Vapor

1. GENERACIÓN
DE VAPOR

2. TIPOS DE CALDERAS

3. CALDERA
PIROTUBULAR

5. CALDERA
ACUOTUBULAR

7. Generación de
energía eléctrica

8. GENERADOR DE
SERPENTIN

10. GENERADORES DE
ELECTRODO

11. AGUA DE ALIMENTACIÓN
DE CALDERA
• Sólidos disueltos – formadores de incrustaciones.
• Sólidos disueltos – formadores de espuma.
• Sólidos en suspensión
• Gases disueltos
Impurezas comunes en el agua de río

12. Procesos para
tratamiento del agua
• Suavización
• Desaireación
• Desmineralización u osmosis
inversa
• Dosificación de químicos

13. Efecto corrosivo del O2

14. Efecto de un alto nivel de SDT en
caldera

15. Nivel de SDT por conductividad
TDS =
𝐶𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 µ𝑆
𝑐𝑚
∗ 0.7
**Nota**: Relación válida para una muestra neutra a 25 °C
El agua de la caldera se mantiene normalmente alcalina
(típicamente pH 9 - 11) Con la intención de prevenir la
corrosión de la caldera y como efecto de esto, existe un
aumento en la conductividad del agua.
Partes Por Millón (ppm)
1 kg en 1,000,000 kg (1,000 Ton) de agua
Miligramo Por Litro (mg/l)
1 mg en 1,000,000 mg de agua
1 mg en 1,000 g de agua
1 mg en 1 litro de agua
100 ppm = 100 mg/l = 99.99% pureza
1,000 ppm = 1,000 mg/l = 99.9% pureza
10,000 ppm = 10,000 mg/l = 99% pureza

16. Proceso de estandarización de muestra
• Enfriamiento de muestra • Neutralización de muestra

17. Midiendo el nivel de SDT por conductividad
Nivel máximo de STD tolerado
para cada tipo de caldera
STD máximo
(ppm)
Lancashire 10,000
2-Pasos 4,500
3-Pasos 3,000-3,500
Acuotubular media presión 2000-3000
Acuotubular media presión 1,500
Generadores de vapor 2,000
• Valores solamente estimativos
• El fabricante de calderas debe consultarse para los valores específicos.
Flujo de descarga =
𝐹 ∗ 𝑆
𝐵 − 𝐹
Siendo:
F = STD del agua de alimentación (ppm)
B = STD requerido en la caldera (ppm)
S = Capacidad de demanda de vapor (kg/h)

18. Cálculo del flujo de descarga
Datos de entrada
F = STD de alimentación (ppm) = 250 ppm
B = STD requerido (ppm) = 2,500 ppm
S = Demanda de vapor (kg/h) = 10,000 kg/h
*Esto significa que debemos alimentar
11,111 kg/h de agua para generar solo
10,000 kg/h
Flujo de descarga =
𝐹 ∗ 𝑆
𝐵 − 𝐹
Flujo de descarga =
250 ∗ 10,000
2,500 −250
= 11,111
𝑘𝑔
ℎ
Ejemplo
Presión de la caldera Bar
g
% de combustible ahorrado por cada 1% de
reducción de descarga
7 0.19%
10 0.21%
17 0.25%
26 0.28%

19. • Asegurar la calidad del agua de
caldera a través del control continuo y
automático de la cantidad de sólidos
disueltos en suspensión.
Purga de superficie manual
Control automático de SDT
Control de Sólidos DisueltosTotales
Sensor STD
Descarga de SDT
ControlValve
Enfriador de muestras

20. Cálculo del caudal de purga por ciclos de concentración
• En una caldera de 100 CC que trabaja 24 horas, con una
eficiencia del 80% y 350 ppm en el agua de alimentación:
 Generamos 100 CC ∗ 15.5
𝑘𝑔
ℎ
𝐶𝐶 ∗ 0.8 = 1,240
𝑘𝑔
ℎ
 Esto significa 29,760
𝑘𝑔
𝑑𝑖𝑎
de vapor
 Si el agua tiene 350 ppm de SDT
 Tenemos 350 kg de SDT por cada 1’000,000 kg de agua

1´000,000
𝑘𝑔
ℎ2𝑜
350
𝑘𝑔
𝑆𝐷𝑇
29,760
𝑘𝑔
ℎ2𝑜
350
𝑘𝑔
𝑆𝐷𝑇
29760
𝑘𝑔
ℎ2𝑜
(1´000,000
𝑘𝑔
ℎ2𝑜
)
= 10.42
𝑘𝑔
𝑆𝐷𝑇
 Información necesaria:
Datos referentes al agua de
alimentación o reposición:
Valores de:Cloro, Silicio, Sólidos
totales disueltos, sólidos en suspensión
y Hierro (ppm)
Flujo de agua de reposición (kg/h)
Datos referentes a Caldera:
Presión deTrabajo (Kgf/cm2)
Flujo deVapor (Kg/h)
Porcentaje de retorno de
condensado en relación con el vapor
generado.
Cálculo de condensado recuperado
Masa de alimentación = Masa de Condensado + Masa de Reposición
M alim(Z) = M cond(X) + M Rep(Y)
Donde:
 X = ppm de condensado
 Y = ppm de reposición
 Z = ppm de alimentación
Rep + Cond = 1000
450Rep + 18Cond = 320(1000)
Rep = 1000 – Cond
450(1000-Cond) + 18Cond =320,000
450,000 – 432Cond = 320,000
Cond = 130,000/432
Cond = 301 kg/h = 30.1%
Ejercicio:

21. Cálculo del caudal de purga por ciclos de concentración
Datos de la Caldera:
• Presión deTrabajo: 10.5 Kgf/cm2
• Flujo deVapor: 3,000 Kg/h
• Porcentaje de retorno de condensado: 45% en
relación con la generación
Ejemplo:
Presión de
caldera
Kgf/cm2
SDT
(ppm)
Sólidos en
suspensión
(ppm)
Sílice (ppm)
SiO2
Hierro
(ppm)
Fe++, Fe+++
Cloruros
(ppm)
Cl-
0-10 3500-3000 350-300 180-140 10 < 500
10-20 3000-2500 300-250 140-100 10-5 < 400
20-30 2500-2000 250-200 100-50 5-4 < 300
30-42 2000-1500 200-150 50-40 4-3 < 150
Paso 1:
Cálcular los ciclos de concentración con relación a cada
componente, consultando la tabla siguiente, de acuerdo con la
presión de operación de la caldera
Ciclos de
concentración
=
Concentración máxima permisible (tabla)
=
B
Concentración en agua de caldera (reporte) F
Paso 2:
Cálculo de la cantidad de agua a ser descargada:
𝐶𝐶𝑆𝐷𝑇 =
2500
79.2
= 31.57
𝐶𝐶𝑆𝑜𝑙.𝑆𝑢𝑠𝑝. =
250
11.1
= 22.52 𝐶𝐶𝐻𝑖𝑒𝑟𝑟𝑜 =
5
0.45
= 11.1
𝐶𝐶𝐶𝑙𝑜𝑟𝑢𝑟𝑜𝑠 =
500
12.4
= 40.32 𝐶𝐶𝑆𝑖𝑙𝑖𝑐𝑒 =
100
8
= 12.5
𝐶𝐶𝐻𝑖𝑒𝑟𝑟𝑜 = 𝐶𝐶𝐶𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑜 = 11.1
𝑄 =
𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟
𝐶𝐶𝐶𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑜 − 1
=
3000
11.1 − 1
297.03 Kg/h de agua a ser descargados
* El hierro es el componente
crítico, es decir, alcanzará su
concentración máxima
permisible al interior de la
caldera antes que los demás.

22. Purga de fondo
Descarga de fondo manual
 Necesita de supervisión del operador
 Desperdicio de agua tratada y caliente
 Riesgo de incrustaciones
 Caída de la eficiencia de la caldera
 Riesgo de enviar agua caliente al drenaje
Remoción periódica de los sólidos asentados en el fondo a través
de una válvula instalada en la parte inferior de la caldera.
Ventajas del sistema automático de purga de fondo
 No necesita de supervisión del operador
 Minimiza desperdicio de agua tratada y calentada
 Minimiza riesgo de incrustaciones
 Elimina el riesgo de enviar agua caliente al drenaje

23. Cálculo del tiempo purga de fondo
Así, tenemos:
En 1 segundo – 74 litros X = 4.01 segundos
En X segundos – 297.03 litros
Presión (bar) ½” 1” 1 ½” 2” 2 ½” 3”
7 13 27 60 80 118 208
10.5 20 36 74 100 138 248
14 21 38 81 112 170 275
17.5 22 40 88 123 190 300
21 23 41 90 132 212 318
24.5 24 42 92 140 227 332
28 25 43 94 150 242 340
Considerando que la válvula de purga es de Ø 1 ½”, podemos ver que la
descarga es de 74 lt/seg, para una presión en Caldera de 10 bar.
Por lo tanto debemos abrir totalmente las válvulas de descarga
de fondo por 4 segundos alternadamente, de hora en hora.

24. Incrustación
1.5 mm 15 %
3.1 mm 20 %
6.3 mm 39 %
9.5 mm 55 %
12.7 mm 70 %
Relación entre incrustaciones de CaCO3 y la
pérdida de transferencia térmica
Las incrustaciones de Sílice (SiO2) pueden
incrementar estos índices por lo menos al
doble los datos arriba mencionados.
Pérdida de eficiencia en calderas por la presencia de hollín en tubos
Espesor de Hollín PerdidaTérmica
0.78 mm 9.5 %
1.50 mm 26.0%
3.10 mm 45.3 %
4.60 mm 69.0%

25. Control de nivel
Los controles y alarmas de nivel son elementos
vitales para la seguridad en la casa de calderas,
así como para la operación eficiente de las
mismas.
La bomba se apaga o la válvula se Cierra
La bomba se prende o la válvula se abre
Primer alarma de nivel bajo
Segunda alarma de nivel bajo
Nivel normal de agua

26. Nivel de caldera controlado por accionamiento de bomba
Ventajas Desventajas
Simples de operar Cada caldera necesita de su
propia bomba
Costo relativamente
bajo
Desgaste prematuro de los
componentes de la bomba
Bueno para calderas en
“stand by”
Variaciones en la presión y
demanda del vapor
Mayor índice de arrastre de
humedad

27. Sistema de control modulante – válvula de control de alimentación Sistema de control modulante – bomba con variador de velocidad
Ventajas
Presión y flujo de vapor constante
Mejor eficiencia de quema de la caldera
Menor fatiga térmica de caldera
Menos arrastre de agua en vapor
Puede utilizar un sistema central de bombas
Un menor desgaste de la bomba y el
quemador
Desventajas
El costo es más elevado que un sistema on-off
Bomba prendida continuamente
Un posible mayor consumo de energía eléctrica
Sistema de control modulante

28. Control de nivel de dos elementos
Control de nivel de tres elementos
Control de nivel de tres elementos en un sistema de
calderas múltiples

30. Un orificio de 7.5 mm
a una presión de 6
barm genera una
perdida de 110 kg/h
Trabajando 8,400
horas/año
Y un costo de
tonelada de vapor de
$ 350.00/Ton
Esto representa una
pérdida de:
$ 323,400.00 / año
$ 26,950.00 / mes
Pérdidas de vapor por orificios
Caudal
de
perdida
(kg/h)
Presión (barm)

31.  Se tienen fugando 10 trampas
de vapor con 3 orificios de 3
mm c/u.
 La presión de vapor es de 10
barm.
 Y el costo de tonelada de vapor
es de $ 550.00/Ton.
 Se trabajan 720 h/mes.
 ¿Cuál es el costo mensual de la
pérdida?
Ejercicio
Pérdidas de vapor por orificios

32. 3x
2x
x
Debido a la característica erosiva del vapor (fluido bifásico) y con el
paso del tiempo, el orificio aumenta exponencialmente y al mismo
tiempo el …
¡DESPERDICIO!
No basta solamente eliminar las perdidas, es preciso
corregirlas lo más pronto posible.
1 2 3
Pérdidas por orificios

33. Pérdidas de energía en el circuito de vapor
El ciclo ideal
El ciclo real

34. Costo de laToneladaVapor =
ℎ𝑔−ℎ𝑎𝑔𝑢𝑎 ∗ 1000 ∗(𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒)
𝑃𝐶𝐼 ∗(𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐶𝑎𝑙𝑑𝑒𝑟𝑎)
¿Cómo calcularlo?
Cálculo del costo del vapor

35. Ejemplo
Gas natural
DATOS:
 Presión de la Caldera 8 bar
 Eficiencia de la Caldera 85%
 Temperatura Agua de Alimentación 80°C
 Costo del combustible $ 4.10 /m3
 Flujo de la Caldera 3000 Kg/h
TablaVapor Saturado hg = 2,774.0 𝐾𝐽
𝐾𝑔
ℎ𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝐶𝑝 ∗ ∆𝑇 = 4.186
𝐾𝐽
𝐾𝑔°𝐶 °𝑇 − 0°𝐶 = 4.186 80 = 334.9
𝐾𝐽
𝐾𝑔
Entonces:
ℎ𝑔= 2,774.0 𝐾𝐽
𝐾𝑔
ℎ𝑎𝑔𝑢𝑎 = 334.9 𝐾𝐽
𝐾𝑔
Costo del gas natural = $ 4.10/m3
PCI = 37,255
𝐾𝐽
𝑚3(gas natural no asociado)
Costo de laToneladaVapor =
ℎ𝑔−ℎ𝑎𝑔𝑢𝑎 ∗ 1000 ∗(𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒)
𝑃𝐶𝐼 ∗(𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐶𝑎𝑙𝑑𝑒𝑟𝑎)
Costo de laToneladaVapor =
2,774𝐾𝐽
𝐾𝑔−334.9𝐾𝐽
𝐾𝑔 ∗ 1000𝐾𝑔
𝑇𝑜𝑛 ∗($4.10/𝑚3)
37,225𝐾𝐽
𝑚3 ∗(.85)
$ 385.10
𝑇𝑜𝑛.

36. Ejemplo Gas LP
DATOS:
 Presión de la Caldera 8 bar
 Eficiencia de la Caldera 85%
 Temperatura Agua de Alimentación 80°C
 Costo del combustible $ 12.0 /Kg
 Flujo de la Caldera 3000 Kg/h
TablaVapor Saturado hg = 2,774.0 𝐾𝐽
𝐾𝑔
ℎ𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝐶𝑝 ∗ ∆𝑇 = 4.186
𝐾𝐽
𝐾𝑔°𝐶 °𝑇 − 0°𝐶 = 4.186 80 = 334.9
𝐾𝐽
𝐾𝑔
Entonces:
ℎ𝑔= 2,774.0 𝐾𝐽
𝐾𝑔
ℎ𝑎𝑔𝑢𝑎 = 334.9 𝐾𝐽
𝐾𝑔
Costo del gas LP = $ 12.0/Kg
PCI = 46,390
𝐾𝐽
𝐾𝑔
Costo de laToneladaVapor =
ℎ𝑔−ℎ𝑎𝑔𝑢𝑎 ∗ 1000 ∗(𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒)
𝑃𝐶𝐼 ∗(𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐶𝑎𝑙𝑑𝑒𝑟𝑎)
Costo de laToneladaVapor =
2,774𝐾𝐽
𝐾𝑔−334.9𝐾𝐽
𝐾𝑔 ∗ 1000𝐾𝑔
𝑇𝑜𝑛 ∗($12.0/𝐾𝑔)
46,390 𝐾𝐽
𝐾𝑔 ∗(.85)
$ 748.28
𝑇𝑜𝑛.

37. Ejemplo Diesel
DATOS:
 Presión de la Caldera 8 bar
 Eficiencia de la Caldera 85%
 Temperatura Agua de Alimentación 80°C
 Costo del combustible $ 12.27 /litro
 Flujo de la Caldera 3000 Kg/h
TablaVapor Saturado hg = 2,774.0 𝐾𝐽
𝐾𝑔
ℎ𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝐶𝑝 ∗ ∆𝑇 = 4.186
𝐾𝐽
𝐾𝑔°𝐶 °𝑇 − 0°𝐶 = 4.186 80 = 334.9
𝐾𝐽
𝐾𝑔
Entonces:
ℎ𝑔= 2,774.0 𝐾𝐽
𝐾𝑔
ℎ𝑎𝑔𝑢𝑎 = 334.9 𝐾𝐽
𝐾𝑔
Costo del Diesel = $ 12.27/litro
PCI =37,434
𝐾𝐽
𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜
Costo de laToneladaVapor =
ℎ𝑔−ℎ𝑎𝑔𝑢𝑎 ∗ 1000 ∗(𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒)
𝑃𝐶𝐼 ∗(𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐶𝑎𝑙𝑑𝑒𝑟𝑎)
Costo de laToneladaVapor =
2,774𝐾𝐽
𝐾𝑔−334.9𝐾𝐽
𝐾𝑔 ∗ 1000𝐾𝑔
𝑇𝑜𝑛 ∗($12.27/𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜)
37,434 𝐾𝐽
𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜 ∗(.85)
$ 938.27
𝑇𝑜𝑛.