Funcionamiento del dispositivo
Un condensador es un
intercambiador térmico, en cual se pretende que el fluido que lo recorre cambie
a fase líquida desde su fase gaseosa mediante el intercambio de calor (cesión
de calor al exterior, que se pierde sin posibilidad de aprovechamiento) con
otro medio. La condensación se puede producir bien utilizando aire mediante el
uso de un ventilador (aerocondensadores) o con agua (esta última suele ser en
circuito semicerrado con torre de refrigeración, o en circuito abierto
proveniente de un río o del mar). El tipo de condensador más empleado en
centrales termoeléctricas es el que utiliza agua como fluido refrigerante, que
además utiliza un circuito semiabierto
de refrigeración con una torre evaporativa como sumidero del calor latente de
vaporización. Los aerocondensadores se utilizan cuando no se dispone de agua
suficiente para alimentar una torre evaporativa. Aunque son más caros y
provocan en el ciclo agua-vapor una pérdida de rendimiento, se utilizan cuando
no existe otra posibilidad para condensar el vapor.
El propósito del condensador
termodinámico es pues provocar el cambio de estado del vapor a la salida de la
turbina para así obtener máxima eficiencia e igualmente obtener el vapor
condensado en forma de agua pura de regreso al tren de generación de vapor.
Las razones para condensar
el vapor son tres:
-
Se aprovecha el vapor a la salida de la
turbina, cerrando el ciclo del agua
-
Se reduce la presión a la salida, incluso por
debajo de la atmosférica, con lo que el salto de presión es mayor y por lo
tanto el rendimiento y la potencia de la turbina aumentan
-
El posterior aumento de presión del fluido
puede realizarse en una bomba hidráulica, con un consumo energético menor que
si se realiza en una caldera o en un compresor
El condensador debe cumplir
las siguientes funciones:
⇒
Recuperar como agua de condensación, el vapor que sale de la turbina. Puesto
que esta transformación es un cambio de estado a presión y temperatura
constante, el calor intercambiado, es el calor latente de vaporización.
⇒
Aumentar el área del ciclo funcional mejorando el rendimiento, al provocar que
el vapor se expanda hasta un valor de presión inferior a la atmosférica, con lo
que se aumenta el salto entálpico de la turbina y así alcanzar la misma
potencia con menor cantidad de vapor.
⇒
Extraer los gases no condensables.
⇒
Formar conjuntamente con el desgasificador y el domo de la caldera, una reserva
de agua capaz de enfrentar variaciones bruscas de carga.
Diagrama esquemático, partes del evaporador y tipos
Diagramas de condensadores
Diagrama esquemático
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 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.
·
Cajas de agua. Colector a la entrada y a la salida del agua de refrigeración (agua
de circulación) con el objeto de que ésta se reparta de forma uniforme por
todos los tubos de intercambio.
·
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.
·
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.
·
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.
·
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 eyector 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.
Los condensadores se pueden
clasificar de la siguiente manera.
- Condensador de mezcla
Este tipo de condensador
está conformado por un recipiente en el cual el gasto de vapor se condensa al
enfrentar un gasto de agua en forma de lluvia. Para poder utilizar un
condensador de este tipo es necesario contar con agua de enfriamiento de las
mismas características del agua que está circulando por el ciclo. Para las
mismas condiciones de operación, la presión que reina en el condensador de
mezcla es superior a la que reina en el condensador de superficie enfriado por
agua.
- Condensador de superficie
En el condensador más
utilizado en los ciclos térmicos de todo tamaño. Dentro de este tipo se
distinguen dos diferentes.
1. Condensador
de superficie enfriado por aire: En casos muy excepcionales
donde no exista una fuente para la provisión de agua en el lugar, se puede
utilizar el condensador enfriado por aire. De tal modo la única cantidad de
agua que necesita el ciclo térmico, es el agua de reposición, debido a las
fugas a través de juntas, válvulas, purgas de caldera, etc. Un condensador de
estas características requiere un espacio voluminosa mayor, ubicándose
generalmente en la posición más alta de la construcción.
2. Condensador
de superficie enfriado por agua: Son los condensadores más
utilizados para pequeña, mediana y gran potencia de las instalaciones
termoeléctricas. En este condensador el agua de enfriamiento es separada del
vapor por medio de una superficie metálica, a través de la cual se producen
intercambio de calor.
Propiedades de estado de entrada y salida
Consideraciones
- El trabajo es despreciable.
- Utilizamos el calor para relacionar ambos fluidos.
- La energía potencial es despreciable.
- La energía cinética si no nos hablan del diámetro de las tuberías es cero, si este dato es dado la energía cinética tendrá un valor diferente de cero.
Propiedades de entrada
- El fluido al entrar por eb esta en estado de vapor o mezcla saturada.
- La temperatura en la entrada a (ea) es menor a la temperatura en la entrada b (eb).
Propiedades de salida
- El fluido al salir por sb esta en el estado de líquido saturado.
- La temperatura de salida a es menor que la temperatura de salida b.
- La presión en la salida a es igual a la presión de entrada a.
- La presión en la salida b es igual a la presión de entrada b.
Relaciones entre las propiedades de entrada y salida
Ecuación de continuidad de un
condensador
Primera
ley de la termodinámica para un condensador
Video explicativo del funcionamiento del dispositivo
Links
- Mantenimiento, diseño, instalación y características de condensadores centrífugos y axiales: http://www.btu.es/catalogo/ES/Condensadores_centrifugos/pdf/datasheet.pdf
- Mantenimiento condensadores: http://todoproductividad.blogspot.com/2012/01/mejorando-las-tecnicas-de-mantenimiento.html
