Definición de condensadores📌
Los condensadores son equipos de transferencia de calor utilizados con el fin de licuar vapores eliminando el calor latente que reciben estos aparatos.
1. Según el autor Seoaliter (2021) menciona que: El condensador es un intercambiador que, como su nombre lo indica, condensa al vapor. Se encarga de transmitir el calor emitido por los vapores de refrigerante provenientes del compresor. Entonces el refrigerante se licua y pasa de vapor a líquido, enfriándose.
2. Según el autor Gutiérrez (2010) define que: es un intercambiador de calor que convierte el vapor de su estado gaseoso a su estado liquido, también conocido como fase de transición. En otras palabras, son los equipos de transferir hacia fuera del ciclo de refrigeración el calor absorbido en el evaporador y en la etapa de compresión.
En resumen, en transferencia de calor, los condensadores facilitan el cambio de fase del vapor a líquido, liberando calor en el proceso.
Principios y fundamentos📌
El diseño de un condensador en operaciones unitarias, como en procesos de destilación, requiere considerar varios principios y fundamentos para asegurar un rendimiento eficiente y seguro. Aquí hay algunos aspectos clave a tener en cuenta:
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1. Transferencia
de calor: La eficiencia de
un condensador depende de su capacidad para transferir calor desde el vapor
condensado al medio de enfriamiento, generalmente agua. La ecuación
fundamental para la transferencia de calor en un condensador es la Ley de
Fourier: Q=U⋅A⋅ΔT donde Q= es la cantidad de calor transferido, U= es el
coeficiente global de transferencia de calor, A= es el área de transferencia de calor y ΔT= es la diferencia de
temperatura entre el vapor y el medio de enfriamiento. |
2. Selección de
materiales: Los materiales del
condensador deben ser resistentes a la corrosión y compatibles con los
fluidos involucrados. Además, se deben seleccionar materiales que tengan
buenas propiedades de transferencia de calor |
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3. Diseño de la
superficie de intercambio de calor: La geometría y la
configuración de la superficie de intercambio de calor son cruciales para la
eficiencia del condensador. Superficies de transferencia mejoradas, como
aletas o tubos ranurados, pueden mejorar la eficiencia. |
4. Velocidad
del fluido: Es importante
controlar la velocidad del fluido (vapor y refrigerante) dentro del
condensador para asegurar una transferencia de calor eficiente sin pérdida de
presión excesiva. Se deben evitar velocidades extremas que puedan afectar
negativamente el rendimiento. |
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5. Diseño de la
entrada y salida: El diseño de las
conexiones de entrada y salida del condensador es crucial para garantizar una
distribución uniforme del vapor y refrigerante. Esto evita zonas muertas y
asegura un rendimiento homogéneo en toda la unidad. |
6. Control de
la presión: El diseño debe
considerar la presión de operación para garantizar la integridad estructural
y evitar fugas. Se deben incorporar dispositivos de seguridad para controlar
la presión en caso de condiciones anormales. |
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7. Eficiencia
energética: El diseño debe
optimizarse para la eficiencia energética, minimizando las pérdidas de calor
y maximizando la transferencia de calor. Esto implica seleccionar un medio de
enfriamiento adecuado y considerar la posibilidad de recuperar el calor para
otros procesos. |
8.
Mantenimiento y limpieza: El diseño debe
facilitar el acceso para el mantenimiento y la limpieza. La acumulación de
depósitos o la corrosión pueden afectar negativamente el rendimiento a lo
largo del tiempo. |
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Funcionamiento
del condensador |
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Principio de
Operación: Un
condensador es un dispositivo que convierte un vapor en estado gaseoso a
líquido mediante la transferencia de calor. Este proceso se conoce como
condensación. |
Transferencia
de Calor: El
vapor caliente fluye a través del condensador, y se enfría al entrar en
contacto con una superficie más fría. La transferencia de calor causa que el
vapor se condense y forme líquido |
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Circulación de
Refrigerante:
En muchos casos, un fluido refrigerante circula alrededor del tubo o
serpentín del condensador para absorber el calor del vapor y permitir la
condensación. |
Salida de
Líquido Condensado:
El líquido condensado resultante se recoge y se extrae del condensador para
su posterior procesamiento o almacenamiento. |
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Control
del condensador |
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Control de
Temperatura: Se
debe controlar la temperatura del fluido refrigerante para garantizar que
esté lo suficientemente frío como para condensar eficientemente el vapor. |
Control de
Presión: El
control de la presión en el sistema es crítico para evitar posibles daños al
equipo y garantizar un rendimiento seguro. |
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Flujo de Vapor: El flujo de vapor hacia el
condensador debe ser controlado para asegurar una operación eficiente sin
sobrecargar el equipo. |
Nivel de
Líquido Condensado:
Se debe mantener un nivel adecuado de líquido condensado para garantizar una
eficiente transferencia de calor y evitar posibles problemas de operación. |
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Monitoreo y
Alarmas: Implementar
sistemas de monitoreo continuo y alarmas para detectar y responder a
condiciones anómalas, como altas presiones o temperaturas inusuales. |
Mantenimiento
Preventivo: Realizar
actividades regulares de mantenimiento preventivo para garantizar el buen
estado y funcionamiento del condensador a lo largo del tiempo. |
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Automatización:
En muchos
casos, se utiliza la automatización y sistemas de control avanzados para
optimizar el rendimiento del condensador y ajustar los parámetros según sea
necesario. En resumen, el funcionamiento y control efectivos de un equipo de
condensador en operaciones unitarias son esenciales para lograr una operación
segura, eficiente y confiable en procesos industriales. La implementación de
sistemas de control avanzados y la atención a los parámetros clave son
fundamentales para garantizar un rendimiento óptimo. |
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Los condensadores que emplean aire como fluido refrigerante, llamados aerocondensadores, tienen un bajo rendimiento y, por tanto, necesitan de grandes superficies para ser instalados. Este es el motivo de que el uso de este tipo de condensadores no esté generalizado, pasando a usarse sólo en los casos en los que no haya disponibilidad de agua.
Nos centraremos, por tanto, en los condensadores de agua como fluido refrigerante. Los condensadores de las centrales térmicas son cambiadores de calor tubulares, de superficie, del tipo carcasa y tubo en los que el agua (fluido refrigerante) circula por los tubos y el vapor (fluido enfriado) circula por el lado de la carcasa. Los tubos están dispuestos de forma horizontal, con una pequeña pendiente para poder ser drenados con facilidad y agrupados en paquetes.
Las partes más significativas de un condensador son:
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Cuello |
Es el elemento de
unión con el escape de la turbina de vapor. Tiene una parte más estrecha que
se une al escape de la turbina de vapor bien directamente mediante soldadura
o bien a través de una junta de expansión metálica o de goma que absorbe los
esfuerzos originados por las dilataciones y el empuje de la presión
atmosférica exterior. La parte más ancha va soldada a la carcasa del
condensador |
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Carcasa o cuerpo |
Es la parte más
voluminosa que constituye el cuerpo propiamente dicho del condensador y que
alberga los paquetes de tubos y las placas. Suele ser de acero al carbono. |
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Cajas de agua |
Colector a la
entrada y a la salida del agua de refrigeración (agua de circulación) con el
objeto de que esta se reparta de forma uniforme por todos los tubos de
intercambio. Suelen ser de acero al carbono con un recubrimiento de
protección contra la corrosión que varía desde la pintura tipo epoxi (para el
agua de río) hasta el engomado (para el agua de mar). Suelen ir atornillados
al cuerpo del condensador. |
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Tubos |
Son los elementos
de intercambio térmico entre el agua y el vapor. Su disposición es
perpendicular al eje de la turbina. Suelen ser de acero inoxidable (agua de
río) y titanio (agua de mar). |
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Placas de tubos |
Son dos placas
perforadas que soportan los dos extremos de los tubos. Constituyen la pared
de separación física entre la zona del agua de las cajas de agua y la zona de
vapor del interior de la carcasa. Suelen ser de acero al carbono con un
recubrimiento (cladding) de titanio en la cara exterior cuando el fluido de
refrigeración es agua de mar. La estanqueidad entre los extremos de los tubos
y las placas de tubos se consigue mediante el abocardado de los extremos de
los tubos y mediante una soldadura de sellado. |
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Placas de soporte |
Placas perforadas
situadas en el interior de la carcasa y atravesadas perpendicularmente por
los tubos. Su misión es alinear y soportar los tubos, así como impedir que
éstos vibren debido a su gran longitud. Su número depende de la longitud de
los tubos. Suelen ser de acero al carbono. |
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Pozo caliente |
Depósito situado
en la parte inferior del cuerpo que recoge y acumula el agua que resulta de
la condensación del vapor. Tiene una cierta capacidad de reserva y contribuye
al control de niveles del ciclo. De este depósito aspiran la bombas de
extracción de condensado. |
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Zona de enfriamiento de aire |
Zona situada en el
interior de los paquetes de tubos, protegida de la circulación de vapor
mediante unas chapas para conseguir condiciones de subenfriamiento. De esta
manera, el aire disuelto en el vapor se separa del mismo y mediante un
sistema de extracción de aire puede ser sacado al exterior. |
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Sistema de extracción de aire |
Dispositivos
basados en eyectores que emplean vapor como fluido motriz o bombas de vacío
de anillo líquido. Su misión, en ambos casos, es succionar y extraer el aire
del interior del condensador para mantener el vacío. Estos dispositivos
aspiran de la zona de enfriamiento 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
motos turbinas centrifugas. Condensador de agua
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 depósito de líquido.
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.
Aplicación en la industria📌
Los condensadores desempeñan un papel fundamental en diversas aplicaciones industriales, donde su función principal es facilitar la condensación de vapores y la transferencia de calor. Algunos de los usos más comunes de los condensadores en la industria incluyen:
✅Industria Química:
- Destilación y Recuperación: En procesos de destilación para separar componentes químicos y recuperar solventes valiosos.
- Reacción y Síntesis Química: En la condensación de vapores resultantes de reacciones químicas para recuperar productos y evitar pérdidas
✅Industria Petroquímica y Refinación:
- Refinación de Petróleo: En la separación y purificación de fracciones de petróleo mediante procesos de destilación y condensación.
- Recuperación de Compuestos Valiosos: En la recuperación de compuestos como el etanol o los derivados del petróleo.
✅Industria Alimentaria:
- Concentración de Jugos y Extractos: En la evaporación y concentración de líquidos para la producción de jugos, salsas y extractos.
- Secado y Deshidratación: En el proceso de secado para la producción de alimentos deshidratados
✅Industria Farmacéutica:
- Secado y Concentración: En la evaporación y concentración de compuestos para la producción de medicamentos y productos farmacéuticos.
✅Generación de Energía:
- Centrales Térmicas y Nucleares: En la condensación de vapor de agua para recircularlo en el ciclo de generación de energía.
✅Industria Textil y del Papel:
- Fijación de Tintes: En la fijación de tintes y tratamiento de tejidos en la industria textil.
- Secado y Procesamiento de Papel: En el secado y procesamiento de papel para eliminar la humedad.
Estas aplicaciones muestran la versatilidad de los condensadores industriales en una variedad de líneas de producción, donde desempeñan un papel fundamental en la separación, concentración, enfriamiento y tratamiento de sustancias y fluidos en procesos industriales específicos.
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