Universidad de Guayaquil

Facultad de Ingeniería Química

Carrera de Ingeniería Química

Procesamiento de Alimentos (506)

Condensadores

Nombre: Luis Guillermo Tigse Pilco

Curso: 5to “B”

Prof. (a): Ing. Sandra LLerena

Año Lectivo: 2015-2016

Introducción

Un condensador es un dispositivo que consta de dos superficies conductoras separadas por un material aislante, el dieléctrico. La capacidad de un condensador es la propiedad que permite el almacenamiento de una carga eléctrica cuando se aplica una diferencia de potencial entre los conductores. La capacidad se mide en faradios, y es función del dieléctrico y de la forma y dimensiones geométricas del componente. Varía con la humedad, la temperatura, las vibraciones, la presión barométrica (en algunos modelos) y a veces incluso con la tensión eléctrica aplicada. Un condensador real no presenta sólo una capacidad sino que tiene asociadas una resistencia e inductancia, debidas a los terminales y a la estructura del componente. Un modelo del circuito equivalente de parámetros concentrados es el de la figura 5, donde Rs es la resistencia de los terminales, placas y contactos, L es la inductancia de los terminales y placas, Rp es la resistencia de fugas del dieléctrico y del encapsulado, y C la capacidad del condensador.

Función del condensador

La función principal del condensador en una central térmica es ser el foco frío o sumidero de calor dentro del ciclo termodinámico del grupo térmico. Por tanto, su misión principal es condensar el vapor que proviene del escape de la turbina de vapor en condiciones próximas a la saturación y evacuar el calor de condensación (calor latente) al exterior mediante un fluido de intercambio (aire o agua).

En el caso de una máquina frigorífica, el condensador tiene por objetivo la disipación del calor absorbido en el evaporador y de la energía del compresor.

Además, el condensador recibe los siguientes flujos:

Las purgas de los calentadores y otros elementos, que una vez enfriadas son incorporadas al circuito de condensado.

El aire que procede de entradas furtivas en los diversos elementos del ciclo agua-vapor, a través de los cierres de la turbina de vapor o con el agua de reposición al ciclo. Éste debe ser extraído y enviado al exterior mediante eyectores o bombas de vacío.

El vapor procedente del escape de la turbo-bomba de agua de alimentación si la hay en la instalación.

El vapor de los by-passes de turbina de vapor, que en determinados modos de operación transitorios (arranques, paradas, disparos, cambios bruscos de carga) conducen directamente al condensador todo el vapor generador en la caldera una vez atemperado.

El agua de aportación al ciclo para reponer las purgas, fundamentalmente la purga continua. Esta agua es desmineralizada y proviene del tanque de reserva de condensado.

Las condiciones en el interior del condensador son de saturación, es decir, está a la presión de saturación correspondiente a la temperatura de condensación del vapor. Esta presión es siempre inferior a la atmosférica, es decir, se puede hablar de vacío.

Disposición constructiva de un condensador en centrales térmicas

Los condensadores que emplean aire como fluido refrigerante, llamados Aerocondensadores, tienen un bajo rendimiento y, por tanto, necesitan de grandes superficies para ser instalados. Este es el motivo de que el uso de este tipo de condensadores no esté generalizado, pasando a usarse sólo en los casos en los que no haya disponibilidad de agua.

Nos centraremos, por tanto, en los condensadores de agua como fluido refrigerante. Los condensadores de las central térmica son cambiadores de calor tubulares, de superficie, del tipo carcasa y tubo en los que el agua (fluido refrigerante) circula por los tubos y el vapor (fluido enfriado) circula por el lado de la carcasa. Los tubos están dispuestos de forma horizontal, con una pequeña pendiente para poder ser drenados con facilidad y agrupados en paquetes.

Las partes más significativas de un condensador son:

Cuello. Es el elemento de unión con el escape de la turbina de vapor. Tiene una parte más estrecha que se une al escape de la turbina de vapor bien directamente mediante soldadura o bien a través de una junta de expansión metálica o de goma que absorbe los esfuerzos originados por las dilataciones y el empuje de la presión atmosférica exterior. La parte más ancha va soldada a la carcasa del condensador.

Carcasa o cuerpo. Es la parte más voluminosa que constituye el cuerpo propiamente dicho del condensador y que alberga los paquetes de tubos y las placas. Suele ser de acero al carbono.

Cajas de agua. Colector a la entrada y a la salida del agua de refrigeración (agua de circulación) con el objeto de que ésta se reparta de forma uniforme por todos los tubos de intercambio. Suelen ser de acero al carbono con un recubrimiento de protección contra la corrosión que varía desde la pintura tipo epoxy (para el agua de río) hasta el engomado(para el agua de mar). Suelen ir atornillados al cuerpo del condensador.

Tubos. Son los elementos de intercambio térmico entre el agua y el vapor. Su disposición es perpendicular al eje de la turbina. Suelen ser de acero inoxidable (agua de río) y titanio (agua de mar).

Placas de tubos. Son dos placas perforadas que soportan los dos extremos de los tubos. Constituyen la pared de separación física entre la zona del agua de las cajas de agua y la zona de vapor del interior de la carcasa. Suelen ser de acero al carbono con un recubrimiento (cladding) de titanio en la cara exterior cuando el fluido de refrigeración es agua de mar. La estanqueidad entre los extremos de los

tubos y las placas de tubos se consigue mediante el aborcardado de los extremos de los tubos y mediante una soldadura de sellado.

Placas soporte. Placas perforadas situadas en el interior de la carcasa y atravesadas perpendicularmente por los tubos. Su misión es alinear y soportar los tubos, así como impedir que éstos vibren debido a su gran longitud. Su número depende de la longitud de los tubos. Suelen ser de acero al carbono.

Pozo caliente. Depósito situado en la parte inferior del cuerpo que recoge y acumula el agua que resulta de la condensación del vapor. Tiene una cierta capacidad de reserva y contribuye al control de niveles del ciclo. De este depósito aspiran la bombas de extracción de condensado.

Zona de enfriamiento de aire. Zona situada en el interior de los paquetes de tubos, protegida de la circulación de vapor mediante unas chapas para conseguir condiciones de subenfriamiento. De esta manera, el aire disuelto en el vapor se separa del mismo y mediante un sistema de extracción de aire puede ser sacado al exterior.

Sistema de extracción de aire. Dispositivos basados en eyector que emplean vapor como fluido motriz o bombas de vacío de anillo líquido. Su misión, en ambos casos, es succionar y extraer el aire del interior del condensador para mantener el vacío. Estos dispositivos aspiran de la zona de enfriamiento de aire.

Tipos

-Condensadores enfriados por aire

Los Condensadores Enfriados por Aire condensan el vapor de escape de la turbina de vapor y devuelven el vapor condensado a la caldera. Se utilizan frecuentemente en las centrales de energía eléctrica y en instalaciones de tratamiento y valorización energética de residuos de todos los tamaños.

El Condensador Enfriado por Aire presenta una duradera integridad térmica y mecánica, excelente resistencia a la corrosión y congelación, bajo consumo de energía de los ventiladores, funcionamiento fiable y escaso mantenimiento.

Un Condensador Enfriado por Aire (ACC) se compone de módulos dispuestos en filas paralelas. Cada módulo contiene una serie de baterías con aletas. Un ventilador de tiro forzado y flujo axial situado en cada módulo obliga al aire de refrigeración a circular a través del área de intercambio de calor de las aletas

Una instalación ACC típica incluye la estructura de soporte, la tubería de vapor desde la interfaz de la turbina de vapor, dispositivos auxiliares como las bombas de drenaje y vapor condensado, depósitos de evacuación de conductos y vapor condensado, unidades de evacuación de aire y tuberías e instrumentación relacionadas.

-Condensadores enfriados por agua

El agua de condensación se utiliza por su bajo costo y por manejar presiones de condensación más bajas y porque además se puede tener mejor control de la presión de descarga. Por lo general se utiliza una torre de enfriamiento para bajar la temperatura del agua hasta una temperatura cercana a la temperatura de bulbo húmedo, permitiendo un flujo continuo y disminuir costos en el consumo de agua.

Estos condensadores tienen un diseño compacto por las excelentes condiciones de transferencia de calor que ofrece el agua. Se usan diseños de carcasa y serpentín, carcasa y tubo, tubo – tubo.

Debido a este tipo de diseño se debe tener en cuenta la velocidad del agua a través del condensador - = 2.13 m/s - , problemas de cavitación que se pueden generar por las condiciones variables de presión y de temperatura, mantener una presión positiva en el condensador. La corrosión, la incrustación y la congelación son los principales problemas que se deben controlar en las actividades de mantenimiento.

-Combinación de tipos evaporativos con circulación forzada

Se utilizan cuando se desean temperaturas de condensación menores a las que se obtienen en los casos anteriores. El vapor del refrigerante caliente fluye a través de las tuberías dentro de una cámara con rociadores de agua en donde es enfriado mediante la evaporación del agua que entra en contacto con los tubos del refrigerante.

-Condensadores con intercambiadores de calor

La contaminación, incluyendo calcio, manganeso y/o acumulaciones orgánicas, tienen

un impacto significante en la funcionalidad (capacidad) de tu condensador refrigerado

por agua y/o intercambiador de placa, lo cual influye negativamente en el proceso de

tu compañía.

El grado de contaminación consiste en su mayoría en características mal conductoras.

-Condensadores verticales tubo y coraza

El producto es utilizado comúnmente por la cáscara del TC y los condensadores del tubo son condensación del gas refrigerante en las instalaciones frigoríficas del aire acondicionado y la recuperación del calor. Se diseña y se fabrica para conformarse con requisitos del uso. Es conveniente para los refrigerantes que incluyen Hcfcs, Hfcs, Nh3.

Los condensadores de la cáscara y del tubo del TC demostraron en el prospecto tienen una gama del límite del hotness algo como 10 a 2.000 kilovatios. Este dispositivo se dirige para ser compatible con una amplia gama de componentes, y se puede conectar para el agua de la torre de enfriamiento.

-Condensadores concéntricos

El refrigerante pasando por el tubo exterior, en el que queda expuesto al efecto enfriador del aire que pasa naturalmente por el exterior de los tubos exteriores, mientras que se hace circular agua por los tubos interiores. En general, el agua entra por los tubos inferiores y sale por la parte superior.

De este modo, se obtiene la eficiencia máxima, porque el agua más fría puede eliminar algo de calor del refrigerante en estado líquido, y con ello lo subenfría. Entonces, el agua más caliente todavía puede absorber calor del vapor, ayudando al proceso de condensación.

Cuando la temperatura ambiente es tal que no se puede tener una temperatura de condensación satisfactoria con un condensador enfriado por aire, y cuando el suministro de agua es inadecuado para un uso muy intenso, se puede usar con ventaja un condensador evaporativo.

En realidad hay doble transferencia de calor en esta unidad: el calor del vapor y el serpentín que lo contiene se transmite al agua, que moja la superficie externa del serpentín; y a continuación pasa al aire a medida que el agua se evapora. El aire puede soplarse o succionarse a través del agua de aspersión.

Cuando el aire se sopla por la unidad, el ventilador y el motor están en la corriente de aire seco que entra. Cuando el sistema tiene un ventilador de succión, es esencial que se instalen eliminadores de niebla antes del ventilador.

Si no es así, habría una rápida acumulación de costra en todos los componentes del ventilador. Aún con las unidades de soplado de aire, hay posibilidad que algo del agua de aspersión salga del condensador evaporativo, y se deben instalar placas deflectoras para evitarlo.

Bibliografía

*Çengel, Y. A., & Cimbala, J. M. (2006). Mecánica de fluidos: Fundamentos y aplicaciones. (pág. 321). México (México): McGraw-Hill.

*Cullivan, J. C., Williams, R. A., & Cross, R. (2003). Understanding the Hydrocyclone Separator through Computational Fluid Dynamics. Chem. Eng. Res. Des., 81(4), 455-466.