REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD DEL ZULIA NÚCLEO COSTA ORIENTAL DEL LAGO

Cátedra: Generación de Potencia

Diseño en 24 pasos Basado en metodología del HEAT EXCHANGERS INSTITUTE (HEI)

Autor:

Ing. Alfredo A. Alvarez G.

alvareza2@asme.org

2010

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1. Determinación del flujo másico de vapor a condensar, Ws

El flujo másico de vapor a condensar se calcula a partir del balance de masa y energía del

ciclo termodinámico. Sin embargo, puede estimarse mediante la Tabla 9.5.1, según las condiciones de

entrada a la turbina:

2. Determinación del calor retirado en el condensador, hr

Una vez más el calor rechazado por el condensador debe ser obtenido mediante el balance

termodinámico del ciclo, sin embargo, puede aproximarse de acuerdo con las siguientes reglas

empíricas:

- Para ciclo sin recalentamiento: hr = 950BTU/lbm

- Para ciclo con recalentamiento: hr = 975BTU/lbm

3. Número de pasos, NP

El número de pasos de los tubos a través de la carcasa depende de la disponibilidad de agua:

- Para agua abundante (ríos, lagos, mares, etc): 1 paso

- Para agua escasa (torre de enfriamiento): 2 pasos

4. Área de transferencia aproximada, AT

El área de transferencia de calor inicial se estimará siguiendo las siguientes reglas:

- Para 1 paso, el área en ft2 resultará de dividir el flujo de vapor a condensar entre 10.

- Para 2 pasos, el área en ft2 resultará de dividir el flujo de vapor a condensar entre 7,5.

5. Selección del material de los tubos

Los materiales utilizados en tubos de condensadores se muestran en la siguiente lista. Nótese

que los materiales se presentan en orden ascendente en términos de resistencia a la corrosión y costo

(el bronce Admiralty es el más económico, y por tanto el más común, pero no ofrece tanta resistencia a

la corrosión como el titanio cuyo costo, como contraparte, es muy elevado)

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6. Selección del espesor BWG de tubos

Los espesores BWG más utilizados son los 18, 19, 20 y 22. Su elección depende de la

disponibilidad en el mercado y del costo.

7. Selección del diámetro nominal de tubos, OD

Los diámetros de tubos utilizados para condensadores son 5/8”, 3/4”, 7/8”, 1”, 1 1/8”, 1

1/4".

Los más comunes son:

- Para 1 paso: 7/8”

- Para 2 pasos: 1”

- Para áreas menores a 2500 ft2: 3/4”

Las características del tubo seleccionado (área externa del tubo, AE; diámetro interno, ID; y

flujo de agua por ft de longitud a 1ft/s, F1) se leen en la siguiente tabla:

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8. Selección de la longitud efectiva de los tubos, L

9. Constante de Transferencia de calor, C1

- Para tubos de 5/8” y 3/4”: C1 = 267

- Para tubos de 7/8” y 1”: C1 = 263

- Para tubos de 1 1/8” y 1

1/4": C1 = 259

10. Factor de corrección por material y espesor, Cm

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11. Factor de corrección por temperatura, Ct

12. Factor de corrección por limpieza del agua, Cc

- Para diseño: CC = 0.85 (Si se desconoce la calidad del agua de circulación)

- Para agua limpia CC = 0.85 a 0.9

- Para agua sucia CC = 0.75 a 0.8

En todo caso, el factor de limpieza depende de las particularidades del sistema y su valor es

decisión del ingeniero de diseño.

13. Velocidad de Agua en los tubos, V

Velocidad Condición

6 ft/s Para agua salada

(Reduce la erosión)

6,5 ft/s Velocidad común para tubos de latón –

aluminio.

7 ft/s Para agua limpia

Velocidad común para tubos de Admiralty.

8 ft/s Para agua muy limpia

Sistemas con Torres de enfriamiento

+8 ft/s Para tubos de Acero inoxidable o titanio

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14. Coeficiente Global de Transferencia de Calor, U0

√ [ ]

15. Cálculo del número de tubos, NT

16. Cálculo del caudal de agua de circulación requerido, G

17. Cálculo del aumento de temperatura del agua de circulación, R

18. Temperatura de salida del agua, TO

donde Ti es la temperatura de entrada del agua de circulación.

19. Temperatura de salida del condensado, TS

(

)

Esta temperatura debe coincidir con la temperatura de saturación a la presión de diseño del

condensador (con al menos 2 decimales, ver Tabla 9.5.3). De no coincidir, se iniciará un proceso

iterativo variando el área de transferencia de calor y comenzando desde el paso 13, hasta llegar a la

convergencia. Tome en cuenta que el área de transferencia es inversamente proporcional a la

temperatura de salida del condensado (si aumenta el área, desciende la temperatura).

20. Flujo de calor, Q

El flujo de calor que sale del vapor (el mismo que ingresa al agua de circulación) puede ser

calculado mediante cualquiera de las siguientes fórmulas (ambas deben arrojar el mismo resultado si

el diseño es correcto):

( ) donde Cp es el calor específico del agua, Cp = 1BTU/lbm°F

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21. Verificación del diseño final

a) Si se toma agua de un cuerpo de agua natural, R < 9°F (Por normas ambientales)

b) Para una torre de enfriamiento, R ≈ 15°F

c) Terminal Temperature Difference = TTD = TS – TO > 5°F

22. Peso del condensador vacío, P

El peso del condensador instalado, en lbm, será:

( )

23. Cálculo de la altura del pozo caliente

( )

24. Selección de las Bombas de Agua de circulación

Las (2) bombas de agua de circulación (a media capacidad) se seleccionan considerando una

altura aproximada TDH = 20ft (60ft para sistemas con torres de enfriamiento).El caudal manejado

por cada bomba será:

(

)

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