Descargar - Generador de Vapor Clayton

MANUAL DE CONSULTA
INFORMACIÓN TÉCNICA ECONÓMICA
Y RENTABILIDAD SOBRE OPERACIÓN
DE CALDERAS DE VAPOR
Y AGUA CALIENTE
Clayton de México, S.A. de C.V.
México, D. F.
www.clayton.com.mx
MCxSP/10-08 RevA
Clayton Industries
City of Industry, Ca., U.S.A.
www.claytonindustries.com
Clayton of Belgium N. V.
Bornem, Belgium
www.clayton.be

Marco Introductorio
Clayton de México, en su calidad de estandarte internacional en materia de
termodinámica aplicada, ingeniería de reactores, sistemas y aplicaciones térmicas,
hidraúlicas e hidrónicas, se lanza a la tarea de convertir, interpretar y parametrizar
las diferentes variables técnicas, costos y condiciones de operación en
equivalencias ecómicas y monetizadas.
En el siguiente texto, se profundizará y analizará a partir de postulados
sinópticos y de aplicación real los distintos catálogos de conceptos, variables y
condiciones que infieren directa e indirectamente en la rentabilidad operativa de
equipos generadores de vapor y agua caliente.
Se examinará con detenimiento el impacto de las condiciones físicas,
constantes y variables de los diferentes modelos o esquemas regularmente
aplicados para la generación de vapor y agua caliente, detallando las ventajas,
características y condiciones de los principales combustibles como son; gas
natural, gas LP, diesel e inclusive combustóleo.
A lo largo de este estudio, se compararán diversos casos específicos,
siempre bajo una óptica económica y un acentuado sentido financiero, pero sin
perder de vista la viabilidad y lógica operativa de cada modelo, pretendiendo
conjuntar e interactuar técnicamente, buscando determinar las estructuras
obligatorias a efectos de calcular apropiadamente la tasa interna de retorno de
cada caso de acuerdo a variables tan diversas como; precio, eficiencia, costos de
instalación, operación, mantenimiento y reposición, entre otros.
Siendo más específicos, esta publicación le permitirá determinar las
principales características, ventajas y desventajas, condicionantes y variables de
los modelos de generación de vapor y agua caliente más utilizados en el mundo
actual, comprendiendo las ventajas de los equipos acuatubulares sobre los
convencionales, profundizando en los costos de operación y características
térmicas de cada uno, lo anterior traducido en términos económicos simples y de
vinculación directa.
Jorge M. Henríquez
Gerente General para México
y América Latina

Propósito
El sentido y objetivo fundamental de este libro, radica en convertirse en un
modelo o referente obligado en materia de integración de catálogos de conceptos,
estructuración de presupuestos y determinación de alcances fusionando los
criterios ingenieriles con el punto de vista técnico económico, buscando determinar
los valores reales de conveniencia económica y la justificación respectiva de cada
implementación.
Clayton de México, siempre respetuoso de la diversidad de criterios,
opiniones, enfoques y experiencias, a través de su amplísimo grupo de
colaboradores, directos e indirectos, especificadores electromecánicos,
contratistas, diseñadores, proveedores, usuarios y asesores multidisciplinarios, se
ha lanzado a la tarea de conjuntar un tratado que realmente provea las bases y
mecánica de cálculo para determinar la “Tasa Interna de Retorno” en aplicaciones
diversas de vapor y agua caliente.
Este compendio se constituye en una guía práctica, ágil y funcional para
cualquier ingeniero teórico o práctico, líder o responsable de la implementación,
valuación o calificación de cualquier proyecto termodinámico o hidrosanitario en
general.

INFORMACIÓN TÉCNICA ECONÓMICA Y RENTABILIDAD SOBRE
OPERACIÓN DE CALDERAS DE VAPOR Y AGUA CALIENTE
– ÍNDICE TEMÁTICO –
Calentamiento de Agua: Generador de Vapor vs. Generador de Agua Caliente .................... 1
Criterios para la Selección de un Generador de Vapor ........................................................... 9
Costos de Operación de un Generador de Vapor Clayton .................................................... 15
Estudio Comparativo de Costos de Operación entre una Caldera Convencional
y un Generador de Vapor Clayton ......................................................................................... 19
Análisis Comparativo de Costos Anuales para la Generación de Vapor en un
Generador Pirotubular y de un Generador de Vapor Clayton................................................ 25
Comparativo de Ventajas y Desventajas de una Caldera Convencional
Frente a un Generador de Vapor Marca Clayton................................................................... 33
Cálculo de Eficiencia Total de un Generador de Vapor Clayton vs.
Caldera Convencional............................................................................................................ 37
Estudio Comparativo de Costos por Purgas entre una Caldera Convencional y
un Generador de Vapor Clayton ............................................................................................ 57
Comparativo de Ventajas y Desventajas de un Generador de Vapor
Marca Miura Frente a uno Marca Clayton.............................................................................. 67
Selección de un Generador de Vapor en la Industria Panificadora ....................................... 71
Ahorro de Energía en Sistemas de Vapor ............................................................................. 77
Eficiencia en Función del Diferencial de Temperatura para
Generadores de Agua Caliente.............................................................................................. 81
Calderas Convencionales Dry Back y Wet Back ................................................................... 87
Simulador para el Cálculo de Gastos de un Generador de Vapor......................................... 89
i

- 1 -
Manual de Consulta
CALENTAMIENTO DE AGUA:
GENERADOR DE VAPOR VS GENERADOR DE AGUA CALIENTE
Dentro de las aplicaciones para obtener agua caliente para proceso, se encuentra el calentamiento
de agua a partir de vapor y por supuesto el calentamiento directo de agua. Si bien ambos métodos
son válidos, la pregunta es, ¿cuál es el más conveniente?
Antiguamente se justificaba el uso de vapor para el calentamiento de agua para regaderas y
albercas debido a la baja eficiencia que se tenía con generadores de agua caliente de baja
eficiencia (60%), pero en la actualidad debido al diseño de generadores de agua caliente de alta
eficiencia (85%) y calderas de condensación (98%), no se justifica el dispendio energético al
calentar con vapor.
CASO 1
Para aclarar la situación, tome como ejemplo un Generador de Vapor de 100 BHP para calentar
agua de 15°C a 60°C, las cuestiones a resolver son:
¿Qué cantidad de agua se puede calentar?, y
¿Cuál es el consumo de combustible?
Datos generales: Presión de Operación: 7 kg/cm 2 (man.)
Entalpía de Vapor (hg): 661.1 kcal/kg
Entalpía del Agua (hf): 172.2 kcal/kg
Entalpía de Vaporización (hfg): 488.9 kcal/kg
Temperatura de Saturación: 172.2°C
Q = Calor disponible por una caldera de 100 BHP
⎛ 8,436 kcal/h ⎞ 843,600 kcal
Q 100 BHP⎜
⎟ =
⎝ 1BHP
⎠ h
= (1)
Debido a las condiciones de llevar agua de temperatura ambiente hasta vapor a 7 kg/cm 2 y que la
bomba de agua maneja un sobreflujo del 20%, el flujo real de agua para generación de vapor es:
Q = 1.20 m Cp ΔT
+ m h
Despejando “m”
m real
Q
m =
1.20 Cp ΔT
+
h fg
843,600 kcal/h
1435.82 kg
=
=
⎛1
kcal ⎞
h
1.20 • ⎜ ⎟ • (172.2°
C − 90°
C) + 488.9
⎝ kg°
C ⎠
1435.82 kg ⎛ 1BHP
⎞
Potencia Real BHP =
⎜ ⎟ = 91.
75 BHP
h ⎝15.65
kg/h ⎠
fg

Calentamiento de Agua: Generador de Vapor vs Generador de Agua Caliente
91.75 BHP
θ =
=
100 BHP
Factor de evaporación 0.92
Cantidad de vapor revaporizado (flasheado) de la trampa del separador de vapor e intercambiador,
al tanque de condensados (Presión Atmosférica), Figura 1.
Datos Generales: Presión Atmosférica: 0 kg/cm 2 (man.)
Entalpía de Vapor (hg): 639.1 kcal/kg
Entalpía del agua (hf): 100 kcal/kg
Entalpía de Vaporización (hfg): 539.1 kcal/kg
Temperatura de Saturación: 100°C
h
%Flash =
f A(7)
h
− h
fg (0)
f A(0)
172.2 -100
•100
= •100
= 13.
4%
539.
1
Del flujo de agua total, es decir, el que se descarga a través de la trampa, más el condensado del
intercambiador, una parte se flashea:
kg
⎛1435.82
kg ⎞ 1722.98 kg
(trampas) = 1.20⎜
⎟ =
h
⎝ h ⎠ h
⎛1722.98
kg ⎞ 231.58 kg
%Flash = 13.4% ⎜ ⎟ =
⎝ h ⎠ h
Es decir, se tienen 231.58 kg/h de vapor venteado que deberá de sustituirse por agua suavizada a
15°C. El calor necesario para llevar esta agua de reposición de 15°C a 90°C es el siguiente:
231.58 kg ⎛1
kcal ⎞
17,368.76 kcal
Q = m Cp ΔT = ⎜ ⎟(
90°
C −15°
C)
=
(2)
h ⎝ kg°
C ⎠
h
Por otro lado, el agua que se flashea tiene una diferencia de calor a ceder de 100°C a 90°C, de:
kg ⎛1
kcal ⎞
14,914.00 kcal
Q = m Cp ΔT = ( 1722.98 − 231.
58)
⎜ ⎟(
100°
C − 90°
C)
=
(3)
h ⎝ kg°
C ⎠
h
Ya que 3 < 2, es necesario alimentar vapor al tanque de condensados para mantener la
temperatura. Este calor se toma del agua flasheada, es decir,
17,368.76 kcal 14,914.00 kcal 2,454.76 kcal
Q =
−
=
h
h
h
por lo tanto se necesitan
2,454.76 kcal/h 3.84 kg
m = = de vapor
639.1kcal/kg
h
Ésta es una cantidad despreciable en comparación con lo que se está desperdiciando a la
atmósfera.
- 2 -

- 3 -
Manual de Consulta
Por otro lado, del vapor generado solo utiliza la entalpía de vaporización para calentar el agua, por
tanto el calor disponible es:
1435.82 kg ⎛ 488.9 kcal ⎞ 701,970.99 kcal
Q = m h fg = ⎜ ⎟ =
h ⎝ kg ⎠ h
La cantidad de agua que se puede calentar de 15°C a 60°C para proceso es:
Q 701,970.99 kcal/h 15,599.36 kg 15,599.36 L
m = =
=
=
de agua a 60°C.
Cp ΔT ⎛1
kcal ⎞
h
h
⎜ ⎟(60°
C −15°
C)
⎝ kg°
C ⎠
Cantidad de combustible requerido, considerando una eficiencia térmica, η de 82%
Datos: Poder Calorífico Superior del Diesel (PCS) = 8,581 kcal/L
Calor requerido (Q)= 843,600 kcal/h (100 BHP)
CASO 2
Q 843,600 kcal/h 119.89 L
m = =
=
de Diesel
PCS η 8,581kcal/L
(0.82) h
Para hacer el comparativo, se utilizará un Generador de Agua Caliente TO-5000 (Figura 2), el
cual equivale a 100 BHP, para calentar la misma cantidad de agua. ¿Qué ahorro de combustible se
obtiene?
Calor requerido para llevar 15,599.36 litros de agua de 15°C a 60°C
15,599.36 kg ⎛1
kcal ⎞
701,970.99 kcal
Q = m Cp ΔT =
⎜ ⎟(
60°
C −15°
C)
=
h ⎝ kg°
C ⎠
h
Cantidad de combustible requerido, considerando una eficiencia térmica, η de 85%
Datos: Poder Calorífico Superior del Diesel (PCS) = 8,581 kcal/L
Calor requerido (Q)= 701,970.99 kcal/h
CASO 3
Q 701,970.99 kcal/h 96.24 L
m = =
= de Diesel
PCS η 8,581kcal/L
(0.85) h
Considere una Caldera de Condensación cuya eficiencia es de 96%.
La cantidad de agua a calentar es la misma, igual que el rango de temperaturas, por lo cual el
calor requerido es el mismo. En cuanto al combustible, se tiene que:
Q 701,970.99 kcal/h 85.21L
m = =
= de Diesel
PCS η 8,581kcal/L
(0.96) h

Calentamiento de Agua: Generador de Vapor vs Generador de Agua Caliente
CASO 4
Considere ahora una Calentador del Tipo Doméstico cuya eficiencia es de 60%. Este tipo de
equipo no tiene un control sobre la relación aire-combustible, es decir, no usa ventilador y el aire lo
toma sin medida del rededor de modo que el tiro es natural.
Nuevamente se habla de la misma cantidad de agua a calentar, con los mismos rangos de
temperatura y por consiguiente, la misma cantidad de calor requerida para ello. Así, el consumo de
combustible sólo depende de la eficiencia del equipo, entonces:
CASO 5
Q 701,970.99 kcal/h 136.34 L
m = =
=
de Diesel
PCS η 8,581kcal/L
(0.60) h
Suponga nuevamente el Generador de Vapor pero en un circuito cerrado, es decir, ahora toda la
energía generada por el vapor es aprovechada por el agua (Figura 3). El tratamiento químico se
hace una sola vez, y no hay trampa de vapor ni flasheo.
Si la cantidad de agua que se desea calentar de 20°C a 65°C es la misma, es decir, 15,599.36
litros, entonces el equipo se reduce:
15,599.36 kg ⎛1
kcal ⎞
701,970.99 kcal
Q = m Cp ΔT =
⎜ ⎟(
65°
C − 20°
C)
=
h ⎝ kg°
C ⎠
h
701,970.99 kcal ⎛ 1BHP ⎞
BHP =
⎜ ⎟ =
h ⎝ 8436 kcal/h ⎠
- 4 -
83.21BHP
En tal caso, el agua calentada puede ser enviada directamente a proceso o ser enviada a un
tanque con intercambiador de calor, dependiendo de las necesidades del cliente.
La cantidad de combustible requerido, considerando una eficiencia térmica, η de 82% sería:
Datos: Poder Calorífico Superior del Diesel (PCS) = 8,581 kcal/L
Calor requerido (Q)= 701,970.99 kcal/h
Q 701,970.99 kcal/h 99.76 L
m = =
= de Diesel
PCS η 8,581kcal/L
(0.82) h
En tal caso, el ahorro no es sólo por combustible sino como se mencionó con anterioridad, por
producto químico y la ausencia de trampa de vapor y flasheo.

FIGURA 1. SISTEMA DE CALENTAMIENTO DE AGUA CON VAPOR
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Manual de Consulta

Calentamiento de Agua: Generador de Vapor vs Generador de Agua Caliente
FIGURA 2. SISTEMA DE CALENTAMIENTO DIRECTO
- 6 -

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Manual de Consulta
FIGURA 3. SISTEMA DE CALENTAMIENTO DE AGUA CON VAPOR (SISTEMA CERRADO)

Calentamiento de Agua: Generador de Vapor vs Generador de Agua Caliente
CONCLUSIONES
Cotejando cada caso por diferencia se genera la siguiente Tabla.
CASO
CONSUMO
DE
COMBUSTIBLE
(L/h)
COSTO
ANUAL
$/año
AHORRO DE COMBUSTIBLE
(%)
- 8 -
AHORRO
($/año)
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
1 119.9 5,450,750 0 19.7 28.9 -13.7 16.8 0 1,075,189 1,576,555 -747,962 915,107
2 96.2 4,375,562 -24.6 0 11.5 -41.7 -3.7 -1,075,189 0 501,366 -1,823,151 -160,082
3 85.2 3,874,195 -40.7 -12.9 0 -60.0 -17.1 -1,576,555 -501,366 0 -2,324,517 -661,448
4 136.3 6,198,712 12.1 29.4 37.5 0 26.8 747,962 1,823,151 2,324,517 0 1,663,069
5 99.8 4,535,643 -20.2 3.5 14.6 -36.7 0 -915,107 160,082 661,448 -1,663,069 0
Las cifras negativas indican que un caso es más costoso que el otro, las positivas, significan un ahorro.
Recuerde que:
CASO Tipo de Equipo
Eficiencia
(%)
1 Generador de Vapor de 100 BHP 82
2 Generador de Agua Caliente TO-5000 85
3 Caldera de Condensación 96
4 Calentador del Tipo Doméstico 60
5 Generador de Vapor de 100 BHP (Sistema Cerrado) 82

CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN
GENERADOR DE VAPOR
- 9 -
Manual de Consulta
INTRODUCCIÓN
La selección y compra de un generador de vapor es una de las inversiones más durables. El
promedio de vida de un buen equipo es de hasta 20 años o más, dependiendo del mantenimiento,
y durante ese tiempo es de gran importancia el costo de la operación del mismo. Para llevar a cabo
una selección adecuada en lo que se refiere a generadores de vapor, es necesario considerar
diversos factores de suma importancia que, entre otros son los siguientes:
Demanda de Vapor.
Calidad del Agua de Alimentación Disponible.
Horas Diarias de Operación del Generador de Vapor.
Tipo de Generador a Utilizar y Número de Unidades.
Espacio Disponible.
Selección del Combustible.
Consumos/Costos/Selección de Combustible.
DEMANDA DE VAPOR REQUERIDA
Este cálculo determinará la capacidad del o
los generadores de vapor que será necesario
adquirir. No es recomendable seleccionar
una capacidad que nunca se va a utilizar
completamente, esto es a todas vistas
antieconómico. Así, también es de
importancia la determinación de la presión
que el vapor debe tener para el buen
desarrollo de un proceso determinado.
De acuerdo a esto la selección apropiada de
un generador, deberá ser hecha por un
ingeniero consultor competente. Un
generador de vapor es elegido
correctamente cuando proporciona un
servicio eficiente y no propicia
desperdicios de combustible. Otros
factores importantes que deben tomarse en
consideración son:
Caudal de Vapor
Antes de que sea posible el correcto
dimensionado de un generador de vapor y
todo lo relacionado a él, es necesario saber
con la máxima precisión posible la cantidad
de vapor requerida.
Prácticamente todos los caudales de
calentamiento pueden clasificarse en dos
categorías:
1. Aumento de temperatura – calentamiento
de un material desde una temperatura
inferior a una temperatura superior.
2. Mantenimiento de temperatura –
compensación de las pérdidas de calor
para mantener una temperatura fija.
Consumo de Vapor
El consumo de vapor puede obtenerse de
uno de estos tres modos:
• Medición
• Información del fabricante
• Cálculo
Medición
Obviamente, el flujo de vapor no se puede
medir en la etapa de diseño de una
instalación. La medición del flujo de vapor
sólo puede usarse para establecer caudal de
vapor de una instalación existente. Se
dispone de dos métodos de medición; la
medición del flujo de vapor dentro del
proceso o la medición del condensado
resultante del proceso.

Criterios para la Selección de un Generador de Vapor
Información del Fabricante
Algunas unidades de material fabricado
incluyen la información sobre sus
presentaciones térmicas. Estos valores se
basan normalmente en un incremento de
temperatura dado, y una cantidad indicada
de aire o agua, utilizando vapor a una presión
específica. No debe nunca asumirse que los
datos del fabricante equivalen al caudal real.
Un generador puede estar capacitado para
un determinado servicio, pero el caudal real
conectado puede ser solamente una fracción
de éste y ocasionalmente puede exceder el
valor de diseño.
Cálculo
La cantidad de calor que se requiere para
producir un incremento de temperatura, se
obtiene con la Fórmula 1. En la Tabla 1 se
muestra la evaporación equivalente 1 que
produce cada uno de los modelos de
Generadores de Vapor Clayton.
CALIDAD DEL AGUA DE ALIMENTACIÓN
DISPONIBLE
Antes de adquirir un generador de vapor,
debe considerar la calidad del agua a usar,
ya que ésta determinará la duración y buen
funcionamiento del mismo.
HORAS DE OPERACIÓN DIARIA DEL
GENERADOR DE VAPOR
Debe determinarse el tiempo que va a
trabajar el generador de vapor, para así
deducir la cantidad de productos químicos
necesarios para tener disponible la cantidad
de agua suave y combustible a emplear.
1. También conocida como evaporación nominal,
se define como los kilogramos o libras de agua por
hora a 100°C (212°F) que se vaporizaran a esta
misma temperatura y a la presión absoluta al nivel
del mar (1 kg/cm 2 , 15 lb/pulg 2 .
Evaporación Equivalente = BHP o CC x 15.65 kg/h
= BHP o CC x 34.5 lb/h
- 10 -
TIPO DE GENERADORES A UTILIZAR Y
NÚMERO DE UNIDADES
Íntimamente ligado a esto, está la demanda
de vapor que se tenga, esto lo determina el
proyectista, el cual deberá considerar sus
necesidades primordiales de vapor.
De acuerdo también a la demanda de vapor
que se tenga, existen varios criterios para
determinar el número de unidades a utilizar.
Si la demanda de vapor es muy grande, es
recomendable adquirir dos o más
generadores de la misma capacidad,
facilitando con esto la flexibilidad de poder
darles mantenimiento con mayor facilidad, y
poder contar con un generador de vapor de
reserva en cualquier momento crítico.
ESPACIO DISPONIBLE
La influencia del espacio que se dispone
muchas veces es causa de serios problemas
que pueden afectar la decisión en la
selección de un generador ya sea de vapor o
de agua caliente. Clayton ha superado este
problema, ofreciendo Generadores de alta
calidad, con el consecuente ahorro de
espacio.
Éstos pueden ser instalados en un pequeño
espacio requerido, típicamente de 1/4 a 1/3
de lo que requiere un generador de tubos de
humo. Puede ser instalado en una pequeña
área existente sin necesidad de hacer una
nueva construcción, o bien, se pueden
instalar hasta 3 o 4 unidades en el espacio
que se requeriría para un generador de tubos
de humo.
SELECCIÓN DEL COMBUSTIBLE
La selección del combustible, es una
consideración primaria en la selección de un
generador. La elección de gas natural o LP,
diesel o combustóleo 2 , esta basada en el
costo total, limpieza y facilidad de obtención,
de almacenamiento y de operación.
2 Algunos generadores de vapor pueden trabajar
con combustóleo. Verifique las normas locales
para el uso de este.

La determinación de los costos de operación,
está dentro de las siguientes
consideraciones:
a) El combustible propiamente dicho.
b) Facilidad de almacenamiento.
c) Mantenimiento del quemador de
combustible y del equipo de manejo del
mismo. Así como también la labor de
operación de éste equipo.
Combustibles
Con el nombre de combustibles se designa a
todas las sustancias que combinadas con el
oxígeno producen energía en forma de calor,
luz y formación de gases.
De la definición anterior se desprende que la
propiedad fundamental de las sustancias
combustibles es su poder calorífico, es decir,
la cantidad de energía térmica que es capaz
de entregar un combustible al ser quemado,
midiéndose en unidades energéticas por
unidad de masa o volumen como: kcal/kg,
kJ/kg, BTU/lb, kcal/m 3 , etc.
En el mercado hay diversos combustibles
(sólidos, líquidos y gaseosos), sin embargo, en
este caso en particular, se hablará únicamente
de los combustibles empleados por los
generadores.
Características y Recomendaciones
• El mejor combustible industrial para un
generador es el gas natural: económico,
ecológico y seguro. Para poderlo
quemar, debe llegar entubado hasta su
planta. (No se puede transportar en
carros tanque). Requiere de una
subestación de presión para gas natural.
El gas natural se compone de Metano
(85 a 90%) un poco de etano (hasta el
9%) y otros gases. Tiene un poder
calorífico promedio de 8540 kcal/m 3 =
33852 BTU/m 3 (pero puede llegar,
dependiendo de sus contenidos hasta
9550 kcal/m 3 ). Se comercializa a un
precio por millones de BTU. Por ejemplo
a 4 US $ por millón de BTU.
• El segundo mejor combustible industrial
es el diesel: ecológico, seguro y limpio.
No requiere de precalentamiento. Quema
- 11 -
Manual de Consulta
con Temp. ≥ 10°C. Atomización
mecánica a presión. No requiere de piloto
de gas para el encendido, ni de medio
adicional atomizante (compresor de aire).
Flama limpia con emisiones ecológicas.
Poder calorífico alto de 10680 kcal/kg.
• Combustible de uso no industrial, tipo
casero Gas L.P. = Gas líquido a presión:
no económico, emisiones limpias a la
vista, contaminantes (CO y NOX).
Requiere de sistemas de seguridad altas,
tanto en el manejo, almacenaje y durante
su carburación. Se debe evaporar, para
poder quemar los vapores de este gas.
Mezcla de propano y butano. Bajo poder
calorífico por la unidad de venta = 6350
kcal/I. El combustible más caro del
mercado.
• El tercer combustible industrial es el
combustóleo. Tipo No. 6 Bunker C, de
muy baja calidad en el mercado nacional:
económico, altamente contaminante,
sucio, de manejo problemático y mucho
mantenimiento.
Por su baja calidad (fuera de normas
internacionales), no se puede quemar
con atomización mecánica como en
Europa. Requiere de un medio
atomizante: aire comprimido o vapor.
Requiere de un piloto de gas L.P. para su
encendido confiable, además de un
calentamiento previo en dos etapas: uno
a 60°C para poderlo bombear y un
segundo hasta 120°C para poderlo
quemar.
Se recomienda una preparación antes de
su combustión, para la separación de
agua, sedimentos e impurezas (= Tanque
Transfer con 65 a 75°C). Está prohibido
su uso en muchas zonas de la República
Mexicana por la Secretaría del Medio
Ambiente. Alto contenido de azufre
(corrosión) ceniza, asfalto y Iodos.
Requiere de mantenimiento, vigilancia y
limpieza de filtros y boquillas continuos.
Poder calorífico superior: 10400 kcal/kg.
En la Tabla 2, se señalan los combustibles
empleados por los Generadores Clayton.

Criterios para la Selección de un Generador de Vapor
Capacidad en
BHP
Evaporación
equivalente
con agua de
alimentación
a 100°C
Suministro de
Calor Neto a
8436
kcal/BHP
TABLA 1. ESPECIFICACIONES DE GENERADORES DE VAPOR STEP-FIRED
10 15 20 30 40 60 100 150 185
156.5 234.7 313.0 469.5 626.0 938.9 1564.9 2347.3 2895
84,360 126,540 168,720 253,080 337,440 506,160 843,600 1,265,400 1,560,660
TABLA 2. LÍQUIDOS, CUYAS CARACTERÍSTICAS SE PRESENTAN EN LA TABLA 4:
GRADO
COMERCIAL
ESTÁNDAR
DIESEL
(De acuerdo al grado comercial del combustible)
USO
RANGO DE
GRAVEDAD
APROXIMADO
°A. P. I.
- 12 -
kcal/m 3 kg/m 3 kcal/kg
No. 1 Doméstico Ligero 38-40 9058879 821650 11025
No. 2 Doméstico Medio 34-36 9319834 860354 10806
No. 3 Doméstico Pesado 28-32 9386404 871498 10770
No. 4 Industrial Ligero 24-26 9652685 905888 10655
No. 5 Industrial Medio 18-22 9985537 944232 10556
No. 6 Industrial Pesado 14-16 10108691 967239 10451
TABLA 3. GASEOSOS, CUYAS CARACTERÍSTICAS SON:
GAS NATURAL
Composición: Metano CH4
96,6%
Etano C2H6
3,2 %
Nitrógeno N2
0,2 %
Poder calorífico superior: 9.900 a 10.900 kcal/m³N
Poder calorífico inferior: 8.900 a 9.800 kcal/m³N
Índice de WOBBE: 11.520 a 13.860 kcal/m³N
Peso molecular, a 0ºC y 760 mm
Hg:
15 a 16 g/mol
Peso especifico: 0,7 a 0,9 kg/mol

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Manual de Consulta
E-60/100/151/155/201/205/405/505
GENERADORES DE VAPOR EQUIPADOS CON PRECALENTAMIENTO DE DIESEL
ESPECIFICACIONES DE COMBUSTÓLEO
Los Generadores Clayton requieren de ajustar el Calentador para satisfacer una viscosidad especificada.
Todos los combustibles diesel deben tener deliberadamente una viscosidad uniforme. Los límites de variación
de viscosidad son de máximo 10% a mínimo 50% para Quemadores con Aire de Atomización.
Las siguientes especificaciones cubren el rango de Combustible Grado No. 4, 5 y diesel No. 6 de acuerdo con
la Estándar Comercial CS-12-48 emitida por el Departamento de Comercio U. S. y ASTM Especificación D-
396-64T.
Los límites legales locales pueden reemplazar éstas regulaciones.
Descripción del Suministro de Combustible Requerido Preferido Límite
Gravedad, Grados API a 15°C (60°F) 14-26 10 mín.
Gravedad, Específica, a 15°C (60°F) 0.90-0.97 1 máx.
Punto-Flash, Pensky-Martens, °F 150-230 150 mín.
Viscosidad, Saybolt Seconds Furol a 50°C (122°F) (SSF) 45 máx. 175 mín.
Sulfuro, %, Sujeto a regulaciones locales 0.5 máx. 2.0 máx.
Sedimento y agua, por ciento por volumen 0.5 máx. 1.0 máx.
% Residuos de carbón, (en 10% residuo) 5-10 15 máx.
Ceniza, por ciento en peso 0.05 máx. 0.10 máx.
Vanadio, partes por millón 50 máx. 100 máx.
(Aproximado) Poder Calorífico Superior Poder Calorífico Inferior
BTU por galón 150000 142000
kcal/l 9960 9370
ESPECIFICACIONES DE DIESEL
Descripción del Suministro de Combustible Requerido Preferido Límite
Gravedad, Grados API a 15°C (60°F) 30-48 26 mín.
Gravedad, Específica, a 15°C (60°F) 0.84-0.87 0.80-0.90
Punto-Flash, Pensky-Martens, °F 160-180 130 mín.-230 máx
Viscosidad, Saybolt Seconds Furol a 38°C (100°F) (SSF) 35-45 45 máx.
Viscosidad cinemática a 20°C (68°F) (Centistokes) 4-9.5 máx. 9.5 máx.
Punto de rocío, °F 0.0 máx. 15 máx.
Sedimento y agua, por ciento por volumen Ninguno 0.10 máx.
Sulfuro, porcentaje 0.5 máx. 0.8 máx.
% Residuo de carbón (en 10% de residuo) 0.02 máx. 0.25 máx.
Rango de destilación ASTM
Punto de Ebullición Inicial, °F 350-375 400 máx.
Punto de Ebullición Inicial, °C 177-190.5 204 máx.
90% Recuperación, °F 600-625 675 máx.
90% Recuperación, °C 316-329 357 máx.
Punto final, °F 675-725 735 máx.
Punto final, °C 357-385 390.5 máx.
(Aproximado) Poder Calorífico Superior Poder Calorífico Inferior
BTU por galón 142600 135000
kcal/l 9509 9006
TABLA 4

Criterios para la Selección de un Generador de Vapor
CONSUMOS/COSTOS/SELECCIÓN DE
COMBUSTIBLE
El costo de operación más importante de un
generador es el costo del combustible, por lo
cual es factor básico para la decisión en la
selección de un generador, ya que esto,
influye en forma determinante en los gastos
de operación y eventualmente en la rápida
amortización de la inversión original cuando
se hace una selección adecuada, en caso
contrario, puede originar grandes pérdidas
debido a una mala selección inicial.
Los costos de operación están influenciados
en gran parte por la eficiencia térmica
garantizada en el generador que se
seleccione. El simple hecho de seleccionar
un generador de vapor con una eficiencia
más alta significa ahorros considerables en
su cuenta anual de combustible.
- 14 -

PROBLEMA:
COSTOS DE OPERACIÓN DE UN GENERADOR
DE VAPOR CLAYTON
- 15 -
Manual de Consulta
Se dispone de una Caldera de 30 BHP para generar vapor. ¿Cuál es el costo por kg/h de vapor
producido?
DATOS GENERALES:
CÁLCULOS:
Por definición se sabe que por cada BHP
producido se obtienen 8436 kcal/h de energía
calorífica, por lo que una caldera de 30 BHP
producirá:
El primer término de la ecuación 2 se refiere a la
energía suministrada para elevar la temperatura del
agua de la temperatura inicial T1 a la temperatura de
saturación T2, y el segundo término se refiere al
cambio de fase, es decir para llevar el agua del
estado líquido al estado vapor, así entonces el calor
total es:
Despejando “m”, se obtiene el flujo de vapor
requerido por el proceso y el cual es
generado por la Caldera de 30 BHP.
Presión de Operación: 7 kg/cm 2 (man)
Entalpía de Vapor (hg): 659.4 kcal/kg
Entalpía del Agua (hf): 171.1 kcal/kg
Cp del Agua: 1 kcal/kgºC
Entalpía de Evaporación (Δh): 488.3 kcal/kg
Temperatura de Saturación: 170ºC
1. Potencia Real del Equipo
La temperatura promedio del tanque de
retorno de condensados considerando 0% de
retorno será la temperatura de alimentación
(Talim = 20ºC).
⎛ ⎞
= ⎟
⎝ ⎠
8436 kcal/h
Q 30 BHP⎜
=
1BHP
253,080 kcal/h
(1)
Q = m Cp ΔT + m Δh
(2)
Q kg de vapor
m = [ = ]
(3)
Cp ΔT + Δh h
m =
m =
253,080 kcal/h
1kcal/kgº
C (170º C - 20º C)
396.5 kg de vapor
h
+
488.3 kcal/kg
OBSERVACIÓN: El retorno de condensado es el vapor que al perder energía debido al intercambio de calor
con tuberías frías, proceso, etc., se transforma en agua (ya tratada químicamente) con una temperatura mayor
a la del agua de alimentación, y que al mezclarse con el agua de reposición depositada en el tanque de
almacenamiento, le transmitirá energía calorífica a ésta última elevando su temperatura. Con esto se tiene un
ahorro de energía, ya que el agua está siendo calentada previamente, después claro del arranque en frío.

Costos de Operación de un Generador de Vapor Clayton
396.5 kg
Por lo tanto, la Potencia Real es: BHP =
= 25.33 BHP
15.65 kg/h/BHP
2. Costo por kg de Vapor Producido a una Eficiencia ( η) de 82% (Clayton)
Considerando que se tiene Gas LP como
combustible:
Poder Calorífico Superior, PC: 11,900 kcal/kg
Costo del Combustible: $9.00/kg
Consumo de combustible:
Costo de combustible por hora:
- 16 -
Q
kg
gas LP
= (4)
PC η
253,080
kg =
=
gas LP 11,900 (0.82)
$
h
25.9 kg ⎛ $9.00 ⎞
= ⎜ ⎟
h ⎝ kg ⎠
25.9 kg
h
$233.42
=
h
3. Costo por kg de Vapor Producido a una Eficiencia de 77% (Caldera de Tubos de Humo)
253,080
Consumo de combustible: kg =
= 27.58 kg/h
gas LP 11,900 (0.77)
$ 27.58 kg ⎛ $9.00 ⎞
Considerando un precio de $9.00/L: = ⎜ ⎟ = $248.23/h
h h ⎝ kg ⎠
248.23 - 233.42
% Ahorro: % Ahorro =
( 100% ) = 6 %
248.23
4. Costo de Operación Anual considerando 12 h de Operación, 6 días por semana y 80%
de Carga Promedio:
Costo de Operación Anual:
Ahorro Anual:
$ 248.23 ⎛12
h ⎞⎛
6 días ⎞⎛
52 semanas ⎞ $743,499
= ⎜ ⎟⎜
⎟⎜
⎟ (0.8) =
año h ⎝ día ⎠⎝
semana ⎠⎝
1año ⎠ año
$743,499 $46,467
(6%) =
año
año

El cálculo se determina bajo la
fórmula:
Donde:
- 17 -
Manual de Consulta
5. Costo de Purga para mantener los TDS (Sólidos Disueltos Totales) en la Caldera
de Tubos de Humo:
TDS
AS
Purga = AS
(5)
TDS
P
TDSAS = Sólidos Disueltos Totales del Agua de Suministro.
TDSP = Sólidos Totales Disueltos de la Purga.
AS = Agua de Suministro a la Caldera.
⎛ ⎞
= ⎟
⎝ ⎠
Sustituyendo valores en Caldera de
600 396.5 L 95.6 L
Purga
Tubos de Humo ⎜ = de agua a 170ºC
2,500 h h
El calor perdido por esta purga es:
La cantidad de gas consumida por la
purga usando la fórmula (4) es:
Costo por año:
El cálculo se determina bajo la
fórmula (5):
⎛ ⎞
= ⎟
⎝ ⎠
95.16 L 1kcal
Q mCpΔ T = ⎜ (170º C − 20º C)
h kgº C
Q = 14,274 kcal/kg
14,274
kg =
= 1.56 kg/h
Gas LP 11,900 (0.77)
$
=
año
1.56 kg
h
⎛
⎜
⎝
$9.00
kg
$
= $41,993/año
año
⎞⎛
⎟⎜
⎠⎝
12h
día
⎛ ⎞
= ⎟
⎝ ⎠
⎞⎛
⎟⎜
⎠⎝
6 días
semana
⎞⎛
⎟⎜
⎠⎝
52 semanas
6. Costo de Purga para mantener los TDS (Sólidos Disueltos Totales) en la Caldera
CLAYTON
Sustituyendo valores en Caldera
600 396.5 L 7.93 L
Purga
CLAYTON ⎜ = de agua a 170ºC
30,000 h h
El calor perdido por esta purga es:
La cantidad de gas consumida por la
purga usando la fórmula (4) es:
⎛ ⎞
= ⎟
⎝ ⎠
7.93 L 1kcal
Q mCpΔ T = ⎜ (170º C −
h kgº C
Q = 1,190 kcal/kg
1,190
kg =
=
Gas LP 11,900 (0.82)
0.
1
kg/h
1año
20º C)
⎞
⎟
⎠
( 0.8)

Costos de Operación de un Generador de Vapor Clayton
7. Conclusiones por Anualizadas
$
año
Ahorro Anual: =
( 0.8)
Ahorro Total:
$
=
año
- 18 -
0.1kg
h
⎛
⎜
⎝
$2,695/año
$9.00
kg
⎞⎛
⎟⎜
⎠⎝
12h
día
$41,993 $2,695 $39,298
- =
año año año
⎞⎛
⎟⎜
⎠⎝
$39,298 $46,467 $85,765
+ =
año año año
6 días
semana
⎞⎛
⎟⎜
⎠⎝
52 semanas
1año
⎞
⎟
⎠

- 19 -
Manual de Consulta
ESTUDIO COMPARATIVO DE COSTOS DE OPERACIÓN
ENTRE UNA CALDERA CONVENCIONAL Y UN GENERADOR DE
VAPOR CLAYTON
GENERALIDADES
El Generador de Vapor Clayton es una
caldera de circulación forzada,
monotubular, que utiliza un
intercambiador de calor en forma de
serpentín helicoidal espiral construido
con tubo de acero. Su bomba de agua
(de desplazamiento positivo), está
diseñada para trabajo pesado sin
empaques ni juntas sujetas a fugas.
Cuando el Generador de Vapor opera,
la bomba suministra constantemente
agua suave 1 al intercambiador de
serpentín helicoidal, donde el calor es
trasmitido de los productos de la
combustión al agua de alimentación
(factor que contribuye a incrementar la
eficiencia de los Generadores de Vapor
Clayton). Un separador mecánico a la
salida del serpentín intercambiador
realiza una separación positiva del
líquido y vapor para asegurar vapor de
alta calidad para procesos de hasta
99.5% en la mayoría de los casos. El
condensado es colectado en la trampa
de vapor anexa al separador y enviado
de vuelta al tanque de retorno de
condensado, para ser enviado de vuelta
a la bomba de agua. Un hecho muy
significativo es que los Generadores de
Vapor Clayton no requieren de un gran
recipiente lleno de agua, este hecho
conlleva a las muchas ventajas que
ofrece el equipo Clayton.
Estas ventajas son:
Tiempo de Generación de Vapor
El tiempo de generación de vapor de
una caldera convencional es
aproximadamente de 45 minutos, ya
que el volumen de agua a calentar es
muy grande. Si bien se cuenta con un
1 El agua de alimentación es sometida a un
tratamiento químico para suavizarla. Para
mayores informes consulte a su agente de ventas
Clayton.
gran volumen de agua caliente disponible para
cuando se requiera vapor, esto no es por
mucho tiempo y es necesario el consumo de
combustible para devolverla a las condiciones
necesarias de operación.
Los Generadores de Vapor Clayton al emplear
un “flujo constante” de agua, generan vapor a
los 5 minutos desde el arranque en frío. Esto
da por resultado reducción de los costos de
combustible y mano de obra debido a que no
es necesario "esperar" tanto tiempo ni para el
arranque, ni para la generación de vapor.
Menor Espacio y Tiempo
Las dimensiones y peso del Generador de
Vapor Clayton le permiten transportar el
sistema completo en un solo camión hasta el
punto en el que va a usarse, lo cual no ocurre
con una caldera convencional que requiere de
la plataforma de un “trailer”. Del mismo modo
el espacio que ocupan en el cuarto de
máquinas es típicamente de 1/4 a 1/3 de lo
que requiere una caldera de tubos de humo,
por lo que no existe la necesidad de hacer una
nueva construcción e instalación.
En caso de requerir mantenimiento, sólo se
requieren unas 8 horas para cambio y
aislamiento total de la unidad de calentamiento
(que es la etapa de mantenimiento más
entretenida), en cambio en una caldera
convencional, normalmente se llevan 15 días o
más la reparación o cambio de fluxes.
Seguridad
En una caldera convencional, la capacidad de
almacenamiento de agua es muy grande
comparada con la de un Generador de Vapor
Clayton, por lo que la posibilidad de explosión
en este último es simplemente nula. Aún
cuando hubiera una fuga en el serpentín, la
energía no podría liberarse en forma
instantánea porque el agua deberá circular a
través del serpentín para alcanzar el sitio de la
fuga.

Estudio Comparativo de Costos de Operación entre una Caldera Convencional
y un Generador de Vapor Clayton
Hoy en día la seguridad no es cuestión
de suerte sino de compromiso y es por
esto que con ayuda de sistemas
automatizados (controles de
temperatura y presión), se tiene un
mejor control del sistema agua-vapor,
asegurando que la máquina falle en
seguro.
Eficiencia y Ahorro de Combustible
El diseño monotubular del
intercambiador de calor, el
espaciamiento de los tubos del
serpentín con los que está formado, y el
agua circulando en contraflujo a los
gases de combustión, aseguran que se
obtenga la máxima transferencia de
calor del combustible hacia el agua
produciéndose rápidamente el vapor.
Sólo por los aspectos antes
mencionados, el Generador de Vapor
Clayton alcanza un mínimo de 5% de
mejora sobre las calderas
convencionales de tubos de fuego.
Además, la reducida superficie de
calentamiento significa menores
pérdidas del calor radiante. Debido a las
dimensiones de las calderas de tubos
de fuego, sus pérdidas por radiación y
convección de la caldera al cuarto de
calderas normalmente son de 1.4% a
1.6%. Estas mismas pérdidas en el
Generador de Vapor Clayton son
menores al 0.75%.
En un Generador de Vapor Clayton con
Sección Economizadora la temperatura
de chimenea, que es una buena medida
para conocer la eficiencia, es
típicamente de 27 a 38°C abajo de la
temperatura del vapor que está
produciendo. Por otra parte, en una
caldera de tubos de fuego de 3 ó 4
pasos habrá una temperatura de
chimenea entre 32 -38°C sobre la
temperatura del vapor producido.
Los factores operacionales que
producen ahorros de combustible,
incluyen el arranque rápido que puede,
por ejemplo, eliminar la necesidad de
arrancar la caldera 1 ó 2 horas antes de
necesitarla o conservar la caldera caliente
durante los períodos de "tiempo muerto", como
en las noches o fines de semana.
El uso del separador de vapor en el Generador
de Vapor Clayton ayuda a obtener “vapor
seco” de un 99.5% de calidad o mejor en
muchos casos. Esto ayuda en general a la
eficiencia de la máquina ya que una mayor
calidad del vapor significa mayor energía (1 kg
de vapor contiene típicamente de 3 a 5 veces
la cantidad de calor que 1 kg de agua a la
misma temperatura) y ese calor es recuperado
más fácilmente en el proceso, que el calor en
el agua. En adición, para reducir la cantidad de
agua que va hacia el proceso, el vapor de alta
calidad también provee la ventaja de reducir
los sólidos acarreados hacia el sistema (TDS)
- sólidos que pueden dañar al equipo o, en el
caso de inyección de vapor, pueden causar
problemas en la calidad del producto.
En virtud de que los ahorros de combustible
son resultado de muchos factores, los ahorros
dependerán de cada aplicación en particular.
Sin embargo, ahorros en el rango del 5% al
10% son comunes. El PROGRAMA DE
AHORRO DE COMBUSTIBLE puede usarse
para estimar los ahorros. Por favor contacte a
Clayton si a usted desea un análisis más
detallado de los ahorros.
Otro modo de ahorrar combustible es a través
del retorno de condensados. El condensado
formado en la tubería de distribución, es agua
ya caliente y puede ser nuevamente usada
para la alimentación del generador, pues aún
conserva una cantidad considerable de
energía calorífica, por lo que, se puede
aprovechar retornándola al tanque de
almacenamiento de agua que alimenta al
generador.
El retorno de condensados en una planta de
beneficio primario es de gran importancia por
cuánto representa en ahorro de energía. Uno
de los usos mas importantes que se le puede
dar a los condensados, es el precalentamiento
del agua de alimentación del generador, pues
aparte del ahorro de energía, se obtiene un
ahorro en los costos de tratamiento del agua
reutilizada, con ello se logra controlar el
oxigeno disuelto y aumentar el rendimiento del
vapor.
- 20 -

En algunos sistemas donde la descarga
caliente de las trampas se puede volver
a utilizar, el uso de intercambiadores de
calor concede ahorros entre el 5 y 15%
en los costos de combustibles.
Costo de Generación de Vapor en
Generadores de Vapor
Considere un Generador de Vapor de
100 BHP al 100% de carga, el cual
opera las 24 horas del día, los 365 días
del año. Los datos de operación son los
siguientes:
Datos de Operación:
• Presión = 7 kg/cm 2 (100 psig)
• Temperatura = 170ºC
• PCS del diesel = 8580 kcal/L
• Eficiencia de Operación = 80%
Pregunta: ¿Cuál es el costo por kg/h de
vapor producido?
1. Potencia Real del Equipo
Por definición, se sabe que 1 BHP es
equivalente a 8436 kcal/h de energía,
por lo tanto, el calor generado por una
caldera de 100 BHP es:
⎛ ⎞
= ⎟
⎝ ⎠
8436 kcal/h
Q 100
BHP⎜
=
1BHP
843,600 kcal/h
(1)
Pero además, se debe considerar que si
el material a calentar se encuentra en el
estado sólido y éste se debe llevar al
estado líquido, es necesario agregar la
entalpía o energía de fusión, así
entonces el calor total es:
Q = m Cp ΔT + m Δh (2)
Despejando “m”, se obtiene el flujo de
vapor requerido por el proceso y el cual
es generado por la Caldera de 100 BHP.
Q kg de vapor
m = [ = ]
(3)
Cp ΔT + Δh h
- 21 -
Manual de Consulta
La temperatura promedio del tanque de
retorno de condensados considerando un 0%
de retorno será la temperatura de
alimentación:
Talim = 20ºC
m =
843,600 kcal/h
1kcal/kgº
C (170º C - 20º C)
+
1321.63 kg de vapor
m =
h
Por lo tanto, la Potencia Real es:
488.3 kcal/kg
1321.63 kg
BHP =
= 84.45 BHP
15.65 kg/h/BHP
2. Costo por L de Vapor Producido a una
Eficiencia de 80% (Clayton)
Considere un costo del Combustible de
$5.30/L.
Q
L
diesel
= (4)
PC η
Consumo de combustible:
843,600
L =
= 122.90 L/h
diesel 8580 (0.80)
Costo de combustible por hora:
$ 122.90 L ⎛ $5.30 ⎞
= ⎜ ⎟ = $651.38/h
h h ⎝ L ⎠
3. Costo por L de Vapor Producido a una
Eficiencia de 77% (Caldera de Tubos de
Humo)
NOTA: Una caldera convencional de tubo de
humo de 100 BHP tiene una eficiencia de
alrededor del 77%.
Consumo de combustible:
843,600
L =
=
diesel 8580 (0.77)
127.
69
L/h

Estudio Comparativo de Costos de Operación entre una Caldera Convencional
y un Generador de Vapor Clayton
Considerando un precio de $5.30/L:
$ 127.69 L ⎛ $5.30 ⎞
= ⎜ ⎟ = $676.76/h
h h ⎝ L ⎠
676.76 - 651.38
% Ahorro =
=
676.76
( 100% ) 3.
75 %
4. Costo de Operación Anual
considerando 12 h de Operación,
6 días por semana y 80% de
Carga Promedio:
$ $676.76 ⎛12
h ⎞⎛
6 días ⎞⎛
52 sem ⎞
= ⎜ ⎟⎜
⎟⎜
⎟ (0.8)
año h ⎝ día ⎠⎝
sem ⎠⎝
1año ⎠
Ahorro Anual:
$
= $2,027,030/año
año
$2,027,030
(3.75%) =
año
$76 013.68/año
Cálculo de Ahorro de Energía por
Retorno de Condensados
EJEMPLO:
Considere el sistema anterior, con 7
kg/cm² de vapor, tanque receptor de
condensados “atmosférico” (100°C y 1
kg/cm 2 ) y un retorno de condensados
del 100%. De tablas de vapor:
Calor en el vapor a 7 kg/cm² = 659.5
kcal/kg
Calor en el líquido a 7 kg/cm² = 165.6
kcal/kg
Calor en el líquido a 100°C = 100
kcal/kg
Calor en el proceso: 659.5 – 165.6 =
493.9 kcal/kg.
Calor desperdiciado: 165.6 – 100 = 65.6
kcal/kg.
65.6
x 100 = 15.31%
493.9 − 65.6
Es decir, 15.31% de pérdida de calor.
El ejemplo de arriba fue simplificado debido:
- 22 -
• Raramente el condensado regresa a la
temperatura de saturación.
• Raramente el 100% de todo el
condensado regresado es vuelto a usar.
Sin embargo este ejemplo nos indica la
magnitud de las perdidas de calor.
En un sistema cerrado se conservara todo el
calor en el condensado y por lo tanto podrá
ahorrar el 15% de pérdida de calor.
EJEMPLO:
Características del sistema: 7 kg/cm² de vapor,
tanque receptor de condensados 6 kg/cm²
(158.0°C sat.), retorno de condensados del
100%. De tablas de vapor:
Calor en el a 7 kg/cm² vapor = 659.5 kcal/kg
Calor en el líquido a 7 kg/cm² = 165.6 kcal/kg
Calor en el líquido a 6 kg/cm² = 159.2 kcal/kg
Calor en el proceso: 659.5 – 165.6 = 493.9
kcal/kg.
Calor desperdiciado: 165.5 – 159.2 = 6.3
kcal/kg.
6.3
493.9 + 6.3
x 100
= 1.29 %
Es decir, 1.29% de pérdida de calor
Si se añade el agua de alimentación ya
caliente a un tanque de condensados
atmosférico, puede desperdiciarse el 14.02%
de este calor. En cambio, si se usa un tanque
semi-cerrado, las pérdidas de calor serán
considerablemente menores.
Reducido Porcentaje de Purgas
En todo Generador de Vapor, el agua de
caldera lleva consigo sólidos disueltos (TDS),
los cuales a alta temperatura y presión
adquieren altas velocidades y causan
incrustación, por este motivo deben ser
purgados del sistema de vapor. En el caso de
las calderas convencionales, la cantidad de
agua que debe purgarse es de 1/3 del
volumen total, lo que implica eliminar producto
químico (debido a que el agua desechada es

agua ya tratada), calor (el cual ha sido
añadido del combustible quemado), y
por consiguiente dinero.
En Generadores de Vapor Clayton, las
purgas se llevan a cabo en volúmenes
pequeños de agua, por lo que el
porcentaje de purga es propiamente
entre 80-90% menor de la cantidad de
purga de generadores de vapor
convencionales. Por tanto, entre menor
cantidad de agua se purga, se reducen
los costos de combustible y de producto
químico.
Cálculo de Costo de la Purga de
Sólidos en Generadores de Vapor
Para una Caldera convencional de tubos
de humo se sabe que el máximo nivel
de TDS admitido es de 400 mg/L y para
un Generador de Vapor Clayton es de
3000 a 6000 mg/L, por lo que la purga
necesaria para cada equipo es de 27%
a 40% y de 1% a 2%, respectivamente.
Considere nuevamente el sistema
anterior.
Purga máxima en un Generador de
Vapor Clayton:
Purga Máxima
⎛ 1321.63 kg ⎞
= 2% ⎜ ⎟
⎝ h ⎠
26.43L
Purga Máxima = a 170°
C
h
Calor Perdido
=
26.43 L
h
Calor Perdido =
⎛
⎜
⎝
1kcal
L º C
h
⎞⎛
⎟⎜
⎠⎝
4956.11kcal
170º
=
C - 20º C
0.8
4956.11kcal/h
0.58 L
Diesel Requerido =
=
8580 kcal/L h
⎛ ⎞
= ⎟
⎝ ⎠
0.58 L $ 5.30
Costo por hora ⎜ =
h L
$ 3.06
h
⎞
⎟
⎠
$ 3.06 24h 365días
Costo por año ⎜ ⎟⎜
=
h 1día 1año
- 23 -
⎛ ⎞⎛
⎞
= ⎟
⎝ ⎠⎝
⎠
Manual de Consulta
Purga máxima en un Generador de Vapor
Convencional:
Purga Máxima
Calor Perdido
=
40%
⎛
⎜
⎝
528.6 L
Purga Máxima =
h
=
528.6 L
h
⎛
⎜
⎝
1kcal
L º C
1321.63 kg
⎞⎛
⎟⎜
⎠⎝
h
a 170º C
170º
102 984.16 kcal
Calor Perdido =
h
⎞
⎟
⎠
C - 20º C
0.77
$ 26 818.5
102 984.16 kcal/h 12.00 L
Diesel Requerido =
=
8580 kcal/L h
⎛ ⎞
= ⎟
⎝ ⎠
12.00 L $ 5.30 $ 63.61
Costo por hora ⎜ =
h L h
$ 63.61
Costo por año =
h
Costo por Año =
⎛
⎜
⎝
24h
1día
⎞⎛
⎟⎜
⎠⎝
$ 557 266.7
año
365días
1año
Ahorro por Purgas en Generadores de
Vapor Clayton =
Purga Máxima
⎛ 1321.63 kg ⎞
= 2% ⎜ ⎟
⎝ h ⎠
26.43 L
Purga Máxima = a 170°
C
h
$ 557 266.7 $ 26 818.5 $ 530 448.2
−
=
año año año
=
⎞
⎟
⎠
año
⎞
⎟
⎠

Estudio Comparativo de Costos de Operación entre una Caldera Convencional
y un Generador de Vapor Clayton
Eficiencia
Como se ha venido mencionando, las
pérdidas de calor por radiación y
convención en un Generador de Vapor
Clayton son realmente insignificantes
comparadas con las que presenta una
caldera convencional. Por otro lado, el
control de la pérdida de calor en la
chimenea con base al uso de una
Sección Economizadora; la
recuperación de energía calorífica a
través del retorno de condensados y
principalmente el diseño de la unidad de
calentamiento (serpentín intercambiador
de calor), hacen del Generador de
Vapor Clayton, una unidad eficiente,
segura, y costeable.
- 24 -

- 25 -
Manual de Consulta
ANÁLISIS COMPARATIVO DE COSTOS ANUALES PARA LA
GENERACIÓN DE VAPOR EN UN GENERADOR PIROTUBULAR Y
DE UN GENERADOR DE VAPOR CLAYTON
PREGUNTA:
Se dispone de un Generador de Vapor Convencional (Tubos de Humo) y de un Generador de
Vapor Clayton (Tubos de Agua) ambos de 100 BHP, para producir vapor. ¿Cuál es el costo total
anual para generar dicha potencia en cada uno de éstos?
DATOS GENERALES:
CONVENCIONAL CLAYTON
Potencia, BHP: 100 100
Presión de Operación, kg/cm 2 (man): 7 7
Temperatura de Saturación, ºC: 170 170
Temperatura del Agua de Alimentación, ºC: 20 20
Tiempo de Operación, h/día, día/año: 24, 365 24, 365
Eficiencia de Operación, %: 77 85
Combustible: Diesel No. 2 Diesel No. 2
Los consumos en una caldera de tubos de humo se dan por:
• Instalación.
• Mantenimiento.
• Combustible.
• Electricidad:
o Bomba de Agua.
o Motor del Ventilador.
o Motor de la Bomba de Combustible.
• Purga.
COSTOS DE INSTALACIÓN
La instalación de una caldera requiere de un local con el espacio necesario para instalar el
Generador, sus periféricos, la chimenea, y que esté debidamente acondicionado, es decir, que
cuente con toda la instalación de tubería que utiliza cada uno de los dispositivos empleados por el
mismo con sus respectivos accesorios. También se requiere de una alimentación eléctrica
adecuada, instalación hidráulica, señalamientos de seguridad, y que todo se haga bajo norma.
En el caso de un Generador Pirotubular será necesaria la obra civil, es decir, la construcción de la
base de la Unidad.
Cabe destacar que la cantidad y tipo de tubería, cableado eléctrico, accesorios, etc. dependen de
la capacidad del Generador, ya que no es lo mismo instalar un Generador de 10 BHP, que uno de
100 BHP.

Análisis Comparativo de Costos Anuales para la Generación de Vapor
en un Generador Pirotubular y de un Generador de Vapor Clayton
En general, la Guía Mecánica de una Instalación Típica incluye:
• Generador de Vapor.
• Tanque Receptor de Condensados.
• Tanque de Combustible Diesel.
• Equipo Suavizador de Agua.
• Bomba de Agua de Alimentación.
• Separador Centrífugo.
Cada uno de estos dispositivos, como se mencionó con anterioridad, requiere de material para su
instalación. Un costo aproximado de todo esto es:
MATERIAL ESPECIFICACIÓN
Local Un Generador Pirotubular ocupa 4 veces más
que un Acuatubular.
Tuberías
Accesorios
Alimentación
Eléctrica
Mano de
Obra
Material
diverso:
De diversos diámetros y materiales dependiendo
de su utilidad.
Válvulas.
Codos.
Trampas de vapor.
Piernas colectoras.
Tuercas.
Switches.
Cableado.
Instalador.
Pintor.
Obra civil.
Pintura.
Soldadura.
Lijas.
Tornillos.
Solventes.
Tees.
Filtros.
Grifos.
Termómetros.
Manómetros
COSTO TOTAL 2
1 2
Suponiendo que 1 m = $3000.00.
2
Éste gasto es sólo una vez, es decir, al momento de desarrollar la instalación.
- 26 -
COSTO
CONVENCIONAL
100 m 2 =
1 $300 000.00
COSTO
CLAYTON
25 m 2 =
$75 000.00
$ 35 872.20 $23 316.93
$ 132 637.81 $86 214.58
$ 10 406.72 $6 764.37
$ 25 876.00 $10 819.40
$ 15 616.50 $10 150.40
$ 520 409.23 $212 265.68

CONSUMO DE COMBUSTIBLE
- 27 -
Manual de Consulta
Para saber el consumo de combustible se tiene por definición que 1 BHP = 8436 kcal/h, entonces:
Donde:
A = consumo de combustible (kg/h).
Q = calor generado (kcal/h).
PCI = Poder Calorífico Inferior del diesel = 8650 kcal/kg.
η = eficiencia de la caldera (%).
Q ⎛100
⎞ kg
A = [ = ]
PCI ⎜
η ⎟
(1)
⎝ ⎠ h
⎛ 8436 kcal/h ⎞ 843600 kcal
Q = 100 BHP ⎜
⎟ =
⎝ 1BHP
⎠ h
CONVENCIONAL CLAYTON
843600 kcal/h ⎛100
⎞ 126.66 kg
A =
⎜ ⎟ =
8650 kcal/kg ⎝ 77 ⎠ h
126.66 kg ⎛ $ 5.84 ⎞
B =
=
h ⎜
kg ⎟
⎝ ⎠
$ 739.68 ⎛ 24 h ⎞⎛
365 días ⎞
B = ⎜ ⎟⎜
⎟ =
h ⎝1
día ⎠⎝
1año
⎠
Considerando un precio 3 de combustible de: $5.84/kg.
$ 739.68
h
$ 6 479 577.54
año
Donde:
B = costo de combustible de Generador Pirotubular.
B’ = costo de combustible de Generador Clayton.
3 http://www.pemex.com/files/dcpe/epublico_esp.pdf
843600 kcal/h ⎛100
⎞ 114.74 kg
A' =
⎜ ⎟ =
8650 kcal/kg ⎝ 85 ⎠ h
114.74 kg ⎛ $ 5.84 ⎞
B' =
=
h ⎜
kg ⎟
⎝ ⎠
$ 670.06 ⎛ 24 h ⎞⎛
365 días ⎞
B' = ⎜ ⎟⎜
⎟ =
h ⎝1
día ⎠⎝
1año
⎠
$ 670.06
h
$ 5869
734.95
año

Análisis Comparativo de Costos Anuales para la Generación de Vapor
en un Generador Pirotubular y de un Generador de Vapor Clayton
CONSUMO DE ELECTRICIDAD
Los dispositivos que emplean electricidad para su funcionamiento son:
CONSUMO
CONVENCIONAL
(HP)
- 28 -
CONSUMO
CONVENCIONAL
(kW)
CONSUMO
CLAYTON
(HP)
CONSUMO
CLAYTON
(kW)
Bomba de Agua 5 3.73 5 3.73
Motor del Ventilador 5 3.73 5 3.73
Motor de la Bomba de
Combustible
1 0.75 0 0
CONSUMO TOTAL 11 8.20 10 7.46
Considerando un precio 4 de electricidad de: $0.6811/kW/h:
CONVENCIONAL CLAYTON
⎛ $ 0.6811/
kW ⎞
C = 8.20 kW ⎜
⎟ =
⎝ h ⎠
$ 5.59 ⎛ 24 h ⎞⎛
365 días ⎞
C = ⎜ ⎟⎜
⎟ =
h ⎝1
día ⎠⎝
1año
⎠
$ 5.59
h
$ 48 924.78
año
Donde:
C = costo de electricidad de Generador Pirotubular.
C’ = costo de electricidad de Generador Clayton.
COSTOS POR MANTENIMIENTO
⎛ $ 0.6811/
kW ⎞
C' = 7.
46 kW ⎜
⎟ =
⎝ h ⎠
$ 5.08 ⎛ 24 h ⎞⎛
365 días ⎞
C' = ⎜ ⎟⎜
⎟ =
h ⎝1
día ⎠⎝
1año
⎠
$ 5.08
h
$ 44 509.61
año
Existen dos tipos de mantenimiento, el PREVENTIVO y el CORRECTIVO. El primero se refiere al
mantenimiento que se hace con regularidad para asegurar que todos los componentes de la
máquina estén trabajando correctamente. El segundo se refiere al mantenimiento que se da
cuando hay un mal funcionamiento y se requiere de alguna reparación.
4 http://www.cfe.gob.mx/es/InformacionAlCliente/conocetutarifa

- 29 -
Manual de Consulta
En caso de reparación se acude a un técnico especialista, el cual generalmente cobra por hora,
con un mínimo de 2 horas de servicio además de las refacciones que llegara a necesitar para
resolver el problema.
Los costos de ambas modalidades pueden variar, pero oscilan aproximadamente como sigue:
TIPO DE
MANTENIMIENTO
COSTO
CONVENCIONAL
MENSUAL
COSTO
CONVENCIONAL
ANUAL
COSTOS
CLAYTON
MENSUAL
COSTOS
CLAYTON
ANUAL
PREVENTIVO $3 483.33 $41 800.00 5 $2 783.33 $33 400.00
CORRECTIVO $4 312.50
$51 750.00 6
+ $51 750.00
= $ 103 500.00
$3 450.00
$41 400.00
+ $55 200.00 7
= $96 600.00
TOTAL $7 795.83 $145 300.00 $6 233.33 $130 000.00
COSTOS POR PURGAS
Para calcular la purga requerida en una caldera de tubos de humo se aplica la fórmula 2.
⎛ K AS ⎞
P = AS
⎜
⎟
(2)
⎝ K P ⎠
Donde:
P = Agua de Purga hacia el drenaje en litros
AS = Agua de Suministro (Make Up) en litros
KAS = Concentración de TDS de Agua de Suministro (Make Up) en mg/L
KP = Concentración de TDS de Agua de Purga hacia el drenaje en mg/L
ESPECIFICACIÓN CONVENCIONAL CLAYTON
Concentración de TDS de Agua de Purga
hacia el drenaje, KP 8 en mg/L.
1000 ≤ KP ≥ 1500 20000 ≤ KP ≥ 40000
5
Por lo general las revisiones se hacen cada 3 meses con un costo aproximado de $10450.00 por los tres meses, es decir,
$3483.33 por mes. El costo de estas revisiones está en función de la capacidad del generador, esto es, a mayor capacidad,
más alto es el precio.
6
Por consulta más gastos por refacciones (considere el doble).
7 La parte de mantenimiento más cara de un Generador Clayton es la desincrustación del Serpentín, esto sólo en casos
extremos, sin embargo se considera aquí para esclarecer que aún con esto, su mantenimiento resulta ser más económico.
8 Recuerde que KP se refiere a los TDS contenidos en el agua de purga, es decir, que en el caso del Generador de Vapor
Clayton, se arrastra y saca del sistema una cantidad tremenda de sólidos. En el caso de un Generador de Vapor
Convencional, además de que se tira mucha agua de caldera, la cantidad de TDS que se expulsa es mínima, teniendo
como consecuencia la incrustación pronta de la Unidad.

Análisis Comparativo de Costos Anuales para la Generación de Vapor
en un Generador Pirotubular y de un Generador de Vapor Clayton
Aplicando los valores mencionados para KP y considerando un Agua de Suministro Suavizada con
promedios de KAS = 400 mg/L, la purga necesaria para mantener los TDS sería:
ESPECIFICACIÓN CONVENCIONAL CLAYTON
Purga necesaria: 27% AS ≤ P ≥ 40% AS 1% AS ≤ P ≥ 2% AS
Purga máxima,
PM a 170ºC:
Calor Perdido, CP:
Diesel Requerido, DR:
Costo por Hora, CH:
Costo por Año, CA:
⎛1,320
kg ⎞⎛
1L
⎞ 528 L
PM = 40% ⎜ ⎟ =
h
⎜
1kg
⎟
⎝ ⎠⎝
⎠ h
528 L
CP =
h
⎛170
⎜
⎝
kcal/L - 20 kcal/L ⎞
⎟
0.77 ⎠
102,857.14 kcal
CP =
h
102,857.14 kcal/h 11.89 L
DR =
=
8,650 kcal/L h
11.89 L ⎛ $ 5.84 ⎞
CH = ⎜ ⎟ =
h ⎝ L ⎠
- 30 -
$ 69.44
h
$ 69.44 ⎛ 24h ⎞⎛
365días ⎞
CA = ⎜ ⎟⎜
⎟
h ⎝1día
⎠⎝
1año ⎠
$ 608,324.49
CA =
año
⎛1,320
kg ⎞⎛
1L
⎞ 26.4 L
PM' = 2% ⎜ ⎟ =
h
⎜
1kg
⎟
⎝ ⎠⎝
⎠ h
26.4 L
CP' =
h
⎛170
⎜
⎝
kcal/L - 20 kcal/L ⎞
⎟
0.85 ⎠
4,658.82 kcal
CP' =
h
4,658.82 kcal/h 0.54 L
DR' =
=
8,650 kcal/L h
0.54 L ⎛ $ 5.84 ⎞
CH' = ⎜ ⎟ =
h ⎝ L ⎠
$ 3.14
h
$ 3.14 ⎛ 24h ⎞⎛
365días ⎞ 9
CA' = ⎜ ⎟⎜
⎟
h ⎝1día
⎠⎝
1año ⎠
$ 27,553.52
CA'=
año
Resumiendo y comparando los costos con un Generador de Vapor de Tubos de Agua se presenta
la tabla siguiente.
CONVENCIONAL TUBOS DE AGUA AHORRO ANUAL
Eficiencia: 77% 10 85%
INSTALACIÓN $520,409.23 $212,265.68 $308,143.55
COMBUSTIBLE $6,479,577.54 $5,869,734.95 $609,842.59
ELECTRICIDAD $48,924.78 $44,509.61 $4,415.17
MANTENIMIENTO $145,300.00 $130,000.00 $15,300.00
PURGAS $608,324.49 $27,553.52 $580,770.97
TOTAL $7,802,536.04 $6,284,063.76 $1,518,472.28
TABLA 1. COMPARACIÓN DE COSTOS ANUALES DE UN GENERADOR DE VAPOR CONVENCIONAL
VS UN GENERADOR DE VAPOR CLAYTON
9 La comilla hace referencia al Generador de Vapor Clayton.
10 Para el Generador de Vapor convencional se considera una eficiencia del 77% debido a las pérdidas de radiación que
sufre el equipo. Si bien ambos equipos generan la misma potencia, el convencional se está enfriando al mismo tiempo que
está generando calor, teniendo como consecuencia que el consumo de combustible sea mayor.

$7,000,000.00
$6,000,000.00
$5,000,000.00
$4,000,000.00
$3,000,000.00
$2,000,000.00
$1,000,000.00
$0.00
- 31 -
Manual de Consulta
GRÁFICO 1. EN ÉSTE SE PUEDE APRECIAR QUE EL COSTO MAYOR CORRESPONDE AL RUBRO DE
COMBUSTIBLE, SIENDO ÉSTE MAYOR EN UNA CALDERA CONVENCIONAL QUE EN UN GENERADOR
DE VAPOR DE TUBOS DE AGUA.
$700,000.00
$600,000.00
$500,000.00
$400,000.00
$300,000.00
$200,000.00
$100,000.00
$0.00
COMPARACIÓN DE COSTOS ANUALES DE UN GENERADOR DE VAPOR
CONVENCIONAL VS UN GENERADOR DE VAPOR CLAYTON
INSTALACIÓN COMBUSTIBLE ELECTRICIDAD MANTENIMIENTO PURGAS
CONVENCIONAL CLAYTON
COMPARACIÓN DE COSTOS ANUALES DE UN GENERADOR DE VAPOR
CONVENCIONAL VS UN GENERADOR DE VAPOR CLAYTON
INSTALACIÓN ELECTRICIDAD MANTENIMIENTO PURGAS
CONVENCIONAL CLAYTON
GRÁFICO 2. DEBIDO A QUE EL CONSUMO DE COMBUSTIBLE ESTÁ MUY POR ENCIMA DE LOS
OTROS, SE PRESENTA EL GRÁFICO 2 PARA UNA MEJOR APRECIACIÓN DE LAS OTRAS CARGAS.
COMO PUEDE VER, LOS COSTOS POR PURGAS SON LOS QUE SIGUEN EN CUANTO A INVERSIÓN
MONETARIA. NUEVAMENTE, LA CALDERA CONVENCIONAL SUPERA AL GENERADOR DE VAPOR DE
TUBOS DE AGUA. MÁS CONCRETAMENTE, LA CANTIDAD LA PUEDE APRECIAR EN LA TABLA 1.

Análisis Comparativo de Costos Anuales para la Generación de Vapor
en un Generador Pirotubular y de un Generador de Vapor Clayton
GRÁFICO 3. EN ESTE GRÁFICO PUEDE APRECIARSE EL COSTO TOTAL ANUAL DE CADA
GENERADOR DE VAPOR Y EN LA ÚLTIMA COLUMNA EL AHORRO TOTAL ANUAL POR EMPLEAR UN
GENERADOR CLAYTON.
CONCLUSIÓN:
$8,000,000.00
$7,000,000.00
$6,000,000.00
$5,000,000.00
$4,000,000.00
$3,000,000.00
$2,000,000.00
$1,000,000.00
$0.00
COSTO TOTAL ANUAL
COSTO TOTAL
CONVENCIONAL $7,802,536.04
CLAYTON $6,284,063.76
AHORRO TOTAL ANUAL $1,518,472.28
CONVENCIONAL CLAYTON AHORRO TOTAL ANUAL
El costo anual para generar una potencia de 100 BHP en los Generadores de Vapor es:
• Generador de Vapor Convencional, de tubos de humo: $7,802,536.04
• Generador de Vapor Clayton, de tubos de agua: $6,284,063.76
Ahorro Anual utilizando el Generador de Vapor Clayton: $1,518,472.28
En virtud de lo anterior, se desprende que la TIR (Tasa Interna de Retorno) o “Pay back” es
menor a 12 meses.
- 32 -

- 33 -
Manual de Consulta
COMPARATIVO DE VENTAJAS Y DESVENTAJAS
DE UNA CALDERA CONVENCIONAL
FRENTE A UN GENERADOR DE VAPOR MARCA CLAYTON
INTRODUCCIÓN
En diversos estudios sobre Generadores de
Vapor, independientemente de si se trata de
Generadores de Vapor de Tubos de Humo o
de Tubos de Agua, se ha encontrado que las
pérdidas más importantes son:
Pérdidas por Radiación (R)
Pérdidas por Convección (C)
Pérdidas por Purga
Pérdidas por la chimenea y
Sin embargo, la diferencia entre la cantidad
de energía que pierde cada equipo es
realmente notable. Como ejemplo tomemos
una Caldera Convencional (tubos de humos)
y un Generador de Vapor Clayton (tubos de
agua).
COMPARACIÓN DE VENTAJAS Y
DESVENTAJAS ENTRE
GENERADORES DE VAPOR
TRANSFERENCIA DE CALOR
Cuando nos referimos a un Generador humo
tubular, hablamos de un recipiente sujeto a
presión que contiene una serie de tubos
(fluxes) y una caja de fuego al final. En dicha
caja se quema el combustible (gas natural,
diesel, combustóleo) y los gases de
combustión generados por éste circulan por
el interior de los tubos, mientras que el agua
se tiene almacenada en el exterior de los
mismos.
Así, el calor que se tiene en la parte interna
de los fluxes se transfiere al agua
almacenada, calentándola hasta el punto de
evaporación. Debido a que el agua se
encuentra estacionaria, el trabajo de
transferencia de calor lo realiza únicamente
la flama lo que hace que el sistema no sea
muy eficiente.
Por otro lado, el almacenamiento de un gran
volumen de agua genera un gran consumo
de combustible para conservar las
condiciones de temperatura y presión del
mismo y además trae consigo el peligro de
explosión.
CALDERA CONVENCIONAL
INTERIOR DE UN GENERADOR DE TUBOS DE HUMO
En el caso de los Generadores de tubos de
agua, como su nombre lo indica, el agua está
contenida en los tubos y los gases de
combustión se encuentran por fuera.

Comparativo de Ventajas y Desventajas de una Caldera Convencional
Frente a un Generador de Vapor Marca Clayton
Hablando del Generador Clayton, el volumen
de agua contenido en los tubos es realmente
pequeño comparado con el gran volumen
almacenado en una Caldera Convencional y
además va a contraflujo con los gases de
combustión, lo que asegura la máxima
transferencia de calor y la seguridad
inherente del sistema, liberándolo del peligro
de explosión.
Este pequeño volumen de agua a calentar,
es lo que asegura que se genere vapor en 5
minutos desde el arranque en frío.
GENERADOR DE VAPOR CLAYTON
PÉRDIDAS POR RADIADIÓN Y
CONVECCIÓN
Como puede apreciar, el área de
transferencia de calor hacia el exterior y la
del hogar, del Generador de tubos de humo
son mucho mayores que las del Generador
Clayton por lo que las pérdidas por radiación
y convección son mayores.
De hecho, este tipo de pérdidas en el
Generador Clayton, son prácticamente nulas.
PURGAS
Otro factor que influye grandemente en el
consumo de combustible son las purgas, ya
que en una caldera convencional estas son
- 34 -
de alrededor del 40% del agua de caldera
para mantener al sistema libre de TDS. Si se
da cuenta, no se trata sólo de agua caliente
que está siendo tirada al drenaje, sino que
con ella se está tirando también todo el
producto químico, combustible y energía
empleados para esto. En el Generador
Clayton se tira como máximo un 2% de agua
en purgas.
INCRUSTACIÓN
Cualquiera pensaría en eliminar el pretratamiento
empleado para obtener agua de
caldera y tener así un ahorro, pero esto no es
posible, ya que precisamente así es como se
evita la incrustación del lado del agua,
asegurando la transferencia de calor y la
máxima eficiencia de la máquina.
INCRUSTACIÓN EN EL LADO DEL AGUA
El modo de detectar la incrustación en un
Generador humo tubular es quitando las
tortugas para observar la fluxería, el
problema con esto es que la máquina debe
parar totalmente, y con ello la producción.
Para eliminar la incrustación en este tipo de
Unidades se requiere el uso de rasqueta y
cincel. Esto puede causar la perforación de la
tubería.

EQUIPO INCRUSTADO POR VAPOR CONTAMINADO
CON IMPUREZAS ARRASTRADAS DE UN
GENERADOR DE VAPOR
En un Generador Clayton la incrustación se
detecta a través de la lectura del manómetro
de alimentación de agua, esto se hace a
modo de rutina. Para eliminar la incrustación
del serpentín monotubular, se usan las
purgas y lavado con ácido, así se asegura
que el material no sea dañado, ni perforado.
HOLLÍN
En los Generadores de vapor que emplean el
diesel como combustible, se presenta
además el problema de hollinamiento. En los
Generadores humo tubulares que son de
varios pasos (2 o 3 y hasta 4), este problema
se ve acrecentado considerablemente
cuando al circular los gases de combustión
por una trayectoria mayor, las partículas más
pesadas se van depositando en el interior de
los fluxes, disminuyendo con esto la
transferencia de calor. Esto lleva a un mayor
consumo de combustible y a una mayor
temperatura de chimenea. Por supuesto la
máquina se vuelve ineficiente. El único modo
de detectarlo es a través de la temperatura
de chimenea. La solución a esta contrariedad
es el soplado del hollín con aire suministrado
desde el exterior.
En el Generador de Clayton también se
presenta el problema de hollinamiento
(unidades a diesel únicamente). La solución
es también el soplado de hollín, pero en este
caso se hace con el mismo vapor generado
por la máquina, empleando la válvula de
soplado de hollín. Este procedimiento se
- 35 -
Manual de Consulta
hace periódicamente por lo que no se da la
oportunidad a su acumulación asegurando la
transferencia de calor.
FATIGA
Otro problema es la fatiga por calor. En el
caso de las calderas convencionales, el tubo
cañón está expuesto directamente a la flama,
por lo que los esfuerzos que sufre el material
al calentarse y enfriarse pueden llevar a la
fractura del mismo. Si bien es cierto que se
tiene un área mayor de transferencia de calor
y la caldera puede ser más eficiente, ya no
tendrá la misma larga vida útil y la
confiabilidad y seguridad se verán
menguadas.
GRIETAS POR CORROSIÓN Y ESFUERZO DEL
MATERIAL
Este problema no existe en el Generador
Clayton, ya que la flama en forma de corazón
y la pared de agua que la rodea evitan ésta
situación. Como puede darse cuenta, desde
el diseño del equipo se contempla ésta
situación. Por supuesto, también se hace un
análisis de las características que debe
cumplir el serpentín intercambiador de calor,
el cual incluye los esfuerzos que sufrirá el
material del mismo, de acuerdo a la
capacidad del Generador.
AUTOMATIZACIÓN
Con respecto a la automatización, ambos
tipos de Generadores de vapor se vuelven
más seguros, sin embargo en el caso del
Generador de tubos de humo, debido a que
el proceso es engañoso, es decir, a que en la
parte alta del Generador se crean burbujas y

Comparativo de Ventajas y Desventajas de una Caldera Convencional
Frente a un Generador de Vapor Marca Clayton
espuma, que al aumentar la temperatura
envían una señal “en falso” al detector de
nivel de agua, indicando que se tiene el nivel
adecuado cuando no es así, hace que la
unidad tenga paros constantes desgastando
rápidamente los controles detectores y
perdiendo confiabilidad.
CERTIFICACIÓN
Cuando se compra un equipo, siempre se
busca que éste esté avalado por alguna
organización. En el caso de los Generadores
de Vapor, estos deben cumplir con todos los
requerimientos establecidos por The
American Society of Mechanical Engineers
(A.S.M.E.) y ser aceptados por la misma, la
cual les otorga ciertos certificados de
autorización. Clayton cuenta los certificados
“U”, “S”, “H”. Del mismo modo, ambos
sistemas son auditados por The National
Board of Boiler and Pressure Vessel
Inspectors (N.B.B.I.), teniendo Clayton los
certificados de autorización “R” y “NB”, lo que
asegura que los equipos cumplen con las
normas de calidad internacional.
- 36 -

- 37 -
Manual de Consulta
CÁLCULO DE EFICIENCIA TOTAL DE UN GENERADOR DE
VAPOR CLAYTON VS. CALDERA CONVENCIONAL
GENERALIDADES
Como se sabe, los Generadores de Vapor se clasifican según aplicación y diseño. De acuerdo a
diseño, a su vez, se clasifican en dos grandes grupos:
• Pirotubulares, o de tubos de humo.
• Acuotubulares, o de tubos de agua.
La diferencia entre estos como se indica, radica precisamente en el diseño. Si bien esto es algo
sumamente importante para un ingeniero, para una persona cuyo único interés es generar vapor
para su proceso, esto pasa a segundo término.
Por lo general cuando se va a adquirir un Generador de Vapor, se pregunta, ¿cuál es el que le
conviene más? La respuesta a ésta pregunta depende de varios factores, pero a esta persona sólo
le interesa saber, qué tan eficiente es el equipo que va a comprar y cuál será el costo por
mantener activa esa inversión después de adquirirlo.
Para tener una visión más clara del equipo que le conviene adquirir, se hará un cotejo entre un
Generador de Vapor Clayton (tubos de agua) y una Caldera Convencional de tubos de humo.
Las especificaciones de estos equipos son las siguientes:
Potencia = 100 BHP
Presión de operación, Pop = 7 kg/cm 2 (man)
Temperatura de saturación, Tsat = 169.6°C
Temperatura de agua de alimentación, TH2O = 15°C
Temperatura del aire de alimentación, Taire = 20°C
Humedad relativa del aire = 70%
Temperatura de chimenea, T1chim = 140°C (Clayton)
Temperatura de chimenea, T2chim = 210°C (Convencional)
Combustible Diesel, PCS = 9,920 kcal/kg
Precio del combustible $5.19/kg
Exceso de aire = 20%
Ambos equipos trabajan al 100% de su carga durante 24 horas al día, 365 días al año
Por definición se sabe que por cada BHP producido se obtienen 8436 kcal/h de energía calorífica,
por lo que un Generador de 100 BHP producirá:
⎛ 8436 kcal/kg ⎞
Q 100 BHP⎜
⎟ = 843,600 kcal/h
⎝ 1BHP ⎠
= (1)
Por otro lado y recordando que la bomba de agua maneja un sobreflujo del 20%,
Q = 1.20 mCpΔC + mh
(2)
fg

Cálculo de Eficiencia Total de un Generador de Vapor Clayton vs. Caldera Convencional
El primer término de la ecuación 2 se refiere a la energía suministrada para elevar la temperatura
del agua de la temperatura inicial T1 a la temperatura de saturación T2, y el segundo término se
refiere al cambio de fase, es decir para llevar el agua del estado líquido al estado vapor.
Despejando “m”, se obtiene el flujo de vapor requerido por el proceso y el cual es generado por el
Generador de 100 BHP
m =
Q
1.20 Cp ΔT
+ h
fg
- 38 -
[ = ]
kg de vapor
h
A la temperatura de saturación (Tsat = 169.6°C) se obtienen los siguientes datos:
Entalpía de Vapor (hg): 660.9 kcal/kg
Entalpía del Agua (hf): 171.3 kcal/kg
Entalpía de Vaporización (hfg): 489.6 kcal/kg
Con el sobreflujo, se considera que el tanque de condensado, alcanza una temperatura de 90°C
m real
843,600 kcal/h
1441.76 kg
=
=
⎛1
kcal ⎞
h
1.20 • ⎜ ⎟ • (169.6°
C − 90°
C) + 489.6
⎝ kg°
C ⎠
Este es el flujo real manejado por el sistema y el cual será empleado en los siguientes cálculos.
CÁLCULO DE EFICIENCIA DE UN GENERADOR DE VAPOR
Matemáticamente hablando, la eficiencia es:
Q Q − Q
Q
η 1−
ABSORBIDO TOTAL PÉRDIDAS
PÉRDIDAS
= =
=
(3)
Q TOTAL Q TOTAL
Q TOTAL
Como puede observar, en términos generales, la eficiencia se puede medir dividiendo el calor
absorbido (vapor generado) entre el calor suministrado (combustible consumido), donde el calor
absorbido a su vez, es el calor total menos el calor debido a pérdidas.
El calor total se calcula a partir de:
Donde:
Q = PCS • W
(4)
TOTAL
PCSC = Poder Calorífico Superior del Combustible
WC = Consumo de Combustible
C
C

Por otro lado el calor debido a pérdidas se debe a:
Combustión:
• Agua procedente de la combustión del hidrógeno.
• Humedad en el aire.
• Gases secos de la chimenea.
• Combustión incompleta.
• Hidrógeno o hidrocarburos sin quemar, radiación y otras pérdidas.
Purga.
Flasheo.
PÉRDIDA DE CALOR DEBIDO A COMBUSTIÓN
Agua procedente de la combustión del hidrógeno
- 39 -
Manual de Consulta
El hidrógeno del combustible al quemarse se transforma en agua, el cual abandona el Generador
de Vapor constituyendo parte de los gases de combustión, en forma de vapor recalentado.
Donde:
1
2
( h h )
P = 9H −
(5)
P1 = Pérdidas de calor en kcal por kg de combustible quemado
H2 = Peso en kg de H2 por kg de combustible quemado
hg = Entalpía del vapor recalentado a la Temperatura de los gases de chimenea y a una presión
absoluta de 0.07 kg/cm 2 , en kcal/kg
hf = Entalpía del agua a la temperatura a la cual el combustible entra, en kcal/kg
H2 = 15%
hg (T1chim = 140°C) = 660.21 kcal/kg
hf = 15 kcal/kg
P
P
1
1
( 0.15)
* ( 660.21−
15)
= 9
= 871.03 kcal/kg
Humedad en el aire
Donde:
CLAYTON CONVENCIONAL
comb
2
as
g
f
H2 = 15%
hg (T2chim = 210°C) = 692.59 kcal/kg
hf = 15 kcal/kg
P
P
1
1
v
( 0.15)
* ( 692.59 −15)
= 9
= 914.75 kcal/kg
( T T )
P 0.46 m m −
P2 = Pérdidas de calor, en kcal por kg de combustible quemado
g
a
comb
= (6)

Cálculo de Eficiencia Total de un Generador de Vapor Clayton vs. Caldera Convencional
mas = Peso real de aire seco utilizado por kilogramo de combustible
mv = Porcentaje de saturación expresado en forma decimal multiplicado por el peso de vapor de
agua requerido para saturar 1 kg de aire
Tg = Temperatura de los gases de combustión a la salida del Generador en °C
0.46 = Calor específico medio del vapor de agua desde Tg a Ta
Ta = Temperatura del aire al entrar al hogar del Generador en °C
Donde a su vez:
X = Exceso de aire
P
P
2
2
= 0.46
m as
⎡
⎛ 1 ⎞ ⎤
= − 4.32H
( 1+
X)
⎢11.5C
+ 34.5 ⎜H
O⎟
+ ⎥
⎣
⎝ 8 ⎠ ⎦
17.94 kg
m as = ( 1+
0.2)
[ 11.5 (0.85) + 34.5 ( 0.15)
] =
kg
- 40 -
comb
CLAYTON CONVENCIONAL
( 17.94)(
0.7 x 0.01847)(
140 − 20)
= 12.80 kcal/kg
comb
Gases de la chimenea secos
Donde:
3
gs
P
P
gs
2
2
aire
( 17.94)(
0.7 x 0.01847)(
210 − 20)
= 0.46
= 20.27 kcal/kg
( T T )
P m Cp −
g
a
comb
= (7)
P3 = Pérdidas de calor, en kcal por kg de combustible quemado
mgs =peso de los gases secos a la salida de la caldera en kg, por kg de combustible quemado.
Cpgs = Calor específico medio de los gases secos (valor aprox. = 0.24)
Donde a su vez:
P
P
3
3
⎛ 4CO
⎜
⎝
+ O
+ 700 ⎞
⎟ =
⎠
⎛ 4 * 12 + 5 + 700 ⎞
⎜
⎟
⎝
⎠
2 2
m gs = %Cf
⎜
0.85
=
3(CO 2 + CO) ⎟ 3*
(12 + 0.0173)
17.75 kg/kg
CLAYTON CONVENCIONAL
( 0.24)(
140 − 20)
= 17.75
= 511.20 kcal/kg
comb
3
( 0.24)(
210 − 20)
P3
=
17.75
P = 809.40 kcal/kg
comb
comb

Combustión Incompleta
- 41 -
Manual de Consulta
Esta pérdida generalmente es pequeña y es debido a que no se suministra la cantidad suficiente
de aire, lo cual da como resultado que parte del carbono combustible forme monóxido de carbono.
Donde:
CO
P4 5,689.6 C1
CO 2 CO ⎟ ⎛ ⎞
= ⎜
(8)
⎝ + ⎠
P4 = Pérdidas de calor, en kcal por kg de combustible tal como se quema
CO y CO2 = Porcentaje en volumen respectivamente de Monóxido y Bióxido de Carbono
determinado por análisis de los gases de chimenea.
C1 = peso del Carbono realmente quemado por kilogramo de combustible
⎛ 0.0173 ⎞
P 4 = ⎜ ⎟5,689.6*
0.85 =
⎝12
+ 0.0173⎠
6.
96 kcal/kg
Pérdida válida para Clayton y para Convencional, esto porque no depende de la temperatura ni de
la presión.
Radiación
En un Generador de Vapor de tubos de agua, las pérdidas por radiación pueden ser controladas
con el uso de aislantes térmicos, hasta hacerse prácticamente despreciables, sin embargo, no
dejan de existir. Por lo general el fabricante del equipo proporciona dicho dato, o bien se calcula a
partir de la Ley de Stefan-Boltzmann que hace referencia a la cantidad de energía radiante emitida
o calor radiado por un cuerpo. De acuerdo con esta ley dicho calor radiado es proporcional a su
temperatura absoluta elevada a la cuarta potencia:
Donde:
comb
4
P 5 = αK BAT
(9)
α = Coeficiente que depende de la naturaleza del cuerpo, α = 1 para un cuerpo negro perfecto.
A = Área de la superficie que radia
KB = Constante de Stefan-Boltzmann con un valor de 5.67x10-8 W/m 2 K 4
T = Temperatura del cuerpo
Por norma la temperatura de la superficie de los Generadores de Vapor debe ser máximo del 60°C
= 333.15 K
La caldera está radiando a medida que consume combustible, por lo que el cálculo de pérdidas de
radiación se hace en función del combustible consumido por unidad de tiempo, para el caso de
pérdidas por radiación, considere un consumo de combustible de 70 kg/h.
Los consumos de combustible Diesel para Clayton y Convencional para generar 100 BHP de
potencia son respectivamente de 113.60 L/h (98.26 kgcomb/h) y 114.46 L/h (99.01 kgcomb/h).

Cálculo de Eficiencia Total de un Generador de Vapor Clayton vs. Caldera Convencional
A = 21 m 2
-8 ⎛ 5.67x10 W
P5
= 0.8 ⎜ 2 4
⎝ m K
P5
= 11,734.14 W
P = 102.
77 kcal/kg
5
P1 = 871.03
P2 = 12.80
P3 = 511.20
P4 = 6.96
P5 = 102.77
i 5
∑
i 1
=
=
i=
5
∑
i=
1
i=
5
∑
i=
1
CLAYTON CONVENCIONAL
comb
Pi = 1,504.76 kcal/kg
Pi =
1,504.76 kcal
kg
comb
⎞
⎟
⎟(21m
⎠
Pi = 147,857.72 kcal/h
2
)(333.15K)
4
A = 46.45 m 2
-8 ⎛ 5.67x10 W
P5
= 0.8 ⎜ 2 4
⎝ m K
P5
= 25,954.82 W
P = 225.60
kcal/kg
PÉRDIDAS POR COMBUSTIÓN
kcal/kg
5
- 42 -
comb
⎞
⎟
⎟(46.45
m
⎠
CLAYTON CONVENCIONAL
comb
⎛ 98.26 kg
⎜
⎝ h
comb
⎞
⎟
⎠
P1 = 914.75
P2 = 20.27
P3 = 809.40
P4 = 6.96
P5 = 225.60
i 5
∑
i 1
=
=
i=
5
∑
i=
1
i=
5
∑
i=
1
Pi = 1,976.98 kcal/kg
Pi =
1,976.98 kcal
kg
comb
comb
Pi = 195,740.79
kcal/h
PÉRDIDA DE CALOR DEBIDO A PURGA
⎛ 99.01kg
⎜
⎝ h
2
)(333.15K)
En todo Generador de Vapor, el agua de caldera lleva consigo sólidos disueltos (TDS), los cuales a
alta temperatura y presión adquieren altas velocidades y causan incrustación, por este motivo
deben ser purgados del sistema de vapor. En el caso de las calderas convencionales, la cantidad
de agua que debe purgarse es de 1/3 del volumen total, lo que implica eliminar producto químico
(debido a que el agua desechada es agua ya tratada), calor (el cual ha sido añadido del
combustible quemado), y por consiguiente dinero.
En Generadores de Vapor Clayton, las purgas se llevan a cabo en volúmenes pequeños de agua,
por lo que el porcentaje de purga es propiamente entre 80-90% menor de la cantidad de purga de
generadores de vapor convencionales. Por tanto, entre menor cantidad de agua se purga, se
reducen los costos de combustible y de producto químico.
comb
⎞
⎟
⎠
4

Cálculo de Purga de Sólidos en Generadores de Vapor
- 43 -
Manual de Consulta
Con base a la Figura 1, y haciendo un balance de masas de entradas y salidas al sistema de
Generador de Vapor Clayton, se tiene el siguiente balance:
Donde:
K AS
R
V P
* AS + K * R = K V + K + P
(10)
KAS = Concentración de TDS de Agua de Suministro (Make Up) en mg/L
KR = Concentración de TDS de Retorno de Condensados en mg/L
KV = Concentración de TDS de Vapor Generado en mg/L
KP = Concentración de TDS de Agua de Purga hacia el drenaje en mg/L
AS = Agua de Suministro (Make Up) en litros
R = Retorno de Condensados en litros
V = Vapor Generado en litros
P = Agua de Purga hacia el drenaje en litros
FIGURA 1. PURGA DE SÓLIDOS EN GENERADORES DE VAPOR
En términos generales se puede considerar que los TDS de KR y KV son cero, por lo tanto de la
fórmula 10 se deduce que:
⎛ K AS ⎞
P = AS ⎜
⎟
(11)
⎝ K P ⎠
Haciendo nuevamente un balance de masas de entradas y salidas en el Generador de Vapor
Clayton se tiene que:
K AC * AC =
K VV
+ K P
* (T
+ P)

Cálculo de Eficiencia Total de un Generador de Vapor Clayton vs. Caldera Convencional
Donde:
KAC = Concentración de TDS de Agua de Suministro al Generador de Vapor en mg/L
AC = Agua de Suministro al Generador de Vapor en litros
T = Retorno de la Trampa del Separador de Vapor en litros
Nuevamente, considerando en términos generales KV como cero, queda:
Despejando KP:
K AC * AC = K P
- 44 -
* (T
+ P)
⎛ AC ⎞
P = K * ⎜ ⎟ (10)
⎝ T + P ⎠
K AC
Por condiciones de diseño para el Generador de Vapor Clayton, el agua de alimentación del
Generador (AC) se suministra considerando que el sobreflujo recuperado en el Separador de
Vapor sea de un 20% de la generación de vapor, por lo que:
Sustituyendo este valor en 10:
T + P = 0.20*
AC
K
= 5*
K AC
(11)
0.
20
AC
K P =
Los valores recomendados de TDS (KAC) de agua de alimentación al Generador de Vapor son de
3000 a 6000 mg/L, por lo que los valores de KP en base a la formula 11 serán:
15,000 K P 30,000 ≤ ≤ (12)
Utilizando la formula 9 y aplicando los valores encontrados para KP y considerando un Agua de
Suministro Suavizada con promedios de 400 mg/L, se encuentra que la purga necesaria para un
Generador de Vapor Clayton es:
1.3% AS ≤ P ≤ 2.7%AS
Para calcular la purga requerida en un Generador de Vapor Convencional de tubo de humo o de
tubos de agua se cumple también la fórmula 11, aunque los valores de TDS recomendados son:
1000 K P 1,500 ≤ ≤
Nuevamente aplicando estos valores en la fórmula 11 con un Agua de Suministro Suavizada con
400 mg/L, la purga necesaria para mantener los TDS sería:
27% AS ≤ P ≤ 40%AS
Esta purga finalmente es agua suavizada con productos químicos para el tratamiento interno del
Generador de Vapor y se descarga al drenaje a la temperatura de saturación del vapor, lo que
implica pérdida de energía y combustible.

Costo de la Purga de Sólidos de un Generador de Vapor
PÉRDIDA DE CALOR POR PURGA
CLAYTON CONVENCIONAL
400 ⎛1441.76
L ⎞ 19.22
L
Purga = ⎜ ⎟ =
30,
000 ⎝ h ⎠ h
Q = mCp ΔT
19.22 kg ⎛1
kcal ⎞
Q = ⎜ ⎟
h ⎝ kg°
C ⎠
Q = 2,971.41kcal/h
( 169.6°
C −15°
C)
- 45 -
Manual de Consulta
400 ⎛1441.76
L ⎞ 384.47
L
Purga = ⎜ ⎟ =
1,
500 ⎝ h ⎠ h
Q = mCp ΔT
384.47 kg ⎛1
kcal ⎞
Q = ⎜ ⎟
h ⎝ kg°
C ⎠
Q = 59,439.06 kcal/h
PÉRDIDA DE CALOR DEBIDO A FLASHEO
( 169.6°
C −15°
C)
La temperatura del condensado en un sistema de alta presión usualmente es ligeramente menor
que la temperatura de saturación del vapor de alta presión. Cuando este condensado caliente se
descarga a una zona de menor presión, su temperatura cae inmediatamente a la temperatura de
saturación de la zona de baja presión. El calor liberado durante esta disminución de la temperatura
evapora una parte del condensado produciendo "Vapor de Flash" o simplemente "flash".
La importancia del vapor flash radica en que guarda unidades de calor o energía que pueden ser
aprovechadas para una operación más económica de la planta. De lo contrario ésta energía es
desperdiciada.
El vapor de flash, al igual que el vapor de agua, es una mezcla de agua y vapor, por lo que para
bombearlo de regreso al generador o para descargarlo a un drenaje, será necesario separarlo.
Esto se realiza descargando el condensado a través de la trampa de vapor hacia el tanque de
condensado en el caso de un Generador de Vapor Clayton, desde el cual podrá ser venteado a la
atmósfera; y en el caso de una Caldera Convencional hacia un tanque venteado, comúnmente
denominado "tanque de flasheo", pudiendo desde ahí ser venteado a la atmósfera o bien podrá ser
descargado a una línea de vapor de baja presión donde puede ser aprovechado nuevamente. El
condensado remanente puede entonces ser enviado al generador o descargado a un drenaje.
Cálculo de Calor Perdido por Flasheo
Presión Atmosférica: 0 kg/cm 2 (man.)
Temperatura de Saturación: 100°C
Entalpía de Vapor (hg): 639.1 kcal/kg
Entalpía del agua (hf): 100 kcal/kg
Entalpía de Vaporización (hfg): 539.1 kcal/kg
h f − h (7) f (0)
%Flash = •100
(13)
h
fg (0)

Cálculo de Eficiencia Total de un Generador de Vapor Clayton vs. Caldera Convencional
169.6 -100
% Flash = •100
= 12.91%
539.1
Del flujo de agua total, es decir, el que se descarga a través de la trampa, una parte se flashea:
kg
⎛1441.76
kg ⎞ 288.35 kg
(trampa) = 0.20⎜
⎟ =
h
⎝ h ⎠ h
⎛ 288.35 kg ⎞ 37.23 kg
%Flash = 12.91%
⎜ ⎟ =
⎝ h ⎠ h
Es decir, se tienen 37.23 kg/h de vapor venteado que deberá de sustituirse por agua suavizada a
15°C. El calor necesario para llevar esta agua de reposición de 15°C a 90°C es el siguiente:
37.23 kg ⎛1
kcal ⎞
2,792.25 kcal
Q = m Cp ΔT = ⎜ ⎟(
90°
C −15°
C)
=
(14)
h ⎝ kg°
C ⎠
h
Por otro lado, el agua que se flashea tiene una diferencia de calor a ceder de 100°C a 90°C, de:
kg ⎛1
kcal ⎞
2,511.20 kcal
Q = m Cp ΔT = ( 288.
35 − 37.
23)
⎜ ⎟(
100°
C − 90°
C)
=
(15)
h ⎝ kg°
C ⎠
h
Ya que 15 < 14, es necesario alimentar vapor al tanque de condensados para mantener la
temperatura. Este calor se toma del agua flasheada, es decir,
por lo tanto se necesitan
2,792.25 kcal 2,511.20 kcal 281.05 kcal
Q =
−
=
h
h
h
Entonces, la cantidad de vapor real flasheada es:
Lo cual equivale a una pérdida de calor de:
281.05 kcal/h 0.44 kg
m = = de vapor
639.1kcal/kg
h
37.23 kg 0.44 kg 36.79 kg
%Flash = − =
h h h
36.79 kg ⎛1
kcal ⎞
367.90 kcal
Q = ⎜ ⎟(
100°
C − 90°
C)
=
h ⎝ kg°
C ⎠
h
El flasheo en una Caldera Convencional se lleva a cabo bajo las mismas condiciones, es decir, a 0
kg/cm 2 (man.), por lo que el porcentaje es el mismo (12.91%). Sin embargo, en lugar de que el
retorno de condensado sea enviado al tanque de almacenamiento, es enviado a un tanque de
flasheo para su uso posterior o en ocasiones es enviado a la atmósfera desperdiciándose toda esa
energía.
- 46 -

- 47 -
Manual de Consulta
La cantidad de agua empleada para generar 100 BHP es diferente en ambos equipos debido al
diseño de estos, sin embargo, la cantidad de condensado que estos retornan es la misma.
En el caso del sistema de agua-vapor de Clayton se trata de un sistema cerrado, en el cual el
retorno de condensado proviene de la trampa de vapor y este es precisamente el sobreflujo que
maneja la bomba de agua.
En una Caldera Convencional, el condensado se genera a partir del vapor que es enviado para
proceso, y que al regresar a una temperatura y presión menor, es enviado al tanque flash para su
uso posterior, o bien su venteo a la atmósfera. En condiciones ideales, toda el agua en forma de
vapor (1441.76 kg/h de vapor), debe regresar en forma de condensado pero esto rara vez sucede
ya que depende si parte de éste es empleado directamente en proceso, o se pierde en forma de
flash en las trampas, piernas colectoras, etc., de la línea de distribución de vapor. Para un caso
práctico considere que retorna el 17% de vapor. Así entonces:
⎛1441.76
kg ⎞ 31.64 kg
%Flash = 12.91%
⎜ ⎟(
17%
) =
⎝ h ⎠ h
Por lo general, el agua fría contenida en el tanque de flasheo está a 15°C, y suponiendo que el
agua debe ser purgada a 60°C, entonces la cantidad de calor perdido debido a flasheo es:
31.64 kg ⎛1
kcal ⎞
1,423.90 kcal
Q = m Cp ΔT = ⎜ ⎟(
60°
C −15°
C)
=
h ⎝ kg°
C ⎠
h
Así, la pérdida de calor total y por consiguiente, la Eficiencia Total para cada equipo es:
PÉRDIDA TOTAL DE CALOR Y EFICIENCIA DE CADA EQUIPO
CLAYTON CONVENCIONAL
Q pérdidas-combustión = 147,857.72 kcal/h
Q pérdidas-purga = 2,971.41 kcal/h
Q pérdidas-flasheo = 380.13 kcal/h
Q pérdidas-total =151,209.25 kcal/h
151,209.25 kcal/h
η = 1−
9,920 kcal/kg
comb
( 98.26 kg /h)
comb
Q combustión = 195,740.79 kcal/h
Q purga = 59,439.06 kcal/h
Q flasheo = 1,423.90 kcal/h
Q pérdidas-total =256,603.75
256,603.75 kcal/h
η = 1−
9,920 kcal/kg
comb
( 99.01kg
/h)
Eficiencia , η = 84.5 %
Eficiencia, η =
73.
9 %
comb

Cálculo de Eficiencia Total de un Generador de Vapor Clayton vs. Caldera Convencional
GRÁFICO 1. PÉRDIDAS DE CALOR POR EQUIPO
En el Gráfico 1 puede observarse que la mayor pérdida de calor es debido al proceso combustión,
el cual está en función de la temperatura de chimenea.
CÁLCULO DE COSTOS DE UN GENERADOR DE VAPOR
Los consumos en un Generador de Vapor se dan por:
• Instalación.
• Mantenimiento.
• Electricidad:
o Bomba de Agua.
o Motor del Ventilador.
o Motor de la Bomba de Combustible.
• Combustible.
• Purga.
200,000
180,000
160,000
140,000
120,000
100,000
80,000
60,000
40,000
20,000
Costo por Instalación
0
Combustión Purga Flasheo
Convencional 147,857.72 2,971.41 380.13
Clayton 195,740.79 59,439.06 1,423.90
La instalación de un Generador de Vapor requiere de un local con el espacio necesario para su
instalación, sus periféricos, la chimenea, y que esté debidamente acondicionado, es decir, que
cuente con toda la instalación de tubería que utiliza cada uno de los dispositivos empleados por el
mismo con sus respectivos accesorios. También se requiere de una alimentación eléctrica
adecuada, instalación hidráulica, señalamientos de seguridad, y que todo se haga bajo norma.
- 48 -

- 49 -
Manual de Consulta
En el caso de un Generador Convencional será necesaria la obra civil, es decir, la construcción de
la base de la Unidad.
Cabe destacar que la cantidad y tipo de tubería, cableado eléctrico, accesorios, etc. dependen de
la capacidad del Generador, ya que no es lo mismo instalar un Generador de 10 BHP, que uno de
100 BHP.
En general, la Guía Mecánica de una Instalación Típica incluye:
• Generador de Vapor.
• Tanque Receptor de Condensados.
• Tanque de Combustible Diesel.
• Equipo Suavizador de Agua.
• Bomba de Agua de Alimentación.
• Separador Centrífugo.
Cada uno de estos dispositivos, como se mencionó con anterioridad, requiere de material para su
instalación. Un costo aproximado de todo esto es:
MATERIAL ESPECIFICACIÓN
Local Un Generador Convencional ocupa 4 veces más
que un Clayton.
Tuberías
Accesorios
Alimentación
Eléctrica
Mano de
Obra
Material
diverso:
De diversos diámetros y materiales dependiendo
de su utilidad.
Válvulas.
Codos.
Trampas de vapor.
Piernas colectoras.
Tuercas.
Switches.
Cableado.
Instalador.
Pintor.
Obra civil.
Pintura.
Soldadura.
Lijas.
Tornillos.
Solventes.
Tees.
Filtros.
Grifos.
Termómetros.
Manómetros
COSTO TOTAL 2
1 2
Suponiendo que 1 m = $3000.00.
2
Éste gasto es sólo una vez, es decir, al momento de desarrollar la instalación.
COSTO
CONVENCIONAL
100 m 2 =
1 $300,000.00
COSTO
CLAYTON
25 m 2 =
$75,000.00
$ 35,872.20 $23,316.93
$ 132,637.81 $86,214.58
$ 10,406.72 $6,764.37
$ 25,876.00 $10,819.40
$ 15,616.50 $10,150.40
$ 520,409.23 $212,265.68

Cálculo de Eficiencia Total de un Generador de Vapor Clayton vs. Caldera Convencional
Costo por Mantenimiento
Existen dos tipos de mantenimiento, el PREVENTIVO y el CORRECTIVO. El primero se refiere al
mantenimiento que se hace con regularidad para asegurar que todos los componentes de la
máquina estén trabajando correctamente. El segundo se refiere al mantenimiento que se da
cuando hay un mal funcionamiento y se requiere de alguna reparación.
En caso de reparación se acude a un técnico especialista, el cual generalmente cobra por hora,
con un mínimo de 2 horas de servicio además de las refacciones que llegara a necesitar para
resolver el problema. Los costos de ambas modalidades pueden variar, pero oscilan poco más o
menos como sigue:
TIPO DE
MANTENIMIENTO
COSTO
CONVENCIONAL
MENSUAL
COSTO
CONVENCIONAL
ANUAL
- 50 -
COSTOS
CLAYTON
MENSUAL
COSTOS
CLAYTON
ANUAL
PREVENTIVO $3,483.33 $41,800.00 3 $2,783.33 $33,400.00
CORRECTIVO
Costos por Electricidad
$4,312.50
$51,750.00 4
+ $51,750.00
= $ 103,500.00
$3,450.00
$41,400.00
+ $55,200.00 5
= $96,600.00
TOTAL $7,795.83 $145,300.00 $6,233.33 $130,000.00
Los dispositivos que emplean electricidad para su funcionamiento son:
CONSUMO
CONVENCIONAL
(HP)
CONSUMO
CONVENCIONAL
(kW)
CONSUMO
CLAYTON
(HP)
CONSUMO
CLAYTON
(kW)
Bomba de Agua 5 3.73 5 3.73
Motor del Ventilador 3 2.24 5 6 3.73
CONSUMO TOTAL 8 5.97 10 7.46
3 Por lo general las revisiones se hacen cada 3 meses con un costo aproximado de $10450.00 por los tres meses, es decir,
$3483.33 por mes. El costo de estas revisiones está en función de la capacidad del generador, esto es, a mayor capacidad,
más alto es el precio.
4 Por consulta más gastos por refacciones (considere el doble).
5 La parte de mantenimiento más cara de un Generador Clayton es la desincrustación del Serpentín, esto sólo en casos
extremos, sin embargo se considera aquí para esclarecer que aún con esto, su mantenimiento resulta ser más económico.
6 Para alta altitud de emplea un motor de 7.5 HP (5.6 kW).

Considerando un precio 7 de electricidad de: $0.6811/kW/h:
CONVENCIONAL CLAYTON
⎛ $ 0.6811/
kW ⎞
C = 5.
97 kW ⎜
⎟ =
⎝ h ⎠
$ 4.07 ⎛ 24 h ⎞⎛
365 días ⎞
C = ⎜ ⎟⎜
⎟ =
h ⎝1
día ⎠⎝
1año
⎠
$ 4.07
h
$ 35,619.62
año
Donde:
C = costo de electricidad de Generador Convencional.
C’ = costo de electricidad de Generador Clayton.
Costo por Consumo de Combustible por Operación
Q
kg comb =
PCS η
kg comb
kg comb
- 51 -
⎛ $ 0.6811/
kW ⎞
C' = 7.
46 kW ⎜
⎟ =
⎝ h ⎠
$ 5.08 ⎛ 24 h ⎞⎛
365 días ⎞
C' = ⎜ ⎟⎜
⎟ =
h ⎝1
día ⎠⎝
1año
⎠
CONVENCIONAL CLAYTON
843,600 kcal/h 115.07 kg
=
=
9,920 kcal
h
* 73.9 %
h
115.07 kg ⎛ 24 h ⎞⎛
365 días ⎞
= ⎜ ⎟⎜
⎟
h ⎝ día ⎠⎝
año ⎠
1,008,055. 79 kg
kg comb =
año
$
año
=
1,008,055. 79 kg
año
⎛ $5.19
kg
⎜
⎝
⎞
⎟
⎠
$ $5,231,809.55
=
año año
Q
kg comb =
PCS η
kg comb
kg comb
Manual de Consulta
$ 5.08
h
$ 44,509.61
año
843,600 kcal/h 100.64 kg
=
=
9,920 kcal
h
* 84.5 %
h
100.64 kg ⎛ 24 h ⎞⎛
365 días ⎞
= ⎜ ⎟⎜
⎟
h ⎝ día ⎠⎝
año ⎠
881,601.45 kg
kg comb =
año
$
año
7 http://www.cfe.gob.mx/es/InformacionAlCliente/conocetutarifa
=
881,601.45 kg
año
⎛ $5.19
kg
⎜
⎝
⎞
⎟
⎠
$ $4,575,511.53
=
año año

Cálculo de Eficiencia Total de un Generador de Vapor Clayton vs. Caldera Convencional
Costo por Combustible Consumido por Purga
CONVENCIONAL CLAYTON
Calor consumido en la purga:
59,439.06 kcal
Q =
h
kg comb −purga
kg comb −purga
kg comb − purga
$
año
=
59,439.06 kcal/h 8.11kg
=
=
9,920 kcal
h
* 73.9 %
h
=
8.11kg
⎛ 24 h ⎞⎛
365 días ⎞
⎜ ⎟⎜
⎟
h ⎝ día ⎠⎝
año ⎠
71,026.42 kg
=
año
71,0263.42 kg
año
⎛ $5.19
kg
⎜
⎝
⎞
⎟
⎠
$ $368,627.12
=
año año
- 52 -
Calor consumido en la purga:
2,971.41kcal
Q =
h
kg comb − purga
kg comb −purga
kg comb − purga
$
año
=
2,971.41kcal/h
0.35 kg
=
=
9,920 kcal
h
* 84.5 %
h
=
0.35 kg ⎛ 24 h ⎞⎛
365 días ⎞
⎜ ⎟⎜
⎟
h ⎝ día ⎠⎝
año ⎠
3,105.26 kg
=
año
3,105.26 kg
año
⎛ $5.19
kg
⎜
⎝
⎞
⎟
⎠
$ $16,116.30
=
año año

Costo por Combustible Consumido por Flasheo
Calor perdido por flasheo:
1,423.90 kcal
Q =
h
kg comb −flash
kg comb −flash
kg comb − flash
$
año
=
CONVENCIONAL CLAYTON
1,423.90 kcal/h 0.194 kg
=
=
9,920 kcal
h
* 73.9 %
h
0.194 kg ⎛ 24 h ⎞⎛
365 días ⎞
= ⎜ ⎟⎜
⎟
h ⎝ día ⎠⎝
año ⎠
1,701.48 kg
=
año
1,701.48 kg
año
⎛ $5.19
kg
⎜
⎝
⎞
⎟
⎠
$ $8,830.69
=
año año
- 53 -
Calor perdido por flasheo:
380.13kcal
Q =
h
kg comb −flash
kg comb −flash
kg comb − flash
$
año
=
Manual de Consulta
380.13 kcal/h 0.045 kg
=
=
9,920 kcal
h
* 84.5 %
h
0.045 kg ⎛ 24 h ⎞⎛
365 días ⎞
= ⎜ ⎟⎜
⎟
h ⎝ día ⎠⎝
año ⎠
397.25 kg
=
año
397.25 kg
año
⎛ $5.19
kg
⎜
⎝
⎞
⎟
⎠
$ $2,061.75
=
año año

Cálculo de Eficiencia Total de un Generador de Vapor Clayton vs. Caldera Convencional
CONCLUSIÓN:
Resumiendo y comparando los costos con un Generador de Vapor Clayton frente a un Generador
de Vapor Convencional se presenta la tabla siguiente.
CONVENCIONAL CLAYTON AHORRO ANUAL
EFICIENCIA: 73.9% 84.5%
INSTALACIÓN $520,409.23 $212,265.68 $308,143.55
MANTENIMIENTO $145,300.00 $130,000.00 $15,300.00
ELECTRICIDAD $35,619.62 $44,509.61 - $8,889.99
OPERACIÓN $5,231,809.55 $4,575,511.53 $656,298.02
PURGAS $368,627.12 $16,116.30 $352,510.82
FLASHEO $8,830.69 $2,061.75 $6,768.94
$6,000,000
$5,000,000
$4,000,000
$3,000,000
$2,000,000
$1,000,000
TOTAL $6,310,596.21 $4,980,464.87 $1,330,131.34
Ahorro Anual utilizando el Generador de Vapor Clayton: $1,330,131.34
$0
INSTALACIÓN MANTENIMIENTO ELECTRICIDAD OPERACIÓN PURGA FLASHEO
Clayton $212,266 $130,000 $44,510 $4,575,512 $16,116 $2,062
Convencional $520,409 $145,300 $35,620 $5,231,810 $368,627 $8,831
GRÁFICO 2. COMPARACIÓN DE COSTOS ANUALES DE UN GENERADOR DE VAPOR CONVENCIONAL
VS. UN GENERADOR DE VAPOR CLAYTON
- 54 -

- 55 -
Manual de Consulta
En el Gráfico 2 se puede apreciar que el costo mayor corresponde al rubro de consumo de
combustible por operación, siendo éste mayor en un Generador de Vapor Convencional que en un
Generador de Vapor de Clayton.
$600,000
$500,000
$400,000
$300,000
$200,000
$100,000
$0
INSTALACIÓN MANTENIMIENTO ELECTRICIDAD PURGA FLASHEO
Clayton $212,266 $130,000 $44,510 $16,116 $2,062
Convencional $520,409 $145,300 $35,620 $368,627 $8,831
GRÁFICO 3. COMPARACIÓN DE COSTOS ANUALES DE UN GENERADOR DE VAPOR CONVENCIONAL
VS. UN GENERADOR DE VAPOR CLAYTON, SIN CONSIDERAR EL COSTO DE CONSUMO DE
COMBUSTIBLE POR OPERACIÓN
Debido a que el consumo de combustible por operación está muy por encima de los otros costos,
se presenta el Gráfico 3 para tener una mejor apreciación del resto. En dicho gráfico se puede
observar que el costo por electricidad, es ligeramente mayor para el Generador de Vapor Clayton.

Cálculo de Eficiencia Total de un Generador de Vapor Clayton vs. Caldera Convencional
CÁLCULO DE COSTOS POR BHP GENERADO
Al inicio de este trabajo se mencionó que por cada BHP producido se obtienen 8436 kcal/h de
energía calorífica. Tomando esto como base es que se hace el siguiente análisis para evaluar
cuánto podría costar el producir 1 BHP.
NOTAS ACLARATORIAS:
La eficiencia de un Generador de Vapor varía de acuerdo a su capacidad y con respecto a
Generadores de Vapor Acuatubulares y Pirotubulares, la diferencia de eficiencia entre ellos es
mayor conforme la capacidad de éstos disminuye, sin embargo para fines prácticos, se usan
las eficiencias antes calculadas.
En cuanto a costos por Instalación, Mantenimiento y Electricidad, no existe una proporción
entre generar 100 BHP y 1 BHP, es decir, los valores conseguidos no se dividen entre 100
para definir el costo de 1 BHP. Dichos datos presentados son sólo una estimación ya que no
existen equipos de 1 BHP.
En cuanto a consumo de combustible por los diversos rubros presentados, ya que éstos están
en función del calor generado, sí es posible calcular el costo correspondiente. Estos se
presentan en la tabla siguiente junto con los costos antes mencionados.
CONVENCIONAL CLAYTON AHORRO ANUAL
EFICIENCIA: 73.9% 84.5%
INSTALACIÓN $146,793.96 $84,827.16 $61,966.8
MANTENIMIENTO $32,024.96 $30,722.21 $1,302.75
ELECTRICIDAD $6,655.47 $7,764.72 - $1,109.25
OPERACIÓN $52,318.09 $45,755.11 $6,562.98
PURGAS $3,686.25 $161.19 $3,525.06
FLASHEO $88.31 $18.02 $70.29
TOTAL $241,567.04 $169,248.41 $72,318.63
ESTIMACIÓN DE COSTOS ANUALES PARA PRODUCIR 1 BHP
- 56 -

- 57 -
Manual de Consulta
ESTUDIO COMPARATIVO DE COSTOS POR PURGA ENTRE UNA
CALDERA CONVENCIONAL Y UN GENERADOR DE VAPOR
CLAYTON
RESUMEN
Se describe el funcionamiento de un Generador de Vapor Clayton y se hace un comparativo de las
ventajas de éste frente a una Caldera de Tubos de Humo Convencional. Estas ventajas radican
primordialmente en el diseño del Generador de Vapor y se presentan a través de explicaciones
físicas de los hechos, aunadas a los cálculos matemáticos respectivos. Los resultados demuestran
que implementando la tecnología, al compromiso de desarrollar un dispositivo de generación de
energía con una mayor eficiencia y seguridad, se cumplen.
INTRODUCCIÓN
El Generador de Vapor Clayton es una
caldera de circulación forzada, monotubular,
que utiliza un intercambiador de calor en
forma de serpentín helicoidal espiral
construido con tubo de acero. Su bomba de
agua (de desplazamiento positivo), está
diseñada para trabajo pesado sin empaques
ni juntas sujetas a fugas. Cuando el
Generador de Vapor opera, la bomba
suministra constantemente agua suave 1 al
intercambiador de serpentín helicoidal, donde
el calor es trasmitido de los productos de la
combustión al agua de alimentación (factor
que contribuye a incrementar la eficiencia de
los Generadores de Vapor Clayton). Un
separador mecánico a la salida del serpentín
intercambiador realiza una separación
positiva del líquido y vapor para asegurar
vapor de alta calidad para procesos de hasta
99.5% en la mayoría de los casos. El
condensado es colectado en la trampa de
vapor anexa al separador y enviado de vuelta
al tanque de retorno de condensado, para ser
enviado de vuelta a la bomba de agua. Un
hecho muy significativo es que los
Generadores de Vapor Clayton no requieren
de un gran recipiente lleno de agua, este
hecho conlleva a las muchas ventajas que
ofrece el equipo Clayton.
Estas ventajas son:
1 El agua de alimentación es sometida a un tratamiento
químico para suavizarla. Para mayores informes
consulte a su agente de ventas Clayton.
Tiempo de Generación de Vapor
El tiempo de generación de vapor de una
caldera convencional es aproximadamente
de 45 minutos, ya que el volumen de agua a
calentar es muy grande. Si bien se cuenta
con un gran volumen de agua caliente
disponible para cuando se requiera vapor,
esto no es por mucho tiempo y es necesario
el consumo de combustible para devolverla a
las condiciones necesarias de operación.
Los Generadores de Vapor Clayton al
emplear un “flujo constante” de agua,
generan vapor a los 5 minutos desde el
arranque en frío. Esto da por resultado
reducción de los costos de combustible y
mano de obra debido a que no es necesario
"esperar" tanto tiempo ni para el arranque, ni
para la generación de vapor.
Reducido Porcentaje de Purgas
En todo Generador de Vapor, el agua de
caldera lleva consigo sólidos disueltos (TDS),
los cuales a alta temperatura y presión
adquieren altas velocidades y causan
incrustación, por este motivo deben ser
purgados del sistema de vapor. En el caso de
las calderas convencionales, la cantidad de
agua que debe purgarse es de 1/3 del
volumen total, lo que implica eliminar
producto químico (debido a que el agua
desechada es agua ya tratada), calor (el cual
ha sido añadido del combustible quemado), y
por consiguiente dinero.
En Generadores de Vapor Clayton, las
purgas se llevan a cabo en volúmenes
pequeños de agua, por lo que el porcentaje
de purga es propiamente entre 80-90%

Estudio Comparativo de Costos por Purga entre una Caldera Convencional
y un Generador de Vapor Clayton
menor de la cantidad de purga de
generadores de vapor convencionales. Por
tanto, entre menor cantidad de agua se
purga, se reducen los costos de combustible
y de producto químico.
Cálculo de Purga de Sólidos en
Generadores de Vapor
Con base a la Figura 1, y haciendo un
balance de masas de entradas y salidas al
sistema de Generador de Vapor Clayton, se
tiene el siguiente balance:
K
AS
* AS + K
R
* R = K
V
V + K
P
+ P (1)
Donde:
KAS = Concentración de TDS de Agua de
Suministro (Make Up) en mg/L
KR = Concentración de TDS de Retorno
de Condensados en mg/L
KV = Concentración de TDS de Vapor
Generado en mg/L
KP = Concentración de TDS de Agua de
Purga hacia el drenaje en mg/L
AS = Agua de Suministro (Make Up) en
litros
- 58 -
R = Retorno de Condensados en litros
V = Vapor Generado en litros
P = Agua de Purga hacia el drenaje en
litros
En términos generales se puede considerar
que los TDS de KR y KV son cero, por lo tanto
de la fórmula 1 se deduce que:
⎛
⎜
⎝
⎞
⎟
⎠
K
AS
P = AS
(2)
K
P
Haciendo nuevamente un balance de masas
de entradas y salidas en el Generador de
Vapor Clayton se tiene que:
Donde:
K
AC
* AC = K
V
V + K
P
* (T + P)
KAC = Concentración de TDS de Agua de
Suministro al Generador de Vapor
en mg/L
AC = Agua de Suministro al Generador de
Vapor en litros
T = Retorno de la Trampa del Separador
de Vapor en litros
FIGURA 1. PURGA DE SÓLIDOS EN GENERADORES DE VAPOR

Nuevamente, considerando en términos
generales KV como cero, queda:
Despejando KP:
K AC * AC=
K P * (T+
P)
⎛
⎜
⎝
⎞
⎟
⎠
AC
K
P
= K
AC
*
(3)
T + P
Por condiciones de diseño para el Generador
de Vapor Clayton, el agua de alimentación
del Generador (AC) se suministra
considerando que el sobreflujo recuperado
en el Separador de Vapor sea al menos un
15% de la generación de vapor, por lo que:
T + P = 0.15*
AC
Sustituyendo este valor en 3:
K
AC
K
P
= = 6.
7 * K
0.
15
AC
(4)
Los valores recomendados de TDS (KAC) de
agua de alimentación al Generador de Vapor
son de 3000 a 6000 mg/L, por lo que los
valores de KP en base a la formula 4 serán:
20 000 ≤ K
P
≤ 40 000 (5)
Utilizando la formula 2 y aplicando los valores
encontrados para KP y considerando un Agua
de Suministro Suavizada con promedios de
400 mg/L, se encuentra que la purga
necesaria para un Generador de Vapor
Clayton es:
1%AS ≤ P ≤
2%
Para calcular la purga requerida en un
Generador de Vapor Convencional de tubo
de humo o de tubos de agua se cumple
también la fórmula 2, aunque los valores de
TDS recomendados son:
1000 ≤ K
P
≤ 1500
Nuevamente aplicando estos valores en la
fórmula 2 con un Agua de Suministro
Suavizada con 400 mg/L, la purga necesaria
para mantener los TDS sería:
- 59 -
27% AS ≤ P ≤
Manual de Consulta
40%
AS
Esta purga finalmente es agua suavizada con
productos químicos para el tratamiento
interno del Generador de Vapor y se
descarga al drenaje a la temperatura de
saturación del vapor, lo que implica pérdida
de energía y combustible.
Costo de la Purga de Sólidos de un
Generador de Vapor
Considere un Generador de Vapor de 100
BHP trabajando al 100% de su carga durante
24 horas al día y los 365 días del año.
Datos de Operación:
Presión = 100 psig (7 kg/cm 2 )
Temperatura = 170ºC
Generación de Vapor = 1320 kg/h
PCS del diesel = 8580 kcal/L
Eficiencia de Operación = 80%
Purga máxima en un Generador de Vapor
Clayton:
⎛ ⎞
= ⎟
⎝ ⎠
1320 kg
Purga Máxima 2% ⎜ =
h
26.4 L
h
a 170º C
26.4 L ⎛ 1kcal
⎞
Calor Perdido = mCpΔC = ⎜ ⎟(170 h ⎝ kgº C ⎠
3690 kcal
Calor Perdido =
h
3690 kcal/h 0.58 L
Diesel Requerido =
=
8580 kcal/L * 0.8 h
0.58 L ⎛ $ 4.86 ⎞ $ 2.82
Costo por hora = ⎜ ⎟ =
h ⎝ L ⎠ h
- 20)º C
$ 2.82 ⎛ 24h ⎞⎛
365días ⎞ $ 24 703
Costo por año = ⎜ ⎟⎜
⎟ =
h ⎝ 1día ⎠⎝
1año ⎠ año
Purga máxima en un Generador de Vapor
Convencional:

Estudio Comparativo de Costos por Purga entre una Caldera Convencional
y un Generador de Vapor Clayton
⎛ 1320 kg ⎞
Purga Máxima = 40%
⎜ ⎟ =
⎝ h ⎠
Calor Perdido
=
528 L
h
⎛ 170
⎜
⎝
528 L
h
a 170º C
kcal/L - 20 kcal/L ⎞
⎟
0.8 ⎠
99 000 kcal
Calor Perdido =
h
99 000 kcal/h 11.54 L
Diesel Requerido =
=
8580 kcal/L h
11.54 L ⎛ $ 4.86 ⎞ $ 56.08
Costo por hora = ⎜ ⎟ =
h ⎝ L ⎠ h
$ 56.08 ⎛ 24h ⎞⎛
365días ⎞
Costo por año = ⎜ ⎟⎜
⎟
h ⎝ 1día ⎠⎝
1año ⎠
$ 491261
Costo por Año =
año
Ahorro por Purgas en Generadores de
$ 466 558
Vapor Clayton =
año
Menor Espacio y Tiempo
Sus dimensiones y peso permiten transportar
el sistema completo en un solo camión hasta
el punto en el que va a usarse. Lo cual no
ocurre con una caldera convencional que
requiere de la plataforma de un “trailer”. Del
mismo modo el espacio que ocupan en el
cuarto de máquinas es típicamente de 1/4 a
1/3 de lo que requiere una caldera de tubos
de humo, por lo que no existe la necesidad
de hacer una nueva construcción e
instalación.
En caso de requerir mantenimiento, sólo se
requieren unas 8 horas para cambio y
aislamiento total de la unidad de
calentamiento (que es la etapa de
mantenimiento más entretenida), en cambio
en una caldera convencional, normalmente
se llevan 15 días o más la reparación o
cambio de fluxes.
- 60 -
Seguridad
En una caldera convencional, la capacidad
de almacenamiento de agua es muy grande
comparada con la de un Generador de Vapor
Clayton, por lo que la posibilidad de
explosión en este último es simplemente
nula. Aún cuando hubiera una fuga en el
serpentín, la energía no podría liberarse en
forma instantánea porque el agua deberá
circular a través del serpentín para alcanzar
el sitio de la fuga.
Hoy en día la seguridad no es cuestión de
suerte sino de compromiso y es por esto que
con ayuda de sistemas automatizados
(controles de temperatura y presión), se tiene
un mejor control del sistema agua-vapor,
asegurando que la máquina falle en seguro.
Eficiencia y Ahorro de Combustible
El diseño monotubular del intercambiador de
calor, el espaciamiento de los tubos del
serpentín con los que está formado, y el agua
circulando en contraflujo a los gases de
combustión, aseguran que se obtenga la
máxima transferencia de calor del
combustible hacia el agua produciéndose
rápidamente el vapor. Sólo por los aspectos
antes mencionados, el Generador de Vapor
Clayton alcanza un mínimo de 5% de mejora
sobre las calderas convencionales de tubos
de fuego.
Además, la reducida superficie de
calentamiento significa menores pérdidas del
calor radiante. Debido a las dimensiones de
las calderas de tubos de fuego, sus pérdidas
por radiación y convección de la caldera al
cuarto de calderas normalmente son de 1.4%
a 1.6%. Estas mismas pérdidas en el
Generador de Vapor Clayton son menores al
0.75%.
En un Generador de Vapor Clayton con
Sección Economizadora la temperatura de
chimenea, que es una buena medida para
conocer la eficiencia, es típicamente de 27 a
38°C abajo de la temperatura del vapor que
está produciendo. Por otra parte, en una
caldera de tubos de fuego de 3 ó 4 pasos
habrá una temperatura de chimenea entre 32
-38°C sobre la temperatura del vapor
producido.

Tamaño del Generador
(BHP ó CC)
Al 100% de capacidad
%
Pérdidas
50 3.0
60 2.5
70 2.5
80 2.3
100 2.0
125 2.5
150 2.0
200 1.5
250 2.3
300 1.8
350 1.3
400 2.0
500 1.8
600 1.3
TABLA 1. ESTIMACIÓN DE PÉRDIDAS DE
CALOR POR RADIACIÓN, CONVECCIÓN Y
VARIAS
Los factores operacionales que producen
ahorros de combustible, incluyen el arranque
rápido que puede, por ejemplo, eliminar la
necesidad de arrancar la caldera 1 ó 2 horas
antes de necesitarla o conservar la caldera
caliente durante los períodos de "tiempo
muerto", como en las noches o fines de
semana.
El uso del separador de vapor en el
Generador de Vapor Clayton ayuda a obtener
“vapor seco” de un 99.5% de calidad o mejor
en muchos casos. Esto ayuda en general a la
eficiencia de la máquina ya que una mayor
calidad del vapor significa mayor energía (1
kg de vapor contiene típicamente de 3 a 5
veces la cantidad de calor que 1 kg de agua
a la misma temperatura) y ese calor es
recuperado más fácilmente en el proceso,
que el calor en el agua. En adición, para
reducir la cantidad de agua que va hacia el
proceso, el vapor de alta calidad también
provee la ventaja de reducir los sólidos
acarreados hacia el sistema - sólidos que
pueden dañar al equipo o, en el caso de
inyección de vapor, pueden causar
problemas en la calidad del producto.
- 61 -
Manual de Consulta
En virtud de que los ahorros de combustible
son resultado de muchos factores, los
ahorros dependerán de cada aplicación en
particular. Sin embargo, ahorros en el rango
del 5% al 10% son comunes. El PROGRAMA
DE AHORRO DE COMBUSTIBLE puede
usarse para estimar los ahorros. Por favor
contacte a Clayton si a usted desea un
análisis más detallado de los ahorros.
Otro modo de ahorrar combustible es a
través del retorno de condensados. El
condensado formado en la tubería de
distribución, es agua ya caliente y puede ser
nuevamente usada para la alimentación del
generador, pues aún conserva una cantidad
considerable de energía calorífica, por lo que,
se puede aprovechar retornándola al tanque
de almacenamiento de agua que alimenta al
generador.
El retorno de condensados en una planta de
beneficio primario es de gran importancia por
cuánto representa en ahorro de energía. Uno
de los usos mas importantes que se le puede
dar a los condensados, es el
precalentamiento del agua de alimentación
del generador, pues aparte del ahorro de
energía, se obtiene un ahorro en los costos
de tratamiento del agua reutilizada, con ello
se logra controlar el oxigeno disuelto y
aumentar el rendimiento del vapor.
En algunos sistemas donde la descarga
caliente de las trampas se puede volver a
utilizar, el uso de intercambiadores de calor
concede ahorros entre el 5 y 15% en los
costos de combustibles.
Cálculo de Ahorro de Energía por Retorno
de Condensados
EJEMPLO:
Se tiene un sistema con 7 kg/cm² de vapor,
tanque receptor de condensados
“atmosférico” (100°C y 1 kg/cm 2 ) y un retorno
de condensados del 100%. De tablas de
vapor:
Calor en el vapor a 7 kg/cm² = 659.5 kcal/kg
Calor en el líquido a 7 kg/cm² = 165.6 kcal/kg
Calor en el líquido a 100°C = 100 kcal/kg
Calor en el proceso: 659.5 – 165.6 = 493.9
kcal/kg.
Calor desperdiciado: 165.6 – 100 = 65.6 kcal/kg.

Estudio Comparativo de Costos por Purga entre una Caldera Convencional
y un Generador de Vapor Clayton
65.6
x 100 = 15.31%
de pérdida de calor.
493.9 − 65.6
El ejemplo de arriba fue simplificado debido:
• Raramente el condensado regresa a la
temperatura de saturación.
• Raramente el 100% de todo el
condensado regresado es vuelto a
usar.
Sin embargo este ejemplo nos indica la
magnitud de las perdidas de calor.
En un sistema cerrado se conservara todo el
calor en el condensado y por lo tanto podrá
ahorrar el 15% de pérdida de calor.
EJEMPLO:
Características del sistema: 7 kg/cm² de
vapor, tanque receptor de condensados 6
kg/cm² (158.0°C sat.), retorno de
condensados del 100%. De tablas de vapor:
Calor en el a 7 kg/cm² vapor = 659.5 kcal/kg
Calor en el líquido a 7 kg/cm² = 165.6 kcal/kg
Calor en el líquido a 6 kg/cm² = 159.2 kcal/kg
Calor en el proceso: 659.5 – 165.6 = 493.9
kcal/kg.
Calor desperdiciado: 165.5 – 159.2 = 6.3 kcal/kg.
6.3
493.9 + 6.3
x 100
= 1.29 % de pérdida de calor
Si se añade el agua de alimentación ya
caliente a un tanque de condensados
atmosférico, puede desperdiciarse el 14.02%
de este calor. En cambio, si se usa un tanque
semi-cerrado, las pérdidas de calor serán
considerablemente menores.
Eficiencia
Como se ha venido mencionando, las
pérdidas de calor por radiación y convención
en un Generador de Vapor Clayton son
realmente insignificantes comparadas con las
que presenta una caldera convencional. Por
otro lado, el control de la pérdida de calor en
la chimenea con base al uso de una Sección
Economizadora; la recuperación de energía
calorífica a través del retorno de
- 62 -
condensados y principalmente el diseño de la
unidad de calentamiento (serpentín
intercambiador de calor), hacen del
Generador de Vapor Clayton, una unidad
eficiente, segura, y costeable.
Mejor Control, Mayor Aprovechamiento
De acuerdo con estudios realizados por la
CONAE (Comisión Nacional para el Ahorro
de Energía) y el DOE (Departament Of
Energy), el consumo de energía para un
equipo puede ser dividido en porcentajes. El
50% se consume en producción, de un 25 a
30% se pierde en fuga, de 10 a 15% en
demanda artificial (gastos excesivos
propiciados por la falta de control en presión
y caudal de suministro) y de 5 a 10% en usos
inadecuados. Un arma muy útil para
cuantificar potenciales de mejora es tener un
programa de ahorro de energía basado en el
mejor entendimiento sobre los diferentes
estados del aire y del combustible a emplear
(consumo, flujo, presión, humedad) entre el
suministro y el equipo de la planta 2 .
10-15%
DEMANDA
ARTIFICIAL
5-10% USO
INAPROPIADO
25-30% FUGAS
50%
PRODUCCIÓN
2 Para un mejor aprovechamiento de su Generador de
Vapor, consulte a su representante de ventas Clayton.

PROBLEMA:
- 63 -
Manual de Consulta
Se dispone de una Caldera de 100 BHP para generar vapor. ¿Cuál es el costo por kg/h de vapor
producido?
DATOS GENERALES:
CÁLCULOS:
1. Potencia Real del Equipo
Por definición, se sabe que 1 BHP es
equivalente a 8436 kcal/h de energía, por lo
tanto, el calor generado por una caldera de
30 BHP es:
⎛ 8436 kcal/h ⎞
Q = 100
BHP⎜
⎟ =
⎝ 1BHP
⎠
Presión de Operación: 7 kg/cm 2 (man)
Entalpía de Vapor (hg): 659.4 kcal/kg
Entalpía del Agua (hf): 171.1 kcal/kg
Cp del Agua: 1 kcal/kgºC
Entalpía de Fusión (Δh): 488.3 kcal/kg
Temperatura de Saturación: 170ºC
843,600 kcal/h
(1)
Pero además, se debe considerar que el
material a calentar se encuentra en el estado
sólido por lo que para llevarlo al estado
líquido, es necesario agregar la entalpía o
energía de fusión, así entonces el calor total
es:
Q = m Cp ΔT + m Δh (2)
Despejando “m”, se obtiene el flujo de vapor
requerido por el proceso y el cual es
generado por la Caldera de 30 BHP.
Q kg de vapor
m = [ = ]
(3)
Cp ΔT + Δh h
La temperatura promedio del tanque de
retorno de condensados considerando un
0% de retorno será la temperatura de
alimentación:
Talim = 20ºC
m =
843,600 kcal/h
1kcal/kgº
C (170º C - 20º C)
+
1321.63 kg de vapor
m =
h
Por lo tanto, la Potencia Real es:
488.3 kcal/kg
1321.63 kg
BHP =
= 84.45 BHP
15.65 kg/h/BHP
2. Costo por kg de Vapor Producido a
una Eficiencia de 82% (Clayton)
Suponiendo que se está empleando Gas LP
como combustible:
Poder
kcal/kg
Calorífico Superior: 11,900
Costo del Combustible: $9.00/kg
Consumo de combustible:
Q
kg
gas LP
= (4)
PC η
843,600
kg =
=
gas LP 11,900 (0.82)
Costo de combustible por hora:
86.
45
kg/h
$ 86.45 kg ⎛
$9.00 ⎞
= ⎜ ⎟ = $778.07/h
h h ⎝ kg ⎠

Estudio Comparativo de Costos por Purga entre una Caldera Convencional
y un Generador de Vapor Clayton
3. Costo por kg de Vapor Producido a
una Eficiencia de 77% (Caldera de
Tubos de Humo)
Consumo de combustible:
843,600
kg =
=
gas LP 11,900 (0.77)
92.
07
Considerando un precio de $9.00/L:
kg/h
$ 92.07 kg ⎛ $9.00 ⎞
= ⎜ ⎟ = $828.59/h
h h ⎝ kg ⎠
828.59 - 778.07
% Ahorro =
=
828.59
( 100% ) 6.1%
4. Costo de Operación Anual
considerando 12 h de Operación, 6
días por semana y 80% de Carga
Promedio:
$ $828.59 ⎛12
h ⎞⎛
6 días ⎞⎛
52 sem ⎞
= ⎜ ⎟⎜
⎟⎜
⎟ (0.8)
año h ⎝ día ⎠⎝
sem ⎠⎝
1año ⎠
Ahorro Anual:
$
= $2,481,792/año
año
$2,481,792
(6%) =
año
$148,907/año
5. Costo de Purga para mantener los
TDS (Sólidos Disueltos Totales) en la
Caldera de Tubos de Humo)
El cálculo se determina bajo la fórmula:
TDS
AS
Purga = AS (5)
TDS
P
Donde:
TDSAS = Sólidos Disueltos Totales del Agua
de Suministro.
TDSP = Sólidos Totales Disueltos de la
Purga.
- 64 -
AS = Agua de Suministro a la Caldera.
Sustituyendo valores en Caldera POWER
MASTER
600
Purga = 396.5 L/h
2,500
Purga = 95.6 L/h de agua a 170ºC
El calor perdido por esta purga es:
⎛ ⎞
= ⎟
⎝ ⎠
95.16 L 1kcal
Q mCpΔ T = ⎜ (170º C −
h kgº C
Q = 14,274 kcal/kg
20º C)
La cantidad de gas consumida por la purga
usando la fórmula (4) es:
14,274
kg =
= 1.56 kg/h
Gas LP 11,900 (0.77)
Costo por año:
$
=
año
1.56 kg
h
⎛
⎜
⎝
$9.00
kg
⎞⎛
⎟⎜
⎠⎝
12h
día
⎞⎛
⎟⎜
⎠⎝
$
= $41,993/año
año
6días
sem
⎞⎛
⎟⎜
⎠⎝
52sem
1año
6. Costo de Purga para mantener los
TDS (Sólidos Disueltos Totales) en la
Caldera CLAYTON.
El cálculo se determina con base a la fórmula
(5). Sustituyendo valores en Caldera
CLAYTON
600
Purga = 396.5 L/h
30,000
Purga = 7.93 L/h de agua a 170ºC
El calor perdido por esta purga es:
⎛
⎞
= ⎟
⎝ ⎠
7.93 L 1kcal
Q mCpΔC = ⎜ (170º C −
h kgº C
⎞
⎟
⎠
20º C)
( 0.8)

Q = 1,190 kcal/kg
La cantidad de gas consumida por la purga:
1,190
kg =
=
Gas LP 11,900 (0.82)
0.
1kg/h
7. Conclusiones por Anualizadas
$ 0.1kg ⎛ 12h ⎞⎛
6días ⎞⎛
52sem ⎞
= ⎜ ⎟⎜
⎟⎜
⎟(0.8)
año h ⎝ día ⎠⎝
sem ⎠⎝
1año ⎠
$
=
año
$2,695/año
$41,993 $2,695 $39,298
Ahorro Anual = - =
año año año
$39,298 $148,907 $188,205
Ahorro Total =
+ =
año año año
- 65 -
Manual de Consulta

Estudio Comparativo de Costos por Purga entre una Caldera Convencional
y un Generador de Vapor Clayton
- 66 -

- 67 -
Manual de Consulta
COMPARATIVO DE VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN GENERADOR
DE VAPOR MARCA MIURA FRENTE A UNO MARCA CLAYTON
Al ser los Generadores de Vapor MIURA y Clayton, Generadores de Tubos de Agua, presentan las
siguientes ventajas frente a una Caldera Convencional de Tubos de Humo:
Gran Eficiencia Vapor a Combustible (5 minutos desde un arranque en frío)
Requerimientos Mínimos de Peso y Espacio.
Vapor de Alta Calidad.
Respuesta Inmediata a los Cambios en la Demanda de Vapor.
Bajas Emisiones.
Arranque Rápido
Sin embargo, debido a la diferencia en diseño que existe entre ellos el Generador de Vapor Clayton
presenta además las siguientes ventajas frente al Generador de Vapor Miura.
Máxima transferencia de calor.
Seguridad Inherente.
Reducido porcentaje de purgas.
Modulación.
En el Generador de Vapor Miura el agua dentro de los tubos se encuentra estacionaria por lo que
todo el trabajo para llevar a cabo la transferencia de calor lo hace sólo la flama, en cambio en el
Generador de Vapor Clayton tanto el agua como la flama se encuentran en movimiento y además a
contraflujo, con esto se asegura que la transferencia de calor sea máxima.
Con respecto al segundo punto, el Generador de Vapor Miura almacena una mayor cantidad de
agua (en los tubos de agua), por lo que existe la posibilidad de explosión. Ciertamente ésta no será
de graves consecuencia sin embargo ya existe el hecho.
Por otro lado, el sistema de purgas es similar al de una Caldera Convencional de Tubos de Humo,
y por consiguiente, la cantidad de agua que tira para mantener el sistema libre de TDS es de
alrededor del 40% del agua de caldera, esto es, ésta agua ya ha sido tratada y calentada, y todo el
producto químico y el combustible empleados para esto se irán al drenaje. En el caso del
Generador de Vapor Clayton se tira como máximo 2% de agua en purgas.
Además, precisamente debido a que el sistema de tubos es similar a una Caldera Convencional,
en la parte alta de los mismos se crean burbujas que al aumentar la temperatura envían una señal
a la microcomputadora para indicarle que se tiene el nivel adecuado de agua, sin embargo esto no
es así, y al disminuir el flujo de agua y por consiguiente el burbujeo se envía de inmediato la señal
por falta de agua. Estos paros constantes desgastan rápidamente los controles detectores
perdiendo confiabilidad.
En cuanto a la modulación, en el caso de altas o bajas demandas de vapor, Clayton de México,
cuenta con Generadores de Vapor Modulantes aparte de los Equipos Step Fire (encendido por
pasos) que sólo operan a fuego alto y bajo. Estos equipos utilizan controles de modulación que
permiten la selección entre el 20% y 100% de carga.
Para tener una mejor visión en números, de las ventajas y desventajas que presenta una marca
frente a la otra, se presenta la Tabla 1 y a continuación un análisis y comprobación de algunos de
los datos presentados.

Comparativo de Ventajas y Desventajas de un Generador de Vapor Marca Miura
Frente a uno Marca Clayton
MIURA CLAYTON
Potencia, BHP: 100 100
Combustible: Gas Natural, Propano Gas Natural, Gas LP, Diesel
Presión Máxima, psig : 150 300
Salida de Vapor, lb/h: 3450 3450
Salida de Calor, BTU/h: 3348000 3347500
Eficiencia 1 , %: 85 82
Área Sup. Calentamiento, ft 2 : 248 226
Peso de Embarque, lb: 5470 4589
Ancho, pulg: 43 40.89
Largo, pulg: 140 64.37
Alto, pulg: 108.5 99
Sistema de Combustión: Tiro forzado Tiro forzado
Consumo Eléctrico, kW: 13 7.46
Consumo de Combustible, ft 3 /h: 3920 3900
Ciclos Perdidos, Purgas: 10 seg
Pérdidas por Radiación: Nulas Nulas
Tratamiento Químico: Es el mismo para ambas
Análisis de Dureza: Colorimetría Pruebas manuales
Sistema de Control: Micro computadora PLC
TABLA 1. LOS DATOS MOSTRADOS FUERON OBTENIDOS DE LAS PÁGINAS DE INTERNET DE
AMBAS MARCAS DE GENERADORES DE VAPOR
ANÁLISIS Y COMPROBACIÓN DE DATOS
EFICIENCIA:
Si la eficiencia presentada por Miura se calcula con los mismos datos presentados por ellos, no
coincide con el dato mostrado. La fórmula empleada y el cálculo son:
Q 3348000 BTU/h
η = =
= 0.776 ≅ 77.6%
(1)
3
3
PC*
Wc (1100 BTU/ft )(3920 ft /h)
Seguramente al declarar su eficiencia están considerando la superficie de transferencia de calor la
cual es mayor en MIURA que en CLAYTON, sin embargo, éste dato parece estar corto
considerando que los tubos son aletados. Se debe aclarar nuevamente que la eficiencia que
alcanza Miura (85%) es con ayuda de una Sección Economizadora, sin ésta sólo alcanza el 80%.
Un Generador de Vapor Clayton alcanza una eficiencia del 82% sin Sección Economizadora.
1 Incluyendo sección economizadora.
- 68 -

- 69 -
Manual de Consulta
AHORRO DE ESPACIO:
Según las medidas proporcionadas en su página de Internet, el espacio necesario para la
instalación de un Generador de Vapor marca Miura es de 653170 pulg 3 = 10.7 m 3 , contra 260577
pulg 3 = 4.3 m 3 que ocupa un Generador de Vapor Clayton. Conclusión, el Generador de Vapor
Clayton ocupa menos espacio. Del mismo modo, el peso de embarque es menor.
AHORRO EN COSTOS DE COMBUSTIBLE:
El consumo de combustible presentado por Miura es ligeramente mayor que el consumo de
combustible de Clayton. Aparentemente no es mucho, pero si se grafica este consumo por mes, al
año se verá la diferencia.
MES MIURA CLAYTON
AHORRO
MENSUAL
1 2,822,400.00 ft 3 /mes 2,808,000.00 ft 3 /mes 14,400.00 ft 3 /mes
: “ “ “
12 “ “ “
TOTAL
ANUAL
33,868,800.00
ft 3 /mes
33,696,000.00
ft 3 /mes
AHORRO TOTAL ANUAL POR EMPLEAR UN GV CLAYTON 172,800.00 ft 3 /mes
Consumo (ft 3 /mes)
2,825,000.00
2,820,000.00
2,815,000.00
2,810,000.00
2,805,000.00
2,800,000.00
TABLA 2. CONSUMO DE COMBUSTIBLE AL MES
CONSUMO DE COMBUSTIBLE AL MES
1
Meses del Año
Miura
Clayton
GRÁFICO 1. EL CONSUMO DE COMBUSTIBLE DEL GENERADOR DE VAPOR MIURA ES
LIGERAMENTE MAYOR QUE EL DEL GENERADOR DE VAPOR CLAYTON, POR CONSIGUIENTE A LA
LARGA SE TIENE UN LEVE AHORRO CRECIENTE SI SE USA LA MARCA CLAYTON

Comparativo de Ventajas y Desventajas de un Generador de Vapor Marca Miura
Frente a uno Marca Clayton
35,000,000.00
30,000,000.00
25,000,000.00
20,000,000.00
15,000,000.00
10,000,000.00
5,000,000.00
0.00
Miura 33,868,800.00
Clayton 33,696,000.00
Ahorro Anual
GRÁFICO 2. OBSERVANDO LA TABLA DE DATOS SE TIENE UNA MEJOR APRECIACIÓN DEL
CONSUMO DE COMBUSTIBLE Y DEL AHORRO TOTAL ANUAL.
CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA:
CONSUMO DE ELECTRICIDAD
(kW)
MIURA CLAYTON DIFERENCIA
13 7.6 5.4
Como se puede observar, el Generador de Vapor Clayton consume menos energía eléctrica.
CONCLUSIONES:
CONSUMO TOTAL ANUAL
TOTAL ANUAL
172,800.00
Como se expuso con anterioridad, las ventajas que presentan ambas marcas radican en el hecho
de que se trata de Generadores de Vapor de Tubos de Agua, sin embargo, las ventajas entre uno y
otro están definas por el diseño de estos.
Una de las partes importantes en la mercadotecnia es la presentación del producto, en este caso,
la parte “atractiva” de Miura es su microcomputadora, empero, en caso de falla, además de que la
máquina parará totalmente, ésta requerirá de atención especializada. Esto eleva el costo de dicha
marca en lo que se refiere a mantenimiento.
- 70 -
Miura
Clayton
Ahorro Anual

SELECCIÓN DE UN GENERADOR DE VAPOR
EN LA INDUSTRIA PANIFICADORA
CONSUMOS/COSTOS/SELECCIÓN DE
COMBUSTIBLE
El costo de operación más importante de
un generador es el costo del combustible,
por lo cual es factor básico para la decisión
en la selección de un generador, ya que
esto, influye en forma determinante en los
gastos de operación y eventualmente en la
rápida amortización de la inversión original
cuando se hace una selección adecuada,
en caso contrario, puede originar grandes
pérdidas debido a una mala selección
inicial.
Los costos de operación están
influenciados en gran parte por la eficiencia
térmica garantizada en el generador que se
seleccione. El simple hecho de seleccionar
un generador de vapor con una eficiencia
más alta significa ahorros considerables en
su cuenta anual de combustible.
CÁLCULO DE UN GENERADOR DE
VAPOR
Las aplicaciones de un Generador de
Vapor son múltiples, como caso particular
se abordará como ejemplo el proceso de
elaboración de pan a nivel industrial.
GENERALIDADES
Para calcular un generador de vapor se
requiere saber a qué presión va a operar el
equipo (presión de operación); cuál es la
demanda de vapor requerida para
satisfacer las necesidades del proceso; la
temperatura del agua de alimentación; las
temperaturas inicial y final a las que se
lleva a cabo el proceso, o en su defecto, la
temperatura a la cual debe permanecer; la
cantidad de masa del producto que va a
recibir calor a través del generador de
vapor o bien, la densidad y el volumen; la
capacidad calorífica del producto a
calentar; el tiempo que va ha operar el
equipo; tipo de combustible que usa el
generador de vapor, el poder calorífico del
combustible y la cantidad de este.
- 71 -
Manual de Consulta
CASO PARTICULAR: ELABORACIÓN DE
PAN A NIVEL INDUSTRIAL
El proceso de elaboración de pan desde el
nivel casero al nivel industrial se compone
de diversas etapas y éstas a su vez se
dividen en secciones que van desde la
adquisición de las materias primas, hasta la
venta misma del pan. Para fines prácticos
sólo se hablará de la sección en la que
interviene el “vapor”.
Sección de Horneado, Enfriamiento y
Congelación – Cocción
Se tiene que la superficie exterior de la
pieza es la parte donde se alcanza primero
la temperatura de cocción. Debido a esto,
la dureza de la corteza dificulta tanto el
desarrollo de la pieza como la salida de los
gases producidos en el interior, quedando
la pieza de menor tamaño y con roturas, en
el caso de que la presión interior del CO2
se eleve tanto que sea capaz de romper la
corteza en formación.
Para evitar esto se realizan incisiones en
las piezas antes de entrar en el horno, para
crear vías de menor resistencia, por donde
los gases son capaces de escapar sin
producir ningún tipo de defecto.
Durante la permanencia en el horno se
producen las siguientes transformaciones:
• El pan entra al horno, a temperatura de
uso, (salida del refrigerador) de 5°C a
8°C.
• Prosigue la fermentación hasta que se
alcanza la temperatura de 60ºC, donde
se inactivan las levaduras.
• La acción del calor dilata los gases
formando los alvéolos interiores (ojos),
para posteriormente escapar al exterior
a través de los cortes en la cantidad
necesaria para eliminar el exceso de
presión interior.

Selección de un Generador de Vapor en la Industria Panificadora
• Llegada la temperatura de 70ºC se
coagula el gluten, que formará la
estructura que mantiene la forma
adquirida al desarrollarse la pieza.
• El almidón, existente en la harina como
constituyente principal, se hidroliza
parcialmente transformándose en
dextrina.
• La corteza toma el tono color caramelo,
consecuencia de la reacción entre la
transformación que tiene lugar a una
temperatura de 120ºC, esto nunca debe
de darse.
Por lo tanto las condiciones de la cocción
serán las siguientes:
• La temperatura interior del horno debe ser
de 170ºC consiguiéndose esta
temperatura de forma gradual, aunque en
- 72 -
el centro de la pieza, en el interior de la
miga, no se debe superar los 90ºC.
• La permanencia de las piezas en su
interior será de 12 a13 minutos.
• Se inyectará vapor al principio del
horneado con una duración de 18 a 20
segundos, una presión de diseño de 1
kg/cm 2 y una presión de operación de 0.5
kg/cm 2 para provocar una condensación
de agua en la superficie de la masa al
estar fría. Esta capa se hace necesaria
para incrementar la producción de
dextrinas en la superficie que hace que el
pan quede brillante y salga al final un pan
con corteza fina y crujiente, al retrasar la
formación de la corteza.

- 73 -
Manual de Consulta
MEMORIA DE CÁLCULO PARA LA SELECCIÓN DE UN GENERADOR DE VAPOR
PROCESO: ELABORACIÓN DE PAN A
NIVEL INDUSTRIAL.
Datos:
Pan:
T0 = 28°C (Temperatura que tiene la
masa después del proceso de
fermentación).
thorneado = 12 a 13 min.
m = 486 kg.
Vapor:
t inyección vapor = 18 a 20 seg.
P diseño = 1 kg/cm 2 .
P operación = 0.5 kg/cm 2 .
T horno = 170°C.
Cp pan = 0.667 kcal/kg°C.
Hay dos modos de calcular un Generador
de Vapor, (1) del modo ideal, (2) haciendo
ajustes a condiciones reales.
CASO 1 (CONDICIONES IDEALES)
a) Cantidad de calor requerida por el
proceso
Para saber la capacidad que debe tener un
Generador de Vapor en condiciones
ideales 1 , y que satisfaga las necesidades
que requiere el proceso es necesario
calcular la cantidad de calor que se debe
suministrar al sistema. Éste se calcula con
la siguiente fórmula:
Q = m Cp ΔT
(1)
Donde:
Q = Calor suministrado al sistema (kcal)
m = Masa del producto a calentar (kg)
Cp = Poder calorífico del producto
(kcal/kgºC)
ΔT = Variación de temp. del proceso (Tf -
Ti), (ºC)
1
Las condiciones ideales siempre se refieren a las del
Nivel Medio del Mar.
OTA: En caso de no contar
con “m” del producto,
Nrecuerde que la puede
calcular a partir de la densidad (ρ) y el
volumen (v).
m
ρ = (2)
v
Luego, recordando la definición de
evaporación equivalente, se tiene que:
⎛ 1BHP
⎞
BHP/h = Q[kcal]
⎜
⎟ (3)
⎝ 8436 kcal/h ⎠
En este caso, el vapor será condensado
sobre la superficie del pan, entonces el
calor se calcula a partir de la fórmula 1.
Recuerde que el rociado de vapor es al
inicio del horneado y sólo dura unos
segundos, por lo tanto la temperatura del
pan no ha aumentado mucho. Considere
que en el lapso de tiempo indicado, la
temperatura sólo se ha elevado unos 8°C.
⎛ 0.667 kcal ⎞
Q = 486 kg ⎜
=
kg C
⎟
⎝ ° ⎠
( 36°
C − 28°
C)
2593.3 kcal
b) Capacidad del equipo para
mantener las condiciones de
vapor requeridas
Luego, recordando la definición de
evaporación equivalente, se tiene que:
⎛ 1BHP
⎞⎛
3600s
⎞
Potencia = 2593.3 kcal ⎜
⎟
⎟⎜
⎟
⎝ 8436 kcal/h (20 s) ⎠⎝
1h ⎠
Potencia = 55.33 BHP
c) Eficiencia de un Generador de
Vapor Clayton
Es común que cuando adquirimos un
equipo, nos preguntamos qué tan eficiente
es. Para saber la eficiencia es necesario
estar al tanto de qué tipo de combustible
está empleando la máquina, el poder
calorífico de éste y la cantidad que

Selección de un Generador de Vapor en la Industria Panificadora
consume en un tiempo determinado. Ya
teniendo estos datos, emplee la fórmula 6.
[ h (P ) − h (T ) ]
Ws g op f H2Oalim
η = (4)
PC * Wc
Donde:
Ws = Caudal de vapor (kg/h)
PC = Poder calorífico del combustible
(kcal/kg)
Wc = Flujo de combustible (kg/h)
Suponiendo que se está empleando Gas
LP como combustible:
Poder Calorífico Superior, PC: 11,900
kcal/kg
Flujo del Combustible, Wc: 50 kg/h
hg: Entalpía del gas a la presión de
operación (kcal/kg)
hf : Entalpía del líquido a la temperatura
del agua de alimentación (kcal/kg)
⎛15.65
kg/h ⎞
Ws = 55.33 BHP⎜
⎟ = 865.97 kg/h
⎝ 1BHP
⎠
865.97 kg/h (631.1kcal/kg
− 20 kcal/kg)
η =
=
11900 kcal/kg (50 kg/h)
Es decir, la eficiencia del Equipo Clayton
para las condiciones establecidas en el
caso ideal es del 88.9%.
CASO 2 (CONDICIONES REALES)
Cuando se adquiere un equipo se espera
que este funcione igual en todas las partes
del planeta, sin embargo las condiciones
climáticas y geográficas son un ente que
influye ampliamente en su buen desarrollo.
Para tener datos más fidedignos de lo que
se debe obtener de un generador de vapor
conviene hacer las respectivas
correcciones. Por ejemplo si se requiere
saber cual es la evaporación real del
equipo y no se cuenta con el dato exacto,
se toma la ecuación 1 y se le hace una
corrección por entalpía de vaporización a la
presión de operación (recuerde que el
0.
889
- 74 -
equipo trabaja a una presión que no es la
misma que la atmosférica). Otra corrección,
o más bien especificación, es el tiempo real
al que se está llevando a cabo el proceso.
Con base a lo anterior se tiene que:
Q
Wsr = (5)
h fg t
Donde:
Wsr = Caudal real o cantidad real de vapor
requerida por el proceso (kg/h)
Q = Descrito en la ecuación 1
hfg = Entalpía de vaporización a la presión
de operación (kcal/kg)
t = Tiempo en el que se realiza el proceso
(h)
Entonces:
a) Caudal de vapor requerido para
humedecer la superficie del pan
Debido a que se trata de un proceso real,
se busca la entalpía de vaporización a 0.5
kg/cm 2 .
h fg ( 0.
5 kg / cm ) = 551
2
. 5
kcal
kg
OTA: En caso de que tanto
el vapor, como el agua
Ncondensada generados,
sean absorbidos por el proceso mismo, la
entalpía de vaporización, hfg es sustituida
por la entalpía total, hg, ya que toda la
energía está siendo aprovechada.
El caudal o flujo de vapor real, solicitado
por el proceso se calcula a partir de la
fórmula 5.
2593.3 kcal
Wsr =
551.5 kcal ⎛ 1h
kg ⎝
⎞
( 20 s)
⎜ ⎟
3600 s ⎠
2593.3 kcal kg
Wsr =
= 846.4
3.064 kcal/kg/h h
Otra corrección más es el factor de
evaporación, el cual es el ajuste que se
hace a la evaporación a la presión

atmosférica con respecto a la evaporación
en un sistema en condiciones locales, esto
con base a las entalpías.
h fg (Patm
)
F.E. = (6)
h (P ) − h (T )
g
op
f
H2Oalim
539.1kcal/kg
F.E. =
=
631.1kcal/kg
− 20 kcal/kg
0.
88
b) Capacidad del equipo para
mantener las condiciones de
vapor requeridas
La capacidad del equipo se calcula a partir
de la fórmula 7.
Wsr
BHP = (7)
15.65 (F.E.)
⎛ 846.4 kg/h ⎞⎛
1BHP
⎞
BHP = ⎜ ⎟
=
0.88
⎜
15.65 kg/h
⎟
⎝ ⎠⎝
⎠
61.
31BHP
- 75 -
Manual de Consulta
d) Eficiencia de un Generador de
Vapor Clayton
La eficiencia del Generador de Vapor
Clayton para las condiciones reales es:
⎛15.65
kg/h ⎞
Wsr = 61.31BHP⎜
⎟ = 959.45 kg/h
⎝ 1BHP
⎠
959.45 kg/h (631.1kcal/kg
− 20 kcal/kg)
η =
=
11900 kcal/kg (50 kg/h)
Es decir, la eficiencia del Equipo Clayton
para las condiciones establecidas en el
caso real es del 98.5%.
OTA: Como puede ver, el
hacer los debidos ajustes a
Nlas condiciones reales de
operación del equipo, nos permite tener
una seleccionar más efectivamente el
Generador de Vapor a emplear.
0.
985

Selección de un Generador de Vapor en la Industria Panificadora
- 76 -

RESUMEN
AHORRO DE ENERGÍA EN SISTEMAS DE VAPOR
- 77 -
Manual de Consulta
El presente es una explicación del por qué se debe dar mantenimiento a todos los componentes
empleados en una Instalación Hidráulica de Sistemas de Vapor, y la pérdida económica que
genera el no llevarla a cabo.
INTRODUCCIÓN
Más que la “moda” por una cultura ecológica,
los altos costos de los energéticos es lo que
ha llevado a la sociedad mundial industrial a
desarrollar planes de ahorro de energía.
Según investigadores, una de las áreas en
las que hay un mayor impacto en cuanto a la
pérdida de energía es justamente en los
sistemas de vapor. La práctica nos muestra
que al optimizar dichos sistemas no sólo se
reduce el consumo energético (ayudando así
a nuestra economía), sino que al mismo
tiempo disminuye el impacto a la ecología.
Para delimitar el tema, considere una planta
de proceso típica cuya distribución energética
es como se muestra en la Figura 1.
FIGURA 1
Por otro lado, la distribución del calor en los
Sistemas de Generación y Distribución de
Vapor se muestra en el Gráfico 1.
Como puede apreciar, uno de los rubros en
los que hay un mayor consumo de calor es
en las TRAMPAS de vapor por lo que de
momento abordaremos ese tema.
GRÁFICO 1
TRAMPAS DE VAPOR
Las trampas de vapor se colocan a lo largo
de la tubería de distribución de vapor y su
objetivo es el de sacar condensado, aire y
CO2 del sistema tan rápido como sea posible,
además de estas funciones deben tener una
mínima perdida de vapor, evitar el desgaste
rápido de las tuberías que conducen el vapor
a fin de evitar corrosión por el CO2 que en
combinación con el condensado que se ha
enfriado a una temperatura menor que la del
vapor, provoca ácido carbónico.
A continuación se nombran algunos tipos de
trampas de vapor:
Trampa de Cubeta Invertida.
Trampa de Flotador.
Termostática.
Termodinámica.
Para seleccionar una trampa de vapor hay
toda una metodología de acuerdo a muchos
factores, pero nuestro propósito no es hablar
de las trampas de vapor en sí, sino mostrar
las pérdidas de calor y por consiguiente de
dinero, que puede haber si no se les da el
mantenimiento adecuado.

Ahorro de Energía en Sistemas de Vapor
Para comprender con mayor facilidad esta
situación, tomemos como ejemplo la Trampa
Termodinámica.
TRAMPA TERMODINÁMICA
Este tipo de trampa tiene un funcionamiento
muy sencillo. Un fluido a alta velocidad pasa
por debajo del disco de la trampa y hace que
éste cierre, y la condensación del fluido que
queda encerrado en la cápsula del cuerpo de
la trampa, hace que la presión en la cápsula
sea menor que la presión de entrada y que la
contrapresión del área de descarga,
causando que el disco vuelva a abrir.
FIGURA 2
Cuando el condensado caliente pasa de un
sistema de alta presión a una presión inferior
se vuelva a vaporizar; esto se conoce como
revaporizado o vapor flash.
NOTA: El vapor flash no debe confundirse
con el vapor vivo cuando se está analizando
el estado de la trampa.
Considere la entalpía de condensado recién
formado a presión y temperatura de vapor
(Tabla 1). Por ejemplo, con una presión de 7
kg/cm 2 man. (8 kg/cm 2 abs), el condensado
contendrá 171.3 kcal/kg a una temperatura
de 169.6ºC. Si este condensado se descarga
a la atmósfera, solo existirá como agua a
- 78 -
100ºC, con 100 kcal/kg de entalpía de agua
saturada. El contenido de la entalpía
excedente de 171.3 – 100 es decir 71.3
kcal/kg, revaporizará un porcentaje de agua,
originando una cantidad de vapor a presión
atmosférica. La cantidad de vapor flash se
calcula del modo siguiente.
Revaporiza do producido a baja presión =
Exceso entalpía kcal/kg
Entalpía Específica de Evaporación
a presión inferior
71.3 kcal/kg
=
=
539.1kcal/kg
0.132 kg de vapor
kg de condensado
De la Tabla 2, se obtiene que una trampa de
3/4’’ trabajando en una línea de 7 kg/cm 2 de
presión tiene una descarga continua de 527
kg/h de condensado hacia la atmósfera, y si
además se considera que ésta llega a ciclar
alrededor de 7 veces por minuto y en cada
vez, permanece abierta aproximadamente 2
segundos., entonces:
0.132 kg de vapor
kg de condensado
⎛
⎜
⎝
527
kg de condensado
h
⎞
⎟
⎠
69.69 kg de vapor ⎛ 7 ⎞⎛1
min ⎞
⎜ ⎟⎜
⎟(
2s)
=
h ⎝ min ⎠⎝
60s
⎠
16.26 kg de vapor
=
h
En términos de energía, la equivalencia es de
aproximadamente:
16.26 kg de vapor
h
8,766.57 kcal
h
36,703.88 kJ ⎛
⎜
h ⎝
⎛
⎜
⎝
⎛ 4.1868 kJ ⎞
⎜ ⎟ =
⎝ 1kcal
⎠
1h
60min
8436 kcal/h
15.65 kg de vapor/h
h
⎞
⎟
⎠
=
36,
703.
88 kJ
⎞⎛1min
⎞
⎟⎜
⎟ = 10.19 kW
⎠⎝
60s ⎠
Considerando que los sistemas de vapor
trabajan gran parte del año sin descanso, se
supondrá una operación de 365 días al año,
por un turno de 8 horas de trabajo constante.
De este modo la pérdida de energía es:
=

10.19 kW
h
CONCLUSIONES
⎛ 8 h ⎞⎛
365 días ⎞
⎜ ⎟⎜
⎟ =
⎝ día ⎠⎝
año ⎠
29,770.93 kW
año
El cálculo mostrado corresponde a una única
trampa de vapor.
No debe olvidar considerar que las líneas de
los sistemas de distribución de vapor
contienen “n” número de trampas, piernas
colectoras, válvulas, filtros, drenes y
accesorios consumidores de calor, para así
tener una visión más amplia de la cantidad
de energía que puede ser aprovechada o
desperdiciada, y qué decir del “dinero”.
TABLA DE CAPACIDADES DE TRAMPA
Kg/h de condensado en descarga continua a la atmósfera.
- 79 -
TABLA 1
P (entrada) 3/8” 1 a 1” 1/2" 3/4" 1”
kg/cm 2 psig TD-52 TDS-52 TD-52H - TDS-52H
0.70 10 86 157 214 330
1.4 20 91 186 254 393
2.1 30 98 211 291 445
3.6 50 111 261 368 545
5.3 75 138 318 454 668
7.0 100 168 368 527 795
10.5 150 227 454 659 1000
14.1 200 277 518 759 1182
21.1 300 360 641 955 1477
1 La medida de 3/8” es únicamente para la trampa TD-52.
TABLA 2
Manual de Consulta
PROPIEDADES DEL AGUA Y VAPOR SATURADO
TABLA DE PRESIONES
PRESIÓN TEMPERATURA
VOLÚMEN ESPECÍFICO
m
ENTALPÍA
LÍQUIDO
SATURADO
VAPOR
SATURADO
LÍQUIDO
SATURADO
VAPOR
SATURADO
3 /kg
Kcal/kg
Kg/cm 2 °C VAPORIZACIÓN
P T Vf Vg hf hfg hg
0 0 0.00100 206.40 0 597.3 597.3
0.5 79.6 0.00103 3.6684 79.6 551.5 631.1
1.03 100.0 0.00104 1.6750 100.0 539.1 639.1
1.5 110.5 0.00105 1.2030 110.7 532.2 642.9
2 119.4 0.00106 0.9208 119.6 526.4 646.0
2.5 126.5 0.00107 0.7462 126.9 521.5 648.4
3 132.7 0.00107 0.6229 133.2 517.3 650.5
3.5 138.2 0.00108 0.5347 138.8 513.4 652.2
4 142.8 0.00108 0.4743 143.5 510.1 653.6
4.5 147.1 0.00109 0.4240 148.0 506.9 654.9
5 151.1 0.00109 0.3826 152.0 504.0 656.0
5.5 154.7 0.00110 0.3500 155.8 501.3 657.0
6 158.0 0.00110 0.3226 159.2 498.7 657.9
6.5 161.2 0.00110 0.2987 162.5 496.3 658.8
7 164.2 0.00111 0.2781 165.6 493.9 659.5
8 169.6 0.00111 0.2452 171.3 489.6 660.9
9 174.5 0.00112 0.2191 176.4 485.6 662.1
10 179.0 0.00113 0.1982 181.2 481.9 663.1
11 183.2 0.00113 0.1809 185.6 478.4 664.0
12 187.1 0.00114 0.1663 189.7 474.9 664.6
13 190.7 0.00114 0.1542 193.6 471.8 665.3
14 194.1 0.00115 0.1435 197.2 468.7 665.9
15 197.4 0.00115 0.1344 200.7 465.7 666.4
16 200.4 0.00116 0.1261 204.0 462.8 666.8
17 203.4 0.00116 0.1190 207.1 460.1 667.2
18 206.1 0.00117 0.1125 210.2 457.5 667.6
19 208.8 0.00117 0.1067 213.1 454.9 667.9
20 211.4 0.00118 0.1015 215.9 452.3 668.2
25 222.9 0.00120 0.0816 228.5 440.6 669.1
30 232.7 0.00122 0.0682 239.5 430.0 669.5
35 241.4 0.00123 0.0582 249.4 420.0 669.4
40 249.2 0.00125 0.0508 258.3 410.7 668.9
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Ahorro de Energía en Sistemas de Vapor
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Manual de Consulta
EFICIENCIA EN FUNCIÓN DEL DIFERENCIAL DE TEMPERATURA,
PARA GENERADORES DE AGUA CALIENTE
Por lo general nos preguntamos, ¿cuándo un sistema es más eficiente?, cuando el diferencial de
temperatura existente entre la entrada y la salida tiende a cero, o cuando éste es de cierta
magnitud.
La respuesta depende de muchos factores. Si bien por un lado estamos acostumbrados a pensar
que mientras mayor sea éste diferencial (o tirante térmico como algunos le conocen), se dispone
de más energía (Gráfico 1), esto no funciona igual para la eficiencia.
h (kcal/kg)
GRÁFICO 1. ENTALPÍA EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA, PARA AGUA SATURADA
Matemáticamente hablando, la eficiencia es:
Q Q − Q
Q
η −
ABSORBIDO TOTAL PÉRDIDAS
PÉRDIDAS
= =
= 1
(1)
Q TOTAL Q TOTAL
Q TOTAL
Como puede observar, en términos generales, la eficiencia se puede medir dividiendo el calor
absorbido (vapor generado) entre el calor suministrado (combustible consumido), donde el calor
absorbido a su vez, es el calor total menos el calor debido a pérdidas.
El calor total se calcula a partir de:
Donde:
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Energía Disponible
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
Q = PCS • W
(2)
TOTAL
PCSC = Poder Calorífico Superior del Combustible
WC = Consumo de Combustible
C
C
T (°C)

Eficiencia en Función del Diferencial de Temperatura, para Generadores de Agua Caliente
El calor debido a pérdidas se debe a:
• Agua procedente de la combustión del hidrógeno.
• Humedad en el aire.
• Gases secos de la chimenea.
• Combustión incompleta.
• Hidrógeno o hidrocarburos sin quemar, radiación y otras pérdidas.
Agua Procedente de la Combustión del Hidrógeno
El hidrógeno del combustible al quemarse se transforma en agua, el cual abandona la caldera
constituyendo parte de los gases de combustión, en forma de vapor recalentado.
Donde:
1
2
- 82 -
( h h )
P 9H −
= (3)
P1 = Pérdidas de calor en kcal por kg de combustible quemado
H2 = peso en kg de H2 por kg de combustible quemado
hg = Entalpía del vapor recalentado a la Temperatura de los gases de chimenea y a una presión
absoluta de 0.07 kg/cm 2 , en kcal/kg
hf = Entalpía del agua a la temperatura a la cual el combustible entra, en kcal/kg
Humedad en el Aire
Donde:
2
as
g
v
f
( T T )
P 0.46 m m −
= (4)
P2 = Pérdidas de calor, en kcal por kg de combustible quemado
mv = Porcentaje de saturación expresado en forma decimal multiplicado por el peso de vapor de
agua requerido para saturar 1 kg de aire
mas = Peso real de aire seco utilizado por kilogramo de combustible
Tg = Temperatura de los gases de combustión a la salida de la caldera en °C
0.46 = Calor específico medio del vapor de agua desde Tg a Ta
Ta = Temperatura del aire al entrar al hogar de la caldera en °C
Gases de la Chimenea Secos
Donde:
3
gs
gs
g
a
( T T )
P m Cp −
= (5)
P3 = Pérdidas de calor, en kcal por kg de combustible quemado
mgs =peso de los gases secos a la salida de la caldera en kg, por kg de combustible quemado.
Cpgs = Calor específico medio de los gases secos (valor aprox. = 0.24)
Combustión incompleta
Esta pérdida generalmente es pequeña y es debido a que no se suministra la cantidad suficiente
de aire, lo cual da como resultado que parte del carbono combustible forme monóxido de carbono.
g
a

Donde:
- 83 -
Manual de Consulta
CO
P4 5,689.6 C1
CO 2 CO ⎟ ⎛ ⎞
= ⎜
(6)
⎝ + ⎠
P4 = Pérdidas de calor, en kcal por kg de combustible tal como se quema
CO y CO2 = Porcentaje en volumen respectivamente de Monóxido y Bióxido de Carbono
determinado por análisis de los gases de chimenea.
C1 = peso del Carbono realmente quemado por kilogramo de combustible
Radiación
En un Generador de Vapor de tubos de agua, las pérdidas por radiación pueden ser controladas
con el uso de aislantes térmicos, hasta hacerse prácticamente despreciables, sin embargo, no
dejan de existir. Por lo general el fabricante del equipo proporciona dicho dato, o bien se calcula a
partir de la Ley de Stefan-Boltzmann que hace referencia a la cantidad de energía radiante emitida
o calor radiado por un cuerpo. De acuerdo con esta ley dicho calor radiado es proporcional a su
temperatura absoluta elevada a la cuarta potencia:
Donde:
4
P 5 = αK BAT
(7)
α = Coeficiente que depende de la naturaleza del cuerpo, α = 1 para un cuerpo negro perfecto.
A = Área de la superficie que radia
KB = Constante de Stefan-Boltzmann con un valor de 5.67x10-8 W/m 2 K 4
T = Temperatura del cuerpo
Ejemplo: Considere un Generador de Vapor Clayton de 100 BHP, que quema Diesel con un 20%
de exceso de aire, el análisis de gases de chimenea determina un 12% de CO2 y 0.0173% de CO,
temperatura de chimenea 200°C, temperatura del aire de alimentación 20°C, presión de vapor 7
kg/cm 2 , 70% de humedad relativa del aire.
Solución:
PCS del Diesel = 9,920 kcal/kg
( h h )
P1 = 9H 2 g − f
Donde: H2 = 15%
hg = 687.79 kcal/kg
hf = 20 kcal/kg
( T T )
P1 = 9(0.15) X (687.79 – 20) = 901.52 kcal/kg
P2 = 0.46 m asm
v g − a
Donde: mas = 11.5 C + 34.5 (H – 1/8 O) + 4.32 H = 11.5 (0.85) + 34.5 (0.15)=14.95 kgaire/kgcomb
mas = 1.2 X 14.95 = 17.94 kgaire/kgcomb
P2 = 0.46 (17.94) (0.7 X 0.01847) (200– 20) = 19.21 kcal/kg

Eficiencia en Función del Diferencial de Temperatura, para Generadores de Agua Caliente
( T T )
P3 = m gsCp
gs g − a
⎛ 4CO 2 + O 2 + 700 ⎞ ⎛ 4 * 12 + 5 + 700 ⎞
Donde: m gs = %Cf
⎜
= 0.85⎜
⎟ = 17.75 kg/kgcomb
3(CO 2 CO) ⎟
⎝ + ⎠ ⎝ 3*
(12 + 0.0173) ⎠
P 4
⎛ 0.0173 ⎞
= ⎜ ⎟5,689.6*
0.85 =
⎝12
+ 0.0173 ⎠
4
P 5 = αK BAT
α = 0.8
A = 21 m 2
T = 60°C = 333.15 K
P
5
P3 = 17.75 X 0.24 (200 – 20) = 766.95 kcal/kg
⎛ 5.67x10
= 0.8 ⎜ 2
⎝ m K
6.
92 kcal/kg
-8
4
P4 = 6.92 kcal/kg
W ⎞
⎟
⎟(21m
⎠
2
- 84 -
)(333.15K)
4
= 11734.14 W
La caldera está radiando a medida que consume combustible, por lo que el cálculo de pérdidas de
radiación se hace en función del combustible consumido por unidad de tiempo, para el caso de
pérdidas por radiación, considere un consumo de combustible de 70 kg/h.
Resumiendo:
P 5
11,734.14 J ⎛ h ⎞⎛
60 min ⎞⎛
60 s ⎞⎛
0.000239 kcal ⎞
=
⎜ ⎟⎜
⎟⎜
⎟⎜
⎟
s ⎝ 70 kg ⎠⎝
1h
⎠⎝1
min ⎠⎝
1J
⎠
P5 = 144.23 kcal/kg
CONCEPTO kcal/kg Porcentaje
P1 Hidrógeno en el combustible 901.52 9.09
P2 Humedad del aire 19.21 0.19
P3 Gases de chimenea 766.95 7.73
P4 Combustión incompleta 6.92 0.07
P5 Pérdidas por radiación 144.23 1.45
Pérdidas Totales 1,838.83 18.53
Por lo tanto se tiene que:
TABLA 1. PÉRDIDAS DE CALOR EN UN GENERADOR DE AGUA CALIENTE
9,920 kcal
QTOTAL =
kg de combustible

Por lo que la eficiencia para este sistema resulta ser:
Q
η = 1−
Q
PÉRDIDAS
TOTAL
= 1−
1,838.83 kcal/kg
9,920 kcal/kg
- 85 -
= 0.8146
Manual de Consulta
Si analiza detenidamente las ecuaciones desde P1… P5, podrá observar que una de las opciones
para disminuir las pérdidas de calor, y por consiguiente aumentar la eficiencia del sistema, es
disminuir la temperatura de chimenea.
Como es bien sabido, a menor temperatura de los gases de chimenea, hay un mejor
aprovechamiento del combustible empleado y por consiguiente una mayor eficiencia del sistema,
esto puede verse en la Tabla 2, y en el Gráfico 2.
Eficiencia (%)
Tchimenea (°C) Eficiencia
300 76.10
250 78.63
200 81.46
190 81.67
180 82.17
170 82.68
160 83.19
150 83.69
140 84.19
80 95.83
20 98.48
TABLA 2. EFICIENCIA EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA DE CHIMENEA
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
400 290 270 250 230 210 190 170 150 80 73 T(°C)
GRÁFICO 2. EFICIENCIA EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA DE CHIMENEA

Eficiencia en Función del Diferencial de Temperatura, para Generadores de Agua Caliente
Tanto del Tabla 2 como del Gráfico correspondiente se observa que al disminuir la temperatura de
chimenea y por consiguiente, las pérdidas de calor, el valor de la eficiencia va en aumento. Con
este hecho, cualquiera pensaría en sacar dichos gases a una menor temperatura pero existe la
limitante de que por debajo de 140°C, los gases de combustión empiezan a condensar. Así, la
temperatura de estos no puede ser inferior a la citada, ya que dicha condensación causa corrosión
en la chimenea.
Para estos casos se recomienda una Caldera de Condensación. Una Caldera de condensación es
un artefacto que produce agua caliente aprovechando el calor cedido por la condensación del agua
procedente de los gases de combustión, es decir P1, el cual comprende el 48.58% del calor total
perdido (Tabla 1).
Como se sabe, los hidrocarburos generalmente utilizados como combustibles (gas natural, GLP,
gasóleo) están compuestos de carbono e hidrógeno en diversas proporciones que al combinarse
con el oxígeno del aire, forman respectivamente dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). Cada litro
de agua en forma de vapor tendría capacidad para ceder 540 kcal si se condensase a 100°C y
presión atmosférica, energía térmica que, en estas calderas, se envía a la atmósfera.
Además, los combustibles, especialmente los líquidos, tienen algunas impurezas, como el azufre
que forma óxidos de azufre al combinarse con el oxígeno atmosférico. En las calderas comunes,
estos gases procedentes de la combustión, se expulsan a temperaturas superiores a 200°C y a
una presión inferior a la atmosférica para conseguir tiro térmico y para evitar que el agua condense
y forme ácidos al combinarse con los óxidos de azufre y bióxido de carbono, que corroerían sus
partes metálicas.
Sin embargo, en las calderas de condensación, debido a su diseño, los gases de combustión se
pueden evacuar a temperaturas inferiores a las de condensación, lo que reduce el tiro térmico del
conducto de gases y hace necesario utilizar un ventilador.
El rendimiento de estas calderas resulta ser superior al 100% lo que puede resultar contradictorio,
pero que es cierto. Lo que ocurre es que al emplear el poder calorífico inferior, no se considera el
agua contenida en el combustible y así hábilmente se obtiene una eficiencia mayor. Lo correcto, es
emplear el poder calorífico superior (teniendo en cuenta el calor latente del agua), por supuesto, el
rendimiento es inferior, pero cercano al 100%.
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Manual de Consulta
CALDERAS CONVENCIONALES DRY BACK Y WET BACK
DRY BACK
La parte débil de una caldera de tubos de humo convencional, se encuentra al final de la cámara
de combustión, después del hogar de la caldera, ya que los gases de combustión, al ser desviados
chocan con esta sección, la cual
está compuesta por el marco
refractario y la tapa trasera.
TAPA POSTERIOR DE UNA CALDERA CONVENCIONAL
DONDE SE MUESTRA EL REFRACTARIO
Dicha sección, está cubierta con
material refractario y aislante, el
cual al estar en contacto con
temperaturas extremas (apagado
y encendido de la caldera), se ve
dañado, agrietándose.
Este material tiene una vida útil
normalmente corta y su duración
disminuye a medida que aumenta
la capacidad de la caldera, ya que
las dimensiones de la cámara de
retorno y de la tapa trasera
también aumentan.
Las consecuencias de lo anterior, como ya se mencionó, son el deterioro del refractario,
permitiendo la fuga de calor en forma radiante; también, a menudo se encuentra que la lámina
sufre estrés precisamente por cambio de temperatura. Debido a ésta situación, el refractario y el
sello de la puerta requerirán del monitoreo continuo, mantenimiento y reemplazo, costando esto,
cientos de pesos en materiales y servicio especializado para alargar la vida de la máquina.
Además, las fugas por refractario y sello fracturados disminuirán la eficiencia de la caldera hasta
que pueda llevarse a cabo la reparación. Cuando la caldera está diseñada de éste modo (Figura 1),
se le llama dry back.
FIGURA 1. CALDERA ECONOMIZADORA (DOS PASOS, DRY BACK)

Calderas Convencionales Dry Back y Wet Back
WET BACK
Para resolver toda esta situación, los fabricantes de calderas han modificado el diseño de las
mismas, creando lo que se conoce como wet back o parte posterior húmeda (Figura 2).
FIGURA 2. DISEÑO WET BACK
En este diseño, al final de la cámara de desvío, se agrega una pared de agua, la cual al estar en
contacto con los gases de combustión, disminuye la pérdida de calor en forma de radiación hacia el
exterior; del mismo modo disminuye el estrés térmico del material refractario (Figura 3).
FIGURA 3. CALDERA ECONOMIZADORA (TRES PASOS, WET BACK)
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Manual de Consulta
SIMULADOR PARA EL CÁLCULO DE GASTOS DE UN
GENERADOR DE VAPOR
En el ámbito escolar, las Simulaciones se han convertido en una excelente herramienta para
mejorar la comprensión y el aprendizaje de temas complejos en algunas materias. Algunas de ellas
son interactivas, es decir, permiten al estudiante modificar algún parámetro y observar en la
pantalla el efecto que produce dicho cambio. Otras posibilitan además configurar el entorno, es
decir, los educadores pueden programarlas para que aparezcan distintos elementos y diferentes
tipos de interacción. Las Simulaciones proveen una representación interactiva de la realidad que
permite a los estudiantes probar y descubrir cómo funciona o cómo se comporta un fenómeno, qué
lo afecta y qué impacto tiene sobre otros fenómenos. El uso de este tipo de herramienta educativa
alienta al estudiante para que manipule un modelo de la realidad y logre la comprensión de los
efectos de su manipulación mediante un proceso de ensayo-error.
Ya en el terreno laboral, las Simulaciones no sólo sirven para lo anterior, sino también para reducir
considerablemente los tiempos de cálculo en la determinación de qué equipo emplear, su
capacidad de potencia, y las condiciones más adecuadas de operación de estos, de tal suerte que
el profesional que lleve a cabo análisis energéticos de esos sistemas invierta menos tiempo y se
optimicen los recursos económicos de mano de obra.
A continuación, a modo de resumen, se muestra la pantalla de una calculadora con la que se
puede determinar (para potencias específicas), el costo de tener un equipo de generación de vapor
ya sea acuatubular o pirotubular, claro está, proporcionando las condiciones bajo las cuales va a
trabajar el equipo.
Es importante hacer notar que los precios empleados varían con el transcurso del tiempo. En este
caso, los datos empleados fueron para julio del 2009.

CÁLCULO DE GASTOS PARA CUALQUIER TIPO DE GENERADOR DE VAPOR
DATOS DE ENTRADA
PROPORCIONE LOS SIGUIENTES DATOS:
ESTA BASE DE DATOS ES VÁLIDA PARA GENERADORES DE VAPOR DE 10, 15, 20, 30, 40, 60, 100 Y 185 BHP
POTENCIA DEL GENERADOR, BHP: 100
EFICIENCIA DEL GENERADOR, %: 85
TEMPERATURA DE SATURACIÓN,ºC: 172
TEMPERATURA AGUA ALIMENTACIÓN,ºC: 20
TIEMPO DE OPERACIÓN:
HORAS AL DÍA: 24 DÍAS A LA SEMANA: 7 SEMANAS AL AÑO: 52
INDIQUE EL COMBUSTIBLE A EMPLEAR: 2
(1) DIESEL (kcal/L) (2) GAS L.P (kcal/L) (3) GAS L.P (kcal/kg) (4) GAS NATURAL (kcal/m3)
PRECIO DEL COMBUSTIBLE, MN: $9.97
PRECIO DE ELECTRICIDAD, $/kW/h: $1.18
TDS AS EN EL AGUA DE ALIMENTACIÓN: 400
(1) BAJA ALTITUD (2) ALTA ALTITUD 2
FAVOR DE ESPECIFICAR QUÉ TIPO DE MANTENIMIENTO REQUIERE: 2
(1) MANTENIMIENTO PREVENTIVO (2) MANTENIMIENTO CORRECTIVO
EN CASO DE ELEGIR LA OPCIÓN (2), POR FAVOR INDIQUE:
NÚMERO DE HORAS QUE REQUIERE EL SERVICIO DEL TÉCNICO: 6
¿REQUIERE QUE EL TRABAJO SE REALICE DESPUÉS DE LAS 18:00 H? (1) SÍ (2) NO 1
EN CASO DE ELEGIR LA OPCIÓN (1), INDIQUE CUÁNTAS HORAS: 2
¿REQUIERE QUE EL TRABAJO SE REALICE EN SÁBADO, DOMINGO O DÍA FESTIVO? (1) SÍ (2) NO 1
EN CASO DE ELEGIR LA OPCIÓN (1), INDIQUE CUÁNTAS HORAS: 1
DATOS DE SALIDA CLAYTON CONVENCIONAL
CONSUMO DE COMBUSTIBLE: 100,826.89
1,237,539.01
L / año
CONSUMO DE COMBUSTIBLE POR PURGAS: 485.87
115,160.90
L / año
COSTO POR CONSUMO DE COMBUSTIBLE: $523,291.57
$12,338,263.94 / año
COSTO POR CONSUMO DE COMBUSTIBLE POR PURGAS: $2,521.69
$1,148,154.18 / año
COSTO POR CONSUMO DE ELECTRICIDAD: $139,498.69
$1,475,910.28 / año
COSTO POR INSTALACIÓN:
COSTO POR MANTENIMIENTO:
TOTAL:
$109,738.58
$36,828.70
$244,787.02
$54,705.27
$811,879.23 $15,261,820.68
AHORRO
$14,449,941.45

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