Ejemplos de calderas ITM

1. Instituto Tecnológico de Morelia
“José María Morelos y Pavón”
Ingeniería Eléctrica
Cristian Andres Aldaco Vega
12120263
Equipos Mecánicos
Nivelación: Calderas Unidad # 3
Morelia, Michoacán de Ocampo.

2. Una caldera que utiliza bagazo seco, el cual se precalienta a 80˚C; trabaja 10,500 h/año
produce 30 t/h de vapor a 40.79 Kg/cm2 y consume 21.000.000 Nm3/año. La capacidad
máxima de caldera es de 32 t/h. Se realiza una purga continua cuyo caudal es de 1.100
Kg/h. El análisis de la combustión revela los siguientes resultados:
O2 = 3%
CO2 = 10.3%
CO = 550 ppm
THUMOS = 245 ºC
Tome 4.2% de pérdidas por radiación. Calcule la eficiencia de la caldera por el método
indirecto. Además comente los resultados.
Si consideramos al calor entrante como:
Qco = PCI = 9200 kcal/Nm^3
Entonces podemos decir que:
Qentra = 9200 kcal/Nm^3
Debemos de tener en cuenta que para el calor de salida, en el transcurso del proceso de la
caldera se producirán pérdidas, las cuales se determinan a continuación.
Para las pérdidas en calor de humos, se refiere a la tabla 12, y con los datos de O2 y CO2
se obtienen los siguientes datos.
16.3 kg/Nm^3

3. 225 = X1 60.3 = Y1
245 = X Y
250 = X2 67.3 = Y2
Para obtener el valor de “Y”
𝑌 =
𝑌2 − 𝑌1
𝑋2 − 𝑋1
(𝑋 − 𝑋1) + 𝑌1
Al sustituir los valores obtenemos que:
Y = 66.12 kcal/kg
Y utilizando la fórmula:
𝑄𝐻 = [
𝑘𝑔. ℎ𝑢𝑚𝑜𝑠
𝑈𝑑. 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒
] [
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔 ℎ𝑢𝑚𝑜𝑠
]
Entonces:
QH = 1077.756 kcal/Nm^3
Del calor de inquemados, considerando la siguiente formula además considerando que
[CO] = [CH]
𝑄𝑖𝑔 =
[𝐶𝑂]
3100
+
[𝐶𝐻]
1000
[
21
21 − [𝑂2]
]
Al sustituir los valores obtenemos:
Gig = 3157/3720 = 0.8486%
Entonces
Qig = 0.8486% de 9200 kcal/Nm^3
Qig = 78.076 kcal/Nm^3
Del calor de purgas se obtiene a partir de la entalpía de la purga correspondiente a 40.17
kg/cm^2

4. 40 = X1 258.4 = Y1
40.7 = X Y
45 = X2 266.6 = Y2
Para obtener el valor de “Y”
𝑌 =
𝑌2 − 𝑌1
𝑋2 − 𝑋1
(𝑋 − 𝑋1) + 𝑌1
Al sustituir los valores obtenemos que:
Y = 259.548 kcal/kg
Entonces
𝑄𝑝 =
1.1𝑘𝑔/ℎ 𝑥 10.5ℎ/𝑎ñ𝑜 𝑥 259.548𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔
21000000 𝑁𝑚3/𝑎ñ𝑜
= 142.75 kcal/Nm^3
Pérdidas por radiación = 4.2%
Entonces
Qr = [0.042] [9200] = 386.4 kcal/Nm^3
Finalmente para obtener la eficiencia de la caldera por el método indirecto se tiene la
siguiente formula.
𝜂 = [𝑸𝒂𝒑𝒐𝒓𝒕𝒂𝒅𝒐 − 𝑸𝒑é𝒓𝒅𝒊𝒅𝒂𝒔]/𝑸𝒂𝒑𝒐𝒓𝒕𝒂𝒅𝒐
Qaportado = PCI [kcal/unidad de combustible]
Qpérdidas= Qhumos + Qinquemados + Qpurgas + Qradiación[kcal/unidad de combustible]
Qaportado = 9200 kcal/Nm^3
Qpérdidas = 1684.982 kcal/Nm^3

5. Entonces sustituyendo en la formula tenemos que:
𝜂 = .8168
La eficiencia es igual a 81.68% de la caldera.
Una caldera que utiliza butano comercial, el cual se precalienta a 70˚C; trabaja 24,500
h/año produce 35 t/h de vapor a 30.59 Kg/cm2 y consume 24.700.000 Nm3/año. La
capacidad máxima de caldera es de 35 t/h. Se realiza una purga continua cuyo caudal es
de 1.050 Kg/h. El análisis de la combustión revela los siguientes resultados:
O2 = 4%
CO2 = 9.7%
CO = 570 ppm
THUMOS = 240 ºC
Tome 4.2% de pérdidas por radiación. El poder calorífico inferior es de 10,938 Kcal/Kg.
Calcule la eficiencia de la caldera por el método indirecto. Además comente los
resultados.
Si consideramos al calor entrante como:
Qco = PCI = 10,938 kcal/Nm^3
Entonces podemos decir que:
Qentra = 10,938 kcal/Nm^3
Debemos de tener en cuenta que para el calor de salida, en el transcurso del proceso de la
caldera se producirán pérdidas, las cuales se determinan a continuación.
Para las pérdidas en calor de humos, se refiere a la tabla 12, y con los datos de O2 y CO2
se obtienen los siguientes datos.

6. 17.1 kg/Nm^3
225 = X1 60.1 = Y1
240 = X Y
250 = X2 66.9 = Y2
Para obtener el valor de “Y”
𝑌 =
𝑌2 − 𝑌1
𝑋2 − 𝑋1
(𝑋 − 𝑋1) + 𝑌1
Al sustituir los valores obtenemos que:
Y = 64.18 kcal/kg
Y utilizando la fórmula:
𝑄𝐻 = [
𝑘𝑔. ℎ𝑢𝑚𝑜𝑠
𝑈𝑑. 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒
] [
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔 ℎ𝑢𝑚𝑜𝑠
]
Entonces:
QH = 1097.478 kcal/Nm^3
Del calor de inquemados, considerando la siguiente formula además considerando que
[CO] = [CH]
𝑄𝑖𝑔 =
[𝐶𝑂]
3100
+
[𝐶𝐻]
1000
[
21
21 − [𝑂2]
]
Al sustituir los valores obtenemos:

7. Gig = 46797/52700 = 0.8879%
Entonces
Qig = 0.8879% de 10938 kcal/Nm^3
Qig = 97.128 kcal/Nm^3
Del calor de purgas se obtiene a partir de la entalpía de la purga correspondiente a 30.59
kg/cm^2
30 = X1 239.6 = Y1
30.59 = X Y
35 = X2 249.5 = Y2
Para obtener el valor de “Y”
𝑌 =
𝑌2 − 𝑌1
𝑋2 − 𝑋1
(𝑋 − 𝑋1) + 𝑌1
Al sustituir los valores obtenemos que:
Y = 240.7682 kcal/kg
Entonces
𝑄𝑝 =
1.050𝑘𝑔/ℎ 𝑥 24.500ℎ/𝑎ñ𝑜 𝑥 240.7682𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔
24700000 𝑁𝑚3/𝑎ñ𝑜
= 250.75 kcal/Nm^3
Pérdidas por radiación = 4.2%
Entonces
Qr = [0.042] [10938] = 459.396 kcal/Nm^3

8. Finalmente para obtener la eficiencia de la caldera por el método indirecto se tiene la
siguiente formula.
𝜂 = [𝑸𝒂𝒑𝒐𝒓𝒕𝒂𝒅𝒐 − 𝑸𝒑é𝒓𝒅𝒊𝒅𝒂𝒔]/𝑸𝒂𝒑𝒐𝒓𝒕𝒂𝒅𝒐
Qaportado = PCI [kcal/unidad de combustible]
Qpérdidas= Qhumos + Qinquemados + Qpurgas + Qradiación[kcal/unidad de combustible]
Qaportado = 10938 kcal/Nm^3
Qpérdidas = 1904.752 kcal/Nm^3
Entonces sustituyendo en la formula tenemos que:
𝜂 = .8258
La eficiencia es igual a 82.58% de la caldera.
Una caldera que utiliza propano comercial, el cual se precalienta a 70˚C; trabaja 24,500
h/año produce 35 t/h de vapor a 20.39 Kg/cm2 y consume 24.700.000 Nm3/año. La
capacidad máxima de caldera es de 35 t/h. Se realiza una purga continua cuyo caudal es
de 1.050 Kg/h. El análisis de la combustión revela los siguientes resultados:
O2 = 4%
CO2 = 9.7%
CO = 570 ppm
THUMOS = 240 ºC
Tome 4.2% de pérdidas por radiación. El poder calorífico inferior es de 11,082 Kcal/Kg.
Calcule la eficiencia de la caldera por el método indirecto. Además comente los
resultados.
Si consideramos al calor entrante como:
Qco = PCI = 11,082 kcal/Nm^3
Entonces podemos decir que:
Qentra = 11,082 kcal/Nm^3
Debemos de tener en cuenta que para el calor de salida, en el transcurso del proceso de la
caldera se producirán pérdidas, las cuales se determinan a continuación.

9. Para las pérdidas en calor de humos, se refiere a la tabla 12, y con los datos de O2 y CO2
se obtienen los siguientes datos.
17.1 kg/Nm^3
225 = X1 60.1 = Y1
240 = X Y
250 = X2 66.9 = Y2
Para obtener el valor de “Y”
𝑌 =
𝑌2 − 𝑌1
𝑋2 − 𝑋1
(𝑋 − 𝑋1) + 𝑌1
Al sustituir los valores obtenemos que:
Y = 64.18 kcal/kg
Y utilizando la fórmula:
𝑄𝐻 = [
𝑘𝑔. ℎ𝑢𝑚𝑜𝑠
𝑈𝑑. 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒
] [
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔 ℎ𝑢𝑚𝑜𝑠
]
Entonces:
QH = 1097.478 kcal/Nm^3
Del calor de inquemados, considerando la siguiente formula además considerando que
[CO] = [CH]

10. 𝑄𝑖𝑔 =
[𝐶𝑂]
3100
+
[𝐶𝐻]
1000
[
21
21 − [𝑂2]
]
Al sustituir los valores obtenemos:
Gig = 46797/52700 = 0.8879%
Entonces
Qig = 0.8879% de 11082 kcal/Nm^3
Qig = 98.4068 kcal/Nm^3
Del calor de purgas se obtiene a partir de la entalpía de la purga correspondiente a 20.39
kg/cm^2
20 = X1 215.9 = Y1
20.39 = X Y
25 = X2 228.6 = Y2
Para obtener el valor de “Y”
𝑌 =
𝑌2 − 𝑌1
𝑋2 − 𝑋1
(𝑋 − 𝑋1) + 𝑌1
Al sustituir los valores obtenemos que:
Y = 216.89 kcal/kg
Entonces
𝑄𝑝 =
1.050𝑘𝑔/ℎ 𝑥 24.500ℎ/𝑎ñ𝑜 𝑥 216.89𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔
24700000 𝑁𝑚3/𝑎ñ𝑜
= 225.89 kcal/Nm^3
Pérdidas por radiación = 4.2%

11. Entonces
Qr = [0.042] [11082] = 465.444 kcal/Nm^3
Finalmente para obtener la eficiencia de la caldera por el método indirecto se tiene la
siguiente formula.
𝜂 = [𝑸𝒂𝒑𝒐𝒓𝒕𝒂𝒅𝒐 − 𝑸𝒑é𝒓𝒅𝒊𝒅𝒂𝒔]/𝑸𝒂𝒑𝒐𝒓𝒕𝒂𝒅𝒐
Qaportado = PCI [kcal/unidad de combustible]
Qpérdidas= Qhumos + Qinquemados + Qpurgas + Qradiación[kcal/unidad de combustible]
Qaportado = 11082 kcal/Nm^3
Qpérdidas = 1887.2188 kcal/Nm^3
Entonces sustituyendo en la formula tenemos que:
𝜂 = .8297
La eficiencia es igual a 82.97% de la caldera.
COMENTARIOS:
Con los resultados obtenidos en las calderas, ya con el proceso de la transferencia de
energía obtenida de la combustión de sus respectivos combustibles me di cuenta de que
las calderas tienen una eficiencia que se puede considerar “buena” ya que está oscila
entre el 80% en los 3 casos y debemos de saber que siempre van a existir pérdidas que
en estos ejercicios se encuentra oscilando entre el 20% restante aproximadamente.