Tipos de condensadores Sistemas de condensación

Transcripción

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
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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
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Sistemas de condensación
E. TORRELLA
E. TORRELLA
CONDENSADORES DE AGUA
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1
12/01/2011
E. TORRELLA
Disposición en calandra
E. TORRELLA
Doble tubo
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1/12/2011
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E. TORRELLA
Equipos compactos. Enfriadoras
E. TORRELLA
Disposición carcasa - tubos
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2
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Disposición carcasa - tubos.
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
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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.
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Disposición carcasa - tubos. Temperaturas
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 =
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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 )
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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.
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3
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Disposición carcasa - tubos. Coeficiente global
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).
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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.
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Disposición carcasa - tubos. Correcciones
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.
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⎡
⎤
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.
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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 =
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E. TORRELLA
Sujección de tubos
E. TORRELLA
De placas
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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
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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
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55°C
1,75
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CARACTERÍSTICAS OPERATIVAS
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
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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
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Convección forzada
E. TORRELLA
E. TORRELLA
Convección natural
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E. TORRELLA
Disposición circular y ubicación Norte
E. TORRELLA
Forzada. Tiro inducido/forzado
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E. TORRELLA
Banco de tubos aleteados
E. TORRELLA
Vistas de equipos
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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.
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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
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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).
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Coeficientes globales empíricos
Coeficiente global:
E. TORRELLA
ε
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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)
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Tubos
lisos
20 a 70
con Aletas
Forzada
17 a 35
con Aletas
Natural
8 a 14
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El coeficiente de película
del lado del aire es de 40 a
60 veces inferior al del lado
del refrigerante.
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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 )
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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.
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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]
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10
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TORRE DE ENFRIAMIENTO
ESQUEMA
E. TORRELLA
E. TORRELLA
TORRES DE
ENFRIAMIENTO
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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)
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1/12/2011
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11
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TIPOS DE RELLENO
E. TORRELLA
E. TORRELLA
TIPOS DE TIRO
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1/12/2011
page 45
EQUIPAMIENTO
SISTEMAS DE ROCIADO
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TIPOS DE ELIMINADORES DE GOTAS
E. TORRELLA
E. TORRELLA
a) DE PASO SENCILLO
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c) DE PASO TRIPLE
(UNIDOS)
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d) DE PASO TRIPLE
(SOLAPADOS)
b) DE PASO DOBLE
e) ONDULADOS
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E. TORRELLA
EQUIPAMIENTO
VENTILADORES (INDUCCIÓN
E. TORRELLA
EQUIPAMIENTO
Otros equipos (nivel; calentador)
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1/12/2011
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EQUIPAMIENTO
VENTILADORES (FORZADO)
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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"
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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
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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
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Separador
de gotas
Circuito fluido
primario
Entrada
aire
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E. TORRELLA
E. TORRELLA
Recirculación
del agua
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14
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E. TORRELLA
COND. EVAPORATIVOS
Componentes
E. TORRELLA
COND. EVAPORATIVOS
Tiro forzado e inducido
1/12/2011
1/12/2011
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COND. EVAPORATIVOS
Vistas
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CONDENSADORES
Consumo específico de agua
TIPO
Torre/Condensador
evaporativo
E. TORRELLA
E. TORRELLA
No recuperable
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1/12/2011
F/m3 de agua
4000 a 6000
40000 a 60000
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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
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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
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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
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Tipos de condensadores Sistemas de condensación

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