curso calderas

1. Profesor : Claudio Vilches Ponce
Curso Operación de Calderas
Clase 1

2. CONCEPTOS BÁSICOS
Calor.
El calor es una forma de energía. Todos los cuerpos están formados por moléculas, las que
siempre están en movimiento.
“LA MANIFESTACIÓN DEL MOVIMIENTO DE LAS MOLÉCULAS DE LOS CUERPOS”.
Mientras más rápido se muevan las moléculas de un cuerpo, más caliente estará el cuerpo.

3. EFECTOS DEL CALOR
➢ Cambios de estados físico:
Funde los cuerpos sólidos.
Evapora los líquidos.
➢ Cambios de volumen:
Dilata los cuerpos sólidos, los líquidos y los gases.
➢ Cambia el color de los cuerpos.

4. TRANSMISIÓN DEL CALOR
El calor puede ser transmitido de tres formas:
➢ Por Conducción.
➢ Por Radiación.
➢ Por convección.
“EL CALOR SE TRANSMITE DE UN CUERPO A OTRO CUANDO ENTRE AMBOS HAY UNA
DIFERENCIA DE TEMPERATURA Y SE TRANSMITE DESDE EL CUERPO DE MAYOR
TEMPERATURA, HASTA LOGRAR ALCANZAR EL EQUILIBRIO TÉRMICO”

5. CONDUCCIÓN
Es la propagación del calor en los cuerpos sólidos. Se da de un extremo a otro de un cuerpo a
través del mismo, o bien, de un cuerpo caliente a otro más frío, estando en contacto.

6. Es una forma de transmisión del calor que se presenta en los líquidos y gases por la
formación de corriente ascendentes producidas por la diferencia de temperatura.
CONDUCCIÓN

7. RADIACIÓN
Es la transmisión del calor en forma de ondas, sin necesidad de un
medio material o físico que lo transmita.

8. TRANSMISIÓN DE CALOR EN CALDERAS
• En las calderas, la transmisión de calor se
efectúa en sus tres formas en el fogón
(superficie de calefacción directa) razón por lo
que las calderas modernas en su afán de dar
mayor rendimiento, tienen el fogón lo más
grande que el modelo permite.
• Los gases calientes transmiten el calor por
convección. La plancha de la caldera, que
recibe calor tanto en la combustión como de
los gases calientes, transmite este calor al
agua, por conducción.

9. MEDICIÓN DEL CALOR
Hay dos cosas que se pueden medir del calor, cuales son:
➢ La cantidad de calor.
➢ La temperatura.
Como ambas cosas a menudo se confunden, en el ejemplo de la figura N º 3, podremos
apreciar la diferencia:
Los cuerpos “A” y “B” (Fig. 6) son de la misma sustancia, pero el volumen y masa de “A” es el
doble que el de “B”.
Si ambos están a la misma temperatura, tienen el mismo grado de calor, pero “A” tiene el doble
de cantidad de calor que B.

10. CANTIDAD DE CALOR
Es la cantidad de energía que contiene un cuerpo o sustancia. La cantidad de calor se mide en
“KILOCALORÍAS” por unidad de masa. Lo que puede ser cuantificado tanto en los sistemas de
medidas Métrico Decimal o en el sistema de medida Inglés, donde las unidades de medición son
diferentes.
“UNA KILOCALORÍA ES LA CANTIDAD DE CALOR NECESARIO PARA SUBIR EN 1 ºC, LA
TEMPERATURA DE 1KG. DE AGUA”
A esta unidad de medida también se le llama caloría grande CAL o Kilo caloría.
Existe además la caloría chica cal o caloría gramo, es mil veces más chica que la caloría grande.
“ EN EL SISTEMA DE MEDIDAS INGLÉS, PARA MEDIR CANTIDADES DE CALOR SE USA LA
UNIDAD BTU, QUE ES IGUAL A LA CANTIDAD DE CALOR QUE SE DEBE APLICAR A UNA LIBRA
DE AGUA PARA SUBIR SU TEMPERATURA EN 1º F”.
1 Kcal = 3,968 BTU
1 BTU = 0,252 Kcal
1 Kcal = 1.000 cal.

11. CALOR SENSIBLE Y
CALOR LATENTE
Para calentar el agua y transformarla en vapor, se necesita calor.
Según lo cual tenemos:
• Calor sensible;
Es la cantidad de calor necesario para calentar un Kg. de agua desde 0 ºC a 100 ºC.
Como una Caloría alcanza para subir en 1 ºC la temperatura de un litro de agua, el calor sensible para el agua a
la presión atmosférica normal es de 100 Calorías.
• Calor latente;
Es la cantidad de calor necesario para convertir un Kg. de agua que está a 100 ºC en vapor de agua a la misma
temperatura.
El calor latente vale 539,5 Calorías para el agua a la presión atmosférica normal.
• Calor total de vaporización;
Es la suma del calor sensible y el calor latente, es decir, es la cantidad de calor necesario para transformar un kilo
de agua que está a 0 ºC en vapor de agua a la presión atmosférica normal y 100 ºC de temperatura, el calor total
de Vaporización vale 639,5 Calorías (539,5 Cal + 100 Cal).

12. TEMPERATURA
Es una propiedad de los sistemas que determina si están en equilibrio térmico.
El concepto de temperatura se deriva de la idea de medir el calor o frialdad relativos y de la
observación de que el suministro de calor a un cuerpo conlleva un aumento de su temperatura
mientras no se produzca la fusión o ebullición.
En el caso de dos cuerpos con temperaturas diferentes, el calor fluye del más caliente al más frío
hasta que sus temperaturas son idénticas y se alcance el equilibrio térmico.
Por lo tanto, los términos de temperatura y calor, aunque relacionados entre sí, se refieren a
conceptos diferentes:
La temperatura es una propiedad de un cuerpo y el calor es un flujo de energía entre dos
cuerpos a diferentes temperaturas.
Si se suministra calor a un fluido (líquido o gas) contenido en un recipiente de volumen constante, la
presión aumenta, y el cambio de temperatura puede determinarse a partir del cambio en la presión.

13. La temperatura se mide en grados.
Existen diferentes escalas pero las más usadas son:
➢ Los grados Centígrado o Celsius (°C) el sistema métrico.
➢ Los grados Fahrenheit (°F) en el sistema inglés.
Escala Celsius o Centígrados.
Esta escala fue ideada por el astrónomo sueco Anders Celsius en año 1742, en esta escala el
punto de congelación del agua equivale a 0 °C, y su punto de ebullición a 100 °C., esta escala
se utiliza en todo el mundo, en particular en el trabajo científico.
Escala Fahrenheit.
Esta es una de las primeras escalas de temperatura creada y todavía empleada en los países
anglosajones, fue diseñada por el físico alemán Gabriel Daniel Fahrenheit, año 1724. Según
esta escala, a la presión atmosférica normal, el punto de solidificación del agua y de fusión del
hielo es de 32 °F, y su punto de ebullición es de 212 °F.
TEMPERATURA

14. CONVERSIÓN DE UNIDADES
Si analizamos la figura del cuadro anterior, se puede aprecia que justo en el cero 0 ºC corresponde a
32 ºF, al no existir proporcionalidad entre la dos escalas se debe establecer o buscar una igualdad,
de manera de determinar una constante de conversión.
Para tal efecto analizaremos el cuadro de la figura anterior, donde podemos concluir lo siguiente:
100 divisiones de la escala ºC es igual a 180 divisiones de la escala ºF, (212 – 32).
Por lo tanto si: 100 divisiones de escala ºC = 180 divisiones de la escala ºF, nos permite establecer lo
siguiente:
Grados °C = 100/180 = 5/9
Grados °F = 180/100 = 9/5
Fórmulas de conversión de escalas de grados de temperatura
º C = (F – 32) /1,8 º F = ( ºC x 1.8) + 32

15. MEDICIÓN DE TEMPERATURA
Los dispositivos de medida de temperatura se pueden dividir en:
• Dispositivos de medida de temperatura mecánicos; tipo termómetros de mercurio, termómetros
bimetálicos, termómetros con relleno de líquido.
Este tipo de dispositivo de medida de temperatura sirve para indicar o mostrar grados de
temperatura, pero no transmiten señales de cambios de temperaturas de fluidos circulantes, por lo
que no son adecuados para ser usados en sistemas de control de temperaturas en los sistemas de
control de calderas digitales o electrónicas.
• Dispositivos de medida de temperatura electrónicos; detectores de temperatura por resistencia o
RTD, termopares, termistores, e instrumentos tipo infrarrojos sin contacto físico.

16. PRESIÓN
La presión es otro factor importante que interviene en la generación del vapor, la cual se define
de la siguiente manera:
“PRESIÓN ES LA FUERZA EJERCIDA POR UNIDAD DE SUPERFICIE”
Lo que se puede explicar de la siguiente forma:
Si aplicamos una fuerza de 10 Kg., en una superficie de 5 cm2 (unidad de superficie), se está
ejerciendo una fuerza de 2 Kg. / cm2, por lo tanto podemos decir lo siguiente:
P = 10/5 = 2 Kg / cm2

17. TIPOS DE PRESIÓN
Presión atmosférica;
Es la presión ejercida sobre la tierra por el aire que la rodea
y puede variar para cada lugar, según sea la altura en que
se encuentra con respecto al nivel del mar. A nivel del mar
la presión atmosférica normal es de 14, 696 psi. , la que se
aproxima a 14, 7 psi.
Presión efectiva o presión manométrica;
Es la presión existente en un recipiente cerrado, la cual es
indicada en los instrumentos que miden la presión interna
en el recipiente. Es una presión que está por encima de la
presión atmosférica.
Presión absoluta;
Es la suma de la presión atmosférica y la presión efectiva o
manométrica.
Vacío;
Ausencia o disminución de presión atmosférica (presión
menor que la atmosférica).

18. UNIDADES DE PRESIÓN
En el Sistema métrico la unidad más usada es el kg/cm 2 y en el Sistema de medida Inglés la
unidad de medida usada es la lb/pulg2 (PSI), además la presión también se puede medir en
atmósferas (Atm.), que es la presión que ejerce el aire que la rodea u otro tipo de unidad de
medida. RESUMEN DE UNIDADES DE MEDIDAS DE PRESIÓN
1 Atm. = 760 mm. Hg. = 1.033 kg. / cm. 2
= 14,70 lb/pulg.2
= 10,33 M.A.C.A
1 kg. / cm. 2
= 14,22 lb/pulg.2
= 10 M.A.C.A.
1 Atm./ Tec. = 1 kg. / cm. 2
= 14,22 lb/pulg.2
= 10 M.A.C.A. = 10 M.A.C.A.
1 lb/pulg.2
= 0, 0703 kg. / cm. 2
= 0,0689 bar = 0,0680 Atm.
1 Bar = 14,503 lb/pulg.2

19. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
➢ Manómetros; indican la presión efectiva
en un recipiente.
Pueden estar graduados en lb./pulg.2
(PSI), kg./cm 2, atmósferas (atm.), Bar,
etc.
➢ Barómetros; este tipo de instrumentos
sirven para efectuar medición de la
presión atmosférica.
➢ Vacuómetros; sirven para efectuar
mediciones de vacío.

20. VAPOR
Se denomina vapor a la fase gaseosa del agua, y es el paso del estado líquido del agua al
estado de gas (vapor) y recibe el nombre de vaporización, lo que puede ocurrir de dos
maneras:
Por evaporación;
Este proceso se produce por la acción del calor del sol sobre la
superficie de la corteza terrestre, produciendo la vaporización del
líquido libre, lo que se realiza a cualquier temperatura superior a
0º C o 32 º F., figura 9
Por ebullición ;
Este proceso es la producción rápida de vapor por medio de la
acción del calor de algún tipo de combustible, logrando aumentar
la temperatura del agua hasta lograr que esta entre en ebullición,
lo que se logra al alcanzar el agua la temperatura de ebullición,
que se produce a los 100 ºC o 212 ºF., siendo la presión
atmosférica normal de la tierra (14.70 lb/pulg2
), figura 10.

21. FORMACIÓN DEL VAPOR
➢ Todo líquido hierve cuando la tensión de sus vapores es igual a la presión exterior que actúa
sobre ellos. Por lo tanto al aumentar la presión exterior aumenta el punto de ebullición (más
temperatura) y al disminuir la presión exterior el punto de ebullición baja (menos temperatura).
➢ La temperatura o punto de ebullición se mantiene constante durante toda la ebullición del líquido.
➢ El calor de vaporización es el calor necesario para transformar la unidad de masa en vapor a la
misma temperatura.
➢ El vapor se produce elevando la temperatura del agua mediante la acción del calor (energía
calórica) hasta llegar al punto de ebullición. A esta temperatura el agua pasa gradualmente del
estado líquido al gaseoso, conociéndose el proceso como el nombre de ebullición.
La temperatura de ebullición es de 100º C o 212º F., al aumentar la presión externa aumenta
también la temperatura de ebullición.

22. FORMACIÓN DE VAPOR EN UN
RECIPIENTE CERRADO
La formación de vapor de una caldera consta de tres operaciones, las que se detallan a
continuación:
1.-Entrada de agua a la caldera, venciendo la presión existente en la misma, lo que se produce
por la acción del sistema de alimentación de agua de las calderas, lo que puede ser por medio
de inyectores o bombas.
2.-Calentamiento del agua hasta que alcance la temperatura de ebullición, esto se logra por
medio de la acción del calor generado por un combustible en proceso de combustión, lo que se
produce desde una temperatura inicial hasta lograr la temperatura de ebullición del agua, de
acuerdo a la presión del recipiente que la contiene.
3.-Evaporación mediante la cual el agua se convierte en vapor, adición de más energía calórica
producto de un proceso de combustión para lograr pasar desde el estado líquido al gaseoso
del agua.

23. TIPOS DE VAPORES
➢ Vapor saturado; este vapor es el que se genera en la superficie misma del líquido, por lo que contiene
gran cantidad de partículas de aguas en suspensión.
➢ Vapor húmedo; este vapor está un poco más arriba del vapor saturado, por lo que contiene bastantes
gotas de agua en suspensión, lo que lo hace ser más pesado, sin embargo estas partículas pueden
decantar por su peso específico, ayudadas además por medios mecánicos, por medio de separadores o
deflectores de vapor ubicados convenientemente en la cámara de vapor.
➢ Vapor seco; es el tipo de vapor que contiene muy pocas gotas de agua en suspensión y ocupa la parte
superior de la cámara de vapor. El proceso de eliminación de particulado de agua se ha efectuado por
medio de deflectores de vapor internos.
➢ Vapor sobrecalentado; este vapor se forma fuera del lugar donde se está vaporizando el agua y
consiste fundamentalmente en agregarle más calor aprovechando la temperatura de los gases calientes
de la combustión antes que estos sean evacuados por la chimenea, o por medio de algún sistema
independiente de recalentamiento, logrando de esta forma obtener un vapor seco, pero con más grados
de temperatura.
Este tipo de vapor es necesario cuando se utiliza la energía cinética del vapor (turbinas).