Condensadores enfriados por agua
El condensador es necesario debido a que:
-Convierte el vapor usado nuevamente en líquido para regresarlo al generador de vapor como agua de alimentación
-Aumenta la eficiencia del ciclo, permitiendo que opere con los gradientes mas grandes posibles de temperatura y presión entre el generador y el condensador
Es prácticamente imposible evitar la entrada de aire y otros gases no condensables al interior de un condensador, es necesario hacer uso de una bomba de vacío o un eyector para mantener la presión en el interior del equipo.
La presión de diseño para un condensador determinado se especifica en cada instalación, la mayoría están proyectadas para trabajar a plena potencia con una presión absoluta de 82 mmHg
El condensador es el ultimo elemento del ciclo que el vapor recorre en tal estado, sus misiones principales son:
1. Crear un vacio en el escape de la turbina
2. Condensar el vapor de escape y así recuperarlo para el ciclo
Otras funciones que se le asignan también de importancia, son las siguientes:
3. Eliminar los gases no condensables presentes en el vapor
4.. Impedir la entrada de gases no condensables
La razón de que se desee eliminar los gases no condensables del condensador reside, en que su presencia reduce la diferencia de temperatura efectiva y empeora la transmisión de calor entre el vapor y el agua de refrigeración con el consiguiente encarecimiento por necesitarse más superficie de tubos, y porque contribuye a aumentar la presión en el condensador, empeorando el rendimiento del ciclo y el funcionamiento de la turbina.
Al mismo tiempo, desgasificando el agua se evita la corrosión en otras partes de la instalación.
Los condensadores pueden ser de dos tipos:
- DE MEZCLA
- DE SUPERFICIE.
En un condensador DE MEZCLA, el vapor se enfría mediante chorros de agua que se juntan con el vapor. A no ser que se emplee agua tratada o destilada, este sistema resulta impracticable, más cuanto mayor es el caudal de vapor.
En un condensador DE SUPERFICIE, por el contrario el intercambio de calor se realiza a través de un haz de tubos, por cuyo interior circula el agua de refrigeración.
TIPOS DE CONDENSADORES
Existen diversos tipos de condensadores y estos se clasifican dependiendo del arreglo, área de intercambio de calor, y de otras características. Algunos de estos condensadores son de tubo y coraza, doble tubo, compactos, entre otros. En este trabajo se estudiaron los condensadores de tubo y coraza, los cuales se pueden clasificar según su geometría y lugar donde se condensa el fluido, de la siguiente forma:
Condensadores horizontales en la coraza
En este equipo el fluido que va a ser condensado circula por fuera de los tubos. No es apropiado para la condensación total. Tienen una alta caída de presión, sin embargo, la caída de presión puede controlarse utilizando diferentes tipos de carcasas, además el nivel de ensuciamiento se mantiene bajo.
Condensadores verticales en la coraza
La condensación ocurre fuera de los tubos. Son poco usados como condensadores en el tope, en cambio son más usados como rehervidores. La coraza puede tener bafles. Entre las ventajas de este tipo de condensador, es que tiene bajo consumo de agua o fluido refrigerante y su mantenimiento no requiere detener el proceso.
Condensadores horizontales en los tubos
La condensación es por dentro de los tubos. Típicas aplicaciones de este tipo de condensadores son los condensadores de aire y los condensadores-rehervidores horizontales. Por lo general se diseñan en un arreglo de un sólo paso de tubos, o tubo en U. Son muy poco usados en arreglos multipaso. Este tipo de condensador, es útil cuando se trata de fluidos, que causan problemas por ensuciamiento o corrosión.
Condensadores verticales en los tubos (Flujo ascendente)
La condensación es por dentro de los tubos. Es usado en los condensadores parciales, donde pequeñas cantidades de vapor ascienden mientras que el condensado desciende por gravedad. La principal desventaja ocurre cuando la velocidad del vapor ascendente impide el descenso del condensado.
Condensadores verticales en los tubos (Flujo descendente)
Este arreglo es popular en la industria química. Tienen uncoeficiente de transferencia de calor más elevado que en lacondensación fuera de los tubos. Presentan ventajas en el caso demezclas multicomponentes, si la caída de presión se encuentraentre los límites establecidos.
Un condensador de superficie está constituido esencialmente por:
- Una embocadura o cuello, para la entrada del vapor (salida de la turbina).
- Un haz de tubos, por los que circula el agua fría.
- Cajas de agua para la entrada y salida del agua fría.
- Pozo de condensado, en el cual se acumula el agua condensada para su extracción fuera del condensador.
Para conseguir el funcionamiento en condiciones reales del sistema de condensación, habrá que añadir, entre otros:
- Los eyectores
- Bombas de vacío
- Instrumentos, equipo de control
- Bombas de condensado
- Bombas de agua de circulación
Clasificación
Ø Entrada de vapor:
Serán axiales u horizontales cuando la salida de turbina se encuentra en el lateral del condensador y verticales o Down Flow cuando la salida de turbina está situada en la parte superior del condensador.
Ø Numero de cuerpos:
De uno o varios cuerpos en función de la potencia y caudal de salida. En los condensadores de un solo cuerpo la descarga de la turbina se hace directamente sobre los tubos o haces situados en una única carcasa. En los de más de un cuerpo el vapor se divide en flujos que son dirigidos hacia distintos condensadores que operaran en igualdad de condiciones.
Ø Según las veces que el agua de circulación recorre el condensador, encontraremos condensadores de un paso o de varios (dos en general). En el de un paso, el agua entra en el condensador por un extremo, atraviesa el condensador y sale por el lado opuesto mientras que en el de dos pasos, el agua entra por un extremo, llega al final del haz y retorna de nuevo saliendo por el mismo extremo por el que entró.
Los condensadores los podemos clasificar en:
Condensadores refrigerados por aire
Condensadores refrigerados por agua
Contracorriente
De inmersión
Multitubulares
Evaporativos
Condensador de aire
Se utilizan en instalaciones de pequeño tamaño. Constan en un serpentín o conjunto de tubos normalmente de cobre por cuyo interior circula el refrigerante. Soldados a estos y en sentido perpendicular se disponen unas laminas de aluminio cuya función es elevar la superficie de transferencia de calor por radiación por lo que estos tubos reciben el adjetivo de aleteados. Normalmente en estos condensadores el aire se hace circular de manera forzada a través de ventiladores que se pueden montar de manera que, o bien impulsan el aire sobre el conjunto de tubos aleteados o bien extraen el aire a través del condensador. Con el de extracción de aire se mejora la ventilación en los extremos. Los condensadores de aire pueden ser estáticos o de tiro forzado. Los mas usuales son los de tiro forzado ya que al aumentar la velocidad del aire disminuye la superficie necesaria para realizar la condensación. Estos utilizan diversos tipos de ventiladores, los más usuales son los helicoidales y las moto turbinas centrifugas.
Condensador de agua
Los condensadores de agua son aquellos que utilizan agua como elemento secundario encargado de refrigerar el condensador para que el refrigerante pueda condensarse.Actualmente están prohibidos los sistemas que no recuperen el agua en sistemas cerrados o semicerrados (como las torres de recuperación) por una cuestión de ahorro energético. Por tanto todos los sistemas de control de caudal constante que servían para regular el agua de entrada y tiraban a la cloaca están totalmente prohibidos.
Condensador a contracorriente
Están formados por dos tubos de diferentes diámetros concéntricos que funcionan a contracorriente.El gas refrigerante circula por el tubo de menor medida y el agua por el de mayor medida a contracorriente robando así el agua el calor necesario al refrigerante para que este pueda licuarse. En los circuitos frigoríficos que portan este tipo de condensadores es necesario instalar un deposito de líquido.
Condensadores de inmersión
Están formados por un depósito cilíndrico que tiene en su interior un serpentín en espiral por cuyo interior circula el agua de enfriamiento. El refrigerante en forma de vapor comprimido al estar en contacto con la superficie del serpentín cede su calor y se condensa. Pueden trabajar en sentido horizontal o vertical.
Condensador multitubular
Esta formado como los de inmersión por un recipiente cilíndrico de chapa de acero y tiene en su interior multitud de tubos rectos o incluso con aletas que lo recorren longitudinalmente paralelos los unos a los otros y por cuyo interior circula el agua de enfriamiento. Llevan un tapón fusible de seguridad y una válvula de purga para extraer los gases incondensables.El inconveniente que presenta este tipo de condensadores es el alto consumo de agua, que en grandes instalaciones frigoríficas encarece mucho el proceso. En estos casos el agua se recupera para hacerla recircular y reutilizarla en su función condensadora enfriándola en equipos auxiliares denominados torres de enfriamiento o torres de refrigeración. En ellas el agua caliente que sale del condensador es atomizada o rociada desde la parte superior cayendo por gravedad hacia la parte inferior.
Mediante la circulación de aire por el interior de la torre se consigue reducir la temperatura del agua al ceder este su calor al aire y también por evaporación de una parte de ella que pasa a la corriente de aire que se crea, tomando el calor necesario del resto del agua. El agua así enfriada es bombeada de nuevo al condensador donde absorbe el calor de condensación procedente del refrigerante. Las perdidas de agua por evaporación se compensan con una aportación de agua nueva.Existen también los condensadores multitubulares verticales, estos son de mayor dimensión, funcionan a corriente con una mezcla de aire y agua como elemento de fluido secundario con el in de condensar el refrigerante.
Condensador evaporativo
Consiste en una torre de recuperación con sistema de aire a contracorriente, mas un condensador formado por un serpentín de tubo liso. Este serpentín es mojado por el agua que proviene de los pulverizadores. El aire que circula a contracorriente hace evaporar el agua y así conseguimos que el refrigerante que circula por el condensador que licuado. Este condensador evaporativo está provisto de una balsa y una bomba capaz de recircular el agua desde la balsa a los pulverizadores. También incorpora como en el caso de las torres de recuperación un separador de gotas de alto rendimiento evitando así el exceso de perdidas de agua por arrastra de aire.Hay que tener en cuenta que con este sistema la temperatura de condensación es más elevada y eso afecta al rendimiento del compresor .
Dimensiones generales
Circuito de agua de enfriamiento
Tubos, L = 10 a 15 m L = 25 m en condensadores de mutipresión
Diámetros: d = 5/8 a 1 ¼ pulgadas
Espesor e = BWG galga Birmingham Wire Gauge 18, 19, 22 BWG según el tipo de material,
Material: bronce Admiralty, AISI 304, Cupro-niquel (agua de mar), titanio centrales nucleares