INDICE

INTRODUCCIN2

I. OBJEIVOS..3

II. FUNDAMENTO TERICO.4

2.1. Condensadores...42.2. Funcin de los Condensadores.42.3. Partes de un Condensador.52.4. Tipos de Condensadores8

III. CONDENSADOR BAROMETRICO.14

3.1. Definicin y funcionamiento.143.2. Estructura de un condensador baromtrico..163.3. Balance de masa y energa en un condensador baromtrico..183.4. Diseo del equipo..193.4.1. Seleccin de variables.203.4.2. Diseo metodolgico213.4.3. Descripcin de variables233.4.4. Tcnica de recoleccin y procesamiento de datos..243.4.5. Procesamiento y tabulacin de datos..253.4.6. Dimensiones..283.4.6.1Diseo del cuerpo del condensador..293.5. Determinacin de la eficiencia terica del equipo..36IV. CONCLUSIONES.38IV. BIBLIOGRAFIA43

INTRODUCCION

Es sabido, que cuando se disminuye la temperatura de un vapor hasta la temperatura de saturacin a una presin especfica, se produce la condensacin.Elcondensador termodinmicoes utilizado muchas veces en la industria de larefrigeracin, elaire acondicionadoo en la industria naval y en la produccin de energa elctrica, encentrales trmicasonucleares.Adopta diferentes formas segn el fluido y el medio. En el caso de un sistema fluido/aire, est compuesto por un tubo de dimetro constante que curva 180 cada cierta longitud y unas lminas, generalmente de aluminio, entre las que circula el aire.Un condensador es uncambiador decalor latenteque convierte el vapor de su estado gaseoso a su estado lquido, tambin conocido como fase de transicin.El propsito es condensar la salida (o extractor) de vapor de laturbina de vaporpara as obtener mxima eficiencia e igualmente obtener el vapor condensado en forma de agua pura de regreso a lacaldera. Condensando el vapor del extractor de laturbina de vapor, la presin del extractor es reducida arriba de lapresin atmosfricahasta debajo de lapresin atmosfrica, incrementando la cada de presin del vapor entre la entrada y la salida de laturbina de vapor. Esta reduccin de la presin en el extractor de laturbina de vapor, genera ms calor por unidad de masa de vapor entregado a laturbina de vapor, por conversin de poder mecnico.

I. OBJETIVOS:

1.1. OBJETIVO PRINCIPAL:

La finalidad principal de este tema es disear un condensador baromtrico.

1.2. OBJETIVOS SECUNDARIOS:

Describir los tipos bsicos de condensadores, indicando sus aplicaciones y usos principales y los criterios de seleccin. Exponer el mtodo de clculo en un condensador, identificando la superficie de intercambio, dimensiones y configuraciones. Explicar el proceso que se lleva a cabo internamente en un condensador, para poder entender el funcionamiento del mismo. Conocer las condiciones y variables de operacin que requiere un condensador para un correcto funcionamiento. Determinar de los clculos del balance energtico del condensador.

II. FUNDAMENTO TEORICO

2.1. CONDENSADORES:

Los condensadores de vapor son aparatos en los cuales se condensa el vapor de escape procedente de mquinas y turbinas, y de donde el aire y otros gases no condensables son evacuados en forma continua. Dos son las ventajas que pueden considerarse empleando condensadores en las mquinas y turbinas de vapor:a) Disminucin de la presin de escape, con el consiguiente aumento de energa utilizable.b) Recuperacin del condensado para utilizarlo como agua de alimentacin para las calderas.

En la mayora de las centrales productoras de vapor la recuperacin del condensado es muy importante, constituyendo una necesidad en la mayora de las aplicaciones martimas. El agua de alimentacin de las calderas tomadas de lagos, ros o mares, debe vaporizarse o tratarse apropiadamente antes de introducirla en los generadores de vapor. Con la tendencia a hacer trabajar las calderas a presiones y temperaturas cada vez ms elevadas, ha aumentado la necesidad de trabajar con aguas de alimentacin puras, dando como resultado que la mayora de los condensadores instalados sean del tipo de superficie, los cuales permiten recuperar el condensado.

2.2. FUNCIN DE LOS CONDENSADORES:La funcin principal del condensador es ser elfoco froo sumidero de calor dentro del ciclo termodinmico del grupo trmico. Por tanto, su misin principal es condensar el vapor que proviene del escape de laturbina de vaporen condiciones prximas a lasaturaciny evacuar el calor de condensacin (calor latente) al exterior mediante un fluido de intercambio (aire o agua).En el caso de unamquina frigorfica, el condensador tiene por objetivo la disipacin del calor absorbido en el evaporador y de la energa delcompresor.

Adems, el condensador recibe los siguientes flujos: Las purgas de los calentadores y otros elementos, que una vez enfriadas son incorporadas alcircuito de condensado. El aire que procede de entradas furtivas en los diversos elementos del ciclo agua-vapor, a travs de los cierres de laturbina de vaporo con el agua de reposicin al ciclo. ste debe ser extrado y enviado al exterior medianteeyectoresobombas de vaco. El vapor procedente del escape de la turbo-bomba deagua de alimentacinsi la hay en la instalacin. El vapor de los by-passes deturbina de vapor, que en determinados modos de operacin transitorios (arranques, paradas, disparos, cambios bruscos de carga) conducen directamente al condensador todo el vapor generador en lacalderauna vez atemperado. El agua de aportacin al ciclo para reponer las purgas, fundamentalmente la purga contina. Esta agua es desmineralizada y proviene del tanque de reserva de condensado.

Las condiciones en el interior del condensador son desaturacin, es decir, est a la presin de saturacin correspondiente a la temperatura de condensacin del vapor. Esta presin es siempre inferior a la atmosfrica, es decir, se puede hablar de vaco.

2.3. PARTES DE UN CONDENSADORLas partes ms significativas de un condensador son: Cuello. Es el elemento de unin con el escape de laturbina de vapor. Tiene una parte ms estrecha que se une al escape de laturbina de vaporbien directamente mediante soldadura o bien a travs de una junta de expansin metlica o de goma que absorbe los esfuerzos originados por las dilataciones y el empuje de lapresin atmosfrica exterior. La parte ms ancha va soldada a la carcasa del condensador.

Carcasa o cuerpo. Es la parte ms 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 delagua de refrigeracin(agua de circulacin) con el objeto de que sta se reparta de forma uniforme por todos los tubos de intercambio. Suelen ser de acero al carbono con un recubrimiento de proteccin contra lacorrosinque vara desde la pintura tipoepoxy(para el agua de ro) hasta el engomado (para el agua de mar). Suelen ir atornillados al cuerpo del condensador.

Tubos. Son los elementos de intercambio trmico entre el agua y el vapor. Su disposicin es perpendicular al eje de la turbina. Suelen ser de acero inoxidable (agua de ro) y titanio (agua de mar).

Placas de tubos. Son dos placas perforadas que soportan los dos extremos de los tubos. Constituyen la pared de separacin fsica 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 refrigeracin es agua de mar. La estanqueidad entre los extremos de los tubos y las placas de tubos se consigue mediante el aborcardado 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 misin es alinear y soportar los tubos, as como impedir que stos vibren debido a su gran longitud. Su nmero depende de la longitud de los tubos. Suelen ser de acero al carbono.

Pozo caliente. Depsito situado en la parte inferior del cuerpo que recoge y acumula el agua que resulta de la condensacin del vapor. Tiene una cierta capacidad de reserva y contribuye al control de niveles del ciclo. De este depsito aspiran la bombas de extraccin de condensado.

Zona de enfriamiento de aire. Zona situada en el interior de los paquetes de tubos, protegida de la circulacin 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 extraccin de aire puede ser sacado al exterior.

Sistema de extraccin de aire. Dispositivos basados eneyectorque emplean vapor como fluido motriz o bombas de vaco de anillo lquido. Su misin, en ambos casos, es succionar y extraer el aire del interior del condensador para mantener el vaco. Estos dispositivos aspiran de la zona de enfriamiento de aire.

2.4. TIPOS DE CONDENSADORES:

2.4.1. CONDENSADOR DE AIRELos condensadores que tienen como medio enfriador el aire ambiente pueden ser estticos o de tiro forzado: Estticos: Suelen ser de tubo liso, como la velocidad del aire es lenta se acumula mucha suciedad. Suelen ser bastante largos y se usa slo en el entorno domstico. Tiro forzado: Utilizan ventiladores para aumentar la velocidad del aire, por lo tanto reducimos superficie de tubo. Exteriormente es bastante parecido a un evaporador.

2.4.2. CONDENSADOR DE AGUASon aquellos que usan el agua como medio condensable. Para asegurar un buen funcionamiento y limitar el consumo de agua, las temperaturas idneas del agua a la salida del condensador con respecto a la temperatura de entrada han de ser: Temperatura de entrada hasta 15C, la salida ha de ser 10C ms que la entrada. Temperatura de entrada a partir de 16C, la salida ha de ser 9C ms que la entrada. Temperatura de entrada a partir de 21C, la salida ha de ser 8C ms que la entrada. Se deben instalar torres de recuperacin de agua a partir de las siguientes potencias frigorficas: En sistemas de refrigeracin, a partir de 18.000frg/h. En aire acondicionado, a partir de 6.000frg/h. Estas torres de recuperacin deben de recuperar hasta el 75 % del agua.

2.4.3. CONDENSADOR DE MEZCLA:Sistemas que condensan vapor mediante contacto directo que permite una condensacin eficiente del vapor y enfriamiento de los gases no condensados

a) CONDENSADORES DE SUPERFICIE En los condensadores de superficie se puede recuperar el condensado porque no se mezcla con el agua de refrigeracin. El vapor que hay que condensar normalmente circula por fuera de los tubos (fig. 1), mientras que el agua de enfriamiento o circulante pasa por el interior de los mismos. Esto se hace porque el vapor limpio no ensucia la superficie externa de los tubos, la cual es difcil de limpiar. El agua de refrigeracin, frecuentemente est sucia y deja sedimento en el interior de los tubos. El mtodo usual de limpiarlos consiste en desmontar las tapas del condensador y hacer pasar por dentro de los tubos cepillos de alambre movidos por un motor elctrico. Esta tarea no es tan sencilla como puede parecer, porque un condensador puede tener de mil a once m in tubos.

b) CONDENSADORES DE CHORRO, DE NIVEL BAJO En la figura aparece un condensador de chorros mltiples, de nivel bajo. El condensador consiste en una cmara cilndrica cerrada, en cuya parte superior hay una caja de boquillas de agua, la cual va acoplada a un tubo en forma de Venturi, cuyo extremo inferior se halla sumergido en el agua. El agua inyectada pasa por las boquillas por la presin de la bomba y por el vaci existente. Los chorros estn dirigidos a la garganta del tubo en donde se renen para formar un solo chorro. El vapor de escape en el condensador por la par te superior se pone en contacto directo con los chorros de agua convergentes, y se condensa. Por el efecto combinado de la presin de agua externa, el vaco existente dentro del condensador, y la accin de la gravedad, los chorros de agua alcanzan una velocidad suficiente para arrastrar el vapor condensado, el aire y los gases no condensables, y para descargarlos en el pozo caliente venciendo la presin atmosfrica. Los chorros de agua crean el vaco al condensar el vapor, y lo mantienen al arrastrar y evacuar el aire y los gases no condensables. De esta forma no se requiere bomba alguna para evacuar el aire y el agua. La unin que aparece en la figura entre la turbina y el condensador consiste en un tubo de cobre ondulado con bridas de hierro colado. Esta unin permite las dilataciones y contracciones producidas por las variaciones de temperatura.

El condensador eyector requiere ms agua que cualquier otro tipo de condensador de chorro, pero la ausencia de bombas de vaco compensa esta desventaja. Los condensadores de chorros mltiples pueden mantener un vaco del orden de 737 mm con respecto a una presin baromtrica de 762 mm, con agua de refrigeracin a 15,6r C; este tipo de condensador es apropiado para turbinas de una potencia hasta 10 000 kW. En los condensadores de chorro, de nivel bajo, la cmara de condensacin se halla a poca altura, el agua se saca mediante una bomba, y su altura total es lo suficientemente baja para poderlos instalar debajo de la turbina o mquina de vapor. Los condensadores de tipo baromtrico se colocan a un nivel suficientemente elevado (del orden de 12 m), sobre el punto por donde se descarga el agua, para que sta pueda salir por s sola por la accin de la gravedad a travs de un tubo con cierre hidrulico o columna baromtrica. La figura 8 representa una vista y una seccin de un condensador de chorro, de nivel bajo. La bomba del vaco-hmedo evacua el condensado, el aire arrastrado y los otros gases no condensables. El condensado lquido ayuda a hacer la junta delos anillos del mbolo y disminuye las fugas, no necesitndose ningn eyector de aire independiente.

c) CONDENSADORES BAROMTRICOS

La figura representa la seccin de un condensador baromtrico (de contacto directo), a contracorriente, en el cual se emplea el sistema de discos para distribuir el agua. En el condensador ilustrado el agua de refrigeracin entra por un punto situado por encima de la entrada del vapor, y el agua va cayendo de disco en disco, tal como aparece en la figura. El aire contenido es evacuado por medio de un eyector de aire, de chorro de vapor con dos escalonamientos y un refrigerador intermedio. El vapor a alta presin al expansionarse a travs de las toberas a una elevada velocidad, arrastra el aire y los gases no condensables; la energa cintica de esta elevada velocidad se transforma en presin en la garganta del tubo combinado, comprimiendo e impidiendo hacia el exterior la mezcla a ire-vapor.El agua caliente resultante del proceso de condensacin cae en el fondo del condensador y, a continuacin, en el tubo de salida, mientras que el aire es enfriado en la parte superior del aparato, quedando a una temperatura prxima a la del aguade entrada. De esta manera el eyector de aire trabaja con gases fros, que contienen poco vapor y prcticamente nada de agua. La parte inferior del tubo de salida (de unos 10,7 m de longitud) est sumergida en el pozo caliente. Como quiera que la presin atmosfrica pueda soportar una columna de agua de 10,36 m de altura, el tubo de salida constituye una bomba de evacuacin automtica, y el agua sale de dicho tubo tan rpidamente como se va acumulando en el mismo. En los condensadores baromtricos y de nivel bajo es normal elevar el aguade la fuente de alimentacin a la altura necesaria para la inyeccin, mediante el vaco que existe dentro del condensador. La altura mxima a que por este procedimiento puede elevarse el agua es de unos 5,49 m con un vaco de 712 mm con respecto a una presin baromtrica de 762 mm. Cuando resulta necesario se emplea una bomba para ayudar a elevar el agua a la altura requerida por el condensador. Los condensadores baromtricos son de construccin simple, sin rganos mviles, ni toberas, ni orificios estrangulados que pueden taparse y no necesitan vlvulas de comunicacin con la atmsfera.

2.4.4. CONDENSADORES EVAPORTIVOS:Est formado por un serpentn por el cual circula el refrigerante, este es mojado por unas duchas de agua de manera que al hacer circular una corriente de aire el agua que moja los tubos se evapora extrayendo calor. Tiene un rendimiento muy buenoEl condensador evaporativos es uno de los medios ms modernos y ampliamente utilizados en la industria, en plantas de proceso, para ahorrar energa en su operacin. Este tipo de condensador es una combinacin de condensador y torre de enfriamiento.

III. CONDENSADOR BAROMETRICO

3.1. Definicin y funcionamientoEl condensador baromtrico es un equipo de alta confiabilidad para condensar el vapor proveniente de los evaporadores de mltiple efecto y producir vaco en el sistema. Es un condensador de contacto directo en el que el agua es rociada como spray y el vapor puede fluir en paralelo o en contracorriente.Una de las principales ventajas del condensador baromtrico es que el agua de inyeccin se puede descargar a travs de una pierna por gravedad, sin requerir una bomba de vaco. Adems que en el condensador baromtrico no hay piezas mviles, por lo que el costo de mantenimiento es bajo; requiere poco espacio y es fcil de instalar. En un condensador baromtrico a contracorriente, el vapor de escape entra al condensador por la parte inferior se pone en contacto directo con los chorros de agua y se condensa; los chorros de agua alcanzan una velocidad suficiente para arrastrar el vapor condensado, no as el aire y los gases no condensables. No se requiere bomba alguna para evacuar el agua, ya que esta fluye por gravedad..Estos condensadores son apropiados en lugares en los que hay abundante agua fra de buena calidad (arroyos de montaa). La condensacin puede mejorarse automatizando el agua fra.A continuacin se presentan los esquemas de los condensadores de contacto directo a contracorriente ms comunes.Condensadores baromtricos tipo spray

Condensador baromtrico de bandeja

En los condensadores baromtricos en contracorriente, el vapor del jugo entra al condensador cerca de la parte inferior, se eleva a travs de la corriente de agua que cae y se condensa conforme se aproxima a la salida inferior. Los gases no condensables se acumulan en la parte superior. El condensador cuenta con dispositivos para la remocin de estos gases no condensables que entran con el vapor o con el agua. La rpida reduccin del volumen del vapor que se transforma en agua produce vaco, y bombeando el agua de la parte baja del condensador, tan pronto como se va formando, se podra mantener el vaco as creado.En un condensador baromtrico de flujo contracorriente, el vapor de jugo entra al condensador por la parte inferior, fluye hacia a arriba y se condensa a medida que cede su calor latente al agua de condensacin. El agua de condensacin fluye hacia abajo a una velocidad controlada mientras que los gases no condensables con extrados en la parte superior del equipo.En la pierna baromtrica entra la mezcla resultante de la condensacin a vaco lquida y se descarga al pozo de agua caliente. Esto har que la columna del lquido en la pierna baromtrica descienda automticamente manteniendo la diferencia hidrosttica entre el vaco de operacin y la presin atmosfrica. Por lo tanto el condensador necesita una pierna baromtrica para remover el agua sin perder el vaco, manteniendo una carga hidrosttica.Si no hay aire o gases no condensables presentes en el vapor que llega al condensador, solamente sera necesario condensar el vapor y extraer el condensado, con el objeto de crear y mantener el vaco. Sin embargo, como es prcticamente imposible evitar la entrada de aire y otros gases no condensables al interior del condensador, fue necesario hacer uso de una bomba de vaco o un eyector para mantener el vaco en el interior del condensador.

La funcin primaria del condensador puede ser considerada, por lo tanto, como la de producir y mantener una baja presin para permitir la evacuacin.La condensacin del vapor evacuado de un evaporador puede llevarse a cabo en una u otra de las siguientes formas:

1) Por medio de automatizacin de agua relativamente fra en una cmara, a la cual se enva el vapor de evacuacin del evaporador (condensador de mezcla).2) Haciendo fluir el vapor de evacuacin sobre un cierto nmero de tubos de metal enfriados interiormente por una corriente relativamente fra de agua de circulacin (intercambiador del tipo indirecto o de superficie).

En ambos casos:

a) La cmara del condensador debe ser cerrada, para evitar la prdida del vaco debido a las entradas de aire.b) El vapor condensado o agua debe ser extrado en forma continua, para permitir un flujo constante de vapor de evacuacin dentro de la cmara de condensacin.c) Se debe agregar los dispositivos que permitan la extraccin del aire y otros gases no condensables que podran entrar en el condensador, ya sea debido a pequeas fugas, o con el vapor. Esto es necesario con el objeto de mantener el vaco.

3.2. Estructura de un condensador baromtrico

A continuacin se presenta un esquema de un condensador baromtrico de tipo spray de bandeja simple con flujo en contracorriente. Los vapores ingresan al equipo por A, luego van ascendiendo a medida que se van enfriando y condensando por el contacto con el agua fra. El agua fra ingresa al condensador por C y luego cae por los platos. El conducto B est conectado a una bomba de vaco y es por donde salen los gases no condensables.

Estructura de un condensador baromtrico en contracorriente

El conducto D son salidas que permiten evacuar el agua de refrigeracin junto con los productos condensables, adems de servir como un sello para mantener el vaco en el interior del condensador baromtrico. Este conducto es lo que anteriormente se mencion como pierna baromtrica. La longitud de la misma puede variar, segn la localizacin geogrfica y la presin de vaco a la que se desee llegar. Generalmente se desea un vaco casi perfecto.La seccin F del esquema sealado en la figura 3 representa la bandeja perforada. Esta bandeja permite distribuir el agua de condensacin uniformemente por el cuerpo del condensador. Cuenta con un agujero central, con agujeros perifricos y con un labio de desbordamiento. Los agujeros perifricos permiten regular la velocidad a la que fluye el 80% del agua de condensacin. Mientras que el labio de desbordamiento permite que el agua moje las paredes del cuerpo del condensador.El diseo de los condensadores baromtricos puede variar, mas no significativamente; la estructura presentada no es la estructura ms comn que se utiliza en las industrias actualmente, sin embargo, este diseo representa altas eficiencias y bajos costos de inversin inicial y de mantenimiento.Las principales diferencias entre los distintos condensadores baromtricos consisten en el sistema de distribucin de agua a travs del cuerpo del condensador. En el diseo mostrado en la figura 3, el agua forma cortinas al tiempo que fluye por las distintas bandejas, generando as un tiempo de contacto adecuado entre ambas fases.

3.3. Balance de masa y energa en un condensador baromtricoTodos los productos que entran en una operacin salen como productos y como residuos. Un balance de masa se define como la verificacin de la igualdad cuantitativa de masa que debe existir entre los insumos de entrada y los productos y residuos de salida.El balance de masa usualmente se realiza utilizando unidades de peso, ya que la magnitud de los volmenes cambia con la temperatura. El balance de masa es aplicable a cualquier proceso y a cualquier operacin unitaria a travs de la siguiente ecuacin genrica:

En el caso especfico del condensador baromtrico la masa total de vapor y agua de enfriamiento entrante debe ser igual a la sumatoria de las salidas del condensador. Entre las salidas se tiene la mezcla del condensado con agua y los gases no condensables.Los gases no condensables entran al condensador como fracciones en el vapor y agua de alimentacin, por lo que estas fracciones deben ser tomadas en cuenta para realizar el balance de masa del equipo.La masa residente inicial y final para el condensador baromtrico analizado deben ser consideradas como cero. Pero es importante tomar en cuenta que las velocidades de alimentacin y de evacuacin no son las mismas.El balance de energa se puede realizar utilizando el mismo mtodo que en el balance de masa en cada operacin unitaria o en los procesos en donde intervenga energa. Se puede realizar un balance adecuado de la energa trmica por medio de las relaciones que indica el siguiente cuadro:

En el condensador baromtrico el balance de energa, balance entlpico, se debe dar entre la entalpa inicial tanto del agua como del vapor de alimentacin y la entalpa resultante de la mezcla. La entalpa de salida de los gases no condensables puede ser despreciada.

El balance de energa en un condensador baromtrico puede calcularse cuantificando las energas que entran y salen de l. La energa que entra est formada por: Energa cintica del vapor entrante. Entalpa del vapor entrante. Energa cintica del agua entrante. Entalpa del agua entrante. Energa potencial del agua entrante.

La energa que sale est formada por: Energa cintica de la mezcla a la salida del condensador. Entalpa de la mezcla. Energa potencial de la mezcla.

Sin embargo, considerando un condensador real, las energas cintica de entrada y salida del agua de circulacin son pequeas y se puede considerar que se anulan una con otra, las energas cintica de entrada del vapor y salida de condensado as como las energa potenciales pueden despreciarse. De esta manera, las energas resultantes para el balance de energa dentro del condensador son: Entalpa de entrada del vapor y agua de enfriamiento. Entalpa de salida de la mezcla.

3.4. Diseo del equipoUno de los condensadores ms eficientes utilizados en la actualidad para la condensacin en el proceso de produccin de azcar es el condensador baromtrico de bandeja simple tipo spray. Este condensador presenta una gran rea de contacto y permite controlar el tiempo de contacto por medio de sus diversas perforaciones circundantes y el rea de desbordamiento. Adems, al slo poseer una bandeja, representa menores costos de inversin y de mantenimiento que el condensador baromtrico de bandejas mltiples.Una de las partes ms complejas para el diseo del condensador baromtrico tipo spray de bandeja simple es precisamente el diseo de la bandeja.3.4.1. Seleccin de materialesLa corrosin es la causa principal del deterioro de los equipos de la Industria qumica. La mayora de destrucciones pueden prevenirse escogiendo adecuadamente los materiales dentro de la gama muy amplia que dispone el ingeniero. Entre ellos se encuentran una gran variedad de metales, plsticos, materiales cermicos y pinturas.En las plantas que operan en continuo, las prdidas en produccin debido a deterioros por corrosin son tan costosas que justifican los materiales ms costosos. En instalaciones ms sencillas, puede ser ms econmico seleccionar materiales de menor costo y programar limpiezas frecuentes de los equipos para prevenir la corrosin.Para la seleccin del material a utilizar en los distintos equipos dentro de una planta es necesario tomar en cuenta los siguientes factores: Tamao de planta Condiciones de trabajo Tipo de corrosin Adecuada informacin de los materiales que se puedan escoger Caractersticas frente a la corrosin Cuestiones econmicas

Para asegurar la solucin ms econmica en problemas de corrosin, es necesario estudiar el tipo de corrosin que tiene lugar y conocer las condiciones a las que opera el equipo, tanto las normales como los posibles casos circunstanciales; como en paradas o puestas en marcha.No suele ser interesante econmicamente disear una planta que est totalmente libre de corrosin. Velocidades de 0,1 mm/ao y hasta 6 mm/ao suelen ser tolerables, dependiendo del costo de los materiales alternativos; y del grado de contaminacin que puede aceptarse. En caso de temperaturas muy elevadas, es necesario utilizar el tefln; a pesar de su costo muy elevado y de su difcil aplicacin y procesado.A menudo la corrosin puede ser atendida mejor cuidando pequeos detalles en el diseo que seleccionando los materiales ms resistentes y costosos. Algunos cidos concentrados en fro suelen transportarse en tubos de acero al carbono, siempre que la velocidad de circulacin sea inferior a 1 m/s.Debido a ello, es mejor utilizar tuberas de acero al carbono de dimetros grandes que de acero inoxidable de dimetros pequeos.La corrosin por picaduras de aceros inoxidables en condensadores se puede prevenir eliminarse los restos de productos remanentes cuando no se utiliza el equipo. Por lo general en los condensadores no se requiere materiales sumamente resistentes a la corrosin, ya que el condensado es un lquido de alta pureza.El acero inoxidable 3CR12 es un tipo de acero de caractersticas soldables y estructural. Acero resistente a la corrosin que contiene un cromo nominal del12%. Este tipo de acero fue desarrollado originalmente como un material alternativo de construccin de materiales tales como acero al carbono, galvanizado, entre otros, donde las propiedades mecnicas y resistencia a la corrosin de estos materiales eran inadecuadas.Con una esperanza de vida promedio de 5 a 10 veces la del acero al carbono y con un costo considerablemente inferior a los grados superiores de acero inoxidable, 3CR12 es reconocida como una alternativa muy eficaz para acero al carbono recubierto, resultando en aumentos de capital mnimo de costos y ahorros significativos en costos de mantenimiento.

3.4.2. Diseo metodolgico

Variables independientes

Variables de proceso Velocidad de entrada de vapor. Calidad del vapor. Temperatura de entrada del agua. Proporcin de ingreso de no condensables. Variables de diseo Presin en el condensador. Temperatura de salida de la mezcla. Velocidad de entrada de agua.

Variables dependientes intermedias

Variables de proceso Velocidad de cada del agua. Velocidad de salida de mezcla. Velocidad de salida de no condensables. Variables de diseo Nmero de agujeros en la bandeja. Dimetro de agujeros perifricos. Dimetro de agujero central. Altura de la bandeja.

Variables finales

Variables de diseo Altura del cuerpo del condensador. Dimetro del cuerpo del condensador. Altura de la pierna baromtrica. Dimetro de la pierna baromtrica. Dimetro de las bridas. Potencia de la bomba. Coeficiente del eyector.

Variables dependientes Eficiencia del condensador. Costo estimado.

3.4.3. Descripcin de las variablesTabla I. Descripcin metodolgica de las variables de proceso

3.4.4. Tcnica de recoleccin y procesamiento de datos

La recoleccin de informacin terica es una etapa previa a la investigacin en s, pero que proporciona a los mismos fundamentos y validez.Durante esta etapa se recopil toda la informacin proveniente de la literatura que puedan ayudar para el posterior tratamiento de datos e interpretacin de los resultados obtenidos al final del proceso de investigacin. Durante esta etapa tambin es de suma importancia que se realice una compilacin de las ecuaciones matemticas y ecuaciones de diseo que sern utilizadas en el desarrollo del modelo.A travs de la recoleccin terica se recaudaron todos los datos que posteriormente fueron utilizados para poder generar adecuadamente los criterios de diseo.

Recoleccin de datosDurante la etapa de recoleccin de datos se consult personal de un ingenio, de donde se obtuvieron los datos de cuantos toneladas de caa procesan diariamente. A travs de esta entrevista tambin se logr recopilar informacin adicional, como las condiciones del ambiente, eficiencias y capacidades mximas a las que se trabaja.Otra parte fundamental en la toma de datos fue la visita a un taller especializado en la realizacin de equipos industriales, INMECASA. En donde se pudo obtener informacin sobre los materiales ms utilizados, econmicos y resistentes. A partir de ello se pudo determinar que el material ms conveniente para el cuerpo del evaporador es el acero inoxidable 4CR12, mientras que para los accesorios puede ser utilizado acero al carbn. As mismo se recopilaron datos sobre los accesorios del equipo, as como de costos.

Diagrama de flujo:

3.4.5. Procesamiento y tabulacin de datos Balance de masa del condensador baromtrico: Balance de masa general:

Balance de masa del agua en el condensador:

Balance de energa del condensador baromtricoDe la primera ley de la termodinmica; balance entlpico. ..(2)

En donde:Hentra = entalpas de las corrientes de entrada (Btu).Hsale = entalpas en las corrientes de salida (Btu).Entonces, despreciando la entalpa de los gases no condensables, seobtiene:Diagrama de flujo del condensador baromtrico (balance de energa)

.(3)En donde:hm= entalpa msica de la mezcla (Btu /lb)hw = entalpa msica del agua (Btu /lb)hv = entalpa msica del vapor (Btu /lb)= flujo msico total de la mezcla (lb/s)= flujo msico total del vapor (lb/s)= flujo msico total del agua (lb/s)Planteando la mezcla como la suma del flujo msico del agua y del condensado se obtiene que:

Planteando el cambio entalpa en trminos del cambio de temperatura y dela capacidad calorfica del agua.

Planteando el cambio de entalpa del vapor en trminos del calor latente de vaporizacin.

En esta ecuacin se puede fijar 0 oC como la temperatura de referenciapara la entalpa y asumiendo la capacidad calorfica como constante.Despejando el flujo msico del agua y convirtindolo a toneladas sobre hora:

En donde:= flujo msico del vapor (ton/h)= flujo msico del agua (ton/h) = temperatura del vapor de alimentacin (F) = temperatura del agua de refrigeracin (F)= temperatura de la mezcla (F)cp = capacidad calorfica (Btu/lbF) = calor latente de vaporizacin del agua (Btu/lbF)Utilizando los datos del inciso 3.5.1 y datos de propiedades del vapor saturado (Cheng, pg. 215, Tabla A-1) y sustituyendo en la ecuacin anterior se obtiene:

Sustituyendo los datos encontrados en el balance general y los elementales de masa se pueden obtener los flujos restantes:

Balance de masa del agua en el condensador:

Balance de masa general:

Resumen flujos en el condensador

3.4.6. DimensionamientosPara poder determinar las dimensiones adecuadas para el cuerpo del condensador baromtrico, se utilizarn las deducciones planteadas en Hugot (Ref. No. 8) para un condensador de contacto directo de bandeja perforada sencilla, debido a que segn Hugot, Cheng y Graham Corporation es el que representa una eficiencia hasta del 5% superior a la de otros condensadores baromtricos y reduccin de costos. Este condensador combina la eficiencia de un condensador sprayer con la simplicidad mecnica de un condensador de bandejas. A continuacin se presenta el esquema de un condensador de bandeja sencilla tipo lluvia a contracorriente:3.4.6.1. Diseo del cuerpo del condensador Bandeja perforadaHugot (Ref. No. 8) propone la siguiente ecuacin de diseo para el clculo del flujo del agua, a travs de los agujeros circunferenciales.

En donde:= flujo volumtrico a travs de cada orificio (ft3/seg)d = dimetro de orificio (ft)h= altura del lquido sobre la bandeja (ft)g= aceleracin por gravedad (ft/s2)= coeficiente de descarga (Sugerido por Hugo como 0,65)Como criterio de diseo se pueden utilizar un dimetro de orificio de 0,42 pies y una cabeza de altura de 0,166 pies. Sustituyendo datos se obtiene que el caudal que fluye por cada orificio es de:

Se determina el nmero de agujeros circunferenciales:

En donde:N= nmero de perforaciones en la bandeja.Qp= flujo volumtrico que fluye por cada orificio (ft3/s)Qw= flujo volumtrico de agua que entra al condensador (ft3/s)Sustituyendo el flujo de agua encontrado mediante el balance de masa yEnerga se obtiene que:

Ahora, para determinar el dimetro de la bandeja se utiliza:

De donde se obtiene:

En donde:Aa= rea abierta por unidad (ft2)d= dimetro de agujero (ft)Ab= rea de bandeja (ft2)Ao = rea del orificio (ft2)N= nmero de orificios circunferencialesp = pitch del plato perforado (Hugot (Ref. No. 8) sugiere 0,124ft como criteriode diseo)D= dimetro de la bandeja (ft)Sustituyendo datos en la ecuacin No. 14 se obtiene que:

A lo que debe aadirse el rea no perforada debajo de la entrada de agua, las cuales no son tomadas en cuenta en los clculos anteriores. Esta rea corresponde al 20% del total de la bandeja, por lo que se obtiene:

Para calcular el dimetro del agujero circunferencial a la entrada de la bandeja se utiliza:

Entonces se obtiene que:

Pero:

En donde:Apc= rea de la perforacin circunferencial ()Dpc= dimetro de la perforacin circunferencial ()Finalmente, para determinar la altura de rebosadero de la bandeja Hugotsugiere que debe ser la dcima parte del dimetro de bandeja, a la cual debeser restado el 20% del dimetro por el que no circula agua en la bandeja. Con locual se obtiene:

En donde:HR= altura de rebosadero de bandeja (ft)D= dimetro de bandeja (ft)

Cuerpo del condensadorEl dimetro interno del condensador debe ser tal que permita que el 10% de agua que desborda de la bandeja fluya adecuadamente, ms un factor de seguridad del 15% recomendado por Hugot. Se conoce que el rea por el que fluye el 10% es de 2,206 ft2; lo cual corresponde al rea de flujo por perforacin. Entonces se puede encontrar el dimetro de la coraza de la siguiente manera:

Finalmente, para encontrar el dimetro:

En donde:As = rea de la coraza (ft2) Ds = dimetro de coraza (ft) Ab = rea de la bandeja (ft2)

Segn Chen (Ref. No. 3), como criterio de diseo se puede determinarla altura de la coraza como:

Para encontrar la altura de la bandeja se utiliza:

En donde:Hb= altura de la bandeja (ft) Hs= altura de la coraza (ft)

De esta manera, se puede aproximar la altura de la bandeja a 8 pies sobre elnivel de entrada del vapor al condensador.5.1.3.- Diseo de boquillasPara la dimensin de las boquillas se utiliza las velocidades recomendadas de diseo Velocidades de fluidos en tuberas:

En donde:Q = caudal volumtrico (/s) v = velocidad lineal del fluido (ft/s)A = rea de flujo () Para la boquilla de entrada de vapor:

Para la boquilla de entrada de agua:

Para la boquilla de salida de gases no condensables:

Diseo de la pierna baromtrica

a) Dimetro de la pierna baromtricaSegn Hugot (Referencia 8) la velocidad recomendada para el flujo de la mezcla corresponde a 0,98 ft/s. Esta velocidad permite que la presin hidrosttica en la parte superior de la pierna se mantenga. De la ecuacin No. 22:

Sustituyendo datos y despejando:

De manera que el dimetro de la pierna baromtrica puede ser aproximado a 2 pies.b) Altura de la pierna baromtrica:Para calcular la altura de la pierna se utiliza un balance de energa entre la parte superior y la parte inferior de la pierna baromtrica.

En donde:=flujo msico de la mezcla en la parte superior (lb/s)=flujo msico de la mezcla en la parte inferior (lb/s)= velocidad de la mezcla en la parte superior (ft/s)= velocidad de la mezcla en la parte inferior (ft/s)= compatibilizador (lbF/lbm)g = aceleracin por gravedad (ft/)= altura superior de la pierna (ft)= altura inferior de la pierna (ft)= presin en la parte superior de la pierna (psi)= presin en la parte inferior de la pierna (psi)= densidad (lb/)Eliminando aquellas energas y trminos que son despreciables se obtiene:

Agrupando trminos:

Finalmente, se obtiene:

En donde:=altura bruta de la pierna baromtrica (ft)P= diferencia de presin entre la presin atmosfrica y la presin del condensador (psia)= compatibilizador de unidades de medicin.= densidad del fluido (lb/)g= aceleracin de la gravedad (ft/)Lo cual permite obtener una altura de pierna de:

A la altura de la pierna es recomendable agregar 2 pies, aquellos que irnsumergidos por debajo del nivel del pozo de descarga, lo cual servir comosoporte del equipo. Es importante adems, aadir 0,5 pies bajo el nivel delagua, para evitar que el condensador pueda absorber aire a un nivel bajo deagua. Entonces, la altura neta de la pierna es:

En donde:altura neta de la pierna baromtrica (ft)Diseo de la pierna baromtrica

3.5. Determinacin de la eficiencia terica del equipoSegn Gaffaret (Referencia 6) la eficiencia para un condensador baromtrico est dada por:

En donde: = eficiencia del condensador (100%)=flujo msico del agua de enfriamiento (lb/h)=flujo msico del vapor al condensador (lb/h)= entalpa del vapor (btu*/lb)= entalpa del agua (btu/lb)Sustituyendo datos se obtiene:

IV. ConclusionesDimensionamiento del condensador baromtrico

Esquema del equipo

Vista frontal del condensador

Corte transversal de la vista de planta del condensador

V. BIBLIOGRAFIA:

Bird, B y otros. Fenmenos de transporte. 2a ed. Espaa: Revert, 1992. Franco Fernndez, Jos Alberto. Diseo de una simulacin por computadora de procesos de evaporacin en una lnea de evaporadores de mltiple efecto. Trabajo de graduacin de Ing. Qumica. Guatemala. Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniera, 2006. Graham Corporation. Barometric condenser: Operation, maintenance and installation. Nueva York, Estados Unidos, 1998. Hugot, E. Manual de ingeniera de la caa de azcar. 3a ed. Estados Unidos:Elsevier Scienci, 1986. 830-875pp. Perry, Robert H., Don W. Green. Manual del Ingeniero Qumico. 7a ed. Estados Unidos: Mc Graw Hill, 1997. 1862 pp. Kresly Carlota Aguirre Chinchilla. DISEO DE UN CONDENSADOR BAROMTRICO TIPO BANDEJA PERFORADA SENCILLA PARA UN SISTEMA DE EVAPORACIN. Trabajo de graduacin de Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniera Escuela de Ingeniera Qumica, 2010

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