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CALDAIA
(VEDI MAPPA)
1) A TUBI DI FUMO: la caldaia è costituita di un grosso cilindro al di sotto del quale si trova il focolare(*). Il fumo prodotto è convogliato in tubi che si trovano all'interno del cilindro facendo una o più giravolte e quindi cedendo il calore all'acqua. Il tubo o i tubi di fumo non sono coassiali con il cilindro caldaia, in modo da favorire i moti convettivi(**) dell'acqua. Il vapore si raccoglie nel duomo da dove viene spillato e inviato al motore. La costruzione è semplice e sicura, ma il rendimento è molto limitato perché lo sfruttamento del calore della fiamma è quasi assente.
FIGURA TRATTA DAL SITO http://www.geocities.com/Athens/Acropolis/6914/calda.htm
Caldaia tipo Cornovaglia a bassa pressione (da 3 a 12 kg/cm²).
2) SUB ORIZZONTALI: l'acqua è contenuta in tubi più o meno numerosi, lambiti dalla fiamma ma soprattutto dai fumi. L'asse dei tubi è quasi orizzontale e il vapore si muove verso l'alto per differenza di peso specifico. Un corpo cilindrico, che raccorda tutti i tubi, lo raccoglie e lo invia alla macchina.
3) SUB VERTICALI E VERTICALI: l'acqua è contenuta in numerosi tubi, uscenti dal corpo cilindrico inferiore, che tappezzano le pareti della caldaia, con andamento pressoché verticale. Nella parte superiore i tubi si piegano per essere raccordati al corpo cilindrico superiore nel quale si raccoglie il vapore. I tubi sono lambiti dalla fiamma e in alto sono completamente avvolti dal fumo: è la zona dove vige la massima temperatura perché vi si completa la combustione.
4) MONOTUBOLARI: l'acqua è contenuta in un solo tubo avvolto a spirale lungo le pareti della caldaia. L'asse della spirale è leggermente inclinato verso l'alto, per favorire il moto ascensionale del vapore, che viene raccolto in un serbatoio dal quale avviene il prelievo(***). La vaporizzazione avviene in modo graduale e ordinato e può essere regolata in modo relativamente facile orientando i bruciatori. La massa d'acqua è relativamente piccola e le pressioni di esercizio spesso molto grandi (200 e più atmosfere).
(*) nel tipo Cornovaglia, quella in figura, il focolare è dentro la caldaia.
(**) si chiama convettivo il moto dei fluidi dovuto ad una differenza di temperatura fra due suoi punti. Così ad esempio nella pentola sul fuoco c'è dell'acqua che sale dal fondo, più caldo, verso la superficie e altra che si muove verso il basso, essendo meno calda. In questo modo si ha un continuo rimescolamento che favorisce la liberazione del vapore che man mano si forma.
(***) nei tipi più sofisticati non c'è c.c.s. ma il tubo funge anche da surriscaldatore essendo disposto nella sua parte terminale proprio in cima alla camera di combustione.
Caldaia a tubi d'acqua
DA UN ARTICOLO RIPORTATO IN SEGUITO
La prima caldaia veramente affidabile era del tipo a tubi d'acqua, e fu brevettata nel 1867 dagli inventori statunitensi George Herman Babcock e Stephen Wilcox. In essa, l'acqua fluiva attraverso tubi riscaldati esternamente dai gas di combustione, e il vapore veniva raccolto in una cupola (duomo) corrispondente alla parte superiore della caldaia. Tale configurazione utilizzava sia il calore di convezione dei gas sia il calore irradiato dal carbone - che bruciava nel focolare - e dalle pareti della caldaia.
Nel XX secolo questo tipo di caldaia diventò il modello standard per tutte le caldaie di grosse dimensioni, grazie anche all'impiego di acciai speciali in grado di sopportare temperature elevate e allo sviluppo di moderne tecniche di saldatura. Le caldaie a tubi d'acqua moderne possono produrre oltre 2.500 tonnellate all'ora di vapore surriscaldato a 600 °C e alla pressione di 350 atmosfere. La temperatura di combustione può superare i 1.650 °C e il flusso d'acqua viene regolato mediante circolazione naturale o forzata.
Con l'impiego di surriscaldatori, le caldaie attuali possono superare il 90% di rendimento del combustibile. L'aria in entrata e l'acqua di alimentazione vengono riscaldate da preriscaldatori che utilizzano i gas di combustione scaricati nei camini. La regolazione del tiraggio e il trattamento chimico dell'acqua, per impedire la corrosione e la formazione di incrostazioni, contribuiscono a migliorare l'efficienza delle apparecchiature.