I5-400L

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EFICIENCIA ENERGETICA DE UN CALDERO 
 
1. OBJETIVO 
OBJETIVO GENERAL 
 Determinar el rendimiento de la caldera pirotubular. 
OBJETIVOS ESPECIFICOS 
 Conocer el funcionamiento de un caldero pirotubular. 
 Tomar los datos necesarios para hallar la eficiencia. 
2. RESUMEN DE FUNDAMENTO 
Una caldera es una maquina o dispositivo de ingeniería que está diseñada para generar 
vapor saturado. Este vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión 
constante, en el cual el fluido, originalmente en estado líquido se calienta y cambia de 
estado. 
La caldera es todo aparato a presión en donde el calor procede de cualquier fuente de 
energía se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase 
liquida o vapor. las calderas son un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas 
de intercambiadores de calor, en el cual se produce un cambio de fase. Además son 
recipientes a presión, por lo cual son construidas en parte con acero laminado a semejanza 
de muchos contenedores de gas. 
Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, las calderas 
son muy utilizadas en la industria para aplicaciones como; 
Esterilización (tindarizacion), es común encontrar calderas en los hospitales, los cuales 
generan vapor para esterilizar los instrumentos médicos, también en los comedores con 
capacidad industrial se genera vapor para esterilizar los cubiertos. 
Calentar otros fluidos por ejemplo, en la industria petrolera se calienta a los petróleos 
pesados para mejorar su fluidez y el vapor es muy utilizado. 
Generar electricidad a través del ciclo de Rankine . las calderas son parte fundamental de 
las centrales termoeléctricas. 
Es muy común la confusión entre caldera y generador de vapor, pero la diferencia es el 
segundo genera vapor sobrecalentado 
CALDERAS PIROTUBULARES 
Se denominan pirotubulares por ser los gases calientes procedentes de la combustión de 
un combustible, los cuales circulan por el interior de tubos cuyo exterior esta bañado por 
el agua de la caldera. El combustible se quema en un hogar, donde tiene lugar la 
transmisión de calor por la radiación, y los gases resultantes, se hace circular a través de 
los tubos que constituyen el haz tubular de la caldera, y donde tiene lugar el intercambio 
de calor por conducción y convección 
 
La estructura real de la caldera depende del tipo de la misma, así como de su propósito, 
sin embargo, se pueden nombrar las partes generales de forma escueta: 
 
 Quemador: sirve para quemar el combustible como su nombre lo pretende. 
 Hogar: alberga al quemador y en su interior se realiza la combustión 
 Tubos de intercambio de calor: el flujo de calor desde los gases hasta el agua se efectúa 
a través de su superficie. También en ella se generan las burbujas de vapor. 
 Separador liquido vapor: es necesario para separar las gotas de agua líquida con los 
gases aun calientes, antes de alimentarla a la caldera. 
 Chimenea: Es la vía de escape de los gases generados por la combustión. 
 Carcasa: contiene el hogar y el sistema de tubos de intercambio de calor. 
 
 
3. PARTE EXPERIMENTAL 
MATERIALES Y EQUIPOS 
MATERIAL OBSERVACIONES CANTIDAD 
GARRAFA 
 
1 
CALDERO 
 
1 
TERMOMETRO 
 
1 
AGUA 
 
1 
BALANZA 
 
1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FLUJOGRAMA EXPERIMENTAL 
 
 
DATOS EXPERIMENTALES 
 
t
Tvap
M garrafa
P man
Apagar el equipo
Calcular el rendimiento
FIN
Calentar hasta ebullicion
Dar paso al vapor
INICIO
Verificar la energia
llenar de agua el caldero
Htanque Mgarrafa Pman T vap
cm kg KPa °C
0 77 51.3
10 76.7 50.95 46 88.4
20 76.6 50.68 39 88.3
30 76 50.38 63 88.1
40 75.3 50.12 52 88
50 75.1 49.91 40 87.8
60 74.4 49.77 15 88
70 74.3 49.59 10 88
#
 
4. CALCULOS, RESULTADOS, ANÁLISIS DE ESULTADOS 
 Q sencible 
 
 
𝑸𝒔𝒆𝒏𝒔𝒊𝒃𝒍𝒆 = 𝒎 ∗ 𝑪𝒑 ∗ (𝑻𝒆𝒃 − 𝑻𝒊𝒏𝒊) 
𝑸𝒔𝒆𝒏𝒔𝒊𝒃𝒍𝒆 = 𝟐𝟖𝟖𝟓. 𝟗𝟕 𝑲𝒄𝒂𝒍 
 Q latente 
 
𝑸𝒍𝒂𝒕𝒆𝒏𝒕𝒆 = 𝒎𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓∆𝑯𝒆𝒃 
𝒎𝒂𝒔𝒂 𝑯𝟐𝑶 𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓 = 𝟏𝟔. 𝟒𝟐𝑲𝒈 
𝑸𝒍𝒂𝒕𝒆𝒏𝒕𝒆 = 𝟖𝟖𝟖𝟐. 𝟏𝟐 𝑲𝒄𝒂𝒍 
 Q ganado 
𝑸𝑮 = 𝑸𝒍𝒂𝒕𝒆𝒏𝒕𝒆 + 𝑸𝒔𝒆𝒏𝒄𝒊𝒃𝒍𝒆 
𝑄𝐺 = 8882.12 + 2885.97 
𝑸𝑮 = 𝟏𝟏𝟕𝟔𝟖. 𝟎𝟗 𝑲𝒄𝒂𝒍 
285 cm
84.3 cm
88 cm
23.4 °C
PERIMETRO
H inicial del tanque
Diametro tanque
Tamb
vol H2O 
cald
m H2o Cp T1 T2 ∆T Qsens
L Kg Kcal/Kg°C °C °C °C Kcal
44.40 44.400 1 23.4 88.4 65 2885.97
m vap ∆Hvap Qlat
Kg Kcal/Kg Kcal
0 540.876 0.00
10 3.54 540.876 1913.97
20 1.18 540.876 637.99
30 7.08 540.876 3827.94
40 8.26 540.876 4465.93
50 2.36 540.876 1275.98
60 8.26 540.876 4465.93
70 1.18 540.876 637.99
8882.12
#
TOTAL Q latente
 Determinar energía total consumida 
 
𝑸𝒄𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐 = 𝒎𝒄 ∗ 𝑷𝑪𝑰 
𝑸𝒄𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐 = 𝟏𝟗𝟑𝟕𝟐. 𝟑𝟑 𝑲𝒄𝒂𝒍 
 
 Determinar el rendimiento y aprovechamiento de energia 
𝛈 =
𝑸𝒈𝒂𝒏𝒂𝒅𝒐
𝑸𝒄𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐
∗ 𝟏𝟎𝟎% 
η =
11768.09
19372.33
∗ 100 
𝛈 = 𝟔𝟎. 𝟕𝟓% 
 Temperatura vs tiempo 
 
M gas 
usado
PCI Qc
Kg Kcal/Kg Kcal
0 11328.85 0
0.35 11328.85 3965.10
0.27 11328.85 3058.79
0.3 11328.85 3398.65
0.26 11328.85 2945.50
0.21 11328.85 2379.06
0.14 11328.85 1586.04
0.18 11328.85 2039.19
19372.33CALOR CEDIDO
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80
TE
M
P
ER
A
TU
R
A
tiempo
TEMPERATURA vs tiempo
5. CONCLUSIONES 
Analizando nuestros resultados del rendimientos podemos apreciar un rendimiento de 
60.7%. 
Este rendimiento es aceptado al ser un valor bastante realista, ya que como sabemos las 
distintas variables que afectan el desempeño de la máquina y el proceso en general no 
siempre se pueden controlar y/o cuantificar para saber cómo afectarían a este. 
6. BIBLIOGRAFIA 
 Flujo de fluidos e intercambiador de calor (O. Levenspiel) 
 Guía de laboratorio de termodinámica – UMSA. Facultad de ingeniería. 
Ing. Ph. René Alvarez. 
 
7. ANEXO 
 
 Grupo 1 
 
 
 
 
 
 Grupo 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Grupo 3 
 
 
 
 Grupo 4 
Como integrante del grupo 4 no realizamos diagramas al estar enfocados en la 
habilitación del área de trabajo y limpieza del equipo.