vapor

1. 1
ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE
CHIMBORAZO
FACULTAD DE MECÁNICA
ESCUELA DE INGENIERÍA DE MANTENIMIENTO
PROYECTO DE GENERACION DE VAPOR Y REFRIGERACIÓN
TEMA:
EFICIENCIA DE UNA CALDERA
PROFESOR:
ING. ANGEL RAMIREZ
REALIZADO POR:
SANTIAGO MACHADO 1291
LUIS YUNGAN 926
PERÍODO ACADÉMICO:
ABRIL - AGOSTO 2015

2. 2
TABLA DE CONTENIDOS
...........................................................................................................................................1
ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO...............................................................1
FACULTAD DE MECÁNICA..........................................................................................1
ESCUELA DE INGENIERÍA DE MANTENIMIENTO ....................................................1
CAPÍTULO I...........................................................................................................................5
INTRODUCCIÓN....................................................................................................................5
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..............................................................................5
1.2 OBJETIVOS......................................................................................................................5
1.2.1 OBJETIVO GENERAL......................................................................................................5
1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...............................................................................................5
1.3 JUSTIFICACIÓN................................................................................................................5
CAPÍTULO II..........................................................................................................................6
MARCO TEÓRICO..................................................................................................................6
2.1 CALDERO........................................................................................................................6
2.2 CALDERA PIROTUBULAR..................................................................................................6
2.3.1 CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERAS PIROTUBULARES: ......................................................6
2.3.2 HOGAR EXTERIOR:........................................................................................................6
2.3.3 HOGAR INTERIOR:........................................................................................................6
2.6 RENDIMIENTO DE UNA CALDERA.....................................................................................6
2.6.1 MÉTODO DIRECTO .......................................................................................................6
2.6.2 MÉTODO INDIRECTO....................................................................................................7
2.7 MANERAS PARA LA MEJORA DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA DE UNA CALDERA ..................7
2.7.1 AJUSTE DE LA COMBUSTIÓN.........................................................................................8
2.7.2 ECONOMIZADORES EN CALDERAS.................................................................................8
Figura 2.1. Economizador instalado en calderas, cortesía de standard SKI.........................8
2.7.3 PRECALENTAMIENTO DEL AIRE DE COMBUSTIÓN ..........................................................9
Figura 2.2. Precalentador de aire, cortesía de admosferis.com ..........................................9
2.7.4 RECUPERACIÓN DEL CALOR DE PURGAS ......................................................................10
Figura 2.3. Recuperadores de calor de purgas, cortesía de SPIRAXSARCO....................10
2.7.5 SUSTITUCIÓN DE UNA CALDERA DE DIESEL POR CALDERA ELÉCTRICA ...........................11
CAPÍTULO III.......................................................................................................................12
APLICACIÓN.......................................................................................................................12
3.1 ASPECTOS GENERALES..................................................................................................12

3. 3
3.1.1 UBICACIÓN DE LA EMPRESA .......................................................................................12
3.1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PRODUCTIVO...................................................................12
3.1.3 DIAGRAMA DE PLANTA DE LÁCTEOS TUNSHI ...............................................................13
3.1.4 DATOS DE LA CALDERA...............................................................................................13
3.2 CÁLCULOS GENERALES ..................................................................................................14
3.2.1 CONSUMO DE COMBUSTIBLE .....................................................................................14
3.2.2 MASA DE COMBUSTIBLE.............................................................................................15
3.2.3 ENTALPÍA DE VAPOR..................................................................................................15
3.2.4 ENTALPÍA DE FLUIDO DE ENTRADA (AGUA)..................................................................15
3.2.5 PCS (PODER CALORÍFICO SUPERIOR) DIÉSEL.................................................................16
3.2.6 PRODUCCIÓN DE VAPOR............................................................................................16
𝒚 = 𝟏𝟏, 𝟐𝟖 𝒆𝟎, 𝟎𝟎𝟐𝟖(𝟐𝟏) = 𝟏𝟐. 𝟓𝟒𝟒 (𝑲𝒈/𝒉)...................................................................16
Temperatura de alimentación de agua: 21°C........................................................................16
𝑷𝒐𝒓 𝒍𝒐 𝒕𝒂𝒏𝒕𝒐 𝒍𝒂 𝒑𝒓𝒐𝒅𝒖𝒄𝒄𝒊ó𝒏 𝒅𝒆 𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓 = 𝟏𝟐. 𝟓𝟒𝟒𝑲𝒈𝒉∗ 𝑪𝑪 ∗ 𝟏𝟓𝑪𝑪 = 𝟏𝟖𝟖. 𝟏𝟔 𝑲𝒈/𝒉.16
3.2.7 MÉTODO DIRECTO .....................................................................................................16
3.3 MÉTODO INDIRECTO.....................................................................................................17
3.3.1 PÉRDIDAS POR LA CHIMENEA .....................................................................................17
3.3.2 PÉRDIDAS POR INQUEMADOS.....................................................................................17
3.3.3 PÉRDIDAS POR RADIACIÓN.........................................................................................18
3.3.4 PÉRDIDAS POR PURGAS..............................................................................................18
3.3.5 APLICACIÓN DEL MÉTODO INDIRECTO........................................................................19
3.4. CÁLCULOS DE MEDIDAS PARA MEJORA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ...............................19
3.4.1 AJUSTE DE LA COMBUSTIÓN.......................................................................................19
3.4.2 ECONOMIZADORES EN CALDERAS...............................................................................20
3.4.3 PRECALENTAMIENTO DEL AIRE DE COMBUSTIÓN ........................................................20
3.4.4 RECUPERACIÓN DEL CALOR DE PURGAS ......................................................................21
3.4.5 SUSTITUCIÓN DE CALDERAS ELÉCTRICAS POR CALDERAS DE GAS NATURAL...................21
CAPÍTULO IV.......................................................................................................................23
RESULTADOS......................................................................................................................23
4.1 RESULTADOS DE EFICIENCIA..........................................................................................23
4.2 RESULTADOS MEDIDAS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA .......................................................23
CAPITULO V .......................................................................................................................24
CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES, ANEXOS ..................................................................24
5.1 CONCLUSIONES ............................................................................................................24

4. 4
5.2 RECOMENDACIONES.....................................................................................................24
5.3 BIBLIOGRAFIA/LINKOGRAFIA ........................................................................................24
5.4 ANEXOS........................................................................................................................25

5. 5
CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Este proyecto surge como respuesta de cómo poner en práctica la metodología de los estudiantes
para la investigación y para poner en práctica los conocimientos adquiridos en el área de
generación de vapor y refrigeración, además con este llevar a que las nuevas generaciones
apliquen sus conocimientos en nuevos proyectos que se propongan relacionado al tema de la
eficiencia de los calderos. El trabajo se realizó con investigaciones sobre el tema que dio
resultado la eficiencia en una caldera piro tubular.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 OBJETIVO GENERAL
Determinar la eficiencia de una caldera pirotubular mediante los métodos directo e indirecto.
1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
 Realizar un estudio acerca de la eficiencia en una caldera.
 Generar cálculos de eficiencia en una caldera.
 Analizar las medidas que mejoran la eficiencia en una caldera.
1.3 JUSTIFICACIÓN
La caldera pirotubular es una de las máquinas importantes en las fábricas e industrias para
la generación de vapor a determinada presión y temperatura según el proceso, las empresas
producen a niveles altos de calidad, utilizando al máximo los recursos por lo tanto la
determinación de la eficiencia en esta máquina es importante ya que esto determinara
beneficios importantes para la empresa.

6. 6
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1 CALDERO
Es un recipiente cerrado que transforma el agua en vapor a determinada presión y temperatura
mediante la aplicación de una fuente de calor.
2.2 CALDERA PIROTUBULAR
Pirotubulares: en este tipo, el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente atravesado
por tubos, por los cuales circulan gases a alta temperatura, producto de un proceso de
combustión. El agua se evapora al contacto con los tubos calientes productos a la circulación de
los gases de escape. No confundir esta definición con la de un intercambiador de calor.
2.3.1 CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERAS PIROTUBULARES:
2.3.2 HOGAREXTERIOR:
 DE RETORNO HORIZONTAL
 DE TIPO ECONOMICO
 HOGAR DE LOCOMOTORA
2.3.3 HOGARINTERIOR:
 VERTICAL
 HORIZONTAL
2.6 RENDIMIENTO DE UNA CALDERA
El rendimiento de una caldera puede calcularse por dos métodos:
2.6.1 MÉTODO DIRECTO
En el métododirecto,laeficienciade unacalderase define como:
𝜂 =
𝑃𝑣 ( 𝐻 𝑉 − ℎ 𝑓𝑒)
𝑏 ∗ 𝑃𝐶𝑆
∗ 100
Donde:
𝜂=eficiencia de la caldera
𝑃𝑣 = Producción de vapor [kg/h]
𝐻 𝑉 = Entalpía del vapor [kcal/kg]
ℎ 𝑓𝑒 = Entalpía del fluido de entrada [kcal/kg]
𝑏 = Consumo de combustible [Ud. de combustible/h]

7. 7
𝑃𝐶𝑆 = Poder Calorífico Superior del combustible [kcal/Ud. de combustible] 45125kJ/kg
Se observa que para poder calcular el rendimiento de la caldera por este método será necesario
conocer la producción horaria del vapor así como el consumo de combustible que en este caso
es diésel.
2.6.2 MÉTODO INDIRECTO
Si se desconoce la producción de vapor o el consumo de combustible se aplica este método,
también conocido como método de las pérdidas separadas.
𝜂 =
𝑄 𝑈𝑇𝐼𝐿
𝑄 𝐴𝑃𝑂𝑅𝑇𝐴𝐷𝑂
∗ 100
Donde : 𝑄 𝑈𝑇𝐼𝐿 = 𝑄 𝐴𝑃𝑂𝑅𝑇𝐴𝐷𝑂 - 𝑄 𝑃𝐸𝑅𝐷𝐼𝐷𝐴𝑆
𝜂 =
𝑄 𝐴𝑃𝑂𝑅𝑇𝐴𝐷𝑂 − 𝑄 𝑃𝐸𝑅𝐷𝐼𝐷𝐴𝑆
𝑄 𝐴𝑃𝑂𝑅𝑇𝐴𝐷𝑂
∗ 100 = (1 −
𝑄 𝑃𝐸𝑅𝐷𝐼𝐷𝐴𝑆
𝑄 𝐴𝑃𝑂𝑅𝑇𝐴𝐷𝑂
) ∗ 100
𝑛 = (1 −
𝑄𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠
𝑄𝑎𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜
) ∗ 100
Siendo:
𝑄 𝑃𝐸𝑅𝐷𝐼𝐷𝐴𝑆 = 𝑄 𝐻𝑈𝑀𝑂𝑆 + 𝑄𝐼𝑁𝑄𝑈𝐸𝑀𝐴𝐷𝑂𝑆 + 𝑄 𝑃𝑈𝑅𝐺𝐴𝑆 + 𝑄 𝑅𝐴𝐷𝐼𝐴𝐶𝐼𝑂𝑁 [kcal/Ud. de combustible]
𝑄 𝐴𝑃𝑂𝑅𝑇𝐴𝐷𝑂 = 𝑃𝐶𝐼 [𝑘𝑐𝑎𝑙/ 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒]
2.7 MANERAS PARA LA MEJORA DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA DE UNA
CALDERA
A continuación se presentan las maneras de ahorro energético aplicables a las calderas, tanto si
son empleadas para la generación de vapor como si se utilizan para el calentamiento de un
fluido.
Las medidas de ahorro energético que se van a considerar son:
1. Ajuste de la combustión
2. Economizadores en calderas
3. Precalentamiento del aire de combustión
4. Recuperación del calor de purgas

8. 8
2.7.1 AJUSTE DE LA COMBUSTIÓN
Para ver elahorro por ajuste de combustión habrá que calcular el rendimiento de la caldera antes
( 𝜂 𝑐𝑖) y después ( 𝜂 𝑐𝑓) del ajuste de combustión.
El ahorro será: 𝐴 =
𝜂 𝑐𝑓−𝜂 𝑐𝑖
𝜂 𝑐𝑓
Si la caldera consume C unidades de combustible al año, el ahorro anual será: 𝐴 ∗ 𝐶
Las actuaciones a realizar para mejorar la combustión pueden ser:
a) Ajustar la combustión de forma manual
b) Sustituir los quemadores
2.7.2 ECONOMIZADORES EN CALDERAS
Un Economizador es un dispositivo mediante el cual se recupera Energía Calorífica
desperdiciada por una fuente de calor (Ejemplo: CONDENSADORES) para pre-calentar algún
elemento que lo requiera (ejemplo: Agua de alimentación a la Caldera). Un Economizador le
Ayuda a Recuperar Energía que usted ya ha pagado, a la vez de reducir la emisión de gases
calientes a la atmósfera.
El ahorro por la instalación de un economizador se calculará a través de los rendimientos antes y
después de la mejora.
Figura 2.1. Economizador instalado en calderas, cortesía de PRASOL
Normalmente, estos rendimientos se calculan por el método indirecto.
𝜂 = (1 −
𝑄 𝑃𝐸𝑅𝐷𝐼𝐷𝐴𝑆
𝑃𝐶𝐼
)∗ 100

9. 9
Donde:
𝑄 𝑃𝐸𝑅𝐷𝐼𝐷𝐴𝑆 = 𝑄 𝐻𝑈𝑀𝑂𝑆 + 𝑄𝐼𝑁𝑄𝑈𝐸𝑀𝐴𝐷𝑂𝑆 + 𝑄 𝑃𝑈𝑅𝐺𝐴𝑆 + 𝑄 𝑅𝐴𝐷𝐼𝐴𝐶𝐼𝑂𝑁
Al instalar un economizador lo único que varía es 𝑄 𝐻𝑈𝑀𝑂𝑆 pues disminuirá la temperatura de
salida de los humos.
El ahorro será:
𝐴 =
𝜂 𝑓 − 𝜂𝑖
𝜂 𝑓
Si la caldera consume C unidades de combustible al año, el ahorro anual será: 𝐴 ∗ 𝐶
2.7.3 PRECALENTAMIENTO DEL AIREDE COMBUSTIÓN
El empleo de esta medida de ahorro energético tiene como fin el aprovechamiento del calor
residual de los humos de combustión de la caldera para el pre calentamiento del aire que será
empleado en dicha combustión.
Figura 2.2. Precalentador de aire, cortesía de PRASOL
El uso de pre calentadores de aire en calderas, dado el bajo coeficiente global de transmisión de
calor entre dos gases, sólo se recomienda como último recurso y siempre que no se pueda
utilizar la entalpía de los gases de salida para precalentar otro tipo de fluido (por ejemplo el
agua de aporte de red).
El ahorro por la instalación de cualquier equipo de este tipo se calculará a través de los
rendimientos antes y después de la mejora.

10. 10
Normalmente, estos rendimientos se calculan por el método indirecto.
𝜂 = (1 −
𝑄 𝑃𝐸𝑅𝐷𝐼𝐷𝐴𝑆
𝑃𝐶𝑆
)∗ 100
Donde:
𝑄 𝑃𝐸𝑅𝐷𝐼𝐷𝐴𝑆 = 𝑄 𝐻𝑈𝑀𝑂𝑆 + 𝑄𝐼𝑁𝑄𝑈𝐸𝑀𝐴𝐷𝑂𝑆 + 𝑄 𝑃𝑈𝑅𝐺𝐴𝑆 + 𝑄 𝑅𝐴𝐷𝐼𝐴𝐶𝐼𝑂𝑁
Al instalar un recuperador para precalentar elaire lo único que varía es 𝑄 𝐻𝑈𝑀𝑂𝑆 pues disminuirá
la temperatura de salida de los humos de la caldera.
El ahorro será:
𝐴 =
𝜂 𝑓 − 𝜂𝑖
𝜂 𝑓
Si la caldera consume C unidades de combustible al año, el ahorro anual será: 𝐴 ∗ 𝐶
2.7.4 RECUPERACIÓN DEL CALORDE PURGAS
La operación de purga consiste en extraer sólidos disueltos y en suspensión de la caldera, ya que
al vaporizarse el agua aumenta la concentración de estos sólidos en el agua que queda, lo que
provoca problemas importantes.
El agua evacuada en las purgas de las calderas de vapor está a elevada temperatura y presión. El
calor contenido en el agua de purgas se recupera expansionándola en un tanque y utilizando el
líquido y el vapor producidos.
Figura 2.3. Recuperadores de calor de purgas, cortesía de SPIRAXSARCO
El ahorro obtenido gracias a la recuperación de este calor sería:

11. 11
𝐴 =
𝑄[𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑎ñ𝑜]
𝜂 ∗ 𝑃𝐶𝑆[𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑢𝑑.𝑐𝑜𝑚𝑏]
Donde:
𝑄 = Calor recuperado del condensado o purga
𝜂 = Rendimiento de la caldera
𝑃𝐶𝑆 = Poder Calorífico Superior del combustible
2.7.5 SUSTITUCIÓNDE UNA CALDERA ELÉCTRICA PORCALDERA DE DIESEL
Mediante esta propuesta de mejora se calcula el ahorro obtenido al sustituir las calderas
eléctricas de una fábrica por una caldera de diésel.
Figura 2.4. Caldera eléctrica

12. 12
CAPÍTULO III
APLICACIÓN
EL EJEMPLO DE APLICACIÓNSE LO REALIZÓ EN LA CALDERA DE LA
EMPRESA PRASOL
3.1 ASPECTOS GENERALES
3.1.1 UBICACIÓN DE LA EMPRESA
La empresa de Lácteos “Prasol” está ubicada en la provincia de Chimborazo, parroquia San Luis
del Cantón Riobamba
3.1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PRODUCTIVO
El proceso productivo en la empresa de lácteos “Prasol” inicia con el acopio de leche en el
tanque de almacenamiento de acero inoxidable o en su defecto, con el almacenamiento en los
recipientes de acero inoxidable de capacidad de 25000 a 30000 litros de leche procedente de las
diferentes haciendas cercanas a la empresa .
Una vez energizado el sistema se procede a calibrarlo hasta alcanzar las temperaturas de
pasteurización de 83°C y 5°C, esta calibración se lo realiza utilizando agua en el sistema a 2
bares de presión. Alcanzadas las temperaturas indicadas se procede a alimentar de leche al
sistema de pasteurización, luego pasa al sistema de centrifugado a una presión de 25 a 30 PSI
proceso que logra disolver, mezclar y evitar la presencia de natas en la leche, para luego pasar al
proceso de homogenización es decir obtener un producto homogéneo, este producto pasa al
tanque de almacenamiento para luego ser envasado en la enfundadora, una vez enfundado el
producto pasará al cuarto frío para su posterior distribución y entrega en los diferentes
supermercados y tiendas de la provincia.

13. 13
3.1.3 DIAGRAMA DEL CALDERO DE LÁCTEOS PRASOL
Figura 3.1. Diagrama del caldero de lácteos PRASOL
Fuente: Planta de lácteos PRASOL
3.1.4 DATOS DE LA CALDERA
FICHA TÉCNICA
NOMBRE DEL
EQUIPO:
CALDER
O
CODIGO: 20214 DEPENDENC
IA:
FCP
MARCA: CLEVER
BOOK
MODELO: X UBICACIÓN: LACTEOS
FACTURA: X SERIE: VPC48S34S64J.
P
CATÁLOGO: X
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
VOLTAJE: 220V CAPACIDAD: 15 BHP PRESIÓN DE
DISEÑO
150 PSI
CONSUMO: 8 A T° DE
DISEÑO:
270°C PRESIÓN DE
PRUEBA
225 PSI
FABRICANTE: INDUSTRIA
ACERO DE
LOS ANDES
S.A
TARA: 2000KGS CERTIFICACI
ÓN
IAA
FOTOGRAFÍA DEL EQUIPO

14. 14
Figura 3.3. Posición horizontal del Tanque de
combustible (franja celeste volumen de consumo
del combustible)
Figura 3.2 Caldero de PRASOL
Fuente: Planta de lácteos SANRILLAN
3.2 CÁLCULOS GENERALES
3.2.1 CONSUMO DE COMBUSTIBLE
Datos del tanque de combustible
Forma cilíndrica
Radio= 0.40 M
Longitud= 2.35m
Posición horizontal
Volumen de tanque de combustible
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 = Á𝑟𝑒𝑎 ∗ 𝑙
𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝜋𝑟2ℎ = 𝜋(0.40)𝑚2(2.35) 𝑚 = 1.18𝑚3
Aplicando geometría para proceder a encontrar el volumen de gasto de combustible.

15. 15
Ecuación de circunferencia: 𝒙 𝟐 + 𝒚 𝟐 = 𝒓 𝟐
DATOS:
𝑟 = 0.40𝑚2
ℎ1 = 𝑦1 = 0.20𝑚
ℎ2 = 𝑦1 = 0.18𝑚
Puntos de intersección: 𝑥1 = 0.346 𝑥2 = 0.352
Aplicando calculo integral para la obtención del volumen de un cilindro parcial en este caso
lo que consumimos combustible en 30 minutos.
𝐴 = 2[∫ (0.20 − 0.18)
0.352
0
𝑑𝑥 + ∫ (√0.402 − 𝑥2 − 0.18) 𝑑𝑥
0.352
0.346
]
2[(0.02) ∗ (0.346) ∗ 2] + 2[−1.172 ∗ 10−3] − [2 ∗ 0.18 ∗ (0.352 − 0.346)]
𝐴 = 9.3 ∗ 10 −3 𝑚2
𝑉 = 𝐴 ∗ 𝑙 = 9.3 ∗ 10−3 ∗ 2.35 = 0.02185 𝑚3
3.2.2 MASA DE COMBUSTIBLE
𝑚 =
0.02185𝑚3
30𝑚𝑖𝑛
∗
60𝑚𝑖𝑛
1ℎ
= 0.0437
𝑚3
ℎ
∗
832 𝐾𝑔
1𝑚3 = 36.358
𝐾𝑔
ℎ
3.2.3 ENTALPÍA DE VAPOR
𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 = 52 𝑝𝑠𝑖 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 𝐸𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝í𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑠:2744.88 𝐾𝐽/𝐾𝑔
Fuente:http://www2.spiraxsarco.com/mx/resources/steam-tables/saturated-steam.asp
3.2.4 ENTALPÍA DE FLUIDO DE ENTRADA (AGUA)
𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 = 52 𝑃𝑆𝐼 ; 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛:21 °𝐶
𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝í𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑠:88.4818 𝐾𝐽/𝐾𝑔
Fuente:http://www2.spiraxsarco.com/mx/resources/steam-tables/sub-saturated-water.asp

16. 16
y = 11.828e0.0028x
R² = 0.9938
13.8
14
14.2
14.4
14.6
14.8
15
15.2
15.4
15.6
15.8
0 20 40 60 80 100 120
y(Kg/h)
3.2.5 PCS (PODER CALORÍFICO SUPERIOR) DIÉSEL
𝑃𝐶𝑆 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 = 45125 𝐾𝐽/𝐾𝑔
3.2.6 PRODUCCIÓNDE VAPOR
Datos obtenidos desde:
http://es.slideshare.net/sakuro2k/caballo-caldera
Entonces la ecuación descrita por los datos es:
𝑦 = 11,828𝑒0,0028𝑥
𝒚 = 𝟏𝟏, 𝟐𝟖 𝒆 𝟎,𝟎𝟎𝟐𝟖(𝟐𝟏) = 𝟏𝟐. 𝟓𝟒𝟒 (𝑲𝒈/𝒉)
Temperatura de alimentación de agua: 21°C
𝑷𝒐𝒓 𝒍𝒐 𝒕𝒂𝒏𝒕𝒐 𝒍𝒂 𝒑𝒓𝒐𝒅𝒖𝒄𝒄𝒊ó𝒏 𝒅𝒆 𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓 =
𝟏𝟐. 𝟓𝟒𝟒𝑲𝒈
𝒉 ∗ 𝑪𝑪
∗ 𝟏𝟓𝑪𝑪 = 𝟏𝟖𝟖.𝟏𝟔 𝑲𝒈/𝒉
Con error promedio de ±0.35%
3.2.7 MÉTODO DIRECTO
𝜂 =
𝑃𝑣 ( 𝐻 𝑉 − ℎ 𝑓𝑒)
𝑏 ∗ 𝑃𝐶𝑆
∗ 100
𝜂 =
188.16 𝐾𝑔
ℎ
∗ (2744.88 − 88.4818)
𝐾𝐽
𝐾𝑔
21.1328
𝐾𝑔
ℎ
∗ 45125
𝐾𝐽
𝐾𝑔
∗ 100
X (°C) Y (Kg/h)
100 15,66
70 14,31
60 14,04

17. 17
Figura 3.4. Pérdidas en la chimenea
Fuente: Ing. Ángel Ramírez
𝜼 = 𝟓𝟐. 𝟒𝟏%
3.3 MÉTODO INDIRECTO
3.3.1 PÉRDIDAS POR LA CHIMENEA
T° ambiente= 16°C; T° gases de la chimenea= 219°C; Bulbo húmedo 10.0
Entonces las pérdidas por chimeneas es: 18.9%
3.3.2 PÉRDIDAS POR INQUEMADOS
Información obtenida desde:
https://salvadorcobo.files.wordpress.com/2011/03/leccion_gc_rend_calderas.pdf
Figura 3.5. Valores óptimos de los parámetros de combustión
Fuente: https://salvadorcobo.files.wordpress.com/2011/03/leccion_gc_rend_calderas.pdf

18. 18
Las pérdidas por Inquemados se pueden calcular mediante esta expresión teórico-experimental.
𝑃𝑖𝑛𝑞𝑢𝑒𝑚𝑎𝑑𝑜𝑠=
21
21−𝑂2
∗( 𝐶𝑂
3100
+
𝐶𝐻
1000
)
𝑃𝑖𝑛𝑞𝑢𝑒𝑚𝑎𝑑𝑜𝑠=
21
21−3
∗( 400
3100
+
400
1000
)=0.62%
3.3.3 PÉRDIDAS POR RADIACIÓN
Tabla obtenida desde:
http://cicr.com/files/documentGallery/files/146_2.eficiencia_en_calderas..pdf
Figura 3.5. Tabla de pérdidas por radiación
Fuente: http://cicr.com/files/documentGallery/files/146_2.eficiencia_en_calderas..pdf
Entonces tenemos una pérdida del 3%
3.3.4 PÉRDIDAS POR PURGAS
Información obtenida desde: https://es.scribd.com/doc/60221721/1-5-Eficiencia-en-
Calderas#download
Figura 3.6. Nivel aceptable de las impurezas según las normas ABMA

19. 19
Fuente: (Shield, 1976)
Figura 3.7. Relación entre la pérdida de eficiencia y el porcentaje de purga
Fuente: (Shield, 1976)
Entonces tendremos una pérdida por purgas de: 3.3%
3.3.5 MÉTODO INDIRECTO
𝜂 =
𝑄 𝐴𝑃𝑂𝑅𝑇𝐴𝐷𝑂 − 𝑄 𝑃𝐸𝑅𝐷𝐼𝐷𝐴𝑆
𝑄 𝐴𝑃𝑂𝑅𝑇𝐴𝐷𝑂
∗ 100 = (1 −
𝑄 𝑃𝐸𝑅𝐷𝐼𝐷𝐴𝑆
𝑄 𝐴𝑃𝑂𝑅𝑇𝐴𝐷𝑂
) ∗ 100
𝜂 = (1 − 0.189 − 0.062 − 0.033 − 0.03) ∗ 100
𝜼 = 𝟔𝟖. 𝟔%
3.4. CÁLCULOS DE MEDIDAS PARA MEJORA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA
3.4.1 AJUSTE DE LA COMBUSTIÓN
Si se logra aumentar la eficiencia a un 80% el ahorro será
Costo diésel: $1.03/gal; trabajo de caldera 25 h a la semana, entonces sería 1300h/año
𝐺𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 0.0254
𝑚3
ℎ
∗
1300ℎ
𝑎ñ𝑜
∗
1000𝑙
𝑚3 ∗
1𝑔𝑎𝑙
3.79𝑙𝑡
∗
$1.03
𝑔𝑎𝑙
= 8973.77
$
𝑎ñ𝑜
0.8 =
188.16 𝐾𝑔
ℎ
∗ (2744.88 − 88.4818)
𝐾𝐽
𝐾𝑔
832
𝐾𝑔
𝑚3 ∗ 𝑉 ∗ 45125
𝐾𝐽
𝐾𝑔
𝑉 = 0.0166
𝑚3
ℎ
𝐺𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 80% = 5864.75
$
𝑎ñ𝑜

20. 20
𝑨𝒉𝒐𝒓𝒓𝒐 = 8973.77
$
𝑎ñ𝑜
− 5864.75
$
𝑎ñ𝑜
= 𝟑𝟏𝟎𝟗. 𝟎𝟐 $/𝒂ñ𝒐
𝑆𝑖 𝑎𝑙𝑐𝑎𝑛𝑧𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑒𝑙 85% 𝑑𝑒 𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑙 𝑎ℎ𝑜𝑟𝑟𝑜 𝑠𝑒𝑟í𝑎: 𝟑𝟒𝟔𝟐. 𝟑𝟐$/𝒂ñ𝒐
3.4.2 ECONOMIZADORES EN CALDERAS
𝜂 = (1 − 𝑄 𝑃𝐸𝑅𝐷𝐼𝐷𝐴𝑆 ) ∗ 100
Al igual que el análisis de combustión, esta medida trata de bajar los gases en la chimenea para
así subir la eficiencia en la caldera.
Ej.: Si reducimos 20 °C en los gases de la chimenea, entonces sería
𝜂 = (1 − 0.175 − 0.062 − 0.033 − 0.03) ∗ 100 = 70%
𝐺𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 8973.77
$
𝑎ñ𝑜
𝐺𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑒𝑙 70% = 0.0190
𝑚3
ℎ
∗
1300ℎ
𝑎ñ𝑜
∗
1000𝑙
𝑚3 ∗
1𝑔𝑎𝑙
3.79𝑙𝑡
∗
$1.03
𝑔𝑎𝑙
= 6712.66
$
𝑎ñ𝑜
Empleado el cálculo anterior el ahorro sería: 𝟐𝟐𝟔𝟏. 𝟏𝟏$/𝒂ñ𝒐
3.4.3 PRECALENTAMIENTO DEL AIREDE COMBUSTIÓN
𝜂 = (1 − 𝑄𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠) ∗ 100
El uso de precalentadores de aire en calderas, dado el bajo coeficiente global de transmisión de
calor entre dos gases, sólo se recomienda como último recurso y siempre que no se pueda
utilizar la entalpía de los gases de salida para precalentar otro tipo de fluido (por ejemplo el
agua de aporte de red).
Al instalar un recuperador para precalentar el aire lo único que varía es la temperatura de los
humos en la chimenea pues disminuirá la temperatura de salida de los humos de la caldera.
Si tenemos una eficiencia final de 75%
𝐺𝑎𝑠𝑡𝑜 𝐼𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 8973.77
$
𝑎ñ𝑜
𝐺𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑒𝑙 75% = 0.0177
𝑚3
ℎ
∗
1300ℎ
𝑎ñ𝑜
∗
1000𝑙
𝑚3 ∗
1𝑔𝑎𝑙
3.79𝑙𝑡
∗
$1.03
𝑔𝑎𝑙
= 6253.37
$
𝑎ñ𝑜

21. 21
Figura 3.8. Propiedades del vapor de agua
𝐸𝑙 𝑎ℎ𝑜𝑟𝑟𝑜 𝑠𝑒𝑟á: 𝟐𝟕𝟐𝟎. 𝟒
$
𝒂ñ𝒐
3.4.4 RECUPERACIÓN DEL CALORDE PURGAS
Si tenemos la eficiencia de la caldera de 52.41%, produciendo vapor a 4Kg/cm2, si trabaja
1300h/año, y si se realiza una purga continua de 5Kg/h a un tanque flash donde produce vapor a
2Kg/cm2,
Para aquello utilizaremos la siguiente tabla:
La producción de vapor será:
𝑃𝑣 =
5𝐾𝑔
ℎ
(143.7 − 119.8)
𝐾𝑐𝑎𝑙
𝐾𝑔
(645.6 − 119.8)
𝐾𝑐𝑎𝑙
𝐾𝑔
∗
1300ℎ
𝑎ñ𝑜
= 295.45
𝐾𝑔
𝑎ñ𝑜
𝑄𝑟𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 = 295.45
𝐾𝑔
𝑎ñ𝑜
∗ 645.6
𝐾𝑐𝑎𝑙
𝐾𝑔
= 190742.52
𝐾𝑐𝑎𝑙
𝑎ñ𝑜
𝐴 =
𝑄[𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑎ñ𝑜]
𝜂 ∗ 𝑃𝐶𝑆[𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑢𝑑.𝑐𝑜𝑚𝑏]
𝐴 =
190742.52𝐾𝑐𝑎𝑙
𝑎ñ𝑜
∗
4.184𝐽
𝑐𝑎𝑙
0.5241 ∗
45125𝐾𝐽
𝐾𝑔
= 33.74
𝐾𝑔
𝑎ñ𝑜
El ahorro será
𝑉 =
33.74
𝐾𝑔
𝑎ñ𝑜
0
2.465
𝐾𝑔
𝑚3
∗
1000𝑙
𝑚3 ∗
1𝑔𝑎𝑙
3.79𝑙
∗
1.03$
1𝑔𝑎𝑙
= 𝟑𝟕𝟏𝟗.𝟖𝟓
$
𝒂ñ𝒐
3.4.5 SUSTITUCIÓNDE CALDERAS ELÉCTRICAS POR CALDERAS DE GAS
NATURAL
Si utilizamos una caldera eléctrica de 18 KW marca Tameco,funcionando con carga media del
50%, si trabajamos las 1300h/año.
Entonces el consumo sería:

22. 22
18 𝑘𝑊 ∗ 1300
ℎ
𝑎ñ𝑜
∗ 0.5 = 11700 𝑘𝑊ℎ/𝑎ñ𝑜
El rendimiento de las calderas eléctricas para un grado de carga medio del 50% es del 85%, por
lo que la energía térmica generada es de:
11700𝑘𝑊ℎ
𝑎ñ𝑜
∗ 0.85 = 9945 𝑘𝑊ℎ/𝑎ñ𝑜
𝐸𝑙 𝑔𝑎𝑠𝑡𝑜 = 9945
𝑘𝑊ℎ
𝑎ñ𝑜
∗
0.0933$
1𝑘𝑊ℎ
= 927.87
$
𝑎ñ𝑜
𝐸𝑙 𝑎ℎ𝑜𝑟𝑟𝑜 𝑠𝑒𝑟í𝑎:8973.77
$
𝑎ñ𝑜
− 927.87
$
𝑎ñ𝑜
= 𝟖𝟎𝟒𝟓.𝟗$/𝒂ñ𝒐

23. 23
CAPÍTULO IV
RESULTADOS
4.1 RESULTADOS DE EFICIENCIA
Método Directo 𝜼 = 𝟓𝟐. 𝟒𝟏%
Método Indirecto 𝜼 = 𝟔𝟖. 𝟔%
4.2 RESULTADOS MEDIDAS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA
Medida de Eficiencia energética Ahorro
Ajuste de la combustión 𝟑𝟏𝟎𝟗. 𝟎𝟐 $/𝒂ñ𝒐
Economizadores en calderas 𝟐𝟐𝟔𝟏. 𝟏𝟏 $/𝒂ñ𝒐
Precalentamiento del aire de combustión 𝟐𝟕𝟐𝟎. 𝟒 $/𝒂ñ𝒐
Recuperación del calor de purgas 𝟑𝟕𝟏𝟗. 𝟖𝟓 $/𝒂ñ𝒐
Sustitución de calderas eléctricas por calderas de gas natural 𝟖𝟎𝟒𝟓. 𝟗 $/𝒂ñ𝒐
Según los resultados se dice que en la planta de lácteos PRASOL, se está gastando recursos
económicos.
Si se implementa cualquiera de las medidas de eficiencia descritas anteriormente se tendrá un
ahorro mínimo por cada año de 2720.4 $, que representa el 30.32% del gasto anual de
combustible empleado.
Para mejorar la eficiencia en la planta de lácteos PRASOL, según los datos obtenidos, debemos
elevar la T° del agua de alimentación utilizando los economizadores, ya que de ello depende
una mayor producción de vapor, así mismo si se mejora la combustión tendremos menor
temperatura en los gases de la chimenea que influye mucho en la eficiencia.
Podemos observar que la eficiencia por el método indirecto es superior al método directo por
cuanto las 𝜆 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 son datos aproximados como por ejemplo las perdidas por radiación se
estipula mediante tablas una pérdida del 3% en condiciones normales de aislamiento y
protección pero en caso de PRASOL, debería ser más del porcentaje establecido, al igual las
perdidas en purgas.

24. 24
CAPITULO V
CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES, ANEXOS
5.1 CONCLUSIONES
 Se identificó los problemas fundamentales que afectan en el rendimiento del caldero de
vapor de PRASOL, en los cuales contemplan, una excesiva temperatura de los gases de
la chimenea por ende un consumo excesivo gasto de combustible, al igual que la
temperatura del agua de alimentación.
 Se generó cálculos para determinar la eficiencia en la caldera y tener presente que la
eficiencia representa gastos económicos.
 Se analizó algunas medidas de eficiencia energética, lo cual nos indica el ahorro anual
que podemos obtener si se aplica al menos alguna medida.
5.2 RECOMENDACIONES
 La implantación de alguna medida energética será de gran utilidad con lo que respecta
gastos económicos.
 Se recomienda cambiar el equipo de control de nivel de agua, porque no está
cumpliendo con su función específica, de no hacerlo representaría un peligro latente
dentro de la planta.
 Para realizar el tratamiento químico se deber conocer las cantidad exacta del producto
químico a utilizar ya que representaría un gasto económico sobrecargar elproducto.
 El caldero debe ser analizado por un técnico, lo antes posible ya que el equipo se
encuentra en condiciones anormales de funcionamiento.
5.3 BIBLIOGRAFIA/LINKOGRAFIA
https://es.wikipedia.org/wiki/Caldera_(m%C3%A1quina)
http://www.bibliocad.com/biblioteca/instalacion-de-calderas-para-hospital_58418
http://www.fenercom.com/pdf/publicaciones/Guia-basica-calderas-industriales-eficientes-
fenercom-2013.pdf
http://www2.spiraxsarco.com/ar/pdfs/training/gcm_04.pdf
http://www.tamecosrl.com.ar/pdf/caracteristicas/calderas-electricas.pdf
http://www.tamecosrl.com.ar/pdf/caracteristicas/calderas-electricas.pdf

25. 25
5.4 ANEXOS

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Tabla1. Pérdidas en la chimenea
Fuente: Ing. Ángel Ramírez
TABLAS UTILIZADAS
Tabla 2. Valores óptimos de los parámetros de combustión
Fuente: https://salvadorcobo.files.wordpress.com/2011/03/leccion_gc_rend_calderas.pdf
Tabla 3. Tabla de pérdidas por radiación
Fuente: http://cicr.com/files/documentGallery/files/146_2.eficiencia_en_calderas..pdf

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Tabla 6. Propiedades del vapor de agua
Tabla 4.. Nivel aceptable de las impurezas según las normas ABMA
Fuente: (Shield, 1976)
Tabla 5. Relación entre la pérdida de eficiencia y el porcentaje de purga
Fuente: (Shield, 1976)