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La caldera Stirling es una forma temprana de caldera acuotubular , utilizada para generar vapor en grandes plantas estacionarias terrestres. Aunque se utilizó ampliamente alrededor de 1900, ahora ha caído en desuso y rara vez se ve.
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Las calderas Stirling son uno de los sistemas más grandes de calderas acuotubulares: aceptables para uso estacionario, pero poco prácticas para uso móvil, excepto en grandes barcos con requisitos de energía modestos. Consisten en una gran cámara construida con ladrillos con un camino sinuoso de gas que pasa sobre tubos de agua casi verticales que zigzaguean entre múltiples tambores de vapor y tambores de agua.
Se encuentran entre los diseños más antiguos de calderas acuotubulares de "tubos grandes" , [1] con tubos de agua que miden alrededor de 3¼ pulgadas (83 mm) de diámetro. [2] Los tubos están dispuestos en bancos casi verticales entre una serie de tambores de vapor cilíndricos y horizontales (arriba) y tambores de agua (abajo). El número de tambores varía y los diseños Stirling se clasifican en calderas de 3, 4 y 5 tambores. El número de bancos de tubos es uno menos que esto, es decir, 2, 3 o 4 bancos.
El flujo de gas del horno pasa por cada banco, uno por uno. Se colocan deflectores parciales de baldosas de ladrillo refractario en cada banco, de modo que los gases fluyan primero hacia arriba y luego hacia abajo a través de cada banco. De manera inusual, gran parte del flujo de gas se produce a lo largo del eje de los tubos, en lugar de atravesarlos.
Toda la circulación, tanto ascendente como descendente, se realiza a través de los tubos de calefacción y no hay bajantes externos separados . Sin embargo, los tambores de vapor y, en una caldera de 5 tambores, los tambores de agua, están conectados por tuberías horizontales cortas y forman parte del circuito de circulación.
Los tubos en sí son de acero estirado sin costura y en su mayoría rectos, con extremos suavemente curvados. [3] El entorno de la caldera es un gran recinto construido con ladrillos, pero los tambores de vapor están suspendidos de un marco de vigas separado dentro de este, para permitir la expansión con el calor. Los tubos, y los tambores de agua a su vez, están colgados de los tambores de vapor, nuevamente para permitir la expansión libre sin forzar los extremos de los tubos. Debido a sus extremos curvados, los tubos de agua pueden ingresar a los tambores radialmente, lo que permite un sellado fácil, pero esta también era una característica considerada, según la moda de la época, como importante debido a la expansión .
Las calderas Stirling pueden fabricarse en tamaños muy grandes. Lo habitual es utilizar un diseño estándar, pero con anchos variables, según las necesidades. [2]
Cuando se instala un sobrecalentador , se instala en forma de tubos rectos o en forma de horquilla en la parte superior de la caldera, entre los dos primeros tambores de vapor. Los deflectores dirigen el flujo de gas primero a través de esta área, de modo que pueda alcanzar la temperatura más alta.
Se puede quemar una amplia gama de combustibles, con la ayuda de una gran superficie de parrilla que se puede ampliar fácilmente si un combustible de mala calidad lo requiere. Las calderas originales se desarrollaron para quemar carbón , pero desde entonces se han utilizado para quemar muchos tipos de madera o desechos vegetales.
También se puede instalar un alimentador automático por cadena cuando se requiere una gran velocidad de encendido.
La caldera de tres tambores también se utiliza como caldera de recuperación de calor , aprovechando los gases de escape de las acerías u otros procesos industriales. [2]
A medida que el flujo de gas pasa por cada banco de tubos, los bancos posteriores se encuentran a una temperatura significativamente más baja. Esto fomenta una circulación "extremadamente eficiente" [3] mediante el efecto termosifón . El nivel del agua se mantiene con los tambores de vapor aproximadamente medio llenos, por lo que los tubos funcionan en estado "ahogado" con sus extremos superiores sumergidos permanentemente.
El flujo en el primer banco es ascendente a medida que se calientan los tubos, favorecido por su posición casi vertical. El agua más fría en los últimos tubos desciende. La circulación se completa mediante las tuberías de conexión entre los tambores de vapor. [2] La circulación es más activa en los primeros circuitos, más calientes.
En la forma de cuatro tambores, la circulación dentro del banco central puede dividirse entre un circuito descendente con el primer banco y un circuito ascendente con el siguiente banco. [2]
El agua de alimentación se suministra al último tambor de vapor y se distribuye a través de un canal interno. El agua de alimentación fría desciende lentamente a través del último banco de tubos hasta el último tambor de agua. [3]
Los depósitos precipitables (coloquialmente, "lodo") emergerán de la solución en este circuito y se acumularán en el tambor de agua final. Esto los mantiene alejados de los primeros bancos de tubos más activos, lo que reduce los problemas y las ineficiencias de la acumulación de incrustaciones dentro de los tubos de calentamiento principales. [2] Dado que el tambor de agua final también se puede utilizar para atrapar el "lodo" (es decir, un "colector de lodo"), a veces se lo conoce como "tambor de lodo".
El diseño Stirling tiene tres ventajas:
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Aunque en líneas generales son similares, se producen variaciones con distintos números de bancos de tubos.
Esta forma más simple se utiliza principalmente para potencias bajas o para recuperar calor de otros gases del horno.
Esta es la forma principal de la caldera y da resultados eficientes con una construcción económica. [2]
La versión marina de la caldera también es de esta forma.
Se trata de una forma más compleja, que utiliza un banco de tubos adicional para ganar eficiencia. Es la más popular para instalaciones grandes, como centrales eléctricas , o donde la eficiencia es más necesaria para obtener el máximo calor con una capacidad de combustible limitada.
Aunque generalmente se trataba de una caldera terrestre, la forma de cuatro tambores también se utilizaba como caldera marina para alimentar grandes barcos . [4]
El edificio construido con ladrillos fue reemplazado por una carcasa de acero con forma de caja, revestida con ladrillos refractarios. El diámetro del tubo de agua se redujo a entre 2 y 2+1 ⁄ 2 pulgadas (50,8 y 63,5 mm). Para evitar problemas con los cambios de nivel del agua a medida que el barco se balancea, los tambores de agua se colocaron transversalmente al casco y se les colocaron deflectores internos.
