Condensadores

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Condensadores
El Ciclo Rankine
Para cerrar el ciclo y recuperar de 
forma más
eficiente la energía, se requiere 
enfriar el vapor ala salida de la 
turbina
¿Qué es Condensación?
Se denomina condensación al proceso físico que 
consiste en el paso de una sustancia en forma gaseosa 
a forma líquida. Es el proceso inverso a la ebullición.
Aunque el paso de gas a líquido depende, entre otros 
factores, de la presión y de la temperatura, 
generalmente se llama condensación al tránsito que se 
produce a presiones cercanas a la ambiental. Cuando se 
usa una presión elevada para forzar esta transición, el 
proceso se denomina licuefacción 
El condensador
Definición:
Intercambiador de calor que utiliza agua fría (de una corriente natural 
o enfriada en una torre de enfriamiento) para enfriar y condensar el 
vapor de escape de la turbina
Importante:
Trabajan a presión inferior a la atmosférica.
Para ello se requieren equipos auxiliares de 
vacío
El recuperar este vapor perdido, en un condensador 
reduce el reemplazo de agua que debe ser añadido al 
sistema de un 100%, cuando se libera a la atmósfera, 
a un 1 – 5%
Al usar un condensador, la presión a la salida puede 
ser disminuida, y la eficiencia puede duplicarse. Dicha 
ganancia vale el costo de los equipos adicionales que 
se requieren para disminuir la presión a la salida
¿Porque aprovechar esta energía?
El condensador
Superficie
Mezcla 
Tipos El agua fría circula por tubos y el vapor por el exterior 
de los tubos 
El diseño busca minimizar las pérdidas de carga 
debidas al paso del vapor 
Parte del vapor puede utilizarse para volver a calentar 
el condensado a la salida
Cuando, aparte de la turbina, el vapor tiene otros usos 
i.e Reponen la cantidad de agua necesaria 
Apropiados si hay abundante agua fría de buena calidad
Los costos de purificación o tratamiento de agua muy 
elevado 
La condensación puede mejorarse pulverizando el agua
Condensador de Mezcla 
El condensador barométrico es empleado como medio económico y confiable de 
condensar vapor o proveniente de evaporadores, cristalizadores al vacío, cocinadores, 
sistemas de vacío y muchos otros equipos. 
Los condensadores barométricos pueden ser de dos clases: de contracorriente tipo Spray, en el cual el vapor 
circula hacia arriba, en sentido contrario de agua y de corrientes paralelas, tipo spray, en el cual el vapor y el 
agua fluyen hacia abajo, en igual dirección. El primero requiere el mínimo caudal de agua posible y poca 
presión. El segundo necesita agua a presión y caudal más alto pero no requiere bomba de extracción de aire.
Entrada de agua
Salida de agua
Entrada de vapor
Salida de vapor
Spray
Entrada de 
vapor
Salida de agua
Entrada de agua
Algunos Comentarios
Se pueden obtener valores de vació del orden de 699 a 711 mmHg
referidos a la presión normal (760 mmhg).
Más baja la temperatura del agua de condensación, más baja 
temperatura de la mezcla, por lo tanto. Más elevado el vacío o 
presión absoluta en el condensador.
La característica saliente de los condensadores barométricos es que el 
agua de enfriamiento puede ser descargada por gravedad a través de 
la pierna, sin necesidad de una bomba.
Es un aparato de bajo costo, que no se inunda, fácil de instalar que 
requiere poco espacio y bajo mantenimiento.
Cuando el vapor se mezcla con agua cede alrededor de 556 kcal/kg y 
requiere de 100 a 50 litros para elevar la temperatura de 5 a 10 °C.
El condensador de mezcla
Ingreso del 
agua de 
refrigeración
Ingreso del 
vapor
Extracción de aire y 
fracciones no 
condensables
Salida del Condesado y 
del agua de 
refrigeración
De Mezcla
Con agua de enfriamiento a 
21 °C, el mejor vació suele 
ser de 711 mmHg con 
respecto a la presión normal.
En muchos casos se trabaja 
con vacíos mayores: 660 a 
686 mmHg
Foso
Distancia no 
menor a 10m
Condensador Evaporativo en 
operación. Planta EFE, Chacao. Aspersor
Condensador de Mezcla
Condensadores de Superficie
Se emplean cuando no se quiere que los vapores condensados 
entren en contacto con el circuito del agua de enfriamiento, con
el objeto de recuperarlos y evitar la contaminación del sistema 
de enfriamiento del agua.
Características:
Reducida caída de presión
Disposición de efectividad Máxima
Construcción Económica
Condensador de superficie
Water-Cooled Surface
Condenser Air-Cooled Surface
Condenser
Wet Cooling
Tower
Sistemas comunes
Los condensadores pueden ser de “Paso Simple” o de 
“Paso Doble”
Paso Simple (single pass):
Se usan en instalaciones 
de Ríos, Lagos, costas 
marítimas.
Paso Doble (two pass):
Mayor aumento de 
temperatura.
Requiere mayor 
superficie de 
transferencia de calor 
para el mismo 
desempeño.
Mas económico en una 
aplicación de torre de 
enfriamiento.
Usar mas de dos “pasadas”, resulta ser una operación no economica.
Partes de un Condensador
•Carcaza
•Tubos
•Placa de tubos
•Deflectores
•Cabezales o 
Cajas de Agua
•Boquillas
Los condensadores pueden ser de “presión simple” o de 
“presión dual”
Presión Dual:
Las características de aumento del 
flujo y de la temperatura se 
asemejan a aquellas del 
condensador de “doble paso”, con 
un rango mejorado.
Es mejor para aplicaciones de torres 
de enfriamiento, o en planta; en 
donde se excede la mayor 
temperatura del agua.
Mejores que los condensadores de 
“presión simple”, en aplicaciones 
con turbinas con los extremos del 
extractor sobre cargados.
Termodinámicamente, los condensadores de presión dual 
son superiores que los de presión simple, pero hay que 
tomar en cuenta factores económicos, a la hora de tomar 
una decisión de diseño. 
Materiales de los tubos
Serpentín
Agua dulce
Admiralty
Arsenical Copper
Type 304 Stainless Steel
Agua salada
Cupronickel.
Aluminum Brass.
Titanium.
Type 315 Stainless Steel.
Grosor de la Pared de los Tubos
Aleación de Cobre (Copper Alloy) 
18 BWG (19 en años recientes)
Acero Inoxidable (Stainless
Steel)
22 BWG
Cabezales (Waterbox)
Existen dos tipos de Cabezales:
Dividida
Separa el camino del agua fria a la 
entrada del condensador.
No-Dividida
Acero inoxidable (Stainless Steel)
Mas barato
Torres de enfriamiento, y aplicaciones con agua dulce
Hierro forjado (Cast Iron)
Aplicaciones con agua salada.
Agua 
caliente 
al 
reservori
o
Sistemas de vacío 
El eyector:
Bombas de vacío:
Extrae moléculas de gas de un volumen sellado, para 
crear un vacío parcial. La bomba de vacío fue 
inventada en 1650 por Otto von Guericke, estimulado 
por el trabajo de Galileo y Torricelli, usando los 
Hemisferios de Magdeburgo. 
Coeficiente de transferencia de 
calor global
Considerando la sección transversal del tubo del 
condensador, aquí representada, podemos expresar la taza 
de transferencia de calor de la siguiente manera:
oo
io
ii
ws
AhkL
rr
Ah
TTq 1
2
)/ln(1
++
−
−
=
π
insidei
El calor transferido:
=
outsideo =
)( ws TTUAq −=
El coeficiente Global
Combinando las 
ecuaciones (1) y (2), 
obtenemos lo siguiente:
oo
iioi
i
i
hA
A
kL
rrA
h
U
++
=
π2
)/ln(1
1
o
ioo
ii
o
o
hkL
rrA
hA
AU 1
2
)/ln(
1
++
=
π
Evidentemente, el coeficiente global de transferencia de 
calor, esta basado en el área interior o exterior del tubo 
del condensador. 
El “Heat Exchange Institute”, ha hecho varias pruebas con el 
fin de llegar a valores que representen los limites maximos 
de diseños globales, para distintas gravedades especificas, 
de “cooling water”, calores especificos y grados de salinidad.
Estas curvas están 
hechas con un 
condensador, con 
tubos de metal No.18 
BWG Admiralty, con 
70 F a la entrada, de 
agua circulante.
Las siguientes curvas se utilizan para el diseño de “condensadores de 
superficie”.
Para otros valores, que no sean 70 F, el coeficiente global de 
transferencia de calor debe multiplicarse por un factor de 
corrección representado a continuación:
Para condensadores con tubos de algún otro material, el 
coeficiente global debe ser multiplicado por su respectivo 
factor de corrección:Selección Económica de 
Condensadores
Costo del equipo
Costo de la potencia de bombeo recirculante
Costo de las estructuras de admisión y descarga
Costo de construcción
Costo de los equipos auxiliares
Algunas observaciones sobre 
tamaños de condensadores
A flujo de vapor constante, un condensador de UNA 
pasada requiere 50% más de agua que otro de DOBLE 
pasada
Tprom del agua recirculante aumenta aprox. 15ºF para 
doble pasada y 10ºF para pasada simple
Tasa de condensación: Pasada simple 10lb/hr por cada 
pie2. Doble pasada 8lb/hr por cada pie2
Por cada 1º de incremento en la Tin del agua, la 
superficie debe incrementarse 9%, manteniendo en 
resto de las condiciones constantes
Para disminuir la P en 0,1 inHg, los requerimientos de la 
superficie y agua recirculante deben incrementar en 9%, 
manteniendo el resto de las condiciones constantes
Un incremento de 0,1fps en la velocidad del agua, 
disminuye la superficie en un 0,85% y el agua recirculante 
debe incrementarse en 0,45%, manteniendo el resto de 
las condiciones constantes
Un incremento de 5% en el factor de limpieza, disminuirá
la superficie y los requerimientos de agua en 3,5%, 
manteniendo el resto de las condiciones constantes
Si se cuenta con suficiente agua recirculante, el 
condensador más económico es uno de pasada simple con 
el menor diámetro de tubería admisible. 
Pérdidas Hidráulicas
Afecta: costo inicial del equipo y costo de 
operación
Método ANALITICO cálculo computacional
Método GRAFICO Investigaciones del Heat 
Exchange Institute han resultado en gráficos 
para calcular las pérdidas por sectores.
Pérdida Hidráulica TOTAL = tubos + 
extremo de los tubos + entrada de la 
piscina + salida de la piscina
Pérdidas en pies de agua 
por unidad de longitud de 
tubo de condensador. 
Suposiciones: tubos 
limpios, tube gauge 18 
BWG, Tin agua = 70ºF. 
Para otras condiciones 
hacer corrección y utilizar 
Fig 9-5.
Método Gráfico
Fig 9-4: Hydraulic loss of
condenser tubes.
Pérdidas esperadas en la entrada y salida, de la piscina y los tubos.
Método Analítico
Pérdidas en Tubos = f (velocidad del agua por los tubos, diámetro 
exterior de tubos)
Pérdidas en Extremo de Tubos = f (velocidad del agua por los 
tubos, nº pasadas condensador)
Pérdidas en Tubos x Factor corrección por Tin agua
Pérdidas en Entrada y Salida del piscina = f (velocidad del agua a
través de las toberas) 
Condensadores de Presión Dual
Diseñado con carcasas separadas o con una carcasa 
simple dividida en dos compartimientos.
El agua fría de entrada produce una menor presión en 
el compartimiento “1”, que en el compartimiento “2”. El 
mismo agua pero más caliente pasa por el 2do 
compartimiento. 
Resultado: presión promedio menor comparada con la 
de un condensador de presión simple, con la misma 
área de transferencia de calor y mismo flujo de agua. 
Funciona porque transmite calor desde el vapor al agua 
recirculante, con una diferencia de temperatura más 
uniforme.
Diseño de condensadores
Ts (saturación)
T1
T2
T
x
TTD
ó
DTf
ITD
ó
DTi
ΔTm= ???
q = C.U.A.(ΔTm)
q
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
=Δ
f
i
if
m
DT
DT
DTDT
T
ln
⎟
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
−
−
−
−
=Δ
1
12
12
1
1ln
TT
TT
TTT
s
m
Conclusión: =Δ mT f ( - incremento de temperatura
- diferencia de temperatura inicial )
friofluidoVTTq .
.
12
.
)..(500 −=
fluido
pasadasfriofluido
tubos vg
NV
N
.
..
.
=
mLNA tubostotal ..=
[ Btu / hr ]
[ °F ]
[ gpm ]
Velocidad del fluido
circulante [ ft / s ]
gpm por tubo a 1 ft/s 
Pie cuadrado por cada
pie lineal de tubo
Longitud de los tubos
hr
Btuq 6
.
10.1000=
FT °= 601
FT °= 802
seg
ftv fluido 0,8=
FTTs °=−=− 72,316072,911
inHgPsat 5,1=
Datos de los tubos:
1 in
OD-22 BWG
Acero inoxidable 304
⎟
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
−
−−
−
=Δ
1
12
12
1
1ln
TT
TT
TTT
s
m FTm °=
⎟
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
−
=Δ 08,20
72,31
201
1ln
20
FTT °=− 2012
740
2..
8,53779,092,0740
ftFhr
BtuUo °
=⋅⋅=
2..
8,53779,092,0740
ftFhr
BtuUo °
=⋅⋅=
2..
8,53779,092,0740
ftFhr
BtuUo °
=⋅⋅=
q = C.U0.A.(ΔTm)
friofluidoVTTq .
.
12
.
)..(500 −= gpmV friofluido 000.100
20500
101000 6
. =
⋅
⋅
=
fluido
pasadasfriofluido
tubos vg
NV
N
.
..=
mLNA tubostotal ..=
456.11
0,8182,2
2000.100
=
⋅
⋅
=tubosN
ftL 88,30=
2
6
600.92
08,208,537
101000 ftA =
⋅
⋅
=
2618,0456.11
600.92
⋅
=L
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