manual-practico-del-operador-de-calderas-industriales-docx

nual práctico del
ERA DOR oE CA
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M.8 Rosario Patiño Molina

manualpráctico
del operador de
calderas
industriales

manualpráctic
o deloperador
de
calderas
industriales
Manuel Sanz del Amo
M.ª Rosario Patiño Malina

Paraninfo
Manual práctico del operador de calderas industriales
© Manuel Sanz del Amo y M.ª Rosario Patiño Molina
Gerente Editorial
Marra José López
Raso
Equipo Técnico Editorial
Alicia Cerviño González
Paola Paz Otero
Editora de Adquisiciones
Carmen Lara Carmena
Producción
Nacho Cabal
Diseño de cubierta
Ediciones Nobel
Preimpresión
Montytexto
COPYRIGHT © 2014 Ediciones Paraninfo, SA
lª edición, 2014
C/ Velázquez, 31,3.0 dcha / 28001 Madrid,
ESPAÑA Teléfono: 902 995 240 / Fax: 914
456 218 clientes@paraninfo.es /
www.paraninfo.es
ISBN: 978-84-283-3435-8
Depósito legal: M-2975-2014
(11354)
Reservados los derechos para todos los países
de lengua española.
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podrán ser casti gados con penas de multa y
privación de libertad quienes reprodujeren o
plagiaren, en todo o en parte, una obra
literaria, artística o científica fijada en
cualquier tipo de soporte sin la precep tiva
autorización.
Ninguna parte de esta publicación, incluido el
diseño de la cubierta, puede ser reproducida,
almacenada o transmitida de ninguna forma,
ni por ningún medio, sea este electrónico,
químico,
mecánico, electro-óptico, grabación, fotocopia o
cualquier otro, sin la previa autorización
escrita por parte de la Editorial.
Impreso en España / Printed in Spain
Cimapress

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PRÓLOG O ..................................................................................................
l. CO N C EPTOS BÁSICOS ....................................................................
XI
1
1.1. Unidades de medida ................................................................................ 2
1.1.1. Tipos de magnitudes de medida ................................................. 2
1.1.2. Unidades de longitud, superficie y volumen ............................... 3
1.2. Unidades de masa, densidad y volumen específico ............................... 3
1.2.1. Masa ............................................................................................ 3
1.2.2. Densidad ..................................................................................... 3
1.2.3. Volumen específico ..................................................................... 4
1.3. Unidades de velocidad y aceleración ..................................................... 4
1.4. Unidades de fuerza ................................................................................. 4
1.5. Unidades de presión ............................................................................... 4
1.6. Presión atmosférica ................................................................................ 6
1.6.1. Experimento de Torricelli ............................................................. 6
1.7. Temperatura, medida y unidades ........................................................... 7
1.8. Caudal, unidades ..................................................................................... 11
1.9. Energía, unidades ................................................................................... 11
1.10. Potencia, unidades .................................................................................. 11
1.11. Calor,entalpía, calor específico, unidades ............................................. 12
1.11.1. Entalpía y calor .......................................................................... 12
1.11.2. Calor específico ......................................................................... 13
1.12. Cambios de estado: vaporización y condensación ................................. 13
1.13. Transmisión de calor: radiación, convección y conducción .................... 17
1.13.1. Transmisión de calor por conducción ........................................ 17
1.13.2. Transmisión de calor por convección ........................................ 19
1.13.3. Transmisión de calor por radiación ........................................... 21
1.14. Vapor de agua: saturado, sobrecalentado, recalentado y expansionado. .... 23
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Tndice
1.15. Volumen específico del vapor de agua
...................................................
1.16. Calor específico .......................................................................................
1.17. Relación entre la presión y la temperatura de vapor
............................
1.18. Tablas de transformaciones de unidades y tablas de vapor
de agua ....................................................................................................
2. G E N ERALIDAD ES SOBR E LAS CALD ERAS
................................ ..
2.1. Definiciones .............................................................................................
2.2. Conceptos exigibles ................................................................................
2.2.1. Obligaciones de los usuarios
.......................................................
2.2.2. Obligaciones de las empresas instaladoras y reparadoras
....... 2.2.3. Condiciones exigibles al fabricante
............................................. 2.2.4. Condiciones exigibles a la
caldera ..............................................
2.2.5. Condiciones exigibles a los operadores
...................................... 2.3. Elementos que incorporan las calderas
................................................. 2.4. Requisitos de seguridad
......................................................................... 2.5. Tipos y partes principales
de una caldera ..............................................
2.6. Superficies de calefacción: superficie de radiación y de convección
.... 2.7. Transmisión de calor en calderas
........................................................... 2.8. Tipos de calderas según su
disposición ................................................. 2.9. Tipos de calderas según
su circulación ..................................................
2.10. Tipos de calderas según sus características principales
......................
2.11. Obtención del carné de operadores industriales de calderas
...............
3. CO M BUSTIÓ N .................................................................................. .
3.1. Combustión: definiciones, gases formados
...........................................
3.2. Analizadores de gases de combustión
...................................................
3.2.1. Medición del C02 , 02 y opacidad
..................................................
3.2.2. Medición del CO ...........................................................................
3.3. Tiro natural y tiro forzado .......................................................................
3.3.1. Tiro natural ...................................................................................
3.3.2. Tiro forzado ..................................................................................
3.4.
Tipos
de
hogar
es .......
..............
..............
..............
..............
..............
........

manual práctico del operador de calderas
industriales
3.4.1. Hogares en sobrepresión
............................................................
3.4.2. Hogares en depresión
.................................................................
3.4.3. Hogares equilibrados ..................................................................
3.5. Quemadores: ideas generales
................................................................
3.6. Control de la combustión: tipos de control
............................................
3.6.1. Rendimiento de la combustión
....................................................
3.6.2. Quemadores y su control
.............................................................
VI
25
26
27
28
35
38
38
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6.13.2. Termómetros.................................................................126
VII
3.7. Chimeneas..............................................................................................................72
3.8. Tablas de parámetros de la combustión completa del gas natural................73
4. DISPOSICIONES GENERALES CONSTRUCTIVAS
EN CALDERAS PIROTUBULARES .................................................. 79
4.1. Definición y principio de funcionamiento.......................................................80
4.2. Partes de una caldera pirotubular.................................................................81
S. DISPOSICIONES GENERALES CONSTRUCTIVAS
EN CALDERAS ACUOTUBULARES ................................................. 87
5.1. Calderas acuotubulares.................................................................................88
5.1.1.Principio de funcionamiento...............................................................88
5.1.2.Parámetros de funcionamiento y características generales
de trabajo............................................................................................88
5.1.3.Partes de una caldera acuotubular....................................................89
5.2. Calderas verticales. Tubos Field. Tubos pantalla parallamas.......................98
5.3. Calderas de vaporización instantánea. Serpentines. Separadores
de vapor.........................................................................................................99
5.4. Calderas de agua caliente y sobrecalentada...............................................100
5.5. Calderas de fluido térmico...........................................................................101
6. ACCESORIOS Y ELEMENTOS ADICIONALES PARA
CALDERAS...........................................................................................................103
6.1. Concepto.....................................................................................................................104
6.2. Válvulas de paso o interrupción: asiento y compuerta................................104
6.3. Válvulas de retención: de asiento, de clapeta y de disco.....................106
6.4. Válvulas de seguridad.................................................................................107
6.4.1.Norma UNE 9-100-86. Válvulas de seguridad de calderas
de vapor............................................................................................107
6.5. Válvulas de descarga rápida.......................................................................114
6.6. Válvulas de purga continua.........................................................................115
6.7. Indicadores de nivel: grifos y columnas ...........................................116
6.8. Controles de nivel por flotador y por electrodos...................................117
6.9. Limitadores de nivel termostáticos..............................................................121
6.10...............................................................................................Bomba
s de agua de alimentación.......................................................................122
6.11...............................................................................................Inyect
ores de agua .............................................................................123

6.12..................................................................................................Cabal
letes y turbinas para agua de alimentación.................................................123
6.13...............................................................................................Manóm
etros y termómetros.................................................................................124
6.13.1.Manómetros............................................................................................124

6.14. Presostatos y termostatos .....................................................................
6.14.1. Presostatos ................................................................................
6.14.2. Termostatos ...............................................................................
6.15. Quemadores ............................................................................................
6.16. Elementos del equipo de combustión .....................................................
6.16.1. Ventilador de aire primario y secundario
.................................. 6.16.2. Sonda de control de llama
.........................................................
6.16.3. Programador ..............................................................................
6.16.4. Válvulas magnéticas, neumáticas y electroneumáticas ...........
6.16.5. Sistema de encendido ................................................................
6.16.6. Disposiciones legales en relación con los elementos
del equipo de combustión ..........................................................
6.17. Estación de regulación y medida para gas
............................................. 6.17.1. Generalidades
............................................................................
6.17.2. Elementos constitutivos de una estación de regulación
y medida .....................................................................................
7. TRATAMIENTO DE AG UA D E CALDERAS ......................................
.
7.1. Características del agua para calderas: dureza, pH, oxígeno,
aceite, salinidad
..................................................................................................
7.2. Descalcificadores y desmineralizadores
................................................ 7.2.1. Descalcificadores
.........................................................................
7.2.2. Desmineralización total
...............................................................
7.3. Desgasificación térmica y por aditivos
...................................................
7.3.1. Desgasificación térmica
...............................................................
7.3.2. Desgasificación química ..............................................................
7.4. Regulación del pH ...................................................................................
7.5. Recuperación de condensados. Purgadores
.......................................... 7.6. Régimen de purgas a realizar
.................................................................
7.7. Problemas provocados por un mal tratamiento del agua de caldera
.... 7.7.1. Corrosión ......................................................................................
7.7.2. ncrustaciones .............................................................................
7.7.3. Arrastre de condensado ..............................................................
8. CON D U
CCIÓ N
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8.1.2.
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................
................

........ 8.1.3. Otras operaciones
........................................................................
VIII
126
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·

Tndice
IX
8.2.
8.3.
8.4. Ma nte ni miento de equ i pos de uti l i zació n: condensadores y
cam biadores de calor........................................................................176
8.4.1.Progra ma de ahorro de energía.........................................176
8.5. Pri mera p uesta en ma rcha................................................................177
8.5.1. Preca ucio nes i niciales .................................................................. 177
8.5.2. Llenado.......................................................................................... 178
8.5.3. Cocción .......................................................................................... 178
8.6. Puesta en servicio.................................................................................... 179
8.6.1. Proceso de encendido del q uemador ........................................... 179
8.6.2. Cesión de va po r ............................................................................ 179
8.6.3. Ma nómetros.................................................................................. 179
8.6.4. Ni veles de ag ua............................................................................. 180
8.6.5. Vál vulas de segu ridad ................................................................... 180
8.6.6. Eq ui po de p u rga ............................................................................ 180
8.6.7. Espu mas........................................................................................ 180
8.6.8. Pu rgas de lodos ............................................................................ 180
8.7. Puesta f ue ra de servicio .......................................................................... 180
8.7.1. Pa rada ........................................................................................... 180
8.7.2. Vaciado.......................................................................................... 181
8.7.3. Li m pieza ........................................................................................ 181
Ma nte ni miento de los generadores de va po r................................170
8.2.1. Pri me ra p uesta en ma rcha....................................................170
8.2.2. Puesta en ma rcha dia ria ............................................................... 170
8.2.3. Pu rgas de la calde ra ..................................................................... 171
8.2.4. Apagado de caldera ...................................................................... 172
8.2.5. Ma nteni miento y conservació n..................................................... 172
8.2.6. Obse rvaciones generales ............................................................. 173
8.2.7. Ca racterísticas del agua de al i mentació n .................................... 173
8.2.8. Co ntacto con el servicio de asistencia técnica del fa brica nte
de la calde ra ................................................................................. 173
Ma nte ni miento de las redes de va por y condensado............................174
8.3.1. Pu rgado res de va po r.............................................................174
8.3.2. Vál vulas......................................................................................... 175
8.3.3. Progra ma de ma nteni mie nto de agua .......................................... 175
8.3.4. Instru mentación............................................................................ 175
8.3.5. Aisla mie ntos.................................................................................. 175
8.3.6. Fugas en tu berías ......................................................................... 175
8.3.7. Presencia de ai re .......................................................................... 175
8.3.8. Arrastres de ag ua con va por ........................................................ 176

8.8. Causas q ue hacen au menta r o d ismi n ui r la presión.................................181
8.9. Va riaciones de nivel en la caldera..........................................................182
8.10..................................................................................................Comu nicació
n o i ncom u nicación de u na caldera con otras..............................................182
8.11..................................................................................................Revisiones y l
i m piezas periódicas........................................................................................183
8.12..................................................................................................Ma nte ni
miento en pa ro prolongado.............................................................................183
8.12.1. Conservación h ú meda......................................................................184
8.12.2. Conservación seca.............................................................................184
8.13. Revisión de ave rías.................................................................................. 184
9. R EG LAM ENTO D E EQUIPOS A PR ESIÓ N.................................................187
9.1. Introd ucció n.........................................................................................................188
9.2. Clasificación de los eq ui pos a presió n: a rtícu lo 9 del RD 769/1999,
de 7 de mayo.......................................................................................190
9.3. Regla mento de eq ui pos a presión. ITC EP-1 - Calderas.......................192
9.3.1.Regla mento de eq ui pos a presión (extracto ref erido
solamente a calderas)....................................................................192
9.3.2.Instrucción técnica complementa ria ITC EP-1 - Ca lderas................198
BIBLIOG RAFÍA.............................................................................................................217
E N LAC ES W EB D E INTER ÉS..........................................................................219

•
••
La formación y la puesta al día de los conocimientos tecnológicos que son
necesarios para mantener un alto grado de compromiso de todas las personas
implicadas en proce sos industriales requiere un uso eficiente y seguro de la
energía.
Con esta finalidad, los autores han llevado a cabo una amplia labor de consulta
biblio gráfica con aporte de una dilatada experiencia en la industria papelera y en la
formación universitaria, para dar a esta obra un soporte práctico y al mismo tiempo
científico, y que las personas a las que va dirigida tengan en el libro una
herramienta que además de ser vir de guía en su proceso de aprendizaje sirva
como libro de consulta en su tarea diaria. La motivación de los autores al escribir
esta obra, está basada en la aparición del Reglamento de equipos a presión, que
entró en vigor en 2008 y en las escasas obras publi cadas sobre el tema, que aun
siendo de buena calidad, están algo desfasadas en el tiempo. Por todas estas razones,
la obra Manual práctico del operador de calderas industria
les es un excelente libro de aprendizaje y consulta para los operarios y supervisores
de calderas de muchos procesos industriales.
La obra sigue el programa oficial del Reglamento de equipos a presión ITC EP-
1 - Calderas, que se exige para la obtención del carné de operador y al mismo
tiempo amplía conceptos relacionados con la operación (bombas, soplantes, válvulas,
lazos de control, etc.), eficiencia energética y seguridad de uso de las instalaciones
productoras de ener gía térmica.
Los autores agradecen a las empresas Spirax Sarco, Babcock Wanson, Talleres
Patri cio Ruiz, Baltogar (Brunnschweiler), Bacharach, Samson, KSB-ITUR, Hidro Water y
Orbi nox, por la autorización para la inclusión de figuras, fotografías y consejos
técnicos en el libro, que ilustran y facilitan la comprensión del contenido de la obra.
Los autores, Manuel Sanz del Amo, doctor ngenieroIndustrial y director técnico de
una fábrica de papel y M.ª del Rosario Patiño Molina, doctora en Ciencias Químicas y
Ca tedrática de Química Orgánica de la Universidad de Valladolid, cuentan con una
amplia ex-
.2 periencia profesional y acción formativa suficientes, que con su esfuerzo y dedicación hane
· hecho posible este libro, de fácil comprensión y al mismo tiempo de gran rigor científico.
&

• •
Esta unidad tiene como objetivo, proporcionar los conocimientos teóricos básicos de física y
termo dinámica, necesarios para que el operador de calderas entienda y desarrolle mejor su
trabajo.
Adquirir habilidad con los cambios de unidades, tener una idea clara de lo que son las
magnitudes fundamentales y derivadas, así como los conceptos de presión, temperatura,
potencia, energía y todo lo relacionado con la generación y transferencia de calor es
imprescindible para el desarrollo adecuado de la conducción de una caldera industrial.
Contenidos
1.1. Unidades de medida
1.2. Unidades de masa, densidad y volumen específico
1.3. Unidades de velocidad y aceleración
1.4. Unidades de fuerza
1.5. Unidades de presión
1.6. Presión atmosférica
1.7.Temperatura, medida y unidades
1.8. Caudal, unidades
1.9. Energía, unidades
1.10. Potencia, unidades
1.11. Calor,entalpía, calor específico, unidades
1.12. Cambios de estado: vaporización y condensación
1.13.Transmisión de calor: radiación, convección y conducción
1.14. Vapor de agua: saturado, sobrecalentado, recalentado y expansionado
1.15. Volumen específico del vapor de agua
1.16. Calor específico
1.17. Relación entre la presión y la temperatura de vapor
1.18. Tablas de transformaciones de unidades y tablas de vapor de agua

industriales
1.1. UNIDADES DE MEDIDA
Para la observación de un fenómeno físico o químico, por ejemplo, se requiere la
defini ción de las magnitudes de medida, que faciliten su explicación y comprensión.
1.1.1. Tipos de magnitudes de medida
Hay dos tipos de medidas, unas que se denominan fundamentales y otras que se
definen partiendo de estas, denominadas derivadas.
Magnitudes fundamentales
Son las que no derivan de otras y son únicas en su especie, son el cimiento de la
física y no pueden ni multiplicarse ni dividirse entre otras. Por tanto, no se definen
en función de otras magnitudes físicas, sino que sirven de base para obtener las demás
magnitudes utilizadas en la física.
Magnitudes derivadas
Son las que resultan de multiplicar o dividir entre sí las magnitudes fundamentales.
Los sistemas de medidas son CGS, MKS (sistema internacional) y sistema
técnico, cuyas magnitudes fundamentales y algunas derivadas se muestran en la Tabla
1.1.
Tabla 1.1. Unidades de medida.
2
Magnitudes Sistemas de medida Símbolos
Fundamentales CGS MKS Técnico CGS MKS Técnico
Longitud Centímetro Metro Metro cm m m
Masa Gramos Kilogramo Unidad técnica de masa oo
kg UTM
Tiempo Segundo Segundo Segundo s s s
Intensidad de corriente - Amperio - - A -
Temperatura - Kelvin - - ºK -
Cantidad de sustancia - Mol - - mol -
Intensidad luminosa - Candela - - cd -
Derivadas CGS MKS Técnico CGS MKS Técnico
Fuerza Dina Newton Kilopondio Dyn N Kp o Kgf
Energía Ergio Julio Kilográmetro Er J Kgm
Potencia
Ergio
Vatio
Kilográmetro
Er/ s w Kgm/ s
Segundo Segundo

Conceptos básicos
Otras magnitudes derivadas muy empleadas
son: Caballo de vapor (CV): 0,736 kW
Kilovatio x hora (kW x h): 864 kcal
Realizar el cambio de unidades del kW x h a kcal.
1 kW x h = 1 kJ/s x 3.600 s x 0,24 kcal/kJ = 864 kcal
1111 Ejemplo 1.1.
Los múltiplos y submúltiplos de estas unidades se usan para cantidades muy
grandes o muy pequeñas; por ejemplo, el espesor del recubrimiento de cromo de
un acero se mide en micrómetros (µm), la distancia entre dos ciudades se mide en
kilómetros (km), el espesor de una chapa se mide en milímetros (mm), etc.
1.1.2. Unidades de longitud, superficie y volumen
Las unidades de longitud, superficie y volumen son el metro (m), el metro cuadrado
(m2) y el metro cúbico (m3), respectivamente, y son las mismas en el SistemaInternacional
(MKS) y en el Sistema Técnico.
En el sistema británico, la longitud es la pulgada (l"), que equivale a 25,4
mm y 12 pulgadas equivalen a 1pie (I'). Las unidades de superficie y volumen son (1")2 y
(1")3, respectivamente.
1.2. UNIDADES DE MASA, DENSIDAD Y VOLUMEN
ESPECÍFICO
Las unidades de masa, densidad y volumen específico guardan una cierta relación entre
sí, por lo que se hace imprescindible definirlas por separado para facilitar su
compren sión y distinguir claramente que la densidad y el peso específico
numéricamente coinci den en ocasiones, pero son conceptos distintos.
1.2.1. Masa
La masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo.
En el Sistema MKS, la masa se expresa en kilogramos (kg), mientras que en el
Siste ma Técnico, se expresa en Unidades Técnicas de Masa (UTM).
En el Sistema británico se expresa en libras (lb), llb equivale a 0,453592 kg.
1.2.2. Densidad
La densidad es la masa por unidad de volumen y se expresa en kg/m3 en el Sistema
MKS.
-

industriales
l!J 3

Conceptos básicos
1.2.3. Volumen específico
Es el volumen por unidad de masa (es el inverso de la densidad) y se mide en m3/kg en
-
Sistem
T
a MKS.
Las densidades del aire y
1111
Ejemplo 1.2.
del agua, medidas en condiciones normales (una presión
de 1,013 kg/cm• y una temperatura de 20 ºC) son:
• Densidad del aire es 1,2 kg/m" y su volumen específico es 0,83 m"/kg.
• Densidad del agua es 1.000 kg/m• y el volumen específico es 0,001 m"/kg.
1.3. UNIDADES DE VELOCI DAD Y ACELERACI ÓN
Las unidades de medida de la velocidad y aceleración son m/s y m/s2
respectivamente, tanto en el Sistema MKS como en el Sistema Técnico.
Aunque la aceleración de la gravedad varía con la altitud del lugar,se considera
que es 9,81 m/s2 •
1.4. UNIDADES DE FUERZA
De acuerdo con la ley de Newton la fuerza es el producto de la masa por la aceleración.
En el sistema MKS la unidad de medida es el Newton (N).
1N = kg x m/s2•
En el Sistema Técnico es el kilopondio o kilogramo fuerza.
1kp o kgf = UTM X m/s2 •
Para pasar de N a kp hay que dividir por 9,81.
En el Sistema británico llibra equivale a 4,448 N (MKS) o a 0,454 kgf (ST).
1.5. UNIDADES DE PRESIÓN
La presión ejercida sobre un cuerpo se define como la fuerza ejercida sobre la
unidad de superficie.
F
P = -
S
En el Sistema internacional (MKS) la unidad de medida es el pascal (Pa) que se
define como la presión que ejerce una fuerza de un newton (N) sobre una superficie
de un metro cuadrado (m2).

manual práctico del operador de calderas industriales
Otras unidades de presión se muestran en la Tabla 1.2.
Tabla 1.2. Otras unidades de presión.
Unidades Equivalencias
Bar 1 bar 105 N/m2 10'Pa
Milibar 1 kgfi'cm 2 98.000 N/m2 98.000 Pa
Kgf/cm 2 1 mbar l02 N/m2 102 Pa
mm Hg milímetros de columna de mercurio
m.c.a. metros de columna de agua
mm.e.a. milímetros de columna de agua
Kgf/m 2 1 kgfi'm 2 1 kp/cm2 9,8 N/m2 9,8 Pa
Las equivalencias del pascal son:
1Pa = 0,1mm.e.a.
1kPa = 0,1m.c.a.
En el Sistema británico la unidad de presión es 1 psi = 0,7 kgf/(cm2 de
pulgadas de columna de agua), o pulgadas de columna de mercurio, etc. Y su
equivalencia con el sistema MKS es 1Kpa = 0,145 psi.
Fue Torricelli quien midió por primera vez la presión mediante el barómetro de
mer curio. A la presión medida mediante el experimento de Torricelli se la denomina
presión absoluta.
El barómetro de mercurio por excelencia es el de Torricelli, pero además están
el de Hooke, el de Fortín, y el de Tonnelot.
Cuando se toma como referencia la presión atmosférica como origen de
presiones aparece un nuevo concepto que se denomina presión relativa o
manométrica, que es la presión que mide un manómetro, es decir, la presión en el
interior de un recipiente, tomando como cero la presión atmosférica.
Cuando los valores de la presión de los fluidos son muy bajos es bastante
habitual usar como medida de presión la altura manométrica, tomando como
referencia la pre sión ejercida sobre el fondo del recipiente de una columna de
agua. Así, por ejemplo, 10metros de columna de agua (m.c.a) equivalen a 1kg/cm2 •
Aunque hay una gran variedad de manómetros los más empleados son los de
Bourdon.

Conceptos básicos
1.6. P R ESIÓ N ATM OSFÉRICA
La presión atmosférica es la presión que ejerce la masa gaseosa (denominada atmósfe
ra) sobre la superficie de la tierra. La presión atmosférica fue determinada por
primera vez por Torricelli.
1.6.1. Experimento de Torricelli
Consiste en llenar de mercurio un tubo de vidrio de un metro de altura cerrado por
un ex tremo, tapar con un dedo el extremo abierto, darle la vuelta y sumergirlo en
un recipiente abierto con mercurio, dejando la parte abierta del tubo hacia abajo. Al
retirar el dedo se observa que la altura de la columna de mercurio desciende hasta
un valor de unos 760 mm, quedando vacío (vacío absoluto) en la diferencia hasta
completar 1m.
La presión P sobre un punto cualquiera de la superficie del mercurio en el
recipiente de la Figura 1.1es igual a la presión atmosférica, mientras que la presión
sobre cualquier punto interior al tubo viene dada por la expresión:
P = p x g
x h
Tubo de 1 cm2 de sección
240 mm - ••..-·······¿....-·····_..
>
760 mm
Columna de Hg
•..,..-··:?-····/ Donde:
P: Presión
p: Densidad del mercurio
g: Aceleraclón de la gravedad
h: Altura de la columna de mercurio
W: Peso de la columna de mercurio
Presión atmosférica
11 1 11
111
--
-
....
..
;:;_n_te con Hg
Figura 1.1. Experimento de Torricelli.
Si el experimento de Torricelli se hace al nivel del mar, a una temperatura de O
ºC, como la densidad del mercurio es p = 13,59 g/cm3 y asumiendo que la gravedad
es 980,6 cm/s2 en todos los puntos de la tierra, se obtiene la presión conocida como
presión normal o atmósfera física.
P = p x g x h

1atm = 13,59 g/cm3 x 980,6 cm/s2 x 76 cm = 1,013
kgf/cm2
6
.2
e
·e
ro
e
"(1
')
o
'ü
ii
w
@

Conceptos básicos
En gran cantidad de procesos industriales se emplea como unidad de presión
la de nominada atmósfera técnica, que equivale a 1kgf/cm2 = 1kp/cm2•
También se utilizan otras unidades de presión para medir la presión atmosférica:
1atm = 1.013 mbar "" 1bar "" 105 Pa
1torr =
1atm
760
1.333 mbar :::e 133 Pa
El torr es la presión correspondiente a la altura de 1mm de columna de mercurio.
1.7.TEM PERATU RA: M EDIDA Y U NIDADES
La temperatura es una magnitud que indica la mayor o menor cantidad de calor de
un cuerpo. El calor que tiene un cuerpo viene determinado por la suma de las
energías ciné ticas que poseen las moléculas de dicho cuerpo y la temperatura es
la medida de dicho potencial (siguiendo un símil eléctrico el calor es a la intensidad,
lo que la temperatura es a la diferencia de potencial). El calor tiene la tendencia a
pasar de los cuerpos que están a mayor temperatura a los cuerpos que están a
menor temperatura.
Conviene remarcar que aunque el paso de calor de unos cuerpos a otros está
relacio nado con la temperatura de estos, calor y temperatura son conceptos
distintos.
La cantidad de calor que tiene un cuerpo viene dada por la expresión:
Donde:
Q: cantidad de calor
K: coeficiente constante para cada
sustancia m: masa de cada molécula
n: número de moléculas
v: velocidad de movimiento de las
moléculas Si Mes la masa:
M = n x m
Sustituyendo en la ecuación anterior:
y2
Q = K X M X -
2
Por otra parte, la temperatura, T, de un cuerpo es una medida de ese
potencial energético:
T = H X v 2

industriales
Donde:
H: es una constante que depende de cada cuerpo
v: velocidad de movimiento de las moléculas
Sustituyendo esta expresión en la ecuación anterior se obtiene la expresión del
calor específico:
K
Q =
Para medir la temperatura se emplean los termómetros.
Tipos de termómetros
Los termómetros están basados en los efectos que producen al variar la cantidad de calor:
• Termómetros de dilatación.
• Termómetros de presión.
• Termómetros de resistencia.
• Termómetros termoeléctricos.
• Pirómetros ópticos.
Escalas termométricas
Las escalas termométricas se pueden dividir, a su vez, en absolutas y relativas.
a) Escalas termométricas absolutas
Escala Kelvin: la referencia es el punto triple del agua, en este punto coexisten
los tres estados (sólido, líquido y gaseoso).
El punto triple del agua se produce a una temperatura de 273,16 ºK (0,01 ºC) y
una presión absoluta (presión parcial del vapor de agua) de 0,0060373057 atmósferas.
p Punto critico
T
Figura 1.2. Diagrama presión-temperatura .
a

Conceptos básicos
En un típico diagrama de fase (Figura 1.2), se muestran los puntos de congelación,
de ebullición, de sublimación y el punto triple haciendo mención también al
comportamiento anómalo del agua.
El cero absoluto lo calculó Kelvin; demostrando que al enfriar un gas, su
volumen va disminuyendo proporcionalmente con su temperatura. A partir de estos
datos, Kelvin calculó por extrapolación que si se sigue enfriando el gas, al llegar a
una temperatura próxima a -273,15 grados Celsius el volumen tiende a cero, con
independencia de la composición o el volumen del gas empleado, concluyendo el
científico que esa tempera tura era un mínimo absoluto para cualquier sustancia.
Para bajar la temperatura de un cuerpo hay que enfriar, Kelvin concluyó que un
gas alcanza el cero absoluto cuando se le ha extraído la totalidad de su energía.
Planteando la equivalencia entre materia y energía, en el momento en que un
gas alcanza el cero absoluto, debe desaparecer, ya que al quedarse sin energía
también se queda sin materia.
Escala Rankine: tiene el mismo concepto que la escala Kelvin pero para el
Sistema británico. El rango de medida va desde O ºR a 460 ºR.
b) Escalas termométricas relativas
Escala Celsius: sus referencias son los puntos de fusión (0 ºC) y de
evaporación (100 ºC) del agua.
Escala Fahrenheit: sus referencias son el punto de fusión de la mezcla
frigorífica de agua y cloruro de amonio (0 ºF) y el punto de fusión del agua sin esta
sal (el 32 ºF).
La relación entre las escalas se muestra en la Figura 1.3.
Escalas de temperaturas
o Celsius
-273
+32
? Fahrenheit
-460
q>
+2
•
73 Kelvin
•
+492 +4fO Rankinc
Figura 1.3. Relación entre las escalas de temperatura .
• •
• •

10
Existe una tercera escala relativa denominada Réaumur pero actualmente está
en desuso.
Las relaciones entre estas escalas absolutas y relativas se muestran en la Tabla 1.3.
Tabla 1.3. Cambio de unidades de temperatura .
De A Factor de conversión
Factores de conversión de las fó1mulas
9/5 = 1,8 9/4 = 2,25 10/8 = 1,25
Fahrenheit Celsius C = (F - 32)/ 1,8
Fahrenheit Kelvin K = (F + 459,67)/ 1.8
Fahrenheit Rankine Ra = F + 459,67
Fahrenheit Réaumur Re = (F - 32)/2,25
Celsius Fahrenheit F = e x 1,8 + 32
Celsius Kelvin K = C + 273,15
Celsius Rankine Ra = C x 1,8 x 32 + 459,67
Celsius Réaumur Re = Cx 0,8
Kelvin Celsius C = K -273,15
Kelvin Fahrenheit F = K x 1,8 -459,67
Kelvin Rankine Ra = K x 1,8
Kelvin Réaumur R = (K - 273,15) x 0,8
Rankine Celsius e = (Ra - 32 -459,67)/1,8
Rankine Fahrenheit F = Ra -459,67
Rankine Kelvin K = Ra/ 1,8
Rankine Réaumur Re = (Ra - 32 -459,67)/2,25
Réaumur Celsius C = Re x l ,25
Réaumur Fahrenheit F = Re x 2,25 + 32
Réaumur Kelvin K = Re x 1,25 + 273,15
Réaumur Rankine Ra = Re x 2,25 + 32 + 459,67

1.8.CAU DAL, U NIDADES
Se denomina caudal a la cantidad de fluido que pasa por un conducto en la unidad
de tiempo.
El caudal volumétrico en los sistemas MKS y Técnico se mide en
m3/s. El caudal másico, en el sistema MKS se mide en kg/s.
Las unidades del sistema británico son:
• cfm (pies cúbicos por minuto), 1cfm equivale a 0,471947 dm3/s.
• gmp (galones por minuto), 1gmp equivale a 0,063002 dm3/s.
1.9.EN ERGÍA, U NIDADES
Se denomina energía a la capacidad de un cuerpo para realizar un trabajo.
La unidad en el SistemaInternacional es el julio (J):
1julio (J) = 1newton (N) x 1metro (m).
La unidad en el Sistema Técnico es la kilocaloría (kcal).
El sistema anglosajón utiliza la British Thermal Unit (BTU).
Los factores de conversión de las distintas unidades de energía se muestran en
la Tabla 1.4.
Tabla 1.4. Factores de conversión de las distintas unidades de energía .
Unidades Equivalencia
I BTU 1,055 kJ
I CV 2,684 kJ
I BTU 0,252 kcal
I kcal 4,186 kJ
I kgm 9,80 J
I kcal 4 BTU
1.10. POTEN CIA, U NIDADES
Se denomina potencia al trabajo realizado por unidad de tiempo.
La unidad de potencia en el sistema MKS es el vatio (W) o su múltiplo el kilova
tio (kW).
El vatio equivale a un julio por segundo (W = J/s).
Algunas equivalencias de potencia de los sistemas métrico y británico se
muestran en la Tabla 1.5.

industriales
12
Tabla 1.5. Factores de conversión de las distintas unidades de potencia.
Unidades Equivalencia
1 kW 860 kcal/h
1 kW 1,36 CV
0,736 kW 1 CV
1 kW 3,412 BTU/h
1 termia (th) 1.000 kcal
1.11. ENTALPÍA, CALO R Y CALO R ESPECÍFICO, U NIDADES
El calor es un concepto intuitivo y bien conocido, pero calor específico y entalpía no lo
son, se ha creído conveniente definirlos y explicarlos ampliamente, para facilitar la
comprensión de fenómenos termodinámicos que se emplean en partes del libro y que es
necesario que los operadores los asimilen y entiendan, a pesar de no ser conocedores
de la termodinámica.
1.11.1. Ental pía y calor
De acuerdo con el primer principio de la termodinámica, la variación de la energía
inter na de un sistema es igual a la variación de entalpía menos la variación de la
presión y volumen que experimenta.
Siendo:
U: energía interna
H: entalpía
P: presión
V: volumen
flU = fl H - fl(P X V)
flU = fl H - [(P X fl V) + ( V X flP)]
Por tanto, la variación de entalpía es:
fl H = flU + fl(P X V)
En consecuencia, al suministrar calor a un gas, una parte se emplea en
aumentar su energía interna y el resto en dilatarlo y hacer un trabajo mecánico.
Este caso general tiene dos casos particulares frecuentes:
a) Proceso a presión constante: (flP = 0)
flU = fl H - P X 11 V; Wt = P X 11 V -flU = fl H - Wt

Conceptos
básicos
13
Luego la variación de energía interna es igual a la variación de entalpía menos
el trabajo técnico.

b) Proceso a presión y volumen constantes: (flP = O y fl V = 0)
flU = fl H
En este caso la variación de energía interna es igual a la variación de
entalpía o cantidad de calor.
1.11.2. Calor específico
El calor específico es la cantidad de calor necesaria para incrementar la
temperatura de una masa de agua de 1gramo, en 1ºC, partiendo de una
temperatura de 25 ºC.
Como la caloría es una unidad muy pequeña se emplea la kilocaloría (1kcal = 1.000
cal), la termia (1 th = 1.000 kilocalorias) y la tonelada equivalente de petróleo (1 tep
= 10.000 termias).
El calor específico es un valor que está referido al agua al que se asigna el
valor 1y el resto de las sustancias toman esta referencia, por eso su valor es
siempre inf erior a 1para las mismas.
Los valores de ese calor específico medio de algunas sustancias se muestran
en la Tabla 1.6.
Tabla 1.6. Calor específico medio de algunas sustancias (kcal/kg ºC).
Sustancia Calor especifico
Agua l
Cobre 0,0952
Hielo 0,4740
Mercurio 0,0333
Aluminio 0,2122
Estaño 0,0562
Hierro O,ll24
Plomo 0,0314
1.12. CAMBIOS DE ESTADO: VAPORIZACIÓN
Y CONDENSACI ÓN

La materia se presenta en la naturaleza en tres estados diferentes (sólido, líquido y
ga seoso) tal y como se muestra en la Figura 1.4.

industriales
{(:o:,
Estado Estado
LÍQUIDO GASEOSO
Figu ra 1.4. Cambios de estado de la materia.
Los diversos cambios de estado se denominan de la forma siguiente:
Sólido - Líquido: Fusión - Solidificación
Líquido - Gas: Vaporización/Ebullición - Condensación/Licuefacción
Sólido - Gas: Sublimación - Cristalización/Sublimación inversa
El estado sólido presenta una fuerte atracción de sus moléculas (cohesión) y se
man tiene el volumen y la forma. Si a un cuerpo en estado sólido se le suministra
calor, au menta su energía interna logrando vencer las fuerzas de cohesión de sus
moléculas, con lo que se pasa a estado líquido que mantiene el volumen pero no la
forma. Si se continúa aportando energía calorífica a dicho cuerpo se llega al punto
en que la energía molecular del cuerpo es superior a la fuerza de cohesión de sus
moléculas alcanzándose el estado gaseoso, en el que no se conserva ni el
volumen ni la forma.
Cuando se aporta calor a una sustancia se incrementa su temperatura, salvo si cambia
de estado, en cuyo caso la temperatura se mantiene constante, aunque siga
absorbiendo calor.
La cantidad de calor absorbida o cedida para realizar el cambio de estado es
una constante que se denomina calor latente y es diferente para cada cuerpo.
Calor latente: es el calor absorbido o cedido para realizar un cambio de estado.
QJ.. = m X }.,
Donde Q). es el calor de cambio de estado, m es la masa y }., es el calor latente
de la sustancia.
Calor sensible: es el calor cedido o absorbido para elevar la temperatura de
un cuerpo sin llegar a producir un cambio de estado.
Q5 = m X Ce X (T,- T)
Donde:
Q5: calor sensible
m: masa
Ce: calor específico
r,: temperatura final
T;: temperatura inicial

Conceptos básicos
El calor total Q= Q,+ Q.+ Q.+ Q.= 3.053,8J se muestra de forma gráfica en la Figura
1.5.
15
Calor total: es el calor total utilizado.
QT = Qs + Q,. = m X ce X ( T,- T) + m X A
En la Tabla 1.7 figuran los valores de los cambios de estado de algunas sustancias.
Tabla 1.7. Calor latente de fusión () y ebullición ( J.) de algunas sustancias (kJ/kg).
-T- 11111 Ejemplo 1.3.
Determina el calor que hay que suministrar para convertir 1 g de hielo a -20 ºC en
vapor a 100 ºC partiendo de los datos siguientes:
Calor específico del hielo C"' = 2.090 J/kg ºK
Calor de fusión del hielo Afh = 334 kJ/kg
Calor específico del agua C,,, = 4.180 J/kg ºK
Calor de vaporización del agua .= 2.260 kJ/kg
Etapas:
1.a Se eleva la temperatura de 1 g de hielo de --20 ºC (253 ºK ) a O ºC (273 ºK )
Q, = 0,001 kg X 2.090 J/kg ºK X (273 - 253) ºK = 0,0418 kJ = 41,8 J
2.ª Se funde el hielo (hielo a O ºC - agua a O ºC)
Q2 = 0,001 kg X 334 kJ/kg = 0,334 kJ = 334 J
s.ª Se eleva la temperatura del agua de 0° C (273 ºK) a 100 ºC (373 ºK)
Q, = 0,001 kg X 4.180 J/kg ºK X (373 - 273) ºK = 0,418 kJ = 418 J
Sustancia Tª de fusión º C T3 ebullición º C Av
Agua o 334 100 2.260
Alcohol etílico -114 105 78,3 846
Acetona -94,3 96 56,2 524
Benceno 5,5 127 80,2 396
Aluminio 658,7 322 - 394 2.300 9.220
Estaño 231,9 59 2.270 3.020
Hierro 1.530 293 3.050 6.300
Cobre 1.083 214 2.360 5410
Mercurio -38,9 11,73 3.56,7 285
Plomo 327,3 22,5 1750 880
Potasio 64 60,8 760 2.080
Sodio 98 113 883 4.220

18
4.ª Se pasa de agua a 100 ºC a vapor a 100 ºC
Q._ = 0,001 kg X 2.260 kJ/kg = 2,260 kJ = 2.260 J

·
41,8 J
2260 J
334 J
"
Vapor
;
¡ Agua + Hielo
T
100
50
o
20
Hielo Q
Cambios de estado Calor (J) T (ºC)
Punto inicial o -20
Hielo a -20 ºC a hielo a O ºC 41,8 o
Hielo a O ºC a agua a O ºC 334,0 o
Agua a O ºC a agua a 100 ºC 418,0 100
Agua a 100 ºC a vapor a 10 ºC 2260,0 100
Figura 1.5. Diagrama temperatura-cantidad de calor en los cambios de estado del agua.
La tabla de la Figura 1.5 muestra que, en todo el proceso de calentamiento, la
vapo rización del agua es la que más calor requiere, 2.260 julios, lo que representa
el 74 % del total de 3.053 julios.
Estos valores son variables en función de la presión en que se verifica el
cambio de estado, como puede verse en las tablas de agua-vapor que se muestran
en el apartado 1.18.
Si a un líquido sometido a cierta presión se le suministra calor, su temperatura
au menta hasta un valor en el que se produce el inicio de la evaporación, este
punto se de nomina líquido saturado. Si se sigue aumentando la cantidad de
calor,aparecen una serie de estados sucesivos que son mezclas de líquido y vapor que
se denominan vapor húme do; si continúa el aumento de calor hasta que desaparece
todo el líquido, a este punto se le denomina vapor saturado y si se sigue aportando
calor, la temperatura comienza a subir nuevamente, llegando al punto de vapor
sobrecalentado. Todo este fenómeno no depende más que de la presión y de la
naturaleza del fluido.
Se denominan vapores aquellos gases que en condiciones normales de presión y
temperatura (1atm y temperatura ambiente) su estado normal es el líquido.
Por ejemplo, se debe decir vapor de agua y no gas de agua y a su vez se debe
decir gas de oxígeno y no vapor de oxígeno.

1.13. TRANSMISIÓN DE CALOR: RADIACIÓN, CONVECCIÓN Y
CONDUCCIÓN
El calor se transmite de unos cuerpos a otros de tres formas diferentes,
conducción, convección y radiación, tal y como muestra la Figura 1.6.
CONDUCCIÓN CONVECCIÓN RADIACIÓN
Figura 1.6. Diferentes formas de transmisión de calor.
En la mayoría de situaciones, la transmisión de calor se produce por las tres
formas, pero en ocasiones la transmisión en una de las formas es tan elevada que
las otras dos pueden despreciarse.
1.13.1. Transmisión de calor por conducción
La conducción es la propagación del calor en el interior de un cuerpo o entre
cuerpos que están en contacto de forma que la transmisión tiene lugar sin
movimiento de las molé culas de la materia. El calor se propaga de molécula a
molécula haciendo que entren en vibración y choquen con las contiguas. El calor
aplicado en un punto hace que aumente la energía interna de las moléculas,
traspasando su estado de agitación a las moléculas contiguas y así sucesivamente.
El flujo de calor que se propaga a través de un cuerpo depende de dos factores:
• La diferencia de temperaturas.
• El tipo de material.
La conductividad térmica es la cantidad de calor que se pasa por unidad de
tiempo a través de un metro cuadrado de superficie de una pared de caras planas
de un metro de espesor, cuando entre ambas hay una diferencia de temperatura de
1ºC e indica la capacidad de un material para transmitir el calor en su propio seno.
Se representa por }., y sus unidades son:
= -
kcal - b . W X m w
--
m x h x ºC o 1en ,._ =
m
2
X ºC
= m X ºC
§ En la Tabla 1.8 se muestran los coeficientes de conductividad de diversos materiales.
11.
ID
e
o
"ü
@ l i'

18
Q
,,,,,,,,,>------
1
1
Tabla 1.8. Coeficientes de conductividad de diversos materiales (
m
kcalx h x
)
ºC .
Material Temperatura ºC Conductividad térmica
Acero 100 38,60
Cobre 100 324,00
Fundición de hierro 100 45,00
Madera 20 0,12
Fibra de vidrio 100 0,045
La cantidad de calor transmitida por conducción viene dada por la ley de
Fourier, cuyas expresiones difieren cuando se trata de una superficie plana, un
cilindro o una esfera.
Cantidad de calor que atraviesa una pared plana por conducción
La cantidad de calor que se transmite a través de una superficie plana depende de
la superficie, la diferencia de temperaturas entre ambas caras, del espesor y de la
conduc tividad térmica del material, según la siguiente expresión:
s
A.X S x .6.TQ =--
e-
Donde:
Q: es elflujo de calor en Kcal/h
11.: es la conductividad térmica en Kcalxh x•c
S: es el área de la superficie plana en m'
.6.T: es la diferencia de temperatura entre las dos
caras de la pared
e: es el espesor de la pared
Figura 1.7. Flujo de calor a través de una superficie plana.
Cantidad de calor que atraviesa una pared cilíndrica por conducción

Conceptos
básicosLa cantidad de calor que se transmite a través de una superficie cilíndrica depende
de los diámetros interior y exterior,la diferencia de temperaturas entre ambas caras
y de la conductividad térmica del material, según la siguiente expresión:

t,-t,
Q = 2 X :n:Xi.. X---
L
1n ]
º·
Donde:
Q: es elflujode calor en Kcal/h
)..: es la conductividad térmica en Kcal/(mx hx
ºC) D1:es el diámetro Interior del tubo en m
D2 :es eldiámetro exterior del tubo en m
L: es la longitud del tubo
t 1:es la temperatura de la caraInterior del tubo en °C
t2 :esla temperatura de la cara exterior del tubo en °C
Figura 1.8 Flujo de calor a través de una superficie cilíndrica.
Cantidad de calor que atraviesa una pared esférica por conducción
La cantidad de calor que se transmite a través de una superficie esférica depende
de los diámetros interior y exterior, la diferencia de temperaturas entre ambas caras
y de la conductividad térmica del material, según la siguiente expresión:
---.---··-··-··-··-··-··-···"···-··-·-·-··-·· .
Donde:
Q: es el flulo de calor en Kcal/h
A: es la conductividad térmica en Kcal/(m X h X ºC)
D1 :es el diámetro de la esfera interior en m
o2 :es el diámetro de la esfera exterior en m
t 1 :es latemperatura de la caraInterior de la esfera menor en oC
t2 :es la temperatura de la cara exterior de la esfera mayor en oC
----L.-..._e.:.:•:..-····· ··-··-··-·····-·-·· ··-··
Figura 1.9. Flujo de calor a través de una superficie esférica .
42
e
·¡;
ro
e
"(1
')
.
o
ü
ii
w
@

3.2. T
r
a
n
s
m
i
s
i
ó
n
d
e
c
a
l
o
r
p
o
r
c
o
n
v
e
c
c
i
ó
n
La convección se define como la transmisión de energía calorífica de un punto a
otro de un fluido por movimiento de la propia materia.
Los líquidos y los gases son malos conductores del calor, por ello la transmisión
de calor se realiza, con o sin cambio de estado, principalmente por convección.
La convección puede ser: libre o natural y forzada.
19

industriales
20
Convección libre o natural
Al aportar calor a un fluido, aumenta su temperatura y disminuye su densidad, por
esa razón las moléculas calientes ascienden y este movimiento hace que el calor se
transmita de unas moléculas a otras del fluido.
Un ejemplo, es el que se produce al calentar un líquido por la parte inferior del
reci piente en que se encuentra. Las moléculas captan la energía y entonces se
desplazan en sentido ascendente a través del líquido frío a la parte superior del
recipiente.
Otro ejemplo típico de convección natural, es el tiro de las chimeneas. Al
aumentar la temperatura de un fluido (gas) se produce el movimiento ascensional de
las moléculas más calientes.
Convección forzada: laminar o turbulenta
En la convección forzada interviene un nuevo elemento, generalmente una bomba
de circulación o un ventilador,que incrementa el movimiento molecular del fluido.
El flujo de un fluido circulando por una tubería, su velocidad es máxima en el
eje del tubo y disminuye hasta anularse en la pared. En las inmediaciones de la
pared del tubo, el líquido, como consecuencia de la viscosidad, tiene velocidad próxima
a cero formando una capa de transición, denominada capa límite.
Este movimiento puede producirse en régimen laminar o en régimen turbulento,
se gún sea el valor de la velocidad del fluido y cuando la velocidad alcanza su valor
crítico se produce el tránsito del régimen laminar al turbulento.
Los factores que intervienen en uno u otro régimen, son:
a)El número de Reynolds (Re).
p X v X D
Donde:
Re = ---
µ
Re: número de Reynolds, que es un número
adimensional v: velocidad
D: diámetro
µ: viscosidad
b)Rugosidad de las paredes del circuito.
El régimen de flujo es laminar para Re = 2.300; inestable (pudiendo ser laminar
o turbulento) para valores de Re entre 2.300 y 5.000 y turbulento para Re > 5.000.

Conceptos básicos
Para el estudio de la transmisión de calor por convección, las fórmulas se
complican dado que sus cálculos son básicamente experimentales como
consecuencia de que el fluido transmisor está en movimiento.

Hay dos casos que tienen un interés práctico:
a)Superficies planas:
10,181
Q = C X T- X (87)1•2666 X (1 + 0,794 X v )º·5
m
b)Superficies cilíndricas:
10,2 10,181
Q = C X X T- X (87)1•2666 X (1 + 0,794 X v )º·5
m
Donde: k 1
Q: calor transmitido en ca 2
h x m
C: coeficiente experimental
d: diámetro en m
Tm: temperatura media Tm
=
T + T
s ª en ºC
2
8T = Ts - Ta
T5: temperatura de la superficie en ºC
Ta
: temperatura ambiente en ºC
1.13.3. Transmisión de calor por radiación
Todo cuerpo a una temperatura mayor de O ºK emite energía radiante en forma de
ondas electromagnéticas que se propagan a la velocidad de la luz en el aire o en el
vacío. La energía radiante emitida se propaga en línea recta y es función de la
temperatura y de la superficie del cuerpo emisor.
Cuando las ondas inciden sobre un cuerpo que no es transparente a ellas, son
absor bidas y su energía se transforma en calor.
Se define como cuerpo negro aquel que es capaz de absorber toda la radiación
que recibe.
Un cuerpo que absorbe bien la radiación es también un buen emisor. Las
superficies metálicas pulidas absorben y emiten poca radiación.
La emisividad (E) es la relación entre el poder emisivo real de la superficie del
mate rial y del poder emisivo que tendría si fuese un cuerpo negro. Varía de O a 1,
siendo l la correspondiente al cuerpo negro.
La ecuación de Stefan-Boltzman define las variables que influyen en la
cantidad de energía emitida por un cuerpo en la unidad de tiempo.
Q = E X 5 X a X T4
21
d

Conceptos
básicos
Donde:
Q: calor emitido en kcal/h kcal
a: constante de Stefan-Boltzman = 4,88 x 10-s en ----
5: superficie en
m2
h X m 2 X T4
E: emisividad del cuerpo (es adimensional ya que está referida al cuerpo
negro) T: temperatura de la superficie en ºK
Un cuerpo con temperatura superior a O ºK emite energía radiante al ambiente
y simultáneamente recibe energía radiante procedente del ambiente_
Si se trata de una superficie S (en m2), con una emisividad E, a una temperatura T1 (en
ºK) en un ambiente a una temperatura Tª (en ºK), la energía neta Q que recibe, en
kcal/h, viene dada por la expresión:
Q = 4,88 X 10-s X 5 X E X (T/ -T3 )
En la Tabla L9 se muestran diversos coeficientes de emisividad_
Tabla 1.9. Coeficientes de emisividad de diferentes superficies.
Superficie Coeficiente
Acero inoxidable 0,28
Aluminio pulido 0,09
Aluminio oxidado 0,25
Chapa de acero 0,55
Chapa de acero oxidado 0,65
Fibra mineral 0,70
Asbesto-Cemento 0,90
Acero galvanizado 0,30
Pintura negra 0,87
Pintura de aceite 0,94
Pintura de aluminio 0,52
Yeso 0,95
4

Termómetro
...........
JJr',....,...·
.,.;'_,•""
..-::-:·:-·:-:.·-·-·-·- Manómetro
'.:.:::::;
..
/ Pistón
/
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) ) ) ) 1 1 1 ) ) >) 11 , ) ) ) ) 1) )
(
;·......__ ;
( ,,
1.14. VAPOR DE AGUA: SATURADO, SOBRECALENTADO,
RECALENTADO Y EXPANSIONADO
Entre los distintos estados de la materia, hay un caso especial como es el agua y,
en particular el caso del vapor de agua es especialmente relevante. Se han hecho
diversos experimentos y realizado distintas curvas, relacionando las variables presión,
volumen y temperatura, siendo la experiencia de Andrews pionera en este asunto.
Experiencias de Andrews
En 1869 Andrews comprimió C02 a temperatura constante utilizando un cilindro de
pare des resistentes, dentro del cual había un manómetro y un termómetro, como
se muestra en la Figura 1.10.

., C02
CIiindro
Figura 1.10. Experimento de Andrews.
Manteniendo constante una temperatura determinada, Andrews fue disminuyendo el
volumen y leyendo la presión y el volumen en cada instante. Repitiendo el
experimento a diferentes temperaturas, determinó una serie de puntos tales como Vu, VL2 ,
VL3, Vv 1, Vv 2 , Vv3, de forma que al unirlos obtuvo una curva, denominada curva de
saturación. Esta curva tiene un máximo que coincide con el punto crítico y que la
divide en dos, la parte de la izquierda corresponde a los puntos del líquido saturado
y la parte de la derecha a los del vapor saturado, tal como se muestra en la Figura
1.11.
42
e
¡;
ro
e
"(1')
.
oü
ii
@ 23
'
·
w

Punto critico
Punto triple
Conceptos básicos
p
Figura 1.11. Diagrama presión-volumen-temperatura .
Andrews repitió el experimento con otras sustancias y mezclas viendo que cada
sus tancia tiene su propia temperatura crítica, por encima de la cual no es posible
licuar o condensar el gas, cualquiera que sea la presión, es decir,que para
condensar el gas solo se consigue enfriándolo a una temperatura inferior a la
crítica.
En el caso del vapor de agua el comportamiento es similar; así partiendo del
punto X de la curva isoterma T,se empieza a comprimir el vapor manteniendo constante
la tempe ratura hasta alcanzar el punto F (vapor saturado), si se sigue comprimiendo
aparecen las primeras gotas de líquido, que van aumentando hasta el punto D (líquido
saturado) donde se alcanza la total desaparición del vapor, pasando por una serie de
estados intermedios, con distintas mezclas líquido-vapor.
A las diferentes proporciones líquido-vapor se las denomina título del vapor,
que varía de O a l.Cuando este valor es cero, se dice que es un líquido saturado, y
cuando es uno, es un vapor saturado, pasando por estados intermedios dentro de
este rango.
Este fenómeno ocurre cuando no se parte de la temperatura crítica o superior,
para la cual, por mucho que se comprima el vapor nunca se llega a licuar,esta
temperatura se denomina temperatura crítica y la presión y volumen también se
denominan críticos, es lo que se denomina punto crítico "C".
A modo de resumen se definen los siguientes conceptos relacionados con el
vapor de agua:

industriales
Vapor saturado
Un vapor es saturado, cuando sus condiciones de presión y temperatura
corresponden al punto de cambio de estado. En la práctica se denomina vapor
saturado seco si en su seno no existe partícula alguna de agua en estado líquido y
vapor húmedo si en su seno hay partículas de agua en estado líquido.
Vapor sobrecalentado
Es el vapor que habiendo llegado a vapor seco (sin fase líquida), se le continúa
suminis trando calor. Es el vapor proveniente de una caldera.
Vapor recalentado
Es el vapor proveniente de una máquina que ha cedido calor o parte de energía y
vuelve a calentarse. Por ejemplo, el calor que proviene de una turbina y se envía a un
recalentador para elevar su temperatura.
Vapor expansionado o vapor flash
Es el vapor que se genera cuando se expansionan los condensados, es el llamado vapor
flash producido en un depósito de revaporización.
1.15. VOLUMEN ESPECÍFICO DEL VAPOR DE AGUA
Se denomina volumen específico de un cuerpo al volumen ocupado por la unidad de
masa de dicho cuerpo siempre y cuando este sea homogéneo.
Vo 1umen espec1'f'1co = Volumen
Masa
Por otra parte, se denomina densidad a:
. Masa
Densidad =
Vo umen
El volumen específico Ve es la inversa de la densidad p:
Ve =
1
p
En el caso del vapor hay que tener en cuenta que es muy compresible, su
volumen depende de la presión y de la temperatura que soportan, por lo que para
poder estudiar el volumen y la presión de una masa de vapor, es necesario
mantener la temperatura durante el proceso (compresión isotérmica). Cuando un
gas se comprime sin variar la temperatura, su volumen disminuye de tal forma que
para una determinada masa gaseo-
25
1
-

industriales
26
sa (m), el producto de la presión (P) por el volumen ( V) se mantiene constante
según la Ley de Boyle-Mariotte:
P x V = cte.
También se cumple que para dos situaciones de una misma masa de vapor,
una a presión P1y un volumen V1 y otra de volumen V2 y presión P2 :
P1 x v1= P2 x v2 = cte.
Y como la masa no cambia, aunque sí lo haya hecho el volumen, la igualdad
anterior se cumple también con los volúmenes específicos:
P1 X Ve1= P2 X Ve2 = cte.
Por tanto, los volúmenes específicos de vapor saturado disminuyen al
aumentar la presión y son siempre mayores que los volúmenes específicos de
líquido, excepto en el punto crítico "C", donde ambos son iguales.
1.16. CALO R ESPECÍFICO
Como ya se ha comentado, el calor específico es la cantidad de calor que hay que
ceder a la unidad de masa para que su temperatura aumente un grado. Las
unidades son: caloría x g·1x °K·1
Al definir el concepto de temperatura se llegó a la expresión del calor específico:
Donde:
Ce: calor
específico
Ce = _!5_
2H
K y H: constantes que dependen de cada sustancia
El calor específico depende de las condiciones de presión y temperatura
iniciales, por lo que se utiliza el calor específico medio, que corresponde al valor
aportado por la unidad de masa, dividido por la diferencia de temperaturas final e
inicial.
Cem =-Q
t,- ti
En el caso de los gases, hay que distinguir entre el calor específico a volumen
cons tante Cv y el calor específico a presión constante Cp.
Cp - Cv = R = 1,987 "" 2 cal/mol ºK, donde R es la constante universal de los
gases perfectos.
Cp/ Cv = y, donde y es el coeficiente de dilatación adiabática.

El calor específico a presión constante, Cp, se determina en un calorímetro,
haciendo pasar un gas caliente por un tubo sumergido en agua y midiendo la
velocidad del gas, la diferencia de temperaturas entre la entrada y la salida del
calorímetro y la elevación de la temperatura del agua.
La determinación experimental del calor específico a volumen constante, Cv, es
difícil de realizar en la práctica, por eso se emplea el método de cálculo basado en
la ecuación que relaciona este con el calor específico a presión constante, Cp,
como se muestra a continuación:
Cp X T = Cv X T + P X V
Considerando 1mol de un gas al que se le suministra calor, a presión y
volumen constantes, para calentarlo y así elevar su temperatura T, por la ecuación
de los gases perfectos, se cumple:
P x V = n x R x T, si ( n = 1) - P x V = R x T
Sustituyendo en la ecuación anterior:
Cp X T = Cv X T + R X T - Cp = Cv + R - R = Cp - Cv
El I d R O 082 atmósfera x litro 1987207 "" 2caloría va or e es ' ºK x mol o ' ºKx mol
Por tanto:
Cp - Cv "" 2
Una vez medido experimentalmente Cp, se calcula Cv a partir de esta última ecuación.
1.17. RELACIÓN ENTRE LA PRESIÓN Y LA TEMPERATURA
DE VAPOR
La relación entre la presión y la temperatura de vaporización puede verse en la Figura
1.12. En la Figura 1.12 las líneas AB, BD y BC corresponden a valores (P,7) en
las que co-
existen las siguientes fases:
• En la línea BA coexisten en equilibrio líquido y gas.
• En la línea BD coexisten en equilibrio sólido y líquido.
• En la línea BC coexisten en equilibrio sólido y gas.
El punto B marca los valores de P y T en los que coexisten tres fases, sólido,
líquido y gas, y se denomina punto triple. Este punto, que indica la temperatura
mínima a la que el líquido puede existir, es característico de cada sustancia, y
puede emplearse como referencia para calibrar termómetros.
El punto A indica el valor máximo (PC' TJ en el que pueden coexistir en equilibrio
dos
fases, y se denomina punto crítico. Representa la temperatura máxima a la cual se pue-

Punto crítico
................ ...¡-_
Fase líquida
Agua
f?- ............:
Fase sólida :
.. :
Hielo
. ...............-:-
:..
. = ¡e
¡
:..
Fase gaseosa
=
Vapor
..
e
100 374
28
de licuar el gas simplemente aumentando la presión. Fluidos con T y P mayores que Te y
Pe se denominan fluidos supercríticos.
P<atrn>
218
1
0,006
(ºC)
Figura 1.12. Diagrama presión-temperatura para el agua.
1.18. TABLAS DE TRANSFORMACI ONES DE
UNIDADES Y TABLAS DE VAPOR DE
AGUA
Con el fin de facilitar la resolución de ejemplos prácticos de cambio de unidades,
cambios de estado, etc.,se incluyen las tablas siguientes:
Tabla 1.10. Conversión de unidades.
Longitud
m mm pulgada pie yarda milla
l 1000 39,3700787 3,2808399 l ,0936133 0,00062137
0,001 l 0,0393701 0,0032808 0,0010936 0,00000062137
0,0254 2544 l 0,08333 0,02777 0,000015782
0,3048 304,8 12 l 0,333 0,00018939
0,9144 914,4 36 3 l 0,00056818

Superficie
m2 hectárea pulgada 2 pie2 yarda2 acre
l 0,0001 l .550,003 l 10,76391 l ,19599 0,000247ll
10000 l 15.500.031 107639,l 0,000ll96 2,4710538
0,00064516 0,0000000645 l 0,006944 0,0007716 0,00000015942
0.09290304 0,0000092903 144 l O,lll 0,000022957
0,8361274 0,000083613 1296 9 l 0,00020661
4046 ,856 0,4046856 6.272.640 43560 4840 l
Volumen
m' litro pie3 galón (USA) galón (GB)
barril
petróleo
l 1000 35,3146667 264,17205 219,96923 6,2898l08
0,001 l 0,0353147 0,2641721 0,2199692 0,0062898
0,0283168 28,3168466 l 7,4805195 6,2288349 0,1781076
0,0037854 3,7854ll8 0,1336806 l 0,8326741 0,0238095
0,0045461 4,5460904 0,1635437 l,20095 l 0,028594
1589873 158987295 56145833 42 34,9723128 l
l gal (USA) 3,78541 pie3
l pie' 0,0283 m3
Presión
kPa atm mmHg mH20 psi bar
l O,Ol01972 7,5006278 0,1019745 0,1450377 0,01
98,0665 l 735,560217 l000028 14,2233433 0,980665
0,1333222 0,0013595 l 0,0135955 193367 0,0013332
9,8063754 0,0999972 73,5539622 l l ,4222945 0,0980638
6,5947573 0,070307 51,7150013 0,7030893 l 0,0689476
100 l,0197162 750,062679 10,1974477 14,5037738 l
l pulgada H,O (60 ºF) 0,248843 kPa
l pulgada Hg (60 ºF) 3,37685 kPa
l atm 101,325 kPa 760 mm Hg
l torr (101,325/760) kPa

30
Tabla 1.10. Conversión de unidades (continuación).
Energía (calor y trabajo)
kJ kW x h hp X h (USA) CV X h (UK) kcal BTU
l 0,0002777 0,000372506 0,000377673 0,2388459 0,9478171
3.600 l l,3410221 l,3596216 859,84523 3.412,1416
2.684,5195 0,7456999 l l ,0138697 641,18648 2.544,4336
2.647,7955 0,7354988 0,9863201 l 632,41509 2.509,6259
4,1868 0.001163 0,00155961 0,00158124 l 3,9683207
l,0550559 0,000293071 0,00039301 0,000398466 0,2519958 l
l termia 1000 kcal
l termia I00.000 Btu
l Btu 1055,0558 J
l kilogramo fuerza x metro (Kgf x m) 0,00980665 kJ
Macrounidades de energía
Terajulio
Gigavatio x
hora
Teracaloría
Tm
equivalente de
carbón
Tm
equivalente
de petróleo
Barril
petróleo
día-año
TJ GW x h Tcal tec tep Bd
l 0,2727 0,2388459 34,1208424 23,8845897 0,4955309
3-6 l 0,8598452 122,8350326 85,9845228 l ,7839ll3
4,1868 1,163 l 142,8571429 100 2,0746888
0,0293076 0,008141 0,007 l 0,7 0,0145228
0,041868 O,Oll63 0,01 l,4285714 l 0,0207469
2,0180376 0,560568 0,482 68,8571429 48,2 l
Potencia
kW kcal/h BTU/h hp (USA) CV (UK)
Tm
refrigera
c.
l 859,84523 3412,1416 l,3410221 l ,3596216 0,2843494
0,00ll63 l 3,9683207 0,0015596 0,0015812 0,0003307
0,00029307 0,2519958 l 0,00039301 0,00039847 0,000083335
0,7456999 641,18648 2.544,4336 l l ,0138697 0,2120393
0,7354988 632,41509 2.509,6259 0,9863201 l 0,2091386
3,5168 3.023,9037 ll .999,82 4,7161065 4,7815173 l

Conceptos básicos
li
Tabla 1.11. Variables termodinámicas del vapor de agua (entrada : temperatura) .
.._
'-
Vol=on
específico
m3
/kg
Energía interna Entalpía Entropía
kJ/kg kJ/kg kJ/kg X ºK
I • Líquido Vapor Líquido Vapor Líquido Vapor Vapor Líquido Vapor
Temp. Presión Saturado Saturado Saturado Saturado Saturado Vapor Saturado Saturado Saturado
ºC bar yf X 103 Vg Uf Ug hf hfg hg Sf Sg
0,01 0,00611 1,0002 206,136 0,00 2375 ,3 0,01 2501 ,3 2501 ,4 0,0000 9,1562
4 0,00813 1,0001 157,232 16,77 2380,9 16,78 2491 ,9 2508,7 0,0610 9,0514
5 0,00872 1,0001 147,120 20,97 2382 ,3 20,98 2489 ,6 2510,6 0,0761 9,0257
6 0,00935 1,0001 137,734 25,19 2383,6 25,20 2487,2 2512,4 0,0912 9,0003
8 0,01072 1,0002 120,917 33,59 2386,4 33,60 2482 ,5 2516,1 0,1212 8,9501
10 0,01228 1,0004 106,379 42,00 2389,2 42,01 2477,7 2519,8 0,1510 8,9008
11 0,01312 1,0004 99,857 46,20 2390 ,5 46,20 2475,4 2521 ,6 0,1658 8,8765
12 0,01402 1,0005 93,784 50,41 2391 ,9 50,41 2473,0 2523,4 0,1806 8,8524
13 0,01497 1,0007 88,124 54,60 2393,3 54,60 2470 ,7 2525 ,3 0,1953 8,8285
14 0,01598 1,0008 82,848 58,79 2394 ,7 58,80 2468,3 2527,1 0,2099 8,8048
15 0,01705 1,0009 77,926 62,99 2396 ,1 62,99 2465,9 2528,9 0,2245 8,7814
16 0,01818 1,0011 73,333 67,18 2397,4 67,19 2463,6 2530,8 0,2390 8.7582
17 0,01938 1,0012 69,044 71,38 2398,8 71,38 2461 ,2 2532,6 0,2535 8,7351
18 0,02064 1,0014 65,038 75,57 2400,2 75,58 2458,8 2534 ,4 0,2679 8,7123
19 0,02198 1,0016 61,293 79,76 2401,6 79,77 2456,5 2536,2 0,2823 8.6897
20 0,02339 1,0018 57,791 83,95 2402 ,9 83,96 2454,1 2538,1 0,2966 8,6672
21 0,02487 1,0020 54,514 88,14 2404 ,3 88,14 2451,8 2539 ,9 0,3109 8,6450
22 0,02645 1,0022 51,447 92,32 2405 ,7 92,33 2449 ,4 2541 ,7 0,3251 8,6229
23 0,02810 1,0024 48,574 96,51 2407,0 96,52 2447,0 2543,5 0,3393 8,6011
24 0,02985 1,0027 45,883 100,70 2408,4 100,70 2444 ,7 2545 ,4 0,3534 8,5794
25 0,03169 1,0029 43,360 104,88 2409,8 104,89 2442 ,3 2547,2 0,3674 8,5580
26 0,03363 1,0032 40,994 109,06 2411,1 109,07 2439 ,9 2549,0 0,3814 8,5367
27 0,03567 1,0035 38,774 113,25 2412 ,5 113,25 2437,6 2550,8 0,3954 8,5156
28 0,03782 1,0037 36,690 117,42 2413,9 11 7,43 2435 ,2 2552,6 0,4093 8,4946
29 0,04008 1,0040 34,733 121,60 2415,2 121,61 2432 ,8 2554 ,S 0,4231 8,4739
30 0,04246 1,0043 32,894 125,78 2416,6 125,79 2430,5 2556 ,3 0,4369 8,4533
31 0,04496 1,0046 31,165 129,96 2418,0 129,97 2428,1 2558,1 0,4507 8,4329
32 0,04759 1,0050 29,540 134,14 2419 ,3 134,15 2425,7 2559 ,9 0,4644 8,4127
33 0,05034 1,0053 28,011 138,32 2420 ,7 138,33 2423,4 2561,7 0,4781 8,3927
34 0,05324 1,0056 26,571 142,50 2422 ,0 142,50 2421 ,0 2563,5 0,4917 8,3728
35 0,05628 1,0060 25,216 146,67 2423,4 146,68 2418,6 2565,3 0,5053 8,3531

32
Tabla 1.11. Variables termodinámicas del vapor de agua (entrada : temperatura) (continuación) .
36 0,05947 1,0063 23,940 150,85 2424,7 150,86 2416,2 2567,1 0,5188 8,3336
38 0,06632 1,0071 21,602 159,20 2427,4 159,21 2411,5 2570,7 0,5458 8,2950
40 0,07384 1,0078 19,523 167,56 2430 ,1 167,57 2406,7 2574,3 0,5725 8,2570
45 0,09593 1,0099 15,258 188,44 2436,8 188,45 2394 ,8 2583,2 0,6387 8,1648
50 0,1235 1,0121 12,032 209,32 2443,5 209,33 2382,7 2592,1 0,7038 8,0763
55 0,1576 1,0146 9,568 230,21 2450,1 230,23 2370,7 2600,9 0,7679 7,9913
60 0,1994 1,0172 7,671 251,11 2456,6 251,13 2358,5 2609,6 0,8312 7,9096
65 0,2503 1,0199 6,197 272,02 2463,1 272,06 2346,2 2618,3 0,8935 7,8310
70 0,3119 1,0228 5,042 292,95 2469 ,6 292,98 2333,8 2626,8 0,9549 7,7553
75 0,3858 1,0259 4,131 313,90 2475 ,9 313,93 232 1,4 2635 ,3 1,0155 7,6824
80 0,4739 1,0291 3,407 334,86 2482,2 334,91 2308,8 2643,7 1,0753 7,6122
85 0,5783 1,0325 2,828 355,84 2488,4 355,90 2296 ,0 265 1,9 1,1343 7,5445
90 0,7014 1,0360 2,361 376,85 2494,5 376,92 2283,2 2660 ,1 1,1 925 7,479 1
95 0,8455 1.0397 1,982 397,88 2500,6 397,96 2270,2 2668,1 1,2500 7,4159
100 1,014 1,0435 1,673 418,94 2506,5 419,04 2257,0 2676 ,1 1.3069 7,3549
110 1,433 1,0516 1,210 461,14 2518,1 461,30 2230,2 269 1,5 1,4185 7,2387
120 1,985 1,0603 0,8919 503,50 2529 ,3 503,71 2202 ,6 2706 ,3 1,5276 7,1296
130 2,701 1,0697 0,6685 546,02 2539 ,9 546,31 2174,2 2720 ,5 1,6344 7,0269
140 3,613 1,0797 0,5089 588,74 2550 ,0 589,13 2144,7 2733,9 1,7391 6,9299
150 4,758 1,0905 0,3928 631,68 2559,5 632,20 2114,3 2746,5 1,8418 6,8379
160 6,178 1,1020 0,3071 674,86 2568,4 675,55 2082,6 2758,1 1, 9427 6,7502
170 7,917 1,1143 0,2428 718,33 2576,5 719,21 2049,5 2768,7 2,0419 6,6663
180 10,02 1,1274 0,1941 762,09 2583,7 763,22 2015,0 2778,2 2,1396 6,5857
190 12,54 1,1414 0,1565 806,19 2590,0 807,62 1978,8 2786 ,4 2,2359 6,5079
200 15,54 1,1565 0,1274 850,65 2595 ,3 852,45 1940,7 2793,2 2,3309 6,4323
210 19,06 1,1726 0,1044 895,53 2599 ,5 897,76 1900,7 2798,5 2,4248 6,3585
220 23,18 1,1900 0,08619 940,87 2602,4 943,62 1858,5 2802 ,1 2,5178 6,2861
230 27,95 1,2088 0,07158 986,74 2603,9 990,12 1813,8 2804 ,0 2,6099 6,2 146
240 33,44 1,2291 0,05976 1033,2 2604,0 1037,3 1766,5 2803,8 2,7015 6,1437
250 39,73 1,25 12 0,05013 1080,4 2602 ,4 1085,4 1716,2 280 1,5 2,7927 6,0730
260 46,88 1,2755 0,04221 1128,4 2599 ,0 1134,4 1662,5 2796,6 2,8838 6,0019
270 54,99 1,3023 0,03564 1177,4 2593,7 1184,5 1605,2 2789,7 2,9751 5,9301
280 64,12 1,3321 0,03017 1227,5 2586,1 1236,0 1543,6 2779,6 3,0668 5,8571
290 74,36 1,3656 0,02557 1278,9 2576,0 1289,1 1477,1 2766 ,2 3,1594 5,7821
300 85,81 1,4036 0,02167 1332,0 2563,0 1344,0 1404,9 2749 ,0 3,2534 5,7045
320 112,7 1,4988 0.01549 1444,6 2525 ,5 1461,5 1238,6 2700 ,1 3,4480 5,5362
340 145,9 1,6379 0,01080 1570,3 2464,6 1594,2 1027,9 2622,0 3,6594 5,3357

Conceptos básicos
Tabla 1.12. Variables termodinámicas del vapor de agua (entrada : presión) .
Volumen
,
ffico
Energía ínterna Entalpía
kJ/kg
Entropía
m3/kg kJ/kg kJ/kg X ºK
Líquido Vapor Líquido Vapor Líquido Vapor Vapor Líquido Vapor
Presión Temp. Saturado Saturado Saturado Saturado Saturado Vapor Saturado Saturado Saturado
bar ºC vf x l03 Vg Uf Ug hf hfg hg Sf Sg
0,04 28,96 1,0040 34,800 121,45 2415 ,2 121,46 2432 ,9 2554 ,4 0,4226 8,4746
0,06 36,16 1,0064 23,739 151,53 2425 ,0 151,53 2415 ,9 2567,4 0,5210 8,3304
0,08 41,51 1,0084 18,103 173,87 2432 ,2 173,88 2403,1 2577,0 0,5926 8,2287
0,10 45,81 1,0102 14,674 191,82 2437,9 191,83 2392,8 2584,7 0,6493 8,1502
0,20 60,06 1,0172 7,649 251,38 2456 ,7 251,40 2358,3 2609,7 0,8320 7,9085
0,30 69,10 1,0223 5.229 289,20 2468,4 289,23 2336 ,1 2625 ,3 0,9439 7,7686
0,40 75,87 1,0265 3,993 317,53 2477,0 317,58 2319 ,2 2636 ,8 1,0259 7,6700
0,50 81,33 1,0300 3,240 340,44 2483,9 340,49 2305,4 2645 ,9 1,0910 7,5939
0,60 85,94 1,0331 2,732 359,79 2489 ,6 359,86 2293,6 2653,5 1,1453 7,5320
0,70 89,95 1,0360 2,365 376,63 2494,5 376,70 2283,3 2660 ,0 1,1919 7,4797
0,80 93,50 1,0380 2,087 391,58 2498,8 391,66 2274,1 2665,8 1,2329 7,4346
0,90 96,71 1,0410 1,869 405,06 2502 ,6 405,15 2265,7 2670 ,9 1,2695 7,3949
1,00 99,63 1,0432 1,694 417,36 2506 ,1 417,46 2258,0 2675,5 1,3026 7,3594
1,50 111,4 1,0528 1,159 466,94 2519,7 467,11 2226,5 2693,6 1,4336 7,2233
2,00 120,2 1,0605 0,8857 504,49 2529 ,5 504,70 2201 ,9 2706,7 1,5301 7,1271
2,50 127,4 1,0672 0,7187 535,10 2537,2 535,37 2181,5 2716 ,9 1,6072 7.0527
3,00 133,6 1,0732 0,6058 561,15 2543,6 561,47 2163,8 2725 ,3 1,6718 6,9919
3,50 138,9 1,0786 0,5243 583,95 2546 ,9 584,33 2148,1 2732 ,4 1,7275 6,9405
4,00 143,6 1,0836 0,4625 604,31 2553,6 604,74 2133,8 2738,6 1,7766 6,8959
4,50 147,9 1,0882 0,4140 622,25 2557,6 623,25 2120 ,7 2743,9 1,8207 6,8565
5,00 151,9 1,0926 0,3749 639,68 2561 ,2 640,23 2108,5 2748,7 1,8607 6,8212
6,00 158,9 1,1006 0,3157 669,90 2567,4 670,56 2086 ,3 2756,8 1,9312 6,7600
7,00 165,0 1,1080 0,2729 696,44 2572,5 697,22 2066 ,3 2763,5 1,9922 6,7080
8,00 170,4 1,1148 0,2404 720,22 2576 ,8 721,11 2048,0 2769,1 2,0462 6,6628
9.00 175,4 1,1212 0,2150 741,83 2580,5 742,83 2031,1 2773,9 2,0946 6,6226
10,0 179,9 1,1273 0,1944 761,68 2583,6 762,81 2015 ,3 2778,1 2,1387 6,5863
15,0 198,3 1,1539 0,1318 843,16 2594,5 844,84 1947,3 2792 ,2 2,3150 6,4448
20,0 212,4 1,1767 0,09963 906,44 2600 ,3 908,79 1890,7 2799,5 2,4474 6,3409
25,0 224,0 1,1973 0,07998 959,11 2603,1 962,11 1841,0 2803,1 2,5547 6,2575
;

industriales
Tabla 1.12. Variables termodinámicas del vapor de agua (entrada : presión) (continuación) .
30,0 233,9 1,2165 0,06668 1004,8 2604,1 1008,4 1795,7 2804 ,2 2,6457 6,1869
35,0 242 ,6 1,2347 0,05707 1045,4 2603,7 1049,8 1753,7 2803,4 2,7253 6,1253
40,0 250,4 1,2522 0,04978 1082,3 2602 ,3 1087,3 1714,1 2801,4 2,7964 6,0701
45,0 257,5 1,2692 0,04406 1116,2 2600,1 1121,9 1676,4 2798,3 2,8610 6,0199
50,0 264,0 1,2859 0,03944 1147,8 2597,1 1154,2 1640,1 2794,3 2,9202 5,9734
60,0 275,6 1,3187 0,03244 1205,4 2589,7 1213,4 1571,0 2784 ,3 3,0267 5,8892
70,0 285,9 1,3513 0,02737 1257,6 2580,5 1267,0 1505,1 2772,1 3,1211 5,8133
80,0 295,1 1,3842 0,02352 1305,6 2569,8 1316,6 1441,3 2758,0 3,2068 5,7432
90,0 303,4 1,4178 0,02048 1350,5 2557,8 1363,3 1378,9 2742 ,1 3,2858 5,6772
100 311,1 1,4524 0,01803 1393,0 2544 ,4 1407,6 1317,1 2724,7 3,3596 5,6141
110 318,2 1,4886 0,01599 1433,7 2529 ,8 1450,1 1255,5 2705 ,6 3,4295 5,5527
120 324,8 1,5267 0,01426 1473,0 2513,7 1491,3 1193,6 2684,9 3,4962 5,4924
130 330,9 1,5671 0,01278 1511,1 2496 ,1 1531,5 1130,7 2662 ,2 3,5606 5,4323
140 336,8 1,6107 0,01149 1548,6 2476 ,8 1571,1 1066,5 2637,6 3,6232 5,3717
150 342,2 1,6581 0,01034 1585,6 2455 ,5 1610,5 1000,0 2610,5 3,6848 5,3098
160 347,4 1,7107 0,009306 1622,7 2431 ,7 1650,1 930,6 2580,6 3,7461 5,2455
170 352,4 1,7702 0,008364 1660,2 2405 ,0 1690,3 856,9 2547,2 3,8079 5,1777
180 357,1 1,8397 0,007489 1698,9 2374,3 1732,0 777,1 2509 ,1 3,8715 5,1044
190 361,5 1,9243 0,006657 1739,9 2338,1 1776,5 688,0 2464,5 3,9388 5,0228
200 365,8 2,036 0,005834 1785,6 2293,0 1826,3 583,4 2409.7 4,0139 4,9269
220,9 374,1 3,155 0,003155 2029,6 2029 ,6 2099 ,3 o 2099 ,3 4,4298 4,4298

• •
En esta unidad se hace una visión muy general de conceptos que aparecen en el Reglamento
de Equipos a Presión (Real Decreto 2060/2008, de 12 de diciembre, por el que se aprueba
el Regla mento de equipos a presión y sus nstrucciones Técnicas Complementarias), como
definiciones y aspectos legislativos referidos a la seguridad de las operaciones que se llevan a
cabo en la genera ción de vapor o agua caliente.
Además, se proporcionan conceptos generales de las superficies de intercambio calorífico, las
for mas de transmisión de calor, los elementos de las calderas pirotubulares y acuotubulares
y,la cla sificación de las calderas para facilitar la comprensión en posteriores unidades, donde
se analizan con más detalle todos estos conceptos.
Contenidos
2.1.Definiciones
2.2.Conceptos exigibles
2.3.Elementos que incorporan las calderas
2.4.Requisitos de seguridad
2.5.Tipos y partes principales de una caldera
2.6.Superficies de calefacción: superficie de radiación y de convección
2.7.Transmisión de calor en calderas
2.8.Tipos de calderas según su
disposición
2.9. Tipos de calderas según su circulación
2.10. Tipos de calderas según sus características principales
2.11. Obtención del carné de operadores industriales de calderas

industriales
36
2.1. DEFINICIO N ES
De acuerdo con el Reglamento de Equipos a Presión (Real Decreto 2060/2008, de
12 de diciembre), CapítuloI,Artículo 2, además de las definiciones incluidas en el Real
Decreto 769/1999, de 7 de mayo, en el Real Decreto 1495/1991, de 11 de
octubre y en el Real Decreto 222/2001,de 2 de marzo, se tendrán en cuenta estas
otras definiciones:
• Comercialización, la puesta a la venta, la exposición, la venta, la
importación, el alquiler, la puesta a disposición o la cesión de equipos a
presión o conjuntos en la Unión Europea.
• Empresa instaladora de equipos a presión, la persona física o jurídica,
que acreditando disponer de los medios adecuados, realiza las instalaciones y
asume la responsabilidad de su correcta instalación.
• Empresa reparadora de equipos a presión, la persona, física o jurídica
que, acreditando disponer de los medios adecuados, realiza las reparaciones y
asume la responsabilidad de las mismas.
• Fabricante, la persona, física o jurídica, que asume la responsabilidad del diseño
y fabricación de un producto con objeto de comercializarlo en su nombre o
ponerlo en servicio.
• Inspección periódica, examen, reconocimiento, pruebas y ensayos, necesarios
para garantizar que se mantienen las condiciones de seguridad y
funcionalidad requeridos por este reglamento.
• Inspecciones y pruebas en el lugar del emplazamiento, toda inspección anterior
a la puesta en servicio o durante la misma de un equipo a presión o instalación.
• Instalación, la implantación en el emplazamiento de equipos a presión que
cum plen una función operativa, incluidos los ensamblajes de los distintos
elementos.
• Modificación de equipos a presión, la transformación o cambio de las
carac terísticas técnicas originales o de la función principal de un equipo a
presión, así como de sus accesorios de seguridad.
• Modificación de instalaciones, la transformación de una instalación
existente por ampliación, reducción o sustitución de equipos a presión por
otros de caracte rísticas diferentes.
• Organismo de control autorizado (OCA), entidad pública o privada, con perso
nalidad jurídica, que se constituye con la finalidad de verificar el
cumplimiento de las condiciones de seguridad de carácter obligatorio de
productos e instalaciones industriales, establecidas por los reglamentos de
seguridad industrial, mediante actividades de certificación, ensayo,
inspección o auditoria y que dispone de au torización de la Administración
para efectuar las tareas contempladas en este reglamento, de acuerdo con lo
indicado en el Real Decreto 2200/1995, de 28 de diciembre, por el que se

Generalidades sobre las
calderas
3?
aprueba el Reglamento de la infraestructura de la calidad y la seguridad
industrial.

• Presión máxima admisible (PS), la presión máxima para la que está
diseñado el equipo, especificada por el fabricante. Esta presión es equivalente a
la denomina da como presión de diseño en la reglamentación anterior.
• Presión de precinto (Pp), la presión a la que está tarado el elemento de
seguri dad que protege al equipo a presión.
• Presión de prueba (PT), aquella presión a la que se somete el equipo a
presión para comprobar su resistencia. Corresponde a la mayor presión
efectiva que se ejerce en el punto más alto del aparato durante la prueba de
presión.
• Presión máxima de servicio (Pms), la presión más alta, en las condiciones
de funcionamiento, que puede alcanzar un equipo a presión o instalación.
• Puesta en servicio, la puesta en funcionamiento por el usuario de un equipo
a presión o instalación, para su primera utilización o después de una
reparación, modificación o cambio de emplazamiento.
• Reparación, la acción de recomponer las partes sometidas a presión de un
equi po, que garantice las características y las condiciones iniciales de
fabricación y de funcionamiento.
• Temperatura, la magnitud física del nivel térmico de los fluidos en el interior
de un equipo a presión, medida en grados Celsius.
• Temperatura máxima/mínima de servicio (Tms), la temperatura más alta
o más baja que se estima puede producirse en el interior del equipo en
condiciones extremas de funcionamiento.
• Usuario, la persona física o jurídica que utiliza, bajo su responsabilidad, los
equi pos a presión o instalaciones.
Nota: ndependientemente de las definiciones contempladas en el Capítulo 1Artículo
2 del Reglamento de Equipos a Presión (Real Decreto 2060/2008, de 12 de
diciembre), la denominación de equipo a presión para referirse a todo elemento
diseñado y fabricado para contener fluidos a presión superior a 0,5 bar. En esta
denominación se incluyen todos los elementos que se contemplan en el presente
reglamento como aparatos a presión, recipientes a presión simples, equipos a
presión, conjuntos, tuberías y equipos a presión transportables. Cuando en el
Reglamento de Equipos a Presión (Real Decreto 2060/2008, de 12 de diciembre), se
haga referencia a equipos a presión incluidos en el ámbito de aplicación del Real
Decreto 769/1999, de 7 de mayo, por el que se dictan las disposiciones de
aplicación de la Directiva 97/23 /CE, se indicará de forma expresa.
De acuerdo con el Artículo 2 de la instrucción técnica complementaria ITC EP-1
Cal deras, CapítuloI, sin perjuicio de la terminología que figura en el Artículo 2 del Regla
mento de equipos a presión y en la norma UNE 9-001,a los ef ectos de esta ITC se
estará a las siguientes definiciones:

• Caldera, todo aparato a presión en donde el calor procedente de cualquier
fuente de energía se transforma en utilizable, en forma de calorías, a través
de un medio de transporte en fase líquida o vapor.

38
• Caldera de vapor, la que utiliza como fluido caloportante o medio de
transporte el vapor de agua.
• Caldera de agua sobrecalentada, toda caldera en la que el medio de
transporte es agua a temperatura superior a 110 ºC.
• Caldera de agua caliente, toda caldera en la que el medio de transporte es
agua a temperatura igual o inf erior a 110 ºC.
• Caldera de fluido térmico, toda caldera en la que el medio de transporte de
calor es un líquido distinto del agua.
• Caldera automática, caldera que realiza su ciclo normal de funcionamiento
sin precisar de acción manual alguna, salvo para su puesta inicial en
funcionamiento o en el caso de haber actuado alguno de los dispositivos de
seguridad que hayan bloqueado la aportación calorífica.
• Caldera manual, la que precisa de una acción manual para realizar algunas
de las funciones de su ciclo normal de funcionamiento.
• Caldera móvil, la que está en servicio mientras se desplaza.
• Caldera con emplazamiento variable, aquella que se monta sobre un
bastidor para facilitar su cambio de ubicación.
• Riesgo ajeno, el que af ecta a viviendas, locales de pública concurrencia,
calles, plazas y demás vías públicas y talleres o salas de trabajo ajenas al
usuario.
• Sala de calderas, local cerrado de uso exclusivo e independiente de otros
servi cios, en el que se encuentra instalada la caldera.
• Recinto de calderas, espacio protegido por cercado, que podrá ser interior a
un local o abierto al exterior.
• Caldera de recuperación de lejías negras, caldera de vapor que utiliza como
combustible las lejías negras concentradas que se generan en el proceso de
fabri cación de pasta de papel al sulfato.
2.2. CONCEPTOS EXIGIBLES
En el entorno que se mueve la generación de vapor, la legislación marca una serie
de exigencias a los cuatro agentes involucrados en la operación, para que esta sea
segura. Dichos agentes son los usuarios, las empresas mantenedoras, el
fabricante y la propia caldera.
2.2.1. Obligaciones de los usuarios
Según el Reglamento de equipos a presión. Capítulo V, Otras disposiciones:
Artículo 9. Obligaciones de los usuarios. Los usuarios de todos los equipos a
presión contemplados en este reglamento, deberán:

39
a) Conocer y aplicar las disposiciones e instrucciones del fabricante en lo
referente a la utilización, medidas de seguridad y mantenimiento.

b) No poner en servicio la instalación o impedir el funcionamiento de los equipos a
presión si no se cumplen los requisitos del presente reglamento.
c) Disponer de al menos la siguiente documentación de los equipos a presión mien tras
estén instalados: declaración de conformidad, en su caso, instrucciones del
fabricante, y si procede, certificado de la instalación, junto con otra documenta ción
acreditativa (en su caso, proyecto de la instalación, acta de la última inspec ción
periódica, certificaciones de reparaciones o modificaciones de los equipos, así como
cualquier otra documentación requerida por la correspondiente instruc ción técnica
complementaria (ITC) de este reglamento). En el anexo V de este reglamento, se
indican los contenidos mínimos de los documentos necesarios para la acreditación
de la instalación, inspecciones periódicas, reparación o mo dificación de los equipos a
presión o de los conjuntos. Esta documentación estará a disposición del órgano
competente de la Comunidad Autónoma y de las empre sas que efectúen las operaciones
de mantenimiento, reparación e inspecciones periódicas.
d) Utilizar los equipos a presión dentro de los límites de funcionamiento previstos por el
fabricante y retirarlos del servicio si dejan de disponer de los requisitos de seguridad
necesarios.
e) Realizar el mantenimiento de las instalaciones, equipos a presión, accesorios de
seguridad y dispositivos de control de acuerdo con las condiciones de operación y las
instrucciones del fabricante, debiendo examinarlos al menos una vez al año.
f) Ordenar la realización de las inspecciones periódicas que les correspondan, de
acuerdo con lo dispuesto en el artículo 6 de este reglamento.
g) Disponer y mantener al día un registro de los equipos a presión de las categorías
Ia V del Real Decreto 769/1999, de 7 de mayo, o asimilados a dichas categorías según su
artículo 3.2, así como de las instalaciones sujetas a este reglamento, excepto los
extintores y los equipos que no requieran inspecciones periódicas, incluyendo las
fechas de realización de las inspecciones periódicas, así como las modificaciones o
reparaciones.
h) Ordenar, en su caso, las reparaciones o modificaciones de acuerdo con lo dis puesto
en los artículos 7 y 8 de este reglamento.
i) Informar de los accidentes que se produzcan, de acuerdo con lo dispuesto en el
artículo 14 del presente reglamento.
Artículo 12. Obligaciones de los usuarios. Además de las obligaciones
indicadas en el artículo 9 del Reglamento de equipos a presión, en las
instalaciones incluidas en la presente ITC, deberán cumplirse estas otras
obligaciones:
a) Operación de la caldera. El usuario deberá designar a una persona
capacitada para realizar la operación de la caldera mientras esté en
funcionamiento, cum pliéndose en todo momento lo indicado en el artículo
13 sobre operadores de calderas.

Generalidades sobre las
calderas
b) Mantenimiento de la caldera. El usuario deberá realizar un
mantenimiento ade cuado de todos los sistemas de la instalación,
prestando una dedicación especial a los órganos !imitadores o
reguladores para que mantengan su fiabilidad, pro cediendo a la
comprobación de su funcionamiento durante las verificaciones. De
igual forma, prestará una atención especial con respecto a las
obligaciones indi cadas en el artículo 8 de esta ITC sobre el
tratamiento del agua de alimentación.
c) Vigilancia de la caldera. En caso de que se produzca un fallo de
alguno de los ele mentos de control o seguridad, deberá adecuarse
el sistema de vigilancia de la caldera, pasando a vigilancia directa, en
tanto no se restablezcan las condiciones iniciales y se compruebe el
correcto funcionamiento de los elementos averiados.
d) Documentación. Deberá disponerse de la siguiente documentación:
• Libro de la instalación. El operador de la caldera deberá tener a su
disposi ción un libro en el que se indiquen las características de la
instalación y las actuaciones, controles o inspecciones realizadas. El libro
podrá sustituirse por los correspondientes registros que incluyan una
información equivalente. En el anexo IIIde esta ITC, se indica la
información mínima que debe incluirse en el libro o registro
correspondiente. En el libro o registro se anotarán las operaciones
efectuadas para el control de las seguridades. De igual forma, deberán
anotarse las comprobaciones del control del agua de alimentación, los
posibles fallos de funcionamiento, las inspecciones o controles realizados, así
como las reparaciones o modificaciones que puedan realizarse.
• Documentación de la instalación. El operador de la caldera dispondrá al
menos de la siguiente documentación:
- Manual de instrucciones de la caldera.
- Manual de instrucciones del equipo de combustión.
- Manual de instrucciones del tratamiento de agua.
- Relación de elementos y dispositivos de operación o seguridad.
- Manual de seguridad del operador, redactado por el propio usuario,
que contendrá al menos:
o Normativa de seguridad del personal de operación.
oInstrucciones de seguridad para situaciones de emergencia.
oInstrucciones de seguridad para situaciones de fallo de elementos de
control o seguridad. Modificación del sistema de vigilancia de la caldera.
oInstrucciones en caso de accidente.
oInstrucciones en los períodos de inspecciones, mantenimiento y repara-
ción. Equipo de seguridad requerido.
o Prendas de seguridad personal.
oInstrucciones para el personal ajeno a la propia caldera.
oInstrucciones de primeros auxilios.
o Sistema de revisiones del Manual de seguridad.

industriales
- Datos obtenidos en el protocolo de puesta en marcha.
- Prescripciones de los niveles de emisiones a la atmósfera.
- Dirección del servicio técnico para la asistencia de la caldera y
quemador.
- Dirección del servicio contra incendios más próximo.
2.2.2. Obligaciones de las empresas instaladoras y reparadoras
Las empresas instaladoras y reparadoras de equipos a presión están obligadas a:
a) Disponer de la correspondiente inscripción en el órgano competente de la Comu nidad
Autónoma correspondiente a su domicilio social.
b) Mantener al día los requisitos de inscripción y renovarla antes de su vencimiento,
notificando, en su caso, las modificaciones de los datos declarados.
c) En caso de realizar actuaciones en otra Comunidad Autónoma, notificar al corres
pondiente órgano competente las actuaciones que pretende realizar,acompañan do un
certificado de inscripción y no sanción.
d) Realizar las instalaciones, reparaciones o inspecciones periódicas de acuerdo con el
presente reglamento, emitiendo las correspondientes certificaciones.
e) Disponer del correspondiente libro o registro en donde se anoten las actuaciones
realizadas, indicando al menos:
• Fecha de actuación.
• Usuario.
• Tipo de actuación.
•Identificación o características del equipo o de la instalación.
·1:
11.
ID
e
o
¡¡
2.2.3. Condiciones exigibles al fabricante
Al adquirir una caldera, se deberá exigir al fabricante de esta, que junto a la misma
se entregue la siguiente documentación:
a) Expediente de control de calidad:
• Certificados de calidad de los materiales empleados en las
distintas partes so metidas a presión, extendidos por el propio
fabricante o por algún laboratorio homologado por la
Administración.
• Certificado de homologación del proceso de soldadura de la misma.
• Certificados de calificación de los soldadores que han intervenido en su
fabricación.
• Resultado de los ensayos, controles e inspecciones realizados.
b) Cuaderno de instrucciones de funcionamiento:
• Manual de funcionamiento de la caldera y accesorios.
• Manual de funcionamiento del quemador y accesorios.
• Manual de mantenimiento y frecuencia de mantenimientos.
c) Libro de registro del usuario: con identificación y características del mismo.
d) Certificados que han de acompañarse en la solicitud de puesta en servicio.
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