Tipos de condensadores Sistemas de condensación
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Tipos de condensadores Sistemas de condensación
12/01/2011 Tipos de condensadores Salida del aire Entrada del agua Salida refrigerante liquido Entrada del aire Condensación por aire Bomba Salida del agua LOS CONDENSADORES Entrada refrigerante vapor Entrada refrigerante vapor Salida refrigerante liquido Condensación por agua Salida del aire Entrada refrigerante vapor Salida del aire Salida refrigerante liquido Condensación “mixta” Torre de enfriamiento 1/12/2011 Entrada del agua Entrada refrigerante vapor Salida refrigerante liquido Bomba Entrada del aire Entrada del aire Salida del agua Entrada del agua E. TORRELLA E. TORRELLA Bomba Ventilador Salida del agua Condensación “mixta” Condensador evaporativo page 2 Sistemas de condensación E. TORRELLA E. TORRELLA CONDENSADORES DE AGUA 1/12/2011 page 3 1 12/01/2011 E. TORRELLA CONDENSADORES DE AGUA Disposición en calandra E. TORRELLA CONDENSADORES DE AGUA Doble tubo 1/12/2011 1/12/2011 page 5 E. TORRELLA CONDENSADORES DE AGUA Equipos compactos. Enfriadoras E. TORRELLA CONDENSADORES DE AGUA Disposición carcasa - tubos page 6 1/12/2011 page 7 1/12/2011 page 8 2 12/01/2011 CONDENSADORES DE AGUA Disposición carcasa - tubos. CONDENSADORES DE AGUA Carcasa - tubos. Superficie de transmisión QK = U S ΔTm ΔTm = TwS − TwE ΔTw = TK − TwE ΔT ln 1 TK − TwS ΔT2 ln U [W/m2K] Flujo [W/m2] ΔTm [K] vagua [m/s] Amoniaco 800 - 1000 4000 - 5500 4-6 0,8 - 1,5 Halogenados 350 - 500 4000 - 5000 4-6 1,5 - 2,5 1/12/2011 S= E. TORRELLA E. TORRELLA Fluido QK Q = K U ΔTm Φ K El incremento de temperaturas logarítmico medio, es una aproximación, al despreciarse tanto el recalentamiento como el posible subenfriamiento. 1/12/2011 page 9 page 10 CONDENSADORES DE AGUA Disposición carcasa - tubos. Temperaturas CONDENSADORES DE AGUA Disposición carcasa - tubos. Caudal agua Denominando “TR” a la temperatura de la pared en contacto con el fluido y “TA” a la de la superficie en contacto con el agua, y considerando: ¾ Igualdad entre superficies externa e interna. ¾ Temperatura media del agua “Tm” como semisuma entre las de entrada y salida. El caudal y la velocidad de paso del agua necesario para eliminar la potencia del condensador son: QK Mw = ρ w c pw (TwS − TwE ) vw = 1/12/2011 TR = TK − U (TK − Tm ) hR TA = Tm − U (TK − Tm ) hA E. TORRELLA E. TORRELLA QK = hR S (TK − TR ) = hA S (TA − Tm ) = U S (TK − Tm ) page 11 4z M w nπ Di2 en la que: ¾ Di = diámetro interno. ¾ n = número de tubos. ¾ z = número de pasos en el agua. 1/12/2011 page 12 3 12/01/2011 CONDENSADORES DE AGUA Disposición carcasa - tubos. Coeficiente global CONDENSADORES DE AGUA Disposición carcasa - tubos. Coeficientes Cabe la distinción de tubos lisos o aleteados para la obtención del coeficiente global referido a la superficie externa: Para el refrigerante por el exterior de tubos lisos horizontales, con capa de condensado cayendo en flujo laminar: 1 e S 1 1 +∑ + e ε hR K S i hA ¾ e/K = resistencias conductivas, incluyendo espesor de pared, aceite, incrustaciones, corrosión. ¾ ε = eficiencia de la aleta de longitud “L” (≈ Th (mL)/mL; con mL ≈ 1). 1/12/2011 0 , 25 ρ = densidad del liquido. μ = viscosidad dinámica del liquido. g = aceleración de la gravedad. f1 = factor que considera el espesor del condensado en los tubos inferiores. ¾ f2 = factor que considera la velocidad del vapor sobre la primera fila. 1/12/2011 page 13 page 14 CONDENSADORES DE AGUA Disposición carcasa - tubos. Correcciones CONDENSADORES DE AGUA Disposición carcasa - tubos. Coeficientes Factores: Para el refrigerante por el exterior de tubos aleteados horizontales, con capa de condensado cayendo en flujo laminar: ⎡ x ⎛πn⎞ ⎤ f1 = ⎢1,039C 1 ⎜ ⎟ ⎥ x2 ⎝ 2 ⎠ ⎦ ⎣ 0 ,12 −0 , 33 f 2 = 0,43(Re ) (Pr ) 0,5 E. TORRELLA 0 , 25 ¾ ¾ ¾ ¾ − 1 6 ¾ C = 1 (en ( línea); lí ) 0,5 0 5 (tresbolillo). (t b lill ) ¾ x = distancias entre tubos (1=horizontal, 2 = vertical). ¾ Re = número de Reynolds (vvapor De / n) . ¾ Pr = número de Prandtl. 1/12/2011 page 15 ⎡ ⎤ λ hR = 0,724 f 1 f 2 f 3 A⎢ ⎥ ⎣ (TK − TR )De ⎦ f 3 = 1,1ε 3 / 4 FV ⎡ De ⎤ F ⎢⎣ F ⎥⎦ 0 , 25 + 0 , 25 FH F w D 2 − De2 ⎛ w⎞ FH = π De ⎜1 − ⎟ + π Daleta e ;FV = 0,5π aleta ;F = FH + FV s⎠ s Daleta ⎝ E. TORRELLA E. TORRELLA U aletas = ⎡ g ρ 2 λ3 ⎤ A=⎢ ⎥ ⎣ μ ⎦ E. TORRELLA U lisos ⎤ ⎡ λ hR = 0,724 f1 f 2 A ⎢ ⎥ ⎣ (TK − TR )De ⎦ 1 = 1 e S 1 +∑ + e hR K S i hA Daleta = diámetro de la aleta; w = espesor de la aleta; s = separación entre aletas. 1/12/2011 page 16 4 12/01/2011 CONDENSADORES DE AGUA Disposición carcasa - tubos. Coeficientes CONDENSADORES DE AGUA Con subenfriamiento de liquido Para el agua por el interior de tubos en régimen turbulento: E. TORRELLA h A Di Kw E. TORRELLA Nu Di = 0,021Re 0 , 8 Pr 0 , 43 = 1/12/2011 1/12/2011 page 17 E. TORRELLA CONDENSADORES DE AGUA Sujección de tubos E. TORRELLA CONDENSADORES DE AGUA De placas page 18 1/12/2011 page 19 1/12/2011 page 20 5 12/01/2011 CONDENSACIÓN CON AGUA COMP. HERME/SEMIHERMÉTICO CONDENSADOR VERTICAL DE AGUA -25 TEMP. EVAPORACIÓN [°C] -20 -15 -10 -5 1 ⎞ ⎛ Q K ≈ Q 0 + PC = Q 0 ⎜ 1 + ⎟ ⎝ COP ⎠ E. TORRELLA E. TORRELLA 0 1/12/2011 5 30°C 10 1,15 1,25 1,35 TEMP. CONDENSACIÓN 50°C 40°C 45°C 35°C 1,45 QK/Q0 1,55 1,65 1/12/2011 page 21 55°C 1,75 page 22 CARACTERÍSTICAS OPERATIVAS CONDENSACIÓN CON AGUA CONDENSACIÓN CON AGUA COMPRESOR ABIERTO QK = U S ΔTm -25 TEMP. EVAPORACIÓN [°C] QK = M w c pw (TwS − TwE ) TEMP. COND. -20 -15 -10 -5 1 ⎞ ⎛ QK = M w c pw (TK − TwE )⎜1 − US / M wc pw ⎟ = f (TK , TwE ) e ⎝ ⎠ 30°C 35°C 40°C 45°C 50°C 55°C 5 10 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 E. TORRELLA E. TORRELLA 0 es decir, frecuentemente, en catálogos de fabricante se especifica la potencia de un condensador en función de las temperaturas de condensación y de entrada de agua. QK/Q0 1/12/2011 page 23 1/12/2011 page 24 6 12/01/2011 CONDENSADORES DE AIRE Comparación con condensación por agua Los condensadores de aire son universalmente utilizados tanto en aplicaciones domésticas como en industriales. El aumento experimentado en su uso, frente a los de agua, se debe: ¾ Déficit de recursos hidráulicos, sobre todo en centros urbanos. ¾ Protección medioambiental. Presentan dos inconvenientes principales frente a la condensación con agua: ¾ Una mayor presión de condensación. ¾ Mayores niveles sonoros. E. TORRELLA E. TORRELLA LOS CONDENSADORES DE AIRE 1/12/2011 page 26 CONDENSADORES DE AIRE Convección forzada E. TORRELLA E. TORRELLA CONDENSADORES DE AIRE Convección natural 1/12/2011 page 27 1/12/2011 page 28 7 12/01/2011 E. TORRELLA CONDENSADORES DE AIRE Disposición circular y ubicación Norte E. TORRELLA CONDENSADORES DE AIRE Forzada. Tiro inducido/forzado 1/12/2011 1/12/2011 page 29 E. TORRELLA CONDENSADORES DE AIRE Banco de tubos aleteados E. TORRELLA CONDENSADORES DE AIRE Vistas de equipos 1/12/2011 page 30 page 31 Longitudes características: ¾ L = longitud del recorrido del aire. ¾ wa = espesor de la aleta. ¾ xaleta = distancia entre aletas. ¾ x1 = x2 = x = distancias entre tubos (tresbolillo*)). (tresbolillo ¾ St = superficie externa de los tubos. ¾ Si= superficie interna de los tubos ¾ Saleta = superficie de las aletas * para disposición en línea el coeficiente global es un 10% inferior. 1/12/2011 page 32 8 12/01/2011 CONDENSADORES DE AIRE Banco de tubos aleteados CONDENSADORES DE AIRE Banco de tubos aleteados Coeficiente de película lado del aire Coeficiente de película lado del refrigerante E. TORRELLA Dequi Ka C Re mequi D equi ⎡ L ⎤ ⎢ ⎥ ⎢⎣ D equi ⎥⎦ 2( x − Dequi )( xaleta − waleta ) = ( x − Dequi ) + ( xaleta − waleta ) A hR = 2100(TK − Tpared ) −0 ,167 Di−0 , 25 L n = 0,45 + 0,0066 Dequi Re C = A(1,36 − 0,24 ) 1000 Re m = −0,28 + 0,08 1000 L/Dequi ⎡ gρ 2 K 3 ⎤ λ hR = 0,72⎢ ⎥ ⎣ μ Di (TK − Tpared ) ⎦ n 5 10 20 30 40 50 0,412 0,326 0,201 0,125 0,08 0,0475 1/12/2011 E. TORRELLA ha = La temperatura de la pared puede estimarse como semisuma de las del aire (despreciando la resistencia térmica de la pared del tubo). 1/12/2011 page 33 CONDENSADORES DE AIRE Banco de tubos aleteados page 34 CONDENSADORES DE AIRE Coeficientes globales empíricos Coeficiente global: E. TORRELLA ε 1/12/2011 aleta U2 [W/m K] 1 1 Si e S ε + ∑ K + S i haleta hR S aleta + S t aleta a D Th(mς equi ) 2 = D mς equi 2 m= 2ha waleta K aleta E. TORRELLA Ue = ς = 1 + 0,35ln(23) page 35 Tubos lisos 20 a 70 con Aletas Forzada 17 a 35 con Aletas Natural 8 a 14 1/12/2011 El coeficiente de película del lado del aire es de 40 a 60 veces inferior al del lado del refrigerante. page 36 9 12/01/2011 CONDENSADORES DE AIRE Características CONDENSADORES AIRE FORZADO Otras características medias Temperatura de condensación: TK = TEa + TSa + ( 10 ÷ 20 º C ) 2 Ma = c paire GENERAL E. TORRELLA E. TORRELLA ¾ Velocidad de paso del aire ¾ Media M di potencia; t i 3 ÷ 4,5 4 5 m/s. / ¾ Alta potencia; 4,5 ÷ 10 m/s. Caudal de aire QK ( TSa − TEa ) 1/12/2011 page 37 POR CADA 1,160 kW DIÁMETRO INTERIOR [mm] DISTANCIA ALETAS [mm] 10 a 25 2a5 SUPERF. [m2] CAUDAL AIRE [Nm3/h] POTENCIA VENTIL. [kW] 3a5 350 a 700 0,022 a 0,055 Ventiladores, en general, helicoidales, circulación de abajo a arriba para disminuir el problema de ruido. 1/12/2011 page 38 1/12/2011 page 40 UNIDADES DE CONDENSACION POR AIRE Curvas de catálogo. Potencia frigorífica Q0 [kW] 24 T0 = 4,44°C 7,22°C 10°C 22 20 18 16 14 12 24 29 34 39 E. TORRELLA E. TORRELLA 10 Tambiente [°C] 1/12/2011 page 39 10 12/01/2011 TORRE DE ENFRIAMIENTO ESQUEMA E. TORRELLA E. TORRELLA TORRES DE ENFRIAMIENTO 1/12/2011 TORRE DE ENFRIAMIENTO CLASIFICACIÓN TORRE DE TIRO MECANICO CLASIFICACIÓN CIRCULACIÓN DEL AIRE “TIRO” MECÁNICO (VENTILADOR) FLUJO MIXTO CONTRACORRIENTE FLUJO CRUZADO E. TORRELLA INDUCIDO E. TORRELLA FORZADO NATURAL (DENSIDAD) page 42 1/12/2011 page 43 1/12/2011 page 44 11 12/01/2011 TORRE DE ENFRIAMIENTO TIPOS DE RELLENO E. TORRELLA E. TORRELLA TIPOS DE TIRO 1/12/2011 1/12/2011 page 45 EQUIPAMIENTO SISTEMAS DE ROCIADO page 46 TIPOS DE ELIMINADORES DE GOTAS E. TORRELLA E. TORRELLA a) DE PASO SENCILLO 1/12/2011 page 47 c) DE PASO TRIPLE (UNIDOS) 1/12/2011 d) DE PASO TRIPLE (SOLAPADOS) b) DE PASO DOBLE e) ONDULADOS page 48 12 12/01/2011 E. TORRELLA EQUIPAMIENTO VENTILADORES (INDUCCIÓN E. TORRELLA EQUIPAMIENTO Otros equipos (nivel; calentador) 1/12/2011 1/12/2011 page 49 EQUIPAMIENTO VENTILADORES (FORZADO) page 50 TORRES DE TIRO MECÁNICO CURVA GENÉRICA CATÁLOGO Tw2 [°C] 40 tH = 20 20°°C tH = 25 25°°C tH = 30° 30°C 35 30 E. TORRELLA E. TORRELLA 25 20 30 35 40 45 50 55 Tw1 [°C] RELACIÓN CONSTANTE "L/G" 1/12/2011 page 51 1/12/2011 page 52 13 12/01/2011 FUNCIONAMIENTO Un condensador evaporativo combina las funciones de un condensador de agua y una torre de enfriamiento. La transmisión de la potencia de condensación tiene lugar en dos etapas: ¾ Del interior de los tubos hacia la capa p de agua g (calor sensible). ¾ Del agua a la corriente de aire por medio de transferencia conjunta de calor y masa. E. TORRELLA E. TORRELLA CONDENSADORES EVAPORATIVOS 1/12/2011 ESQUEMA GENÉRICO CARACTERÍSTICAS MEDIAS Tubos de cobre o acero planos o aleteados. Velocidades óptimas de aire en el rango de 3 a 5 m/s. Coeficientes globales medios de 500 a 700 W/m2 K. Flujos de calor de 1400 a 2200 W/m2. W/m2 Diferencias logarítmicas de 2 a 3 K (entre fluido y agua). TK ≈ Th aire + (8 ÷ 10 K). Salida aire Entrada aire 1/12/2011 Separador de gotas Circuito fluido primario Entrada aire page 55 E. TORRELLA E. TORRELLA Recirculación del agua page 54 1/12/2011 page 56 14 12/01/2011 E. TORRELLA COND. EVAPORATIVOS Componentes E. TORRELLA COND. EVAPORATIVOS Tiro forzado e inducido 1/12/2011 1/12/2011 page 57 COND. EVAPORATIVOS Vistas page 58 CONDENSADORES Consumo específico de agua TIPO Torre/Condensador evaporativo E. TORRELLA E. TORRELLA No recuperable 1/12/2011 page 59 1/12/2011 F/m3 de agua 4000 a 6000 40000 a 60000 page 60 15 12/01/2011 MANTENIMIENTO CURVAS DE CATALOGO QK [kW] 4000 Th=15ºC 3500 Th=17ºC Th=19ºC Th=21ºC Th=23ºC 3000 2500 2000 1500 1000 500 E. TORRELLA E. TORRELLA 0 1/12/2011 24 26 28 30 32 34 TK [ºC] 1/12/2011 page 61 page 62 CONDENSADORES Incrementos de temperatura [°C] MEDIO DE CONDENSACIÓN CARACTERISTICAS CONDENSADORES SALTO EN EL AGUA SALTO ENTRE "TK" Y "T" ENTRADA AIRE CONVECCIÓN NATURAL 15 AIRE CONVECCIÓN FORZADA 15 E. TORRELLA E. TORRELLA RESUMEN AGUA DOBLE TUBO AGUA MULTITUBULAR HORIZONTAL 1/12/2011 5a7 5 10 page 64 16 12/01/2011 CONDENSADORES Coeficiente global (rangos [Kcal/hm2°C]) MEDIO DE CONDENSACIÓN E. TORRELLA AIRE CONVECCIÓN NATURAL Máximo 10 Mínimo 5 AIRE CONVECCIÓN FORZADA 40 20 AGUA DOBLE TUBO 1000 600 AGUA MULTITUB. HORIZONTAL 1000 600 AGUA MULTITUBULAR VERTICAL 1500 700 AIRE+AGUA EVAPORATIVO 300 200 1/12/2011 page 65 17