CONDENSACINIng. Vicente Adum Gilbert SISTEMAS TRMICOS I FIMCP-ESPOL MECANISMOS DE CONDENSACIN Mecanismos de condensacin: - Pelicular (filmwise). - Por gotas (dropwise). La condensacin POR GOTAS es difcil de lograr e inusual en la prctica. Estudiaremos solamente condensacin pelicular. CONDENSACIN POR GOTAS VS. PELICULAR PELICULAR POR GOTAS CONDENSACIN POR GOTAS SOBRE UN TUBO HORIZONTAL (VIDEO). Fuente:http://www.youtube.com/watch?v=wMzxRHS_l9o CONDENSACIN PELICULAR SOBRE TUBO HORIZONTAL (VIDEO) Fuente:http://www.youtube.com/watch?v=VPq9syrE_5w&feature=endscreen&NR=1 CONDENSACIN EN PLACAS VERTICALES (NUSSELT) Supuestos:- Capa es laminar. - Vapor es esttico. - Vapor es puro. - du/dy=0 @y=d. - Placa @ Ts. Ts < T_infinity CONDENSACIN EN PLACAS VERTICALES (NUSSELT) hL= 0.943 g f (f g)kf3 hf gf ( Tsat Ts)L(1/4)hf g= hf g +0.68Cpf ( Tsat Ts)mL=qhf gq = hL A( Tsat Ts)CONDENSACIN EN PLACAS VERTICALES (NUSSELT). Subndice g implica propiedades de vapor saturado (x=1) evaluadas @T_sat. Subndice f implica propiedades de lquido comprimido (x=0) evaluadas @T_film=(T_sat+Ts)/2. h_fg:calor latente de vaporizacin modificado (Rohsenow). L:Longitud de la placa. CONDENSACIN SOBRE TUBOS VERTICALES Se utiliza las mismas ecuaciones anteriores. Condicin:R>>d.(es decir, sirve para tubos grandes en comparacin al espesor de la lmina de condensados). R d CONDENSACIN SOBRE PLACAS INCLINADAS El modelo de Nusselt es vlido, incluyendocos q dentro de la frmula. q es el ngulo formado entre la placa y la vertical. Vlido hasta q = 45 hL= 0.943 gcos ( ) f (f g)kf3 hf gf ( Tsat Ts)L(1/4)hf g= hf g +0.68Cpf ( Tsat Ts)CONDENSACIN SOBRE UN TUBO HORIZONTAL hD= 0.729 g f (f g)kf3 hf gf ( Tsat Ts)D(1/4)hf g= hf g +0.68Cpf ( Tsat Ts)CONDENSACIN SOBRE UN TUBO HORIZONTAL Donde: g = gravedad (9.8 m/s). Tsat =Temperatura de saturacin @ Psat. rf = Densidad de lquido comprimido @ Tfilm rg =Densidad de vapor saturado @ Tsat kf = Conductividad de lquido comprimido @ Tfilm mf = Viscosidad de lquido comprimido @ Tfilm D = Dimetro exterior del tubo. hfg = Calor latente de vaporizacin @ Tsat Cpf = Calor especfico evaluado @ Tfilm CONDENSACIN SOBRE UN TUBO HORIZONTAL Re_g_i CONDENSACIN SOBRE COLUMNAS DE TUBOS Existen TRES modelos diferentes para explicar este mismo fenmeno.- Nusselt. - Kern. - Eissenberg. Todos son vlidos, pero arrojan valores diferentes. CONDENSACIN SOBRE COLUMNAS DE TUBOS (MODELO DE NUSSELT) hN= 0.729 g f (f g)kf3 hf gN f ( Tsat Ts)D(1/4)N es el nmero de tubos en la columna! CONDENSACIN SOBRE COLUMNAS DE TUBOS (MODELO DE KERN) Kern consider en su modelo una situacin ms real que Nusselt: salpicaduras. hN=0.729N(1/6) g f (f g)kf3 hf gf ( Tsat Ts)D(1/4)CONDENSACIN SOBRE COLUMNAS DE TUBOS (MODELO DE EISSENBERG) Modelo de Eissenberg conocido como de drenaje lateral. Considera efectos ms reales: - Drenaje lateral. - Salpicadura. hN= ( 0.6+0.42N 0.25) g f (f g)kf3 hf gf ( Tsat Ts)D(1/4)COMPARACIN DE LOS TRES MODELOS Condensador , R-134a, arreglo triangular, N=7. MODELOh_N [W/m2-K] Nusselt1036 Kern1202 Eissenberg1407 COMENTARIOS: Nusselt es el modelo ms conservador. El menos conservador es el de Eissenberg. Modelo de Nusselt suele subestimar el coeficiente de transferencia de calor (se obtienen diseos de mayor tamao que el necesario). BANCOS DE TUBOS Los tres modelos anteriores son vlidos, pero es necesario obtener un promedio del nmero detubos por columna para usarlo en las frmulas N = NiCS N1=3, N2=7N1=3, N2=2 DETERMINACIN DE N PROMEDIO EN BANCO DE TUBOS. Este condensador tiene varias columnas de tubos. Nprom es 7. Es correcto usar este valor para representar a todo el banco. 10 810 662 APLICACIONES Condensadores de vapor (vapor en coraza). Condensadores en sistemas de refrigeracin (refrigerante en coraza). Condensadores de gases varios (CO2, O2, etc.). APLICACIONES Condensador de R22 (Cu-Ni 7030)Condensador de R22 (Cu-Ni 9010) APLICACIONES Condensador de CO2 (tubos de cobre) CONDENSACIN EN INTERIOR DE TUBOS HORIZONTALES hD= 0.555 g f (f g)kf3 hf gf ( Tsat Ts)D(1/4)Reg,i=g um,g Dghf g= hf g +3/8Cpf ( Tsat Ts)L D i o g CONDENSACIN EN INTERIOR DE TUBOS HORIZONTALES Modelo funciona para velocidades bajas de vapor. Re_g_i < 35000 (velocidades bajas de vapor). Re_g_i es el nmero de Reynold del VAPOR a la entrada del tubo. A velocidades altas de vapor el flujo se vuelve ANULAR y ya no se aplica este modelo.