OPERACIONS UNITARIA (SEGUNDO PARCIAL)

TRANSFERENCIA DE CALOR.

Condensadores.

¿Qué son los condensadores?

Los condensadores son intercambiadores de calor que tienen por objetivo la condensación de un vapor mediante un líquido frío. Es decir, son equipos de transferencia de calor utilizados para licuar vapores eliminando su calor latente. El calor latente se retira absorbiéndolo por un líquido más frío denominado refrigerante.

El condensador puede ser de superficie, donde el vapor por condensar y el líquido de enfriamiento están separados por una pared metálica, o de contacto directo, donde el vapor y el líquido de enfriamiento se mezclan directamente. 

En términos termodinámicos simples se puede definir la eficiencia de un intercambiador de calor como la fracción del calor absorbido por el fluido frío sobre el calor emitido por el fluido caliente.

¿Cómo funcionan los intercambiadores de calor?

Para operar, el intercambiador de calor tiene redes paralelas a través de las cuales fluyen los fluidos a diferentes temperaturas. Estos están separados por una pared con capacidades conductoras óptimas. Es la diferencia de temperatura entre los dos fluidos lo que permite el intercambio de calor. De hecho, los más calientes irán naturalmente a los más fríos, calentándose de inmediato y perdiendo calorías. Por lo tanto, cuando entra caliente al intercambiador de calor, el fluido primario calentará el fluido secundario que está frío. Luego se deja enfriar, mientras que el segundo fluido se calienta.

  

| Partes de un condensador:

Los condensadores que emplean aire como fluido refrigerante, llamados aerocondensadore, 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.

Las partes más significativas de un condensador son:

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.

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. Colector a la entrada y a la salida del agua refrigerante (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.

Cajas de agua. Colector a la entrada y a la salida del agua refrigerante (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.

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).

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.

Placas 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.

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 las bombas de extracción de condensado.

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.

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.

    | Aplicaciones de los condensadores en los procesos industriales | 

Los condensadores son componentes eléctricos cruciales que desempeñan un papel fundamental en una amplia gama de procesos industriales. Su capacidad para almacenar energía eléctrica y liberarla de manera controlada los convierte en elementos esenciales en diversos sistemas y maquinarias.

Aquí se mencionan las aplicaciones. 

Mejora del factor de potencia:

Los condensadores se utilizan ampliamente para corregir el factor de potencia en instalaciones industriales. El factor de potencia es una medida de la eficiencia con la que se utiliza la energía eléctrica.

Filtrado de ruido eléctrico:

En entornos industriales con maquinaria pesada y potentes motores eléctricos, se genera una gran cantidad de ruido eléctrico. Este ruido puede afectar negativamente el funcionamiento de equipos electrónicos sensibles y provocar fallos prematuros.

Arranque de motores:

Los motores eléctricos grandes requieren una gran corriente para arrancar. Los condensadores se pueden conectar en paralelo al motor para proporcionar esta corriente de arranque adicional durante un corto período de tiempo.

Alimentación de sistemas de control y automatización:

Los condensadores se utilizan para proporcionar una fuente de alimentación estable y confiable a los sistemas de control y automatización en procesos industriales.

Clasificación:

Tipo de equipos existentes en la industria, agrupados según diferentes características de funcionamiento y diseño.

Algunos de los tipos de condensadores más comunes, de acuerdo con su funcionamiento y/o sus materiales, son los siguientes:

Descripción de cada tipo:

Aplicaciones en sistemas de refrigeración y aire acondicionado:

Los condensadores juegan un papel crucial en los sistemas de refrigeración y aire acondicionado. En unidades de refrigeración, los condensadores liberan el calor del refrigerante a través de un intercambio de calor con el aire o el agua.

Hornos de inducción:

Los condensadores son componentes esenciales en hornos de inducción utilizados para fundir metales. Estos hornos funcionan generando un campo electromagnético intenso que induce corrientes en el metal, provocando su calentamiento y posterior fusión.

Equipos de soldadura:

En equipos de soldadura por arco eléctrico, los condensadores se emplean para mejorar la estabilidad del arco y la calidad de la soldadura.

 Turbinas eólicas:

Los condensadores se utilizan en turbinas eólicas para suavizar la salida de energía eléctrica y adaptarla a las necesidades de la red eléctrica.

EJEMPLO DE APLICACIÓN

SISTEMA DE REFRIGERACIÓN: ALMACENAMIENTO DE MARISCOS

Cámara de refrigeración: Una cámara de refrigeración es un recinto aislado térmicamente dentro del cual se contiene materia para extraer su energía térmica. Esta extracción de energía se realiza por medio de un sistema de refrigeración. Su principal aplicación es en la conservación de alimentos o productos químicos. (Wikipedia S.A, Act. 2024)

¿Qué es el condensador en un sistema de refrigeración?

Es el componente del sistema en el que se condensa el refrigerante mediante la transferencia de calor hacia el ambiente

Un ejemplo de aplicación de un condensador en transferencia de calor se encuentra en sistemas de refrigeración y aire acondicionado, donde los condensadores son componentes clave para la extracción de calor del sistema.

Estamos en una etapa crucial para el ciclo de refrigeración: la condensación del refrigerante que recupera su estado líquido y elimina el calor absorbido por el evaporador.

En esta etapa el fluido refrigerante pierde calor por intercambio térmico con otro fluido lo que provoca que se condense.

Cuando el refrigerante es líquido nuevamente, es impulsado por el sistema de expansión que permite reproducir todo el ciclo de nuevo.

Es importante resaltar que cuando un condensador está acompañado de un motor ventilador y un compresor estamos hablando de una Unidad Condensadora

Condensador en sistemas de refrigeración:

1. Sistema de refrigeración: Considera un sistema de refrigeración típico utilizado en un edificio comercial o industrial para mantener temperaturas confortables.
2. Ciclo de refrigeración: El sistema de refrigeración opera mediante un ciclo termodinámico que incluye compresión, condensación, expansión y evaporación del refrigerante.
3. Función del condensador: Después de que el refrigerante ha sido comprimido por el compresor y ha absorbido calor en el evaporador (donde se enfría el espacio que se desea refrigerar), entra en el condensador.
4. Transferencia de calor: En el condensador, el refrigerante libera calor al ambiente circundante. Esto se logra mediante un intercambiador de calor dentro del condensador que facilita la transferencia de calor desde el refrigerante al aire exterior o a otro fluido de enfriamiento, como agua.
5. Proceso de condensación: Durante este proceso, el refrigerante pasa de su estado de vapor a líquido, liberando el calor absorbido en el evaporador. El condensador asegura que este calor se transfiera eficientemente fuera del sistema, permitiendo que el refrigerante vuelva a circular para completar el ciclo de refrigeración

Link del vídeo y de las diapositivas: (CARPETA)

https://drive.google.com/drive/folders/1ByHr9-g8CxNxfkFrTEX2q0SoYPQF4uXH?usp=sharing

Conclusión.

En conclusión, los condensadores son dispositivos clave en la transferencia de calor, utilizados para licuar vapores mediante la eliminación de su calor latente con un refrigerante. Pueden ser de superficie o de contacto directo. Los intercambiadores de calor, en general, son esenciales en diversas aplicaciones industriales, operando mediante la transferencia de calor entre fluidos a diferentes temperaturas a través de una pared conductora. Su eficiencia se basa en la capacidad de transferir calor del fluido caliente al fluido frío.

Componentes versátiles que optimizan procesos, mejoran la eficiencia y protegen equipos en una amplia gama de aplicaciones industriales. Desde la corrección del factor de potencia hasta la alimentación de sistemas de control, los condensadores son piezas fundamentales para el buen funcionamiento de la maquinaria industrial.

Su impacto es transversal, presente en hornos de inducción, turbinas eólicas, vehículos eléctricos y mucho más. La continua innovación en su desarrollo asegura un futuro aún más prometedor para estos aliados silenciosos de la productividad industrial .

Bibliografía.

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