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Beedy Academy · Calculadoras

Calculadoras gratuitas de energía, vapor y servicios auxiliares

14 cálculos de sala de calderas y servicios: calderas, vapor, torres de enfriamiento, combustibles, CO₂ y aire comprimido. Fórmula y ejercicios en cada uno.

Calderas y vapor

Eficiencia de caldera (método directo)

Fórmulaη = S × (hg − hfw) ÷ (F × PC) × 100  ·  hfw ≈ 4,19 × Tfw
t/h
°C
kg/h
MJ/kg
Calor transferido al vapor—MW
Potencia aportada por el combustible—MW
Eficiencia de caldera (η)—%

Vapor saturado seco, purga despreciada. Indicar la base: PCS (gas natural ≈ 80 a 85 %) o PCI (≈ 88 a 93 %).

Caudal de vapor para una carga térmica

Fórmulaṁ = Q × 3600 ÷ hfg
kW
Caudal de vapor (ṁ)—kg/h
Calor latente (hfg)—kJ/kg
Temperatura de saturación—°C

Vapor saturado seco que se condensa por completo, condensado saliendo a saturación. Agregar 5 a 10 % por pérdidas y arranque.

Vapor flash del condensado

Fórmulax = (hf1 − hf2) ÷ hfg2  ·  ṁflash = x × ṁ
kg/h
Fracción flash (x)—%
Vapor flash—kg/h

Condensado saturado a P₁. Este vapor de baja presión puede recuperarse (desaireador, calentamiento) en vez de perderse por el venteo.

Purga de caldera y ciclos de concentración

FórmulaN = Cb ÷ Cfw  ·  BD = S × Cfw ÷ (Cb − Cfw)  ·  FW = S + BD
µS/cm
µS/cm
t/h
Ciclos de concentración (N)—×
Purga en % del agua de alimentación—%
Caudal de purga (BD)—t/h
Agua de alimentación (FW)—t/h

También sirve con SDT o cloruros (misma unidad en ambos lados). Purga típica: 1 a 8 % del agua de alimentación; respetar el límite de SDT del fabricante.

Retorno de condensado y agua de reposición

FórmulaR = C ÷ S × 100  ·  MU = S − C  ·  Tmix = (C × Tc + MU × Tmu) ÷ S
t/h
t/h
°C
°C
Tasa de retorno (R)—%
Agua de reposición (MU)—t/h
Temperatura de la mezcla (Tmix)—°C

Balance simplificado (purga y vapor del desaireador despreciados). Cada punto de retorno ganado ahorra agua tratada, químicos y combustible.

Agua de enfriamiento y bombeo

Torre de enfriamiento: rango, aproximación, evaporación

FórmulaΔT = Th − Tc  ·  A = Tc − Twb  ·  η = ΔT ÷ (ΔT + A) × 100  ·  E ≈ 0,00153 × Q × ΔT  ·  P = Q ÷ 3,6 × 4,18 × ΔT
m³/h
°C
°C
°C
Rango (ΔT)—K
Aproximación (A)—K
Eficacia de la torre (η)—%
Pérdida por evaporación (E)—m³/h
Calor disipado (P)—kW

E ≈ 0,00085 × gpm × °F, o sea 0,00153 × Q × ΔT en m³/h y °C (cerca del 85 % del calor sale por evaporación). Aproximación usual: 3 a 6 °C.

Torre de enfriamiento: ciclos, purga y reposición

FórmulaN = Cc ÷ Cmu  ·  B = E ÷ (N − 1)  ·  M = E + B
m³/h
µS/cm
µS/cm
Ciclos de concentración (N)—×
Purga + arrastre (B)—m³/h
Agua de reposición (M)—m³/h

Medir la conductividad (o cloruros, sílice) en la reposición y en la balsa. Pasar de 3 a 6 ciclos reduce mucho la reposición; el límite lo fija la incrustación.

Potencia de bombeo

FórmulaPh = ρ × g × Q × H ÷ 3600 ÷ 1000  ·  Pa = Ph ÷ ηp  ·  Pe = Pa ÷ ηm
m³/h
m
%
%
h/yr
Potencia hidráulica (Ph)—kW
Potencia al eje (Pa)—kW
Potencia eléctrica (Pe)—kW
Energía anual—kWh/año

Agua con ρ = 1000 kg/m³ y g = 9,81 m/s². Para otro líquido, multiplicar por su gravedad específica. Una bomba lejos de su punto de máxima eficiencia desperdicia energía.

Combustibles, eficiencia y CO₂

Energía de un combustible (PCI y PCS)

FórmulaP = F × PC ÷ 3600  ·  E = F × 24 × PCI ÷ 1000
kg/h
Potencia sobre PCI—MW
Potencia sobre PCS—MW
Energía por día (PCI)—GJ/d

Valores típicos en MJ/kg (PCI / PCS): gas natural 47,1 / 52,2; propano 46,6 / 50,2; diésel 42,8 / 45,8; fueloil pesado 39,5 / 42,2; carbón 22,7 / 24,0; hidrógeno 120,0 / 141,9. Usar el análisis del proveedor si se conoce.

CO₂ emitido por la combustión

FórmulaE = m × PCI  ·  CO₂ = E × FE ÷ 10⁶
t
Energía (PCI)—GJ
CO₂ emitido—t CO₂
CO₂ por tonelada de combustible—t CO₂/t

Valores por defecto del IPCC 2006 (vol. 2, cuadros 1.2 y 1.4), oxidación completa. Para informes oficiales usar PCI y contenido de carbono medidos. Gas natural: cerca de 0,7 a 0,8 kg/Sm³.

Consumo térmico específico y eficiencia térmica

Fórmulaη = P ÷ (F × PCI ÷ 3,6) × 100  ·  HR = 3600 ÷ η × 100
kg/h
MJ/kg
kW
Potencia aportada por el combustible—MW
Eficiencia térmica (η)—%
Consumo térmico específico (HR)—kJ/kWh
Consumo térmico específico (HR)—Btu/kWh

Referencias sobre PCI: motor o turbina de gas en ciclo simple 30 a 42 %; ciclo combinado 50 a 60 %. Cuanto menor el heat rate, mejor. 1 kJ = 0,9478 Btu.

Aire comprimido

Fuga de aire comprimido: caudal y energía

Fórmulaṁ = Cd × A × P₀ × √(k ÷ (R × T)) × (2 ÷ (k + 1))(k + 1) ÷ (2(k − 1))  ·  Q = ṁ ÷ ρair  ·  P = Q × SP
mm
bar(g)
kW/(m³/min)
h/yr
Caudal de fuga (aire libre, Q)—m³/min
Caudal de fuga (aire libre, Q)—L/s
Potencia perdida (P)—kW
Energía perdida por año—kWh/año

Flujo crítico de gas ideal (k = 1,4), aire a 20 °C, válido por encima de cerca de 1 bar(g). Cd ≈ 0,61 para un orificio de arista viva, hasta 0,97 si es redondeado. Aire libre referido a 20 °C y 1,013 bar.

Prueba de fugas por tiempos de carga

FórmulaL = T ÷ (T + t) × 100  ·  QL = C × L ÷ 100  ·  PL = Pc × L ÷ 100
s
s
m³/min
kW
h/yr
Fugas (L)—%
Caudal de fuga (QL)—m³/min
Potencia perdida (PL)—kW
Energía perdida por año—kWh/año

Hacer la prueba sin consumo (planta parada), durante varios ciclos. Red bien mantenida: menos de 10 %; 20 a 30 % es frecuente. Potencia en vacío despreciada.

Volumen del tanque pulmón de aire

FórmulaV = t × (Cd − Cs) × Pa ÷ (P₁ − P₂)  ·  Pa = 1,013 bar
m³/min
m³/min
min
bar(g)
bar(g)
Volumen de tanque requerido (V)—m³
Déficit de aire—m³/min

Caudales en aire libre. El tanque solo cubre un pico corto: si el déficit dura, hace falta más capacidad de compresión, no un tanque mayor.

Herramientas de aprendizaje y verificación. Los rangos indicados son referencias generales: siga siempre los procedimientos, permisos y consignas de su planta. No se envía nada: los cálculos se hacen en su navegador.

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