CONDENSADOR DE TUBOS Y CORAZA CORAZA Tipos de condensadores de tubo y coraza. El condensador de tubos y coraza puede tener diversos arreglos respecto a entradas entradas de vapor, número de pasos y número de cuerpos. •
Entrada de vapor:
La entrada de vapor puede ser horizontal o vertical; será horizontal o axial si la salida de la turbina se encuentra en la parte lateral del condensador y será vertical si la salida de la turbina se encuentra en la parte superior del condensador. •
Número de cuerpos:
De uno o más cuerpos, dependerá de la potencia del ciclo y del caudal de salida de la turbina. Será solo de un cuerpo si la turbina tiene una única entrada al condensador y será de más cuerpos si el lu!o másico se divide en varios condensadores "ue operan ba!o las mismas condiciones. •
Número de pasos:
El número de pasos depende de las veces "ue el luido r#o pase por el haz de tubos, puede ser de uno o más pasos $generalmente %&. En el de un paso el agua entra por un extremo y sale por el otro extremo del haz de tubos y en el de dos el agua entra por un extremo, termina de recorrer el haz de tubos retorna y sale por el mismo extremo por el "ue entr'. (ara la coniguraci'n del condensador se propone lo siguiente) tendrá entrada vertical con el in de entrar al condensador con la mayor velocidad posible y procurar la menor ca#da de presi'n. Será de un solo paso y estará compuesto por un solo cuerpo. Los luidos estarán
dispuestos a contracorriente y condensará por pel#cula, puesto "ue tener condensaci'n por goteo implicar#a el uso de materiales más caros para los tubos. Los gases no condensables serán extra#dos de la coraza para evitar "ue ba!e el coeiciente de transerencia de calor; la extracci'n se realizará en un punto adecuado "ue est* libre de vapor y se encuentre a una ba!a temperatura, para esta operaci'n se debe necesitar un gasto m#nimo de energ#a. El condensado debe extraerse rápidamente de las áreas de transerencia de calor para poder ser mandado al intercambiador de placas con la mayor temperatura posible. El agua de enriamiento debe de!ar una m#nima cantidad de sedimentos en los tubos y debe llevar una velocidad adecuada para extraer la mayor cantidad de calor posible, las velocidades recomendadas para el agua de enriamiento es de +. a % m-s pues de!an la menor cantidad de sedimentos y no daan la tuber#a.
2.3 Descripción física del condensador de tubo y coraza. /na vez establecido el tipo de condensador "ue usaremos se describirá cada uno de los componentes del condensador, se observan la mayor#a de sus componentes en la igura %.+0.
Figura 2. 10 Condensador de tubo y coraza.35
1
http)--222.eumed.net-rev-tlatemoani-03-rcm.pd
2.3.1
Cuerpo
El cuerpo del condensador es una envuelta exterior o coraza, la cual contendrá los haces tubulares) los tubos, las placas soporte y placas tubulares !unto con todos sus demás componentes para realizar el intercambio de calor. Si el diámetro de la carcasa es menor a +.3 m. se pueden ocupar tubos convencionales de c*dulas espec#icas, si es de mayor magnitud se deben mandar a abricar. El cuerpo tiene tres bo"uillas, una de entrada del vapor, una de salida del condensado y una para gases no condensables. La bo"uilla de entrada tiene una re!illa de impacto para "ue cuando el vapor entre aun a grandes velocidades no presente el condensador problemas de erosi'n, cavitaci'n y vibraci'n, hay "ue tener cuidado de "ue este cho"ue no provo"ue una gran ca#da de presi'n. •
Placas tubulares o espejo.
Las placas tubulares son placas de metal barrenadas para mandrilar los tubos "ue transportan el agua de enriamiento $igura %.++&, separan las ca!as de agua de enriamiento de la cámara de condensaci'n por tanto se debe evitar cual"uier tipo de uga, las ugas se evitan por medio de empa"ues. 4l estar barrenada la placa tubular se debe realizar un estudio en el "ue se compruebe "ue cumple con los re"uerimientos mecánicos y "ue el material a utilizarse en la placa soportará la corrosi'n y será "u#micamente compatible con los tubos.
Figura 2. 11 Espejo de tubos con tubos incertados. 36
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http)--222.termpaciic.com-productos-p%intercambiadores.htm
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Tubos
Los tubos son elementos principales en los condensadores, se encuentran dentro de la coraza, sus medidas dependerán del área re"uerida para llevar a cabo el intercambio de calor entre el vapor y el agua de enriamiento, por tanto todas las dimensiones de los demás elementos dependerán del tamao de *stos, los tubos van unidos a las placas tubulares, a las ca!as de agua y a las placas soporte. Se utilizan primordialmente tubos rectos si es de un solo paso el condensador o en orma de 5/6 si es de dos pasos. Los tubos pueden ser lisos o aletados dependiendo de si se enriarán con agua o aire. 4demás los tubos normalmente se encuentran colocados con una leve pendiente para avorecer el vaciado. El arreglo de los tubos está diseado con el in de tener la mayor área proyectada para la transerencia de calor, pero otro aspecto de suma importancia es el mantenimiento de los tubos, es decir procurar una limpieza interna y externa de los tubos actible. En la igura %.+% se puede visualizar el haz tubular acoplado a los bales y a las placas tubulares.
Figura 2. 12 Tubos, bafes y paca tubuar. 3!
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222.lotusmixers.com
Los tubos se colocan en arreglos cuadrados, triangulares o en cuadrado rotado $igura %.+1&, el "ue se usa más es el arreglo triangular $a 108& puesto "ue caben mayor número de tubos en una menor área, pero el arreglo cuadrado $a 908 y :8& orecen amplia venta!a para la limpieza, y ocasionan una menor ca#da de presi'n.
Figura 2. 13 "rrego de tubos. 3# •
Placa soporte
La placa soporte va en el interior del cuerpo y sirve para evitar lexi'n en los tubos, pues soportan el peso de los tubos y les ayuda a resistir la presi'n dinámica del vapor "ue llega a altas velocidades. •
Bafles, deflectores o mamparas.
Son placas "ue su unci'n es redirigir el luido caliente haci*ndole mas largo su recorrido y creando turbulencia. Se pueden instalar transversalmente o longitudinalmente. Si es longitudinalmente es cuando se re"uieren dos o más pasos por la carcasa, es por ello "ue se conocen como divisores de paso, en cada paso se contará con el mismo número de tubos independientemente del arreglo de los pasos. En el arreglo transversal se emplean para evitar pandeos en los tubos y evitar vibraciones, además se aumenta el coeiciente de transerencia de calor en la coraza puesto "ue las desviaciones del vapor inducen turbulencia. El arreglo en esta coniguraci'n puede tener muchas variantes, puede tener segmento simple o múltiple, pueden tener tubo o no en la ventana o pueden ser de disco y anillo $igura %.+:&.
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http)--222.thermoe"uipos.com.ve-pd-articulo<01.pd
Se recomienda "ue el espacio m#nimo entre delectores no sea menor de +- del diámetro interior de la carcasa y "ue el espacio de la ventana sea de +-% a +-: del diámetro interior de la carcasa si se trata de bales de segmento simple.
Figura 2. 1$ Tipos de defectores trans%ersaes. 3& •
Tirantes o pantallas de impacto
La pantalla de impacto está ormada por tubos macizos "ue protegen el haz tubular de gotas de agua o de lu!os no controlados, puede estar por encima del haz o pueden estar acoplados al cuello de la entrada del vapor $igura %.+&.
Figura 2. 15 'antaa de i(pacto. $0 19
=. Shah. >lassiication o heat exchangers. +9+
2.3.2 Cuello del condensador El cuello del condensador une la salida de la turbina con el cuerpo del condensador. En este paso se debe evitar la p*rdida de carga del vapor. ?eneralmente entre la salida y el cuello hay una !unta de expansi'n o bien pueden ir unidos directamente.
2.3.3 Pozo de condensado El pozo de condensado está ubicado en la parte inerior del cuerpo, sus dimensiones de ancho y de largo son las mismas "ue las del cuerpo, a"u# se recoge el vapor condensado.
2.3.4 Cajas de agua o cabezales Los cabezales se sitúan en los extremos de los haces tubulares. @ay dos tipos de cabezales, los anteriores "ue son i!os y los posteriores "ue pueden ser i!os o m'viles. Se escogen cabezales i!os si se preiere un ácil acceso a los tubos y se escogen m'viles por la necesidad de limpieza, empa"ues, atiga t*rmica, goteo y costo. Si el cabezal anterior se trata de un cabezal de entrada salida, debe llevar las conexiones necesarias para "ue el agua de enriamiento entre y salga por ah#, y un cabezal de retorno, en el "ue el agua de circulaci'n da la vuelta para volver por el extremo "ue entr', esto cuando el agua de enriamiento tiene % pasos por la coraza. Si el condensador es de un solo pas' tendrá un cabezal exclusivo de entrada y uno exclusivo de salida. Los cabezales se encuentran separados de la cámara de condensaci'n por las placas tubulares.
2.3. !o"ba centrífuga y eyector. Los gases no condensables están presentes disueltos en el vapor debido a iltraciones en la turbina, pero su presencia impide mantener la presi'n vacuom*trica necesaria para tener la mayor eiciencia de la turbina es por ello "ue deben ser retirados del condensador. El vac#o en el condensador se puede crear por medio de una bomba de vac#o o por un eyector. El eyector procura un vac#o elevado y puede manipular un gran volumen de gases, tiene un uncionamiento simple y un gran rendimiento. El eyector aprovecha la acci'n del vapor, el vapor se hace pasar por una tobera de orma convergente "ue eleva su velocidad, hay una cámara "ue está conectada al condensador por medio de tuber#as para extraer
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los
Aanesa Buriel >asado. Diseo y monta!e de un condensador de vapor do2n lo2n para una central t*rmica de ciclo combinado
no condensables, *stos se mezclan con el vapor y pasan por un tubo en orma divergente en el cual disminuye la velocidad y aumenta la presi'n, posteriormente el vapor se condensa en un pe"ueo condensador a presi'n atmos*rica y se expulsan los gases no condensables.
Figura 2. 16 )o(ba de %ac*o.$1
(or otra parte las bombas de vac#o $igura %.+3& actúan como compresor, pues comprimen los gases a una presi'n menor a la atmos*rica y son de cuatro tipos) de *mbolo, de tipo paletas, de desplazamiento rotativo positivo e hidrocentr#ugas. Las de tipo paletas poseen un rotor exc*ntrico respecto al e!e de la carcasa, el rotor se pone en marcha y el agua contenida en la bomba ormará una capa constante a lo largo de la circunerencia de la carcasa, pero debido a la excentricidad del rotor las paletas estarán sumergidas en agua o en contacto con el aire, aire proveniente del condensador es absorbido y cuando entra a las paletas "ue están inmersas al máximo en el agua, el aire se comprime a tal punto "ue puede ser descargado a la atmosera.
2.4 #ateriales. Los materiales son una parte undamental para garantizar el buen uncionamiento del e"uipo, as# como su vida útil, los materiales para la construcci'n van a depender de la calidad de agua de enriamiento y de la calidad de vapor "ue se va a condensar.
41 Turiel Casado, op. 3
2.4.1 Cuerpo$ cuello y cabezales. El cuerpo suele construirse en acero al carbono, debe llevar un sobreespesor de corrosi'n, la @EC recomienda ciertos materiales para la abricaci'n de cuello, cuerpo y cabezales. En la tabla %.+ se observan las especiicaciones recomendadas. Taba 2. 1 +eco(endaciones de E-.$2
#%T&'(%)
&*P&C(+(C
AST& A 3' AST& A AST& A AST& A AST& A AST& B AST& B AST& B
#lacas de acero al car$o%o
AST& A 3' #lacas de acero i%o(ida$le, )"*3" CuNi placa + o-as, "*1" CuNi placa + o-as, or/as estructurales, $arras + or-ados
AST& A
AST& A AST& A AS 1"!" a AST& A 03 AST& A AST& A 4 AST& A
Tu 2ierro
Es importante saber de "u* estarán hechos los demás elementos como la placa tubular, pues si no tienen una buena compatibilidad "u#mica, se tendrán "ue emplear t*cnicas como ánodos de sacriicio o recubrimientos "ue pueden ser pinturas epoxy. •
Placas tubulares y bafles.
El material de las placas tubulares y de los bales dependerá completamente del material "ue esten hechos los tubos, en la tabla %.% se observan algunas compatibilidades entre algunos materiales.
4! Turiel Casado, op. 4
Taba 2. 2 ateria para paca tubuar y bafes. $3 #%T&'(%) D&
Tita%io
Acero i%o(ida$le 6 Acero i%o(ida$le SA631)7
#%T&'(%) D& P)%C%
Acero al car$o%o de espesor a de4%ir e% u% estudio /ec5%ico co% u%a capa de 0 // de tita%io 6 Acero i%o(ida$le SA631'7 de espesor a de4%ir /edia%te Acero i%o(ida$le SA631)7 de espesor a de4%ir /edia%te
Dependiendo del material de la placa su construcci'n será ácil o di#cil, as# como el taladrado para el posterior ensamble de los tubos, pero no solo hay "ue considerar el costo del material, tambi*n el costo de su manuactura y la vida útil del material. •
Tubos
Los tubos de los condensadores generalmente van sin costura pero en algunos casos puede ser aceptable siempre y cuando cumplan con tres re"uisitos undamentales) resistencia mecánica, elevada transerencia de calor y alta resistencia a la corrosi'n, normalmente se usan aleaciones de cobre. /n parámetro importante para seleccionar el material de los tubos es considerar la procedencia del agua de enriamiento. Se usa lat'n ro!o $ >u, + n& o metal Funtz $30 >u, :0 n& :: para agua pura; se usa lat'n 4dmiralty : $70 >u, %9 n y + Sn& o cupron#"uel $70 >u y 10 Gi& para aguas impuras de r#os y agua salada respectivamente, pues el cupron#"uel es mucho más resistente a la corrosi'n. (ero tambi*n se pueden usar materiales como acero al carb'n, acero de ba!a aleaci'n, acero inoxidable, cobre, aluminio o titanio. Las dimensiones más comunes para utilizarse son tubos de H in y + in de diámetro exterior.
:1
Buriel >asado, op. cit. I. Severns. La producci'n de energ#a mediante el vapor de agua, el aire y los gases. : =icardo 4lonso. Bermodinámica y má"uinas t*rmicas, condensadores. ::
41
Las allas más comunes en los tubos son picaduras por eectos de la corrosi'n, allos en la soldadura entre tubos y placa tubular, erosi'n en los tubos a la entrada del vapor. •
Placa soporte
(ara las placas soporte el material más utilizado es el acero al carbono laminado, no suren altas presiones. El único re"uerimiento es "ue al momento de taladrarlas, se debe procurar una pendiente inal de los tubos de 1mm, esto para obtener una buena circulaci'n del agua y buen vaciado en caso de ser re"uerido.
2.4.2 Pozo de condensado. Están abricados normalmente de acero al carbono, no tiene ningún re"uerimiento especial pues no sure altas presiones, está en contacto con agua limpia y a ba!as temperaturas, normalmente se suelda cuando ya está en campo el condensador.
2.4.3 &nsucia"iento y "anteni"iento. El ensuciamiento se puede deber a diversos actores, unos pueden ser los dep'sitos de sales y sedimentos "ue presentan una ba!a conductividad t*rmica, otro puede ser la ormaci'n de escamas las cuales se dan por la cristalizaci'n de algún material y presentan un espesor considerable "ue evita la transerencia de calor y inalmente crecimiento biol'gico como algas, pero se da más en la zona de los tubos de agua de enriamiento por los microorganismos "ue puede contener el agua. El mantenimiento se puede dar por algunos "u#micos ácidos o disolventes, puede ser "ue solo se re"uiera de un lavado con chorro de agua o vapor a alta velocidad, se pueden emplear estas t*cnicas para el lado de los tubos y para el lado de la coraza.
DSE8O DE7 CONDENSADOR CA7CU7O DE7 AREA DE TRANS9ERENCA DE CA7OR *e calcular, el ,rea necesaria para la transferencia de calor e"pleando dos "-todos la diferencia de te"peratura "edia logarít"ica /0 y la efectiidad de la transferencia de calor / desarrollado por ays y )ondon en 156.
#&T7D7 0 *e co"enzar, el an,lisis por el "-todo 0 $ la "etodología general es la siguiente
Calcular y las te"peraturas de salida de a"bos 8uidos.
Calcular la diferencia de te"peratura "edia logarít"ica y obtener el factor de corrección y 9acer el ajuste en caso de ser necesario.
Calcular el coeficiente global de transferencia de calor.
Deter"inar
el ,rea a partir de la siguiente ecuación
: 0
D:%de; < <
coecie%te total de tra%sere%cia de calor
5rea re=uerida para la tra%sere%cia
E% este caso +a se cue%ta co% las te/peraturas de salida de a/$os >uidos + co% la re=uerida. 7a diere%cia /edia de te/peraturas se calcula co%sidera%do los >u-os e% co%tracorrie%te. Tci−Tff Tcf −Tfi
(¿) (Tci −Tff ) −(Tcf −Tfi ) ΔTML = ¿ ln
ΔTML
=
( 45.81−30 )−( 45.81−25.02 ) =18.18 º C 45.81−30 ) ln ( 45.81−25.02
D:%de; <
Te/peratura calie%te i%icial<40.1 ? C
<
Te/peratura r@a %al <3" ?C
<
Te/peratura calie%te %al <40.1 ? C
<
Te/peratura r@a i%icial
#ara el caso de %uestro co%de%sador al te%er solo u% paso por los tu$os el actor de correcci:% a usarse es 1 por ta%to %o se ace a-uste alu%o. c5lculo del coecie%te total de tra%sere%cia de calor Escriba aquí la ecuación . <1ℎ! 1ℎ
D:%de; <
di5/etro e(ter%o de los tu$os
<
di5/etro i%ter%o de los tu$os
ℎ< coecie%te co%ectio i%ter%o ℎ< coecie%te co%ectio e(ter%o < resiste%cia por
e%sucia/ie%to i%ter%o
< resiste%cia por e%sucia/ie%to e(ter%o
Se propo%e el uso de tu$er@as de F BGH !!