléctricas industriales Archives. (2020). Babcock Wanson. https://www.babcock-wanson.com/es/categoria-producto/calderas-electricas-industriales/