Lacapacidad de una caldera de vapor determina la cantidad de vapor que se puede producir por unidad de tiempo y su cálculo correcto es fundamental para la eficiencia energética, la seguridad y la continuidad del sistema.
¿Qué es la capacidad de una caldera de vapor?
La capacidad de una caldera de vapor suele expresarse en las siguientes unidades
- kg/h (kilogramo/hora)
- t/h (toneladas/hora) → 1 t/h = 1000 kg/h
- kcal/h → 1 kcal = 4,1868 kJ
- MW → Potencia térmica (1 kcal/h = 1,163 × 10-⁶ MW).
Esta capacidad se calcula en función de parámetros como el caudal de vapor, la presión, la temperatura, la temperatura del agua de alimentación y el tipo de vapor.
Rangos de capacidad según los tipos de caldera
| Tipo de caldera | Rango de capacidad (toneladas/hora) |
|---|---|
| Tipo Scotch | 1 – 40 |
| Stokerli | 1 – 10 |
| Tipo D | 4 – 40 |
| Lecho fluidizado | 6 – 100 |
| Parrilla rotativa | 4 – 40 |
Esta tabla se ha elaborado de acuerdo con los datos de ingeniería de calderas de vapor Hisarmak.
Fórmula básica de cálculo de la capacidad
La principal ecuación termodinámica utilizada para determinar la capacidad de la caldera:
Q = m × (hv - hf)
- Q: Potencia térmica necesaria (kcal/h)
- m: Caudal de vapor (kg/h)
- hv: entalpía específica del vapor (kcal/kg)
- hf: entalpía específica del agua de alimentación (kcal/kg)
Nota: Los valores de entalpía deben tomarse de las tablas de vapor IAPWS IF97 o TS EN 12952.
Valores de entalpía (base presión-temperatura)
A continuación se indican los valores de entalpía del vapor y del agua en función de la presión de saturación:
| Presión (bar) | Temperatura (°C) | hv (kcal/kg) | hf @ 80 °C (kcal/kg) |
|---|---|---|---|
| 6 | 158 | 659 | ~335 |
| 10 | 184 | 660 | ~335 |
| 16 | 201 | 662 | ~335 |
En casode uso de vapor sobrecalentado, el valor hvhv aumenta hasta el rango de 700-850 kcal/kg.
Ejemplo práctico de cálculo
Datos del proceso:
- Necesidad de vapor 12.000 kg/h
- Presión 10 bar (vapor saturado)
- Temperatura del agua de alimentación 80 °C
- hv: 660 kcal/kg
- hf: 335 kcal/kg
Q = 12.000 × (660 - 335) = 3.900.000 kcal/h
Conversión a potencia térmica (MW)
1 kcal/h = 1,163 × 10-⁶ MW
3.900.000 × 1,163 × 10-⁶ ≈ 4,54 MW
En este caso, la caldera de vapor debe tener una potencia térmica mínima de 4,54 MW.
Cálculo del consumo de combustible (según el VHL)
Energía del combustible = Q / η
Rendimientos por defecto de la caldera:
| Tipo de caldera | Rendimiento (η) (%) |
|---|---|
| Escocesa | 85-88 |
| Lecho fluidizado | 80-90 |
| Tipo D | 88-92 |
Ejemplo: Si el rendimiento es del 88 3.900.000 / 0.88 = 4.431.818 kcal/h
📌 Valores caloríficos inferiores (VCI) del combustible:
| Tipo de combustible | VCI (kcal/kg) |
|---|---|
| Gas natural | 8.500 |
| Carbón mineral | 6.500 |
| Biomasa | 3.500 – 4.500 |
En caso de uso de gas natural :Consumo de combustible = 4.431.818 / 8.500 ≈ 521,4 kg/h
Carga simultánea y consumo punta
En el cálculo de la capacidad debe tenerse en cuenta no sólo el equipo total, sino también la carga de los sistemas que funcionan simultáneamente. Si todos los equipos no funcionan simultáneamente, se toma una media ponderada con factores multiplicadores.
📌 Además, en escenarios de picos de consumo, puede producirse una carga extra a corto plazo del 10-15%. Esto debe incluirse en el cálculo.
Recuperación de condensados
El retorno de condensados aumenta el hf al aumentar la temperatura del agua de alimentación y, por tanto, la caldera consume menos combustible.
Si hay un 80% de retorno de condensados, la temperatura del agua de alimentación puede ser de 95-100 °C, no de 80 °C.
En este caso hf ≈ 400 kcal/kg → la diferencia de energía disminuye significativamente.
Tipo de vapor: Saturado vs Enfadado
| Tipo de vapor | Área de utilización | Entalpía (kcal/kg) |
|---|---|---|
| Vapor saturado | Transferencia de calor, vapor de proceso | 640-670 |
| Vapor sobrecalentado | Turbina, generación de energía | 700-850 |
En el uso de vapor sobrecalentado, el valor de entalpía debe incrementarse en el cálculo de la capacidad.
Seguridad y factor de expansión
Reserva de diseño recomendada por la industria:
Capacidad total = Q × 1,15
Este multiplicador garantiza un funcionamiento estable del sistema frente a futuros aumentos de producción y posibles incrementos repentinos de carga.
El cálculo de la capacidad de una caldera de vapor no es sólo un multiplicador del caudal de vapor, sino también un análisis de ingeniería energética. En este análisis
- Diferencias de entalpía
- Rendimiento de la caldera
- Valores caloríficos inferiores del combustible
- Sistema de condensado
- Tipo de vapor
- Relaciones presión-temperatura
- Las cargas punta y el funcionamiento simultáneo como
deben tenerse en cuenta muchos parámetros.
Basándose en todos estos criterios de ingeniería,Hisarmak ofrece soluciones de calderas de vapor personalizadas, de capacidad precisa y alto rendimiento para plantas industriales.
