tf 3condensadores 2 2007 - git.uji.es · ¾x = distancias entre tubos (1=horizontal, 2 = vertical)....

17
12/01/2011 1 LOS CONDENSADORES E. TORRELLA Entrada del aire Salida del aire Salida refrigerante liquido Entrada refrigerante vapor Condensación por aire Entrada del agua Salida del agua Salida refrigerante liquido Entrada refrigerante vapor Bomba Condensación por agua Salida del aire Tipos de condensadores page 2 1/12/2011 E. TORRELLA Entrada del agua Salida del agua Salida refrigerante liquido Entrada refrigerante vapor Entrada del aire Bomba Condensación “mixta” Torre de enfriamiento Entrada del aire Salida del agua Salida refrigerante liquido Entrada refrigerante vapor Entrada del agua Salida del aire Bomba Condensación “mixta” Condensador evaporativo Ventilador Sistemas de condensación page 3 1/12/2011 E. TORRELLA CONDENSADORES DE AGUA E. TORRELLA

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12/01/2011

1

LOS CONDENSADORES

E. T

OR

RE

LL

A

Entrada del aire

Salida del aire

Salidarefrigerante

liquido

Entradarefrigerante

vapor

Condensación por aire

Entra

da d

el a

gua Salida del agua

Salidarefrigerante

liquido

Entradarefrigerante

vapor

Bomba

Condensación por aguaSalida del aire

Tipos de condensadores

page 21/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

Entra

dade

l agu

a

Salid

a de

l agu

a

Salida refrigerante liquido

Entrada refrigerante vapor

Entradadel aireBomba

Condensación “mixta”Torre de enfriamiento

Entra

dade

l aire

Salidadel agua

Salida refrigerante liquido

Entrada refrigerante vapor

Entradadel agua

Salidadel aire

Bomba

Condensación “mixta”Condensador evaporativo

Ventilador

Sistemas de condensación

page 31/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

CONDENSADORES DE AGUA

E. T

OR

RE

LL

A

Page 2: TF 3CONDENSADORES 2 2007 - git.uji.es · ¾x = distancias entre tubos (1=horizontal, 2 = vertical). ¾Re = número de Reynolds (v ... TIPOS DE TIRO 1/12/2011 page 45 E. TORRELLA TORRE

12/01/2011

2

CONDENSADORES DE AGUADoble tubo

page 51/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

CONDENSADORES DE AGUADisposición en calandra

page 61/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

CONDENSADORES DE AGUADisposición carcasa - tubos

page 71/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

CONDENSADORES DE AGUAEquipos compactos. Enfriadoras

page 81/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

Page 3: TF 3CONDENSADORES 2 2007 - git.uji.es · ¾x = distancias entre tubos (1=horizontal, 2 = vertical). ¾Re = número de Reynolds (v ... TIPOS DE TIRO 1/12/2011 page 45 E. TORRELLA TORRE

12/01/2011

3

CONDENSADORES DE AGUADisposición carcasa - tubos.

Fluido U[W/m2K]

Flujo[W/m2]

ΔTm[K]

vagua[m/s]

page 91/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

Amoniaco

Halogenados

800 - 1000

350 - 500

4000 - 5500

4000 - 5000

4 - 6

4 - 6

0,8 - 1,5

1,5 - 2,5

CONDENSADORES DE AGUACarcasa - tubos. Superficie de transmisión

K

K

m

K

w

wSK

wEK

wEwSm

mK

QTU

QS

TT

T

TTTT

TTT

TSUQ

Φ=

Δ=

ΔΔΔ

=

−−−

Δ=

2

1lnln

page 101/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

El incremento de temperaturas logarítmico medio, es unaaproximación, al despreciarse tanto el recalentamiento como elposible subenfriamiento.

CONDENSADORES DE AGUADisposición carcasa - tubos. Temperaturas

Denominando “TR” a la temperatura de la pared encontacto con el fluido y “TA” a la de la superficie encontacto con el agua, y considerando:

Igualdad entre superficies externa e interna.Temperatura media del agua “Tm” comosemisuma entre las de entrada y salida.

page 111/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

y

A

mKmA

R

mKKR

mKmAARKRK

hTTUTT

hTTUTT

TTSUTTShTTShQ

)(

)()()()(

−−=

−−=

−=−=−=

CONDENSADORES DE AGUADisposición carcasa - tubos. Caudal agua

El caudal y la velocidad de paso del aguanecesario para eliminar la potencia delcondensador son:

4)(

w

wEwSpww

Kw

Mzv

TTcQM

ρ

=

−=

page 121/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

en la que:Di = diámetro interno.n = número de tubos.z = número de pasos en el agua.

2

i

w Dnv

π=

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12/01/2011

4

CONDENSADORES DE AGUADisposición carcasa - tubos. Coeficiente global

Cabe la distinción de tubos lisos o aleteados para laobtención del coeficiente global referido a la superficieexterna:

∑ ++=

Ai

e

R

lisos

U

hSS

Ke

h

U

1

111

page 131/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

e/K = resistencias conductivas, incluyendo espesor depared, aceite, incrustaciones, corrosión.ε = eficiencia de la aleta de longitud “L” (≈ Th (mL)/mL;con mL ≈ 1).

∑ ++=

Ai

e

R

aletas

hSS

Ke

h

U 11ε

CONDENSADORES DE AGUADisposición carcasa - tubos. Coeficientes

Para el refrigerante por el exterior de tubos lisos horizontales, concapa de condensado cayendo en flujo laminar:

25,032

25,0

21 )(724,0

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

=

μλρ

λ

gA

DTTAffh

eRK

R

page 141/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

ρ = densidad del liquido.μ = viscosidad dinámica del liquido.g = aceleración de la gravedad.f1 = factor que considera el espesor del condensado en lostubos inferiores.f2 = factor que considera la velocidad del vapor sobre la primerafila.

CONDENSADORES DE AGUADisposición carcasa - tubos. Correcciones

Factores:

C 1 ( lí ) 0 5 (t b lill )

( ) ( ) 33,012,0

2

61

5,0

2

11

PrRe43,0

2039,1

=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

f

nxxCf π

page 151/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

C = 1 (en línea); 0,5 (tresbolillo).x = distancias entre tubos (1=horizontal, 2 =vertical).Re = número de Reynolds (vvapor De / n) .Pr = número de Prandtl.

CONDENSADORES DE AGUADisposición carcasa - tubos. Coeficientes

Para el refrigerante por el exterior de tubosaleteados horizontales, con capa de condensadocayendo en flujo laminar:

eRK

R DTTAfffh ⎥

⎤⎢⎣

⎡−

=)(

724,025,0

321

λ

page 161/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

Daleta = diámetro de la aleta; w = espesor de la aleta;s = separación entre aletas.

VH

aleta

ealetaV

ealetaeH

HeV

FFFD

DDFswD

swDF

FF

FD

FFf

+=−=+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

+⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=

⎦⎣

;5,0;1

1,1

22

25,0

4/3

3

πππ

ε

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12/01/2011

5

CONDENSADORES DE AGUADisposición carcasa - tubos. Coeficientes

Para el agua por el interior de tubos en régimenturbulento:

iA DhNu == 43,08,0 PrRe0210

page 171/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

w

Di KNu == PrRe021,0

CONDENSADORES DE AGUACon subenfriamiento de liquido

page 181/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

CONDENSADORES DE AGUADe placas

page 191/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

CONDENSADORES DE AGUASujección de tubos

page 201/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

Page 6: TF 3CONDENSADORES 2 2007 - git.uji.es · ¾x = distancias entre tubos (1=horizontal, 2 = vertical). ¾Re = número de Reynolds (v ... TIPOS DE TIRO 1/12/2011 page 45 E. TORRELLA TORRE

12/01/2011

6

CONDENSADOR VERTICAL DE AGUA

page 211/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

CONDENSACIÓN CON AGUACOMP. HERME/SEMIHERMÉTICO

-15

-20

-25TEMP. EVAPORACIÓN [°C]

page 221/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

0

5

10

-5

-10

1,15 1,25 1,35 1,45 1,55 1,65 1,75QK/Q0

TEMP. CONDENSACIÓN30°C 35°C 40°C 45°C 50°C 55°C

Q Q P QCOPK C≈ + = +⎛

⎝⎜⎞⎠⎟0 0 1 1

CONDENSACIÓN CON AGUACOMPRESOR ABIERTO

-15

-20

-25TEMP. EVAPORACIÓN [°C]

TEMP. COND.30°C35°C40°C45°C

page 231/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

0

5

10

-5

-10

1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6QK/Q0

45°C50°C55°C

CARACTERÍSTICAS OPERATIVASCONDENSACIÓN CON AGUA

),(11)(

)(

/ wEKcMUSwEKpwwK

wEwSpwwK

mK

TTfe

TTcMQ

TTcMQTSUQ

pww =⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −−=

−=Δ=

page 241/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

es decir, frecuentemente, en catálogos defabricante se especifica la potencia de uncondensador en función de las temperaturas decondensación y de entrada de agua.

⎠⎝

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12/01/2011

7

LOS CONDENSADORESDE AIRE

E. T

OR

RE

LL

A

CONDENSADORES DE AIREComparación con condensación por agua

Los condensadores de aire son universalmente utilizadostanto en aplicaciones domésticas como en industriales. Elaumento experimentado en su uso, frente a los de agua, sedebe:

Déficit de recursos hidráulicos, sobre todo en centrosurbanos.Protección medioambiental.

page 261/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

Presentan dos inconvenientes principales frente a lacondensación con agua:

Una mayor presión de condensación.Mayores niveles sonoros.

CONDENSADORES DE AIREConvección natural

page 271/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

CONDENSADORES DE AIREConvección forzada

page 281/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

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12/01/2011

8

CONDENSADORES DE AIREForzada. Tiro inducido/forzado

page 291/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

CONDENSADORES DE AIREDisposición circular y ubicación Norte

page 301/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

CONDENSADORES DE AIREVistas de equipos

page 311/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

CONDENSADORES DE AIREBanco de tubos aleteados

Longitudes características:L = longitud del recorrido del aire.wa = espesor de la aleta.xaleta = distancia entre aletas.x1 = x2 = x = distancias entre tubos

(tresbolillo*)

page 321/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

(tresbolillo ).St = superficie externa de los tubos.Si= superficie interna de los tubosSaleta = superficie de las aletas

* para disposición en línea el coeficiente global es un10% inferior.

Page 9: TF 3CONDENSADORES 2 2007 - git.uji.es · ¾x = distancias entre tubos (1=horizontal, 2 = vertical). ¾Re = número de Reynolds (v ... TIPOS DE TIRO 1/12/2011 page 45 E. TORRELLA TORRE

12/01/2011

9

CONDENSADORES DE AIREBanco de tubos aleteados

Coeficiente de película lado del aire

hK

DC L

Daa

equiequim

equi

n

=⎡

⎣⎢⎢

⎦⎥⎥

Re

page 331/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

)()()()(2

aletaaletaequi

aletaaletaequi

equi wxDxwxDx

D−+−−−

=equiDLn 0066,045,0 +=

1000Re08,028,0 +−=m )

1000Re24,036,1( −= AC

L/Dequi 5 10 20 30 40 50

A 0,412 0,326 0,201 0,125 0,08 0,0475

CONDENSADORES DE AIREBanco de tubos aleteados

Coeficiente de película lado del refrigerante

⎥⎦

⎤⎢⎣

−=

)(72,0

32

paredKi

R TTDKgh λ

μρ

25,0167,0)(2100 −−−= DTTh

page 341/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

La temperatura de la pared puede estimarse comosemisuma de las del aire (despreciando laresistencia térmica de la pared del tubo).

)(2100= iparedKR DTTh

CONDENSADORES DE AIREBanco de tubos aleteados

Coeficiente global:

∑ ++

+=

a

aleta

aleta

i

taleta

i

R

e

hSS

Ke

SSS

h

U ε11

page 351/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

2

)2

(

equi

equi

aleta Dm

DmTh

ς

ςε =

)23(ln35,01

2

+=

=

ς

aletaaleta

a

Kwhm

CONDENSADORES DE AIRECoeficientes globales empíricos

El coeficiente de películadel lado del aire es de 40 a60 veces inferior al del ladodel refrigerante.2

U[W/m K]

Tuboslisos 20 a 70

page 361/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

con AletasForzada 17 a 35

con AletasNatural 8 a 14

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12/01/2011

10

CONDENSADORES DE AIRECaracterísticas

Temperatura de condensación:

Velocidad de paso del aireM di t i 3 4 5 /

TT T

CKEa Sa=+

+ ÷2

10 20( º )

page 371/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

Media potencia; 3 ÷ 4,5 m/s.Alta potencia; 4,5 ÷ 10 m/s.

Caudal de aire

MQ

c T TaK

paire Sa Ea

=−( )

CONDENSADORES AIRE FORZADOOtras características medias

DIÁMETROINTERIOR

[mm]

DISTANCIAALETAS

[mm]

SUPERF.[m ]

CAUDALAIRE

[Nm /h]

POTENCIAVENTIL.

[kW]2

3

page 381/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

Ventiladores, en general, helicoidales, circulación de abajo a arriba para disminuir el problema de ruido.

GENERAL 10 a 25 2 a 5

POR CADA 1,160 kW 3 a 5 350 a 700 0,022 a 0,055

UNIDADES DE CONDENSACION POR AIRECurvas de catálogo. Potencia frigorífica

18

20

22

24

Q0 [kW]

T0 = 4,44°C7,22°C10°C

page 391/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A 24 29 34 39Tambiente [°C]

10

12

14

16

page 401/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

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12/01/2011

11

TORRES DEENFRIAMIENTO

E. T

OR

RE

LL

A

TORRE DE ENFRIAMIENTOESQUEMA

page 421/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

CIRCULACIÓN DEL AIRE“TIRO”

MECÁNICO(VENTILADOR)

NATURAL(DENSIDAD) MIXTO

TORRE DE ENFRIAMIENTOCLASIFICACIÓN

page 431/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

FORZADO INDUCIDO

FLUJO FLUJO

CONTRACORRIENTECONTRACORRIENTE FLUJO CRUZADOFLUJO CRUZADO

TORRE DE TIRO MECANICOCLASIFICACIÓN

page 441/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

Page 12: TF 3CONDENSADORES 2 2007 - git.uji.es · ¾x = distancias entre tubos (1=horizontal, 2 = vertical). ¾Re = número de Reynolds (v ... TIPOS DE TIRO 1/12/2011 page 45 E. TORRELLA TORRE

12/01/2011

12

TIPOS DE TIRO

page 451/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

TORRE DE ENFRIAMIENTOTIPOS DE RELLENO

page 461/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

EQUIPAMIENTO SISTEMAS DE ROCIADO

page 471/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

TIPOS DE ELIMINADORES DE GOTAS

page 481/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

a) DE PASO SENCILLO b) DE PASO DOBLE

c) DE PASO TRIPLE(UNIDOS)

d) DE PASO TRIPLE(SOLAPADOS) e) ONDULADOS

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12/01/2011

13

EQUIPAMIENTO Otros equipos (nivel; calentador)

page 491/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

EQUIPAMIENTO VENTILADORES (INDUCCIÓN

page 501/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

EQUIPAMIENTO VENTILADORES (FORZADO)

page 511/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

35

40Tw2 [°C]

ttHH = 20= 20°°CC ttHH = 25= 25°°CC ttHH = 30= 30°°CC

TORRES DE TIRO MECÁNICO CURVA GENÉRICA CATÁLOGO

page 521/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

30 35 40 45 50 55Tw1 [°C]

20

25

30

RELACIÓN CONSTANTE "L/G"

Page 14: TF 3CONDENSADORES 2 2007 - git.uji.es · ¾x = distancias entre tubos (1=horizontal, 2 = vertical). ¾Re = número de Reynolds (v ... TIPOS DE TIRO 1/12/2011 page 45 E. TORRELLA TORRE

12/01/2011

14

CONDENSADORESEVAPORATIVOS

E. T

OR

RE

LL

A

FUNCIONAMIENTO

Un condensador evaporativo combina lasfunciones de un condensador de agua y una torrede enfriamiento.La transmisión de la potencia de condensacióntiene lugar en dos etapas:

Del interior de los tubos hacia la capa de agua

page 541/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

p g(calor sensible).Del agua a la corriente de aire por medio detransferencia conjunta de calor y masa.

ESQUEMA GENÉRICO

Salida aire

Separador

page 551/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

Entradaaire

Entradaaire

Recirculacióndel agua

Circuito fluidoprimario

de gotas

CARACTERÍSTICAS MEDIAS

Tubos de cobre o acero planos o aleteados.Velocidades óptimas de aire en el rango de 3 a 5m/s.Coeficientes globales medios de 500 a 700 W/m2K.Flujos de calor de 1400 a 2200 W/m2

page 561/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

Flujos de calor de 1400 a 2200 W/m2.Diferencias logarítmicas de 2 a 3 K (entre fluido yagua).TK ≈ Th aire + (8 ÷ 10 K).

Page 15: TF 3CONDENSADORES 2 2007 - git.uji.es · ¾x = distancias entre tubos (1=horizontal, 2 = vertical). ¾Re = número de Reynolds (v ... TIPOS DE TIRO 1/12/2011 page 45 E. TORRELLA TORRE

12/01/2011

15

COND. EVAPORATIVOSTiro forzado e inducido

page 571/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

COND. EVAPORATIVOSComponentes

page 581/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

COND. EVAPORATIVOSVistas

page 591/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

CONDENSADORESConsumo específico de agua

TIPO F/m3 de agua

page 601/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

No recuperable 4000 a 6000

Torre/Condensador evaporativo 40000 a 60000

Page 16: TF 3CONDENSADORES 2 2007 - git.uji.es · ¾x = distancias entre tubos (1=horizontal, 2 = vertical). ¾Re = número de Reynolds (v ... TIPOS DE TIRO 1/12/2011 page 45 E. TORRELLA TORRE

12/01/2011

16

MANTENIMIENTO

page 611/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

CURVAS DE CATALOGO

20002500300035004000

QK [kW]

Th=15ºC Th=17ºC Th=19ºC Th=21ºC Th=23ºC

page 621/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A 24 26 28 30 32 34

TK [ºC]

0500

100015002000

CARACTERISTICASCONDENSADORES

E. T

OR

RE

LL

A

RESUMEN

CONDENSADORESIncrementos de temperatura [°C]

MEDIO DE CONDENSACIÓN

AIRECONVECCIÓN NATURAL

SALTO ENEL AGUA

SALTO ENTRE "TK"Y "T" ENTRADA

15

page 641/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

AIRECONVECCIÓN FORZADA

AGUADOBLE TUBO

AGUAMULTITUBULAR HORIZONTAL

5 a 7

5

15

10

Page 17: TF 3CONDENSADORES 2 2007 - git.uji.es · ¾x = distancias entre tubos (1=horizontal, 2 = vertical). ¾Re = número de Reynolds (v ... TIPOS DE TIRO 1/12/2011 page 45 E. TORRELLA TORRE

12/01/2011

17

CONDENSADORESCoeficiente global (rangos [Kcal/hm2°C])

Máximo

10

40

MEDIO DE CONDENSACIÓN

AIRECONVECCIÓN NATURAL

AIRE

Mínimo

5

20

page 651/12/2011

E. T

OR

RE

LL

A

40

1000

1000

1500

300

MULTITUBULAR VERTICAL

AIRECONVECCIÓN FORZADA

AGUADOBLE TUBO

AGUAMULTITUB. HORIZONTAL

AGUA

AIRE+AGUAEVAPORATIVO

20

600

600

700

200