Una caldera Velox es una caldera acuotubular de circulación forzada y turboalimentada que utiliza un compresor de flujo axial y una turbina de gas . Las calderas Velox (del latín: "rápidas"), también conocidas como generadores de vapor Velox, fueron desarrolladas a principios de la década de 1930 por la Brown Boveri Company (BBC) de Suiza. [1] Las calderas Velox fueron las primeras máquinas disponibles comercialmente que utilizaban compresores axiales y desempeñaron un papel fundamental en el desarrollo posterior de las turbinas de gas industriales de BBC. [2]
De la reseña de Brown Boveri [3]
El principio Velox combina el uso de la combustión bajo presión, con velocidades de gases de combustión muy elevadas y con una turbina de gas, donde la presión en la cámara de combustión, las altas velocidades de los gases y la caída de presión de los gases para la producción de trabajo se crean por medio de un compresor accionado por la turbina de gas, siendo esta última accionada por los productos de la combustión.
La gran importancia de la idea Velox reside en el hecho de que mediante el aumento de la presión y de la velocidad los componentes se reducen enormemente en tamaño y los procesos se aceleran sin perjudicar la eficiencia.
En un generador de vapor Velox utilizado para la generación eléctrica, los gases de combustión de la cámara de combustión se utilizan para hacer girar una turbina de gas que está conectada a un compresor que, en conjunto, forman el conjunto de carga. El compresor aumenta el flujo de aire caliente, lo que aumenta la tasa de transferencia de calor al agua en los tubos de la caldera, lo que hace que se genere más vapor. El vapor se utiliza para hacer girar una turbina de vapor que está acoplada a un generador eléctrico. [3]
La cámara de combustión del Velox podía producir gases de combustión quemando gases combustibles o fueloil pesado . El gas de alto horno se utilizaba normalmente como combustible en los grupos Velox instalados en las acerías . La eficiencia de los generadores de vapor Velox era generalmente de alrededor del 88-90% cuando se quemaba gas de alto horno y del 91-93% con fueloil. Dichas eficiencias se mantenían entre el 25 y el 100% de la carga. [2]
Antes de la Primera Guerra Mundial , la BBC había trabajado en varios proyectos experimentales de turbinas de gas, además de su exitoso negocio de turbinas de vapor. Las colaboraciones de la BBC en materia de turbinas de gas incluían las de Hans Holzwarth , Armengaud-Lemale y Auguste Rateau . La BBC también había realizado trabajos experimentales en una versión de dos tiempos de la bomba Humphrey de Herbert Humphrey que se habría utilizado para la generación de energía (la denominada "turbina de gas húmeda"). Ninguno de estos primeros experimentos con turbinas de gas produjo un producto comercialmente viable. [3]
A partir de 1927, la BBC volvió a colaborar con Hans Holzwarth en una turbina de gas de explosión de volumen constante de dos etapas. El rendimiento de las turbinas Holzwarth finalmente no cumplió con las expectativas, ya que uno de los principales problemas era la pérdida de calor a través de la camisa de agua. Se reconoció que la pérdida de calor en la camisa de agua podría convertirse en una ventaja al utilizar el calor en una caldera turboalimentada. Basándose en estas observaciones y en las competencias existentes con turbocompresores y turbinas de vapor, la BBC desarrolló un conjunto compresor de turbina de gas de flujo constante para su uso en turbinas de vapor que se convirtió en la caldera Velox. [3]
La primera caldera Velox se exhibió en la conferencia VDI en Berlín durante 1931. Los pedidos se sucedieron rápidamente, siendo el primero para la acería Mondeville en Normandía , Francia, durante 1932. [3] [4] Se construyeron un total de 110 calderas Velox y 75 de ellas se ordenaron durante la década de 1930. [1]
La gran mayoría de las calderas Velox se utilizaban para la generación de electricidad. En las centrales eléctricas, las calderas Velox eran valoradas por sus rápidos tiempos de arranque y su tamaño compacto. También se construyeron calderas Velox para barcos y locomotoras de ferrocarril, pero nunca se utilizaron ampliamente en estas aplicaciones. En 1939, la BBC entregó una sola caldera Velox al British Royal Aircraft Establishment en Farnborough para su evaluación y prueba. [1]
La BBC realizó experimentos con carbón como combustible para intentar aumentar las ventas de calderas Velox más allá de los clientes con combustibles líquidos y gaseosos. Se probó el carbón pulverizado , introducido en la cámara de combustión Velox mediante aire comprimido, pero provocó una erosión excesiva en la turbina de gas debido a las partículas de cenizas volantes. [1]
El desarrollo del generador de vapor Velox condujo directamente al desarrollo de las primeras turbinas de gas industriales. En 1936, BBC construyó la primera turbina de gas industrial de flujo constante del mundo para la refinería Sun Oil en Marcus Hook, Pensilvania . Las primeras turbinas de gas BBC eran esencialmente calderas Velox con el componente de vapor eliminado. El conjunto de turbina compresora Marcus Hook se utilizó para el ciclo de regeneración del catalizador del proceso de refinación de petróleo de Houndry e incluía un alternador de 900 kW acoplado a la turbina de gas del conjunto. La experiencia con las turbinas de gas de Houndry condujo al desarrollo por parte de BBC de la primera central eléctrica de turbina de gas del mundo construida en Neuchâtel , Suiza. [1] [2]