martes, 27 de diciembre de 2011

Condensador en los Sistemas de Refrigeración


CONDENSADOR TÉRMICO

La condensación se puede producir bien utilizando aire mediante el uso de un ventilador o con agua (esta última suele ser en circuito cerrado con torre de refrigeración, en un río o la mar). La condensación sirve para condensar el vapor, después de realizar un trabajo termodinámico p.ej. una turbina de vapor o para condensar el vapor comprimido de un compresor de frío en un circuito frigorífico. Cabe la posibilidad de seguir enfriando ese fluido, obteniéndose líquido subenfriado en el caso del aire acondicionado.

El condensador termodinámico es utilizado muchas veces en la industria de la refrigeración, el aire acondicionado o en la industria naval y en la producción de energía eléctrica, en centrales térmicas o nucleares.

Adopta diferentes formas según el fluido y el medio. En el caso de un sistema fluido/aire, está compuesto por uno tubo de diámetro constante que curva 180° cada cierta longitud y unas láminas, generalmente de aluminio, entre las que circula el aire.

Un condensador es un cambiador de calor latente que convierte el vapor de su estado gaseoso a su estado líquido, también conocido como fase de transición. El propósito es condensar la salida (o extractor) de vapor de la turbina de vapor para así obtener máxima eficiencia e igualmente obtener el vapor condensado en forma de agua pura de regreso a la caldera. Condensando el vapor del extractor de la turbina de vapor, la presión del extractor es reducida arriba de la presión atmosférica hasta debajo de la presión atmosférica, incrementando la caída de presión del vapor entre la entrada y la salida de la turbina de vapor. Esta reducción de la presión en el extractor de la turbina de vapor, genera más calor por unidad de masa de vapor entregado a la turbina de vapor, por conversión de poder mecánico.

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.

Adicionalmente, 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.

CONDENSADOR EN LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN

El condensador es un elemento del circuito frigorífico que se sitúa a la salida del compresor, teniendo por misión evacuar el calor absorbido por el evaporador, además del equivalente térmico del trabajo de compresión, de tal manera que el fluido frigorígeno accede a este aparato en forma de vapor a alta temperatura, y sale del mismo licuado y a menor temperatura; siendo el calor transferido a otro fluido: aire o agua, que circula a contracorriente, entrando a baja temperatura y saliendo a una temperatura superior.

Siguiendo el diagrama de intercambios térmicos en un condensador, en primer lugar se produce un desrecalentamiento de los vapores calientes procedentes del compresor, luego la condensación de estos vapores a temperatura constante, y por fin un subenfriamiento del fluido condensado, produciéndose al mismo tiempo un calentamiento del fluido exterior de condensación. Cuanto mayor sea la superficie de intercambio de calor, más pequeña será la diferencia entre las temperaturas del fluido exterior y la de condensación del fluido frigorígeno, produciéndose una mejora de rendimiento por reducción de la temperatura de condensación, aunque si ésta es excesivamente baja se pueden producir problemas con la válvula de expansión termostática.

La diferencia de temperaturas entre ambos fluidos debe situarse entre los 5º a 10º C para los condensadores refrigerados por agua, y entre 10º a 15º C para los refrigerados por aire.

CONDENSADORES REFRIGERADOS POR AGUA

Los más utilizados son condensadores horizontales, que llevan una carcasa y cabezales de acero, conteniendo en su interior un haz de tubos aleteados y construidos en cobre para mejorar la transmisión de calor. El fluido refrigerante entra por la parte superior de la carcasa, encontrándose con el haz de tubos enfriados por el agua que circula en su interior, y condensándose por la parte exterior de los tubos, cayendo hacia la parte inferior del aparato.

El cálculo de la superficie de condensación se puede hacer teniendo en cuenta las temperaturas de condensación del fluido frigorígeno y la del agua de refrigeración, aplicando caudales de agua del orden de 9 litros por minuto por cada tubo del condensador.

El agua de refrigeración puede hacerse en la modalidad de “agua perdida”, tomándola de aquellos lugares donde el agua es abundante, siendo una vez utilizada devuelta a su origen en las mismas condiciones, pero con una temperatura ligeramente mayor. La otra alternativa más común, es trabajar en la modalidad  de “agua recuperada”, donde ésta se recicla refrigerándola en un aparato conocido como torre de refrigeración o de recuperación. En estas torres, el agua caliente procedente del condensador entra por su parte superior, cayendo a través de un relleno que tiene por misión retener el agua en su caída y con una corriente de aire circulando en sentido contrario, del orden de 100 a 150 m3 / hora. La evaporación del agua debida a su calor latente, enfría el agua sobrante acumulándose en la parte inferior de la torre, donde una bomba la devuelve al condensador. Las pérdidas de agua son compensadas con un nuevo aporte, estimándose unas mermas de 0,002 litros de agua por cada kcal / hora.

La condensación por agua está retroceso, debido a un mayor mantenimiento de las torres de refrigeración por las incrustaciones que se producen, sobre todo cuando se utilizan aguas duras, o bien por la formación de algas en el circuito de agua, además de la peligrosidad añadida debida al cultivo de microorganismos patógenos para la salud humana, como por ejemplo la bacteria Legionella.

CONDENSADORES EVAPORATIVOS

Son aparatos que combinan en un solo conjunto un circuito de condensación de fluido refrigerante y una torre de refrigeración de agua, presentando por lo tanto los mismos inconvenientes señalados en las torres de recuperación de agua.

CONDENSADORES DE AIRE

En la actualidad son los condensadores más utilizados por su sencillez y mantenimiento. Constan de unas conducciones en forma de serpentín por donde circulan el fluido refrigerante a condensar, siendo enfriado por una corriente de aire forzada por un ventilador a una velocidad entre 3 y 10 metros / segundo. La superficie exterior de los tubos se aumentan mediante un aleteado, con una separación entre aletas de 1 a 2 mm, siendo conveniente limpiarlas periódicamente para mantener el rendimiento del circuito de frío y no consumir energía en exceso.

Con estos aparatos el consumo de energía es algo más elevado que en los condensadores refrigerados por agua, debido a que las temperaturas de condensación son más altas, y además hay que sumar la energía requerida por los ventiladores. Deben de instalarse en lugares bien ventilados, preferentemente a la intemperie, siendo el ruido que producen un aspecto también negativo. En zonas muy cálidas existe el problema de imposibilitar la condensación del fluido refrigerante, por lo que su uso puede estar restringido.

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