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La eficiencia de una caldera, es la relación entre la suma de energías que salen de la caldera (Q-OUT ) y la suma de energías introducidas a la caldera (Q-IN):

Q-OUT / Q-IN = Eficiencia

El diferencial entre ambos, es la energía perdida del proceso:

Q-IN / Q-OUT = Pérdidas

Una caldera es un intercambiador de calor; la eficiencia de la caldera, es la eficiencia del proceso de intercambio de calor.

Una caldera eficiente aprovecha mejor la energía que se le introduce y transmite de mejor manera ésta energía al agua o vapor, consumiendo menos combustible.

Cálculo de Q-IN

Cada combustible, al ser quemado, libera una cantidad de energía que se puede calcular si se conoce su composición química exacta. Ésta energía se le conoce como poder calorífico superior (Hs).

Una vez producida, ésta energía se re-absorbe parcialmente ya que todo combustible tiene un porcentaje de contenido de agua, el cual no forma parte del proceso de combustión, pero que al entrar en contacto con la energía producida, absorbe una parte para evaporarse. La energía sobrante después de ésta re-absorción se le conoce como poder calorífico inferior (Hi) y siempre es menor al poder calorífico superior.

Tomando en cuenta estos datos, se puede cuantificar fácilmente la energía introducida a la caldera midiendo la cantidad de combustible que ingresa a la caldera (FUELIN) y multiplicando este flujo por el poder calorífico de dicho combustible (Hs ó HI):

Q-IN = FUEL-IN x Hs ó Hl

Normalmente al hacer éste cálculo se asumen ciertos parámetros como la composición química exacta del combustible, el contenido de agua del combustible y la medición del flujo de combustible que ingresa a la caldera. Cada uno de éstos datos, que se asumen como constantes para fines de cálculo, en realidad son variables y contienen cierto margen de error (la composición química del combustible varía de lote en lote dependiendo de su origen, el contenido de agua varía dependiendo del proveedor u origen y todo medidor de flujo tiene un margen de error en su medición), por lo que el cálculo de energía que entra a la caldera también tendrá cierto margen de error.

Cálculo Q-OUT

La suma de energías que salen de una caldera se conforma de vapor o agua caliente producida (QV), purgas o fugas (QB) y pérdidas por radiación y convección (QHT):

Q-OUT = QV + QE + QHT

La energía de vapor o agua caliente producida (QV) se puede calcular obteniendo de las tablas de vapor la entalpía del agua o vapor a la presión y temperatura de salida de la caldera (hOUT) y la entalpía del agua a la presión y temperatura de entrada a la caldera (hIN) y midiendo el flujo de agua o vapor que sale de la caldera hacia el proceso (MOUT):

QV = M-OUT(h-OUT - h-IN)

La energía de purgas o fugas (QB) se puede calcular obteniendo de las tablas de vapor la entalpía del agua o vapor a la presión y temperatura de salida de la caldera (hOUT) y la entalpía del agua a la presión y temperatura de entrada a la caldera (hIN) y midiendo el flujo de purgas o fugas que salen de la caldera (MB):

QE = ME (h-OUT - h-IN)

Debido a que las pérdidas de purgas o fugas normalmente son de magnitud pequeña, no son tomadas en cuenta para el cálculo de eficiencia.

La energía por pérdidas por radiación y convección (QHT) resulta casi imposible medirla o calcularla y es práctica común en la industria el estimarla de acuerdo a la siguiente tabla:

Tipo de Caldera
Calderas Dry-Back con presiones de operación de 0 a 9.5 Kg/cm2

Pérdidas por radiación y convección (QHT)
≤3%

Tipo de Caldera
Calderas Wet-Back con presiones de operación de 0 a 9.5 Kg/cm2

Pérdidas por radiación y convección (QHT)
≤0.5%

Normalmente al hacer éste cálculo se asumen ciertos parámetros como las mediciones de los flujos de vapor que salen de la caldera, etc. Cada uno de éstos datos, que se asumen como constantes para fines de cálculo, en realidad son variables y contienen cierto margen de error (todo medidor de flujo tiene un margen de error en su medición), por lo que el cálculo de energía que sale de la caldera también tendrá cierto margen de error.