Este documento presenta un reporte sobre generadores de vapor y calorímetros. Incluye un resumen sobre el tratamiento de agua de alimentación a calderas, describiendo los procesos de tratamiento externo e interno del agua y los problemas que pueden surgir como incrustaciones y corrosión si no se realiza un adecuado tratamiento. También incluye cálculos para determinar la eficiencia de un generador de vapor, así como el uso de un calorímetro de estrangulamiento para medir la calidad del vapor generado.

1. REPORTE 2: GENERADORES DE
VAPOR Y CALORÍMETROS.
NOMBRE: LEGAZPI ASCENCIO AXHEL
GRUPO: 8
LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS
FECHA DE REALIZACIÓN/: 27/09/2016
FECHA DE ENTREGA: 4/10/2016

2. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. GENERADORES DE VAPOR Y CALORÍMETROS..
Objetivo
I. Identifica las diversas aplicaciones del vapor de agua y su importancia en el sector industrial, de
servicios y agroindustrial.
II. Describe las partes y el funcionamiento de un generador de vapor de tubos de humo y de tubos
de agua.
III. Calcula la eficiencia del generador de vapor pirotubular instalado, utilizando el método directo;
así también, la calidad del vapor generado.
Reporte
1. Complete el mapa conceptual “Sistemas del generador de vapor” de clase.

3. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. GENERADORES DE VAPOR Y CALORÍMETROS..
2. Elabore un resumen acerca del archivo “tratamiento de agua de alimentación a caldera”. En
letra arial 12, espaciado 1.15, en máximo cuatro cuartillas. Hojas blancas tamaño carta.
Tratamiento de agua de alimentación a caldera
La eficiencia con que operan las calderas de vapor, y por consiguiente el costo de
operación de éstas, así como la seguridad en su operación y su durabilidad,
depende en gran medida de la calidad del agua con que se alimentan. El tratamiento
que se requiere dar al agua, tanto el externo como el interno, debe ser diseñado y
efectuado por personal capacitado para asegurar que los efectos nocivos de los
compuestos acarreados por el agua sean reducidos al mínimo.
1. Sólidos disueltos
Prácticamente todas las aguas de alimentación a las calderas contienen sólidos
disueltos. Cuando el agua de alimentación se calienta, se evapora y sale de la
caldera como vapor destilado dejando las impurezas atrás.
En poco tiempo se acumula una gran cantidad de éstos en el agua de la caldera,
provocando que no hierva ya como agua ordinaria, sino como una especie de
jarabe.
Uno de los objetivos de un programa de tratamiento de agua es el de mantener en
solución a algunos de los sólidos responsables de la formación de incrustaciones.
En otros casos, se busca convertirlos en un precipitado ligero y esponjoso que fluya
hacia las zonas bajas de la caldera.
La mayor parte de esta precipitación tiene lugar donde el agua de la caldera está
más caliente, es decir, donde el agua está en contacto con las zonas de mayor
transferencia de calor. El material precipitado se deposita en la superficie caliente y
forma incrustaciones.
Estas incrustaciones, en forma de placas, son un buen aislante del calor y reducen
el grado de transferencia de calor. Conforme la incrustación crece, el vapor y el agua
son cada vez menos capaces de mantener estas superficies enfriadas y comienzan
a recalentarse, al grado de reducir la resistencia del metal de los tubos y causar su
ruptura.
La pureza del agua de alimentación depende de la cantidad de impurezas y de la
naturaleza de éstas.
Algunas impurezas como la dureza, hierro y sílice, por ejemplo, son de mayor
preocupación que las sales de sodio. Los requerimientos de pureza dependen de
cuánta agua de alimentación se utiliza y del diseño particular de la caldera de que
se trate. Así mismo, la presión, grado de transferencia de calor y equipo instalado
en el sistema, como turbinas, pistones, etc. tienen que ser considerados para definir
la pureza del agua de alimentación.
Los requerimientos de pureza del agua de alimentación varían ampliamente. Una
caldera de tubos de humo a baja presión puede, normalmente, tolerar una dureza
alta del agua mediante un tratamiento químico adecuado, mientras que

4. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. GENERADORES DE VAPOR Y CALORÍMETROS..
prácticamente todas las impurezas deben ser eliminadas del agua para las calderas
modernas de tubos de agua y alta presión.
2. Corrosión
Los gases no condensables son aquellos que no se condensan a la temperatura
normal del agua cruda y entran al sistema de generación de vapor arrastrados por
el agua. Los más comunes y dañinos son el oxígeno disuelto en el agua y el bióxido
de carbono. El oxígeno disuelto ataca al hierro y forma hidróxido férrico; esta
corrosión se presenta como ampollas en la superficie del metal y con el tiempo
puede llegar a perforarlo. El bióxido de carbono ataca al metal, especialmente
cuando está en presencia del oxígeno disuelto. El bióxido de carbono combinado
con el agua forma ácido carbónico que, bajo ciertas condiciones, es un agente
corrosivo para los metales férreos y las aleaciones de níquel y cobre.
Para la remoción del oxígeno contenido en el agua de alimentación se requiere un
deareador, en donde el agua de repuesto y el retorno de condensado son
mezclados, calentados y agitados mediante la inyección de vapor vivo. Esta acción
separa al oxígeno y otros gases no condensables del agua, los cuales salen por el
tubo de venteo junto con una pequeña cantidad de vapor.
Los deaereadores mecánicos pueden reducir el contenido de oxígeno en el agua de
alimentación hasta fracciones de ppm. Sin embargo, para una eliminación completa
se requiere un tratamiento químico adicional. Uno de los métodos más comunes es
el que utiliza sulfito de sodio como catalizador, que reacciona con el oxígeno,
produciendo sulfato de sodio, el cual no provoca corrosión
3. Tratamiento del agua
El agua de repuesto la que se añade a la caldera, desde una fuente externa, para
reemplazar la que se pierde en la caldera y el sistema de distribución de vapor y
retorno de condensado; esto incluye las purgas, fugas de vapor, pérdidas de
condensado y el vapor utilizado directamente en los procesos.
El agua de repuesto se combina con el condensado del vapor que regresa del
sistema de distribución, llamado retorno de condensado, para formar el agua de
alimentación a la caldera. Ésta es deaereada para eliminar los gases no
condensables y tratados con los eliminadores de oxígeno.
4. Tratamiento interno del agua
El mejor método es la eliminación de los materiales que producen la incrustación
del agua de repuesto, reduciendo la dureza de ésta a valores cercanos a cero.
El tratamiento interno del agua se realiza mediante la adición de los químicos
requeridos para prevenir la incrustación derivada de los materiales que no fueron
eliminados por el tratamiento externo al agua de repuesto y la formación de
depósitos de lodo por la precipitación de estos materiales.

5. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. GENERADORES DE VAPOR Y CALORÍMETROS..
Formación de depósitos
Existen dos causas principales por las que se forman los depósitos en las calderas:
1) Incrustación: las altas temperaturas en el interior de las calderas causan la
precipitación de los compuestos donde la solubilidad es inversamente
proporcional a la temperatura de solución.
2. Lodos: la concentración en el agua de la caldera causa que ciertos
compuestos, a una temperatura dada, excedan su máxima solubilidad, forzando
la precipitación de éstos en las áreas de la caldera donde la concentración es
más alta.
Es una descripción muy simplificada de los mecanismos involucrados en la
formación de depósitos, sin embargo, incluye los factores esenciales para su
formación.
Conservación de energía mediante un control adecuado de la purga
La purga de caldera es un mecanismo para su operación limpia y segura, sin
embargo, no debemos olvidar que el agua purgada que sale de la caldera lleva una
cantidad considerable de energía. El ahorro de energía requiere que se mantenga
la mayor cantidad de ciclos de concentración permitidos en el agua de la caldera;
para lograr esto, es preciso sacrificar un poco el margen de seguridad y permitir se
incremente en cierto grado la cantidad de sólidos disueltos, e instalar un buen
sistema de control para asegurar que no se provocará un daño a la caldera como
resultado de operar en estas condiciones.
Purgas de fondo
En muchas instalaciones, no obstante apegarse a un programa estricto de purgas
de fondo, se tienen problemas por excesiva formación de lodos en el domo inferior.
Esto puede ser debido a que es insuficiente el tiempo que se mantiene la válvula de
purga abierta; en la práctica se ha demostrado que la purga de fondo es más
efectiva si se realizan purgas más frecuentes y de corta duración (10 a 20 seg.) que
purgas ocasionales de larga duración.
Los primeros segundos de la purga son los más efectivos. Si se mantiene la purga
de fondo por un periodo largo, se crean problemas de turbulencia, que agitan los
lodos depositados en el fondo y pueden ser arrastrados hacia los tubos de
generación, donde se calientan y endurecen provocando incrustación.
Determinación del pH en agua

6. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. GENERADORES DE VAPOR Y CALORÍMETROS..
La determinación del pH en el agua es una medida de la tendencia de su acidez o
de su alcalinidad. No mide el valor de la acidez o alcalinidad.
Un pH menor de 7.0 indica una tendencia hacia la acidez, mientras que un valor
mayor de 7.0 muestra una tendencia hacia lo alcalino.
La mayoría de las aguas naturales tienen un pH entre 4 y 9, aunque muchas de
ellas tienen un pH ligeramente básico, debido a la presencia de carbonatos y
bicarbonatos. Un pH muy ácido o muy alcalino puede ser indicio de una
contaminación industrial.
El valor del pH en el agua es utilizado también cuando nos interesa conocer su
tendencia corrosiva o incrustante, así como en las plantas de tratamiento de agua.

7. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. GENERADORES DE VAPOR Y CALORÍMETROS..
5. Memoria de cálculo (Eficiencia del generador de vapor, calidad del vapor en el
calorímetro eléctrico y de estrangulamiento).
1) Eficiencias
Datos
 PCA=42094(KJ/Kg)
 ρdisel=810[Kg/m3
]
 PATM=0.796 (Kg/cm2
)= 78.060934[KPa]
 T1=36 °C
 Cp=4.186 [KJ/Kg K]
 Pcaldera=6.5[Kg/cm2
]=637.432[KPa]
 P ABS caldera=Pcaldera+Patm= 715.493[KPa]
 y=8 cm=0.08 m
 a=0.3048 m
 tc=6 min 15s=375 seg
 Eficiencia de la caldera
Gc(PCA)η=Gv(h2-h1)
Calor suministrado= calor aprovechado
Nota: Cálculos de Gv,h2,h1 y Gc se muestran más adelante
η=
𝐺𝑣(ℎ2−ℎ1)
𝐺𝑐(𝑃𝐶𝐴)
; η=𝐺𝑣(ℎ2−ℎ1)
𝐺𝑐(𝑃𝐶𝐴)
∗ 100% =
0.2590∗(2706 .75−150 .696)
0.0160536∗42094
= 97.966%
 Para h1
h1=Cp(T1-0°C)[KJ/Kg]=4.186*(309.15 K-273.15 K)=150.696[KJ/Kg]
 Para h2 de tablas de vapor húmedo con presión de caldera PABS caldera
Nota: La calidad se utilizó la obtenida del calorímetro de estrangulamiento

8. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. GENERADORES DE VAPOR Y CALORÍMETROS..
Interpolando para encontrar hf y hfg con PABS caldera =715.493 [KPa]
hf=700.981[KJ/Kg]
hfg=2062.91 [KJ/Kg]
h2=hf+xhfg=700.981+0.9723(2062.91)=2706.75 [KJ/Kg]
 Gc(Gasto de combustible)
Gc=
𝑎2 𝑦
𝑡𝑐
𝜌 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 =
0.30482∗0.08
375
∗ 810=0.0160536[m3/s]
 Flujo másico de vapor
Gv=
𝐶𝑁∗1.31
(ℎ2−ℎ1)
=
505.402∗1.31
(2706.8856−150.696)
=0.259[Kg/s]
 Capacidad nominal (CN)
Sup. Calefacción: 47.5 m2
CN=
𝑆𝑢𝑝.𝑐𝑎𝑙𝑒𝑓𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛[𝑚2]
0.93[
𝑚2
𝐵𝐻𝑃
]
∗ 8510
𝐾𝑐𝑎𝑙
ℎ𝑟
= 434651.537[𝐾𝑐𝑎𝑙/ℎ𝑟][
4.186𝐾𝐽
1 𝐾𝑐𝑎𝑙
][
1 ℎ
3600𝑠
]
CN=505.402[Kw]
 Capacidad real (CR)
CR=Gv (h2-h1)=0.259*(2706.662.009[KJ/Kg]
 Factor de sobrecarga (FSC)
FSC=
𝐶𝑅
𝐶𝑁
=
662.009
505.402
= 1.31
1 Kcal=4.186 KJ
 Factor de evaporización (Fv)
Fv=
ℎ2−ℎ1
2274.67
=
2556.19
2274.67
= 1.124

9. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. GENERADORES DE VAPOR Y CALORÍMETROS..
2) Calidad del vapor (%)
a) Calorímetro de estrangulamiento
a.1 Diagrama de flujo
h3{de tablas de vapor sobrecalentado conT3 y Patm
T3= 114 °C
Interpolando con T3 y Patm
P=0.05(MPa) P=0.078060934 (MPa) P=0.1 (MPa)
T °C h(KJ/Kg) h(KJ/Kg) h(KJ/Kg)
100 2682.4 - 2675.8
114 2709.78 h3 2704.02
150 2780.2 - 2776.6

10. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. GENERADORES DE VAPOR Y CALORÍMETROS..
h3=2706.75(KJ/Kg)
hf,hfg{de tablas vapor saturado con Pabs caldera
hf=700.981[KJ/Kg]
hfg=2062.91 [KJ/Kg]
h3=h2 y h2=hf+x hfg
Sustituyendo datos
x=
ℎ3−ℎ𝑓
ℎ𝑓𝑔
∗ 100%=97.23%
Principio de Joule-Thompson
H2+Ec2+Ep2+Q=h3+Ec3+Ep3+W  h2=h3
b) Calorímetro eléctrico
b.1 Diagrama de flujo
b.2 diagrama T-s

11. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. GENERADORES DE VAPOR Y CALORÍMETROS..
b.3 Balance térmico
Datos:
 V=110 v
 I=14.5 A
 P4=1.5 [Kg/cm2
]=147.15[KPa]
 T4=154 °C
 Tvc=6 min=360 s
 Mtara=0.260 Kg
 Mtotal=4.6 Kg
 Para h2
Nota: cálculo de Mvc, y h4 se muestran más adelante.
VI= 𝑀𝑣𝑐̇ (ℎ4 − ℎ2)
h2=h4-
𝑉𝐼
𝑀𝑣𝑐̇
[KJ/Kg]=
2775.4716𝑘𝐽
𝑘𝑔
−
(110𝑉)(14.5𝐴)
1000
0.0121𝑘𝑔
𝑠
= 𝟐𝟔𝟒𝟑. 𝟔𝟓𝒌𝑱/𝒌𝒈
Por lo tanto h2=hf+xhfg
hf y hfg {de tablas de vapor saturado con Pabs caldera
hf=700.981[KJ/Kg]
hfg=2062.91 [KJ/Kg]
Sustituyendo datos
x=
ℎ2−ℎ𝑓
ℎ𝑓𝑔
*100%=94.1%
Para h4 de tablas de vapor sobrecalentado con
P4ABS =P4+PATM=225.211 [KPa] y T4=154 °C
Interpolando
𝒉 𝟒 = 𝟐𝟕𝟕𝟓. 𝟒𝟕𝟏𝟔[
𝒌𝑱
𝒌𝒈
]
𝑚 𝑣𝑐̇ =
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜
𝑡
=
𝑚 𝑣𝑐
𝑡 𝑣𝑐
=
(4.6 − 0.260) 𝑘𝑔
360 𝑠
= 0.0121𝑘𝑔/𝑠

12. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. GENERADORES DE VAPOR Y CALORÍMETROS..
6. Reflexión de lo aprendido, de lo requiere estudiar y profundizar, de su desempeño y compromiso
con su aprendizaje, de lo que requiere mejorar, etc.
7. Fuentes consultadas
 http://files.pfernandezdiez.es/centralesTermicas/PDFs/19CT.pdf
 YunusA Cengel, Termodinámica,McGraw hill 7ma edición,México,2012
 R.K.IngenieríaTermodinámica,Cengage,3maedición,México,2011
 Otto M. Leidenger. Procesos industriales.Fondo,1raedición,Perú,1997