severns cap xii condensadores de vapor y sus acces severns

CAPíTULO XII

CONDENSADORES DE VAPOR Y SUS ACCESORIOS

224. fAplicaciones de los condensadores. Los condensadores de vapor sonaparatos en los cuales se condensa el vapor de escape procedente de má-quinas y turbinas, y de donde el aire y otros gases no condensables son eva-cuados en forma continua. Dos son las ventajas que pueden conseguirsaempleando condensadores en las máquinas y turbinas de vapor: (1) dísmí-nución de la presión de escape, con el consiguiente aumento en energía uti-lizable; y (2) recupcración del condensado para utilizado como agua dealimentación para las calderas. En la mayoría de las centrales productorasde vapor la recuperación del condensado es muy importante, constituyendouna necesidad en la mayoría de las aplicaciones marítimas. El agua de ali-mentación de las calderas tomada de lagos, ríos o mares, debe vaporizarseo tratarse apropiadamente antes de introducida en los generadores de vapor.Con la tendencia a hacer trabajar las calderas a presión y temperaturas cadavez más elevadas, ha aumentado la necesidad de aguas de alimentación puras,dando 'como resultado que la mayoría de los condensadores instalados seandel tipo de superficie, los cuales permiten recuperar el condensado.

El diagrama de Mollier, figura 39, demuestra que la energía teóricamentedisponible expansionando isoentrópicamente el vapor de agua desde la presiónatmosférica y saturación (presión absoluta, 1,033 kg/cml y temperatura10000) hasta una presión absoluta de 0,014 kg/cm2 es 140 kcal/kg. Este valores prácticamente igual a la energía que puede obtenerse del vapor a una.presión absoluta de 12,25 kg/em" y una temperatura de 3990 C si se expan-síona isoentrópicamente hasta dejado en las condiciones atmosféríeas. Estehecho hace de interés práctico el empleo de turbinas de baja presión. Muchasde las antiguas centrales que habían sido inicialmente proyectadas sín con-densadores, han sido rejuvenecidas instalando condensadores y turbinas debaja presión. De esta forma se aumenta en gran manera la potencia y ren-dimiento térmico de la central y, al mismo tiempo, se recupera el condensado.Sin embargo, ciertos aspectos prácticos, tales como la cantidad, temperatura,

808 LA PRODUCCIóN DE ENERGtA

elevación Y calidad del agua de refrigeración, determinan en gran parte si esfactible instalar los eondensadores.

La condensación del vapor de agua en un recinto cerrado produce unvacío parcial, debido a la gran disminución de volumen experimentada. por elvapor de baja presión. Un kilogramot-) de vapor de agua seco, a ~na presió~absoluta de 1,033 kg cm" ocupa un volumen de 1,67.0 m". TeórIcamente SIesta cantidad estuviese contenida en un recinto estanco para el vapor, de unacapacidad de 1,670 m", a una presión absoluta de 1,033 kg/cm'', y si la con

21: Area de la maquina sin~ condensador: 1-1-)-4-5-1~ Area de la maquilla con'" condensador: 1-1-)-6-1-1",'~ Area de la turbina sin_~ condensador: 11 8 9 1.:¡¡ Area de la turbma conti:: condensador: 12 10· 111

Almosferaj~9~~~~~~I§~§~~~~~~~~_Presián sbs. Ú 1025.,-mm--o s

de mercurio O Volumen, en m

FIG, 177, Efecto del condensador sobre un diagrama de trabajo teórico.

densación dentro del agua t~viese lugar a una temperatura de 61,1 00, ellíquido ocuparía únicamente un volume~ de 0,001.m3

, o sea 1/1644 del vol~-men interior del recinto, quedando reducida la presión absoluta a 0,21 kg/cm .L energía necesaJia teóJicamente para el/funcionamiento de tal condensadorse~ía la absorbida por la bomba para comprimir el kilogramo de yquidocondensado desde 0.21 kg/cm" hasta 1,033 kg/cm2

, más la necesaria parahacer circular el agua de refrigeración. , .

La figura 177 muestra el aumento de trabajo que es posible efectuarmediante el empleo de condensadores. Las t~r?inas de ~apor de agua soncapaces de expansionar el vapor hasta las mirumas presiones de escape al-canzables, debido a que son máquinas de flujo constante y pueden tenergrandes aberturas de escape (sin v.álvulas) a cuyo través s~ descarga ~l ~aporya utilizado. En cambio las máquínas de vapor son máq~as de flUJOI~ter-mitente que tienen que obligar a pasar el vapor sxpanaíonado a. través deválvulas de escape relativamente pequeñas. El grado de reducción de los

(1) Una libra de vapor de agua seco a una presión absoluta deo 14.7 librasjpulgf ocupaI d 26 8 pies'' Si se condensase a una temperatura de 142 F. su volumen se redu-

un vo umen e., . ié d ió bit 3 Iib Iirí 00163' 8 1/1644 del volumen inicial reducí n ose su presi n a so u a a I rasCl a a. pies • o sea • , l 'pulg2 La energía necesaria para el funcionamiento de este conde~sad~r sena a n~esana para

, , 1 Iib d lí id condensado desde 3 a 14 '1librasfpulg • mas la necesaria para hacercomprrmir a 1 ra e iqur o •circular el agua de refrigeración,


retornos fija el punto en el cual las pérdidas por rozamientos en los cuerposo cilindros necesariamente grandes, más el trabajo. de descargar el vapor deescape, exceden a las ganancias derivadas de la baja presión de escape. Lamínima presión absoluta de escape práctica para la mayoría de las máquinasde vapor es de 152 a 203 mm de mercurio. En cambio, las turbinas puedenexpansíonar el vapor hasta una presión absoluta de 25 mm de mercurio, oaún menos.

En la práctica se requiere una cierta cantidad de energía para evacuar'el aire y los gases no condensables que entran en el condensador y que nopueden eliminarse por condensación. Orígenes del aire que va a parar alcondensador son las fugas en los ejes de las turbinas, juntas, purgadores, et-cétera. El aire y los gases disueltos en el agua procedente de fuentes natu-rales se desprenden de ella en el condensador al estar sometidos a. la bajapresión que allí existe.

225. Tipos de condensadores. En las centrales térmicas se utilizan dostipos de condensadores: (1) de swperiioie, y (2) da chorro. Los condensadoresde superficie proporcionan una baja presión de escape y al mismo tiempopermiten recuperar el condensado. Los condensadores de chorro solamenteproporcionan una baja presión de escape, pues el condensado se mezcla conel agua de refrigeración. En las centrales equipadas con grandes turbinas devapor no pueden emplearse condensadores de chorro, porque, aun prescín-die.odo de la pérdida del condensado, el consumo de energía de las bombas

de estos eondensadores y el costo inicial de las necesarias para evacuar elaire neutralizan los beneficios conseguidos con el elevado vacío obtenidocon este tipo de- condensadores. Sin embargo, tratándose de turbínas de ta-maño moderado, así como de máquinas de vapor de émbolo, los condensa-dores de chorro tienen bastante aplicación, especialmente en el caso queabunde el agua de alimentación de .buena calidad.

Un condensador de superficie consiste generalmente en un cilindro dehierro colado, o de chapa de hierro, con una tapa porta-tubos en cada ex-tremo, las cuales unen entre sí una multitud de tubos que forman la super-ficie de enfriamiento. El vapor de escape entra en el condensador por unorificio situado en la parte superior de la envolvente, y el agua de refrigera-ción pasa por el interior de los tubos. Cuando el condensador se emplea conuna máquina de émbolo, se adopta corrientemente la disposícíón inversa, esdecir, el agua. pasa por fuera de los tubos y el vapor por el interior de losmismos.

Otra forma de condensación de' superficie, conocida por condensadorevaporativo, es aquella en que el cilindro-envolvente se ha suprimido. Elvapor pasa por el interior de los tubos del condensador sobre los cuales selanza agua pulverizada, El enfriamiento se produce principalmente por la.evaporación del agua en la atmósfera.


Los condensadores de chorro pueden ser de nivel bajo y barométricos, Losdos tipos son similares por lo que se refiere a la forma en la cual el vapor deescape y el agua de refrigeración se ponen en contacto; la diferencia es-tribaenel método de evacuar el agua y el condensado. Los condensadores de chorroen los cuales el agua de refrigeración, el condensado y los gases no con-densablea son evacuados por medio de una sola bomba, se denominan conden-

Boquillas para la distri:Entrada de la bucion de agua eninyección de sentido helicoidal.

agua_~~::---._..,..- __ ~¡;;;á,.

Valvula pararomper el vacio

Aspiraciónbombaaire

Salida evacuacióna la etmostere

Camara del flotadorde la valvula pararomper el vacio

FIG. 178. Condensador de chorro de nivel bajo (de contacto directo).

sador de chorro, de vacío reducido y de nivel bajo, debido a la limitada capa-cidad de aire de la bomba. En el condensador representado en la figura 178,los gases no condensables son evacuados por medio de una bomba o eyectorindependiente, consíguiéndose un vacío más elevado. .Este tipo de conden-sador se denomina.de chorro, de vacío elevado y de nivel bajo. En determinadascondiciones el aire yel agua. pueden ser evacuados por la acción cínétíca dela vena de fluido, en cuyo caso el condensador de chorro se denomina con-densador eyector o de sifón.

226. Condensadoresde superficie. En los oondensadores de superficie sepuede recuperar el condensado porque no se mezcla con el, agua de refri-geración. El vapor que hay que condensar normalmente circula por fuerade los tubos (fig. 179), mientras que el agua de enfriam!ento, o circulante,pasa por el interior de los mismos. Esto se hace principalmente po~q~e elvapor limpio no ensucia la superficie externa de los tubos, la cual es diíícíl de

CONDENSADORES DE VAPOR Y SUS ACCESORIOS 311

limpiar. El agua de refrigeración frecuentemente está sucia y deja sedimentoen el interior de los tubos. El método usual de Iímpiarlos consiste en desmon-tar las tapas del condensador y hacer pasar por dentro de los tubos cepillos dealambre movidos por un motor eléctrico. Esta tarea no es tan sencilla comopuede parecer, porque un condensador puede tener de mil a once mil tubos.

FIG. 179. Condensador de superficie Westinghouse, radial de dos pasos.

Los oondensadores de superficie pueden ser de paso único, en los cualesel agua circula en un solo sentido a.través de todos los tubos; o de dos pasos,en los cuales el agua circula en un sentido a ·través de la 'mitad de los tubosy vuelve a travéa de los restantes. La mayoría de los grandes condensadoresestán equipados con una bomba centrífuga para evacuar el condensado lí-quido, y un eyector de aire de tipo de chorro (párr. 229) para evacuar. elaire y los gases. La figura 180 representa una instalación moderna típícade turbina con su condensador. El condensador de dos pasos se halla suspen-dido directamente del fondo de la turbina, no necesitándose ninguna juntade dilatación. Soportes de muelle ayudan a sostener el peso del condensador,y, al mismo tiempo, permiten cierto movimiento para compensar las dilata-ciones y contracciones. Las tuberías de agua del condensador generaJroentevan provístas de juntas de dilatación de caucho, debido a que solamente


han de soportar la baja presión del agua de refrigeración. La bomba delcondensador evacua el agua tan pronto como ésta va cayendo en el pozocaliente. El condensado actúa de refrigerante en los condensadores inter-medio y posterior al ser bombeado al depósito de almacenamiento o al ea-lentador de baja presión.

Puertas parainspec¿¡ón y

limpieza

Junta dedilatóción

/'

'

Enfriador;;; / ccerte, Agua poro .

/; enfriador aceitev

FIG. 180. Instalación de una turbina y condensador Elliot.

El aire y gases no condensables son evacuados del condensador principalpor medio de eyeetores de vapor. Tál como representa la figura 180, doseyectores trabajan en paralelo entre el condensador principal y el conden-sador intermedio. Estos eyectores hacen pasar el aire del condensador prin-cipal al intermedio, en donde la presión absoluta vale aproximadamente0,5 kg/cm'', Otros dos condensadores trabajan en paralelo para hacer pasarel aire del condensador intermedio al condensador posterior, el cual se hallaa la presión atmosférica. Por lo tanto, el aire y los gases no condeusables soncomprimidos en dos etapas, con una elevación de presión de casi 0,5 kg/cm'en cada una, para poderlos descargar a la atmósfera ..El vapor de alta presiónutilizado en los eyectores se condensa en los condensadores intermedio yposterior y, por lo general, se evacua por medio de purgadores para ser en-viado a la instalación del agua de alimentación,

CONDENSADORES DE VAPOR Y SUS ACCESORIOS 31:

Un condensador de superficie y su equipo auxiliar debe cumplir mirequisitos siguientes:

. 1. El vapor debe entrar en el condensador con la menor resistenciaposible, y la caída de presión a través del mismo deberá ser reducido aun mínimo.

. 2. El aire (el cual es un cuerpo mal conductor del calor) debe evacuarserápidamente de las superficies transmisoras de calor.

3. El aire debe recogerse en puntos apropiados, prácticamente libre devapor de agua, y enfriado a una temperatura baja.

4. La evacuación del aire debe realizarse con un gasto mínimo de energía.. . 5. Asimi~mo debe rápidamente evacuarse el condensado de las super-

ficies transmisoras del calor y devolverse, libre de aire, a la caldera a lamáxima temperatura posible.

6. El agua de refrigeración debe atravesar el condensador con un roza-miento reducido, dejando un mínimo de sedimentos, y con una absorciónde calor máxima.

Los tubos de los condensadores generalmente son de latón rojo (85 % decobre, 15 % de zinc), o de metal Muntz (60 % de cobre, 40 % de zinc) paraagua pura, y de latón Admiralty (70 % de cobre, 29 % de zinc, 1 % de es-taño) para agua salada, yaguas impuras de ríos. El diámetro exterior de lostubos varía de 15,8 a 25,4 mm, empleándose generalmente el N.O 18 B.W.G.,el cual tiene un espesor de pared de 1,25 mm.

La figura 181 representa una vista de un condensador moderno de dospasos y doble circulación, constrnido para requerir una altura de local mínima.De esta forma las fundaciones de la turbina pueden ser bajas y más econó-micas. La figura 182 es una vista en corte de este aparato, el cual tiene 6510 m2

de superficie de tubo y puede servir a una turbina de 1000 000 kW. La.8flechasindican que el vapor fluye hacia .abajo a través de la primera batería de tubosy, al mismo tiempo, pasa por el paso central, siguiendo a continuación unatrayectoria ascendente a través de la segunda batería de tubos. Esta dis-posición da lugar a la denominación «doble circulación», y a una acción des-gasificante y de recalentamiento. Todo el vapor que se condensa sobre lostubos de la batería inferior gotea a contracorriente con respecto al vaporentrante. El vapor que se condensa sobre los tubos de la batería superiorpasa por entre los tubos ne ésta y se recoge en una bandeja inclinada quesepara los tubos de las baterías superior e inferior. Este condensado atraviesa,a continuación, un cierre hidráulico y sigue hacia abajo pasando por encimadel borde de un tabique vertical sobre el cual forma una película delgada.Cuando esta película de agua abandona el borde inferior del tabique, cae através del vapor vivo, originando la desgasificación y evitando, al mismotiempo, el sobreenfriamiento. La gran superficie de entrada y la trayectoriarelativamente corta seguida por el vapor contribuyen a que los rozamientos


y la caída de presión sean pequeños. La sección triangular del enfriador deaire que aparece en el centro de la figura 182 se emplea para reducir el vo-

Tubería entrada paralo alimentación de oqua

Salida delagua de

refriger íón

Conexiones para evacuar el aireSoporte eléstico -

FIG.181. Corte ideal de un condensador Foster Wheeler de doble circulación.

Salidadel aguade-refrgera::idri

Salidadel agua de~ión

FIG. 182. Corte transversal en alzado del condensador de doble círcülacíón,

lumen de aire y gases no condensables antes de evaeuarlos mediante la bomba.de aire.


La figura 183 representa un condensador de superficie construido parabuques. El agua de refrigeración, la cual entra por orificios situados sobre lasuperficie externa del casco del barco, pasa por el interior de los tubos y esdescargada otra vez al mar. Cuando el barco está. en marcha no se necesita.bomba para hacer circular el agua, pero va equipado con una bomba auxi-liar. El vapor de escape procedente de las turbinas entra por la parte alta

FIG. 183. Condensador de superficie Foster Wheeler de tipo marino.

del condensador,fluye hacia. abajo y se condensa sobre la superficie externa.de los tubos. El condensado se saca del fondo mediante una. bomba.

227. Condensadoresde chorro, de nivel bajo. En la figura 184 apareceun condensador de chorros múltiples, de nivel bajo. El condensador consisteen una. cámara. cilíndrica cerrada, en cuya parte superior hay una. c.aja.deboquillas de agua, la cual va acoplada a. un tubo en forma de Venturi, cuyoextremo inferior se halla sumergido en el agua. El agua inyectada pasa porlas boquillas por la presión de la bomba y por el vacío existente. Los chorrosestán dirigidos a la garganta del tubo en donde se reúnen para formar un solochorro. El vapor de escape en el condensador por la parte superior se 'poneen contacto directo con los chorros de agua convergentes, y se condensa..Por el efecto combinado de la presión del agua externa, el vacío existentedentro del condensador, y la acción de la gravedad, los chorros de agua. al-canzan una velocidad suficiente para. arrastrar el vapor condensado, el aire,y los gases no condensables, y para descargarlos en el pozo caliente venciendo

316 LA PRODUCCIóN DE ENERG1A

la presión atmosférica. Los chorros de agua crean el vacío al condensar el va-por, y lo mantienen al arrastrar.y evacuar el aire y los gases no eondensables.De esta forma no se requiere bomba alguna para evacuar .el aire y el agua.La unión que aparece en la figura entre la turbina y el condensador consiste

FIG. 184.. Instalación de un condensador-eyector Schutte y Koerting.

en un tubo de cobre ondulado con bridas de hierro colado. Esta unión per-mite las dilataciones y contracciones producidas por las variaciones de tem-peratura.

El condensador eyector requiere más agua que cualquier otro ¡tipo decondensador de chorro, pero la ausencia de bombas de vacío compensa estadesventaja. 'Los condensadores de chorros múltiples pueden mantener unvacío del orden de 737 mm con respecto a una presión barométrice de 762 mm,con agua de refrigeración a 15,6° C; este tipo de condensador es apropiado


para turbinas de una potencia hasta 10000 kW. En los condensadore8 dechorro, de nivel bajo, la cámara de condensación se halla a poca altura, elagua se saca mediante una bomba, y su altura total es lo suficientemente bajapara poderlos instalar debajo de la turbina o máquina de vapor. Los conden-sadores de tipo barométríco se colocan a un nivel suficientemente elevado(del orden de 12 m), sobre el punto por donde se descarga el agua, para queésta pueda salir por sí sola por la acción de la gravedad a través de un tubocon cierre hidráulico o columna barométríca.

La figura 178 representa un condensador de chorro, de nivel bajo, cons-truido para trabajar en paralelo, es decir, en el que el vapor, el agua derefrigeración y los gases no eondensables circulan en el mismo sentido. Elagua de refrigeración entra en una cámara anular, situada en la parte alta,por la acción del vacío reinante dentro del condensador, y penetra en la cá-mara de éste a través de una serie de boquillas dístríbuídoras helicoidales,las cuales pulverizan el agua y le aseguran un contacto directo con el vaporentrante. La mezcla de agua de refrigeración y de-condensado pasa a travésde un cono, en el cual el aire es arrastrado por el agua. La mezcla cae, a con-tinuación, formando un chorro, en la parte inferior del cuerpo del conden-sador, de donde es evacuada por una bomba centrífuga para vencer el vacíoreinante en aquél.

La mezcla de aire-vapor enfriada es evacuada cerca de la parte altadel condensador mediante una bomba o eyector. Con el fin de impedir queel agua alcance una altura excesiva dentro del condensador se instala un dis-positivo para deshacer el vacío, el cual consiste en una válvula controladapor un flotador. Cuando la bomba deja de funcionar y el nivel del agua sube,la válvula se abre y deja entrar el aire. En la parte alta del condensador vainstalada una válvula de comunicación con la atmósfera. Esta válvula seabre automáticamente cuando la presión dentro del condensador se hace másgrande que la atmosférica, y se cierra si en el condensador hay un vacíoparcial. Cuando está abierta, el vapor de escape de la turbina va a parara la atmósfera,

La figura 185 representa una vista y una sección de un condensador dechorro, de nivel bajo. La bomba de vacío-húmedo evacua el condensado,el aire arrastrado y los otros gases no condensables. El condensado líquidoayuda a hacer la junta de los anillos del émbolo y disminuye las fugas, no ne-cesitándose ningún eyector de aire independiente. Estos eondensadores se fa-brican de hierro colado y de bronce; estos últimos se emplean cuando el aguaes salada, Los condensadores de este tipo se construyen en tamaños capaces decondensar de 5 153 a 11 350 kg de vapor por hora cuando trabajan con aguaa 21°C y contra una presión absoluta de escape de 101,6 mm de mercurio.

El cono regulable admite el agua en láminas delgadas cónicas en el ex-tremo del codo de inyección. El caudal de agua puede regularse en conso-

318 LA PRODUCCIóN DE ENERG

nancía con las variaciones de la carga de vapor y de la temperatura del aguade refrigeración. Para evitar que el agua alcance un nivel impropio en elinterior del condensador en el caso de que la bomba deje de funcionar, sedispone un flotador de bola, de cobre, el cual rompe el vacío cuando se pre-

Regulacion del _caudal de agua

En/rada de varo'

Bomba de vacíohúmedo

FIG. 185. Condensador de chorro Worthington, con bomba de vacío húmedo.

sentan tales ea os. La bomba de vacío-húmedo es accionada por una máquinade vapor símplex.

228. Condensadores barométricos. La figura 186. representa la secciónde un condensador barométríco (de contacto directo), a contracorriente, enel cual se emplea el sistema de discos para distribuir el agua. En el conden-sador ilustrado el agua de refrigeración entra por un punto situado por en-cima de la. entrada del vapor, y el agua va cayendo de disco en disco, talcomo aparece en la figura. El aire contenido es evacuado por medio de un


eyector ~e aire, ~e chorro de vapor, con dos escalonamientos y con un refri-gerador Intermedio, El vapor a alta presión al expansionarse a través de lastoberas a una elevada velocidad,arrastra el aire y los gases no con-densables; la energía cinética deesta elevada velocidad se trans-forma en presión en la gargantadel tubo combinador, comprimien-do e impeliendo hacia el exteriorla mezcla de aire-vapor.

El agua caliente resultantedel proceso de condensación caeen el fondo del condensador y, acontinuación, en el tubo de salida. ,mientras que el aire es enfriado enla parte superior del aparato, que-dando a una temperatura próximaa. la del agua de entrada. De estamanera el eyector de aire trabajacon gases fríos, que contienen pocovapor y, prácticamente, nada deagua. La parte inferior del tubode salida (de unos 10,7 m de lon-gitud) está sumergida en el pozocaliente. Como quiera que la pre-sión atmosférica puede soportaruna columna de agua de 10,36 mde altura, el tubo de salida cons-tituye una bomba de evacuaciónautomática, y el agua sale de dichotubo tan rápidamente como se vaacumulando en el mismo.

En los condensadores baromé-tricos y de nivel bajo es normalelevar el agua de la fuente de ali-mentación a la altura necesariapara la inyección, me¿ljante el va-cío que existe dentro del conden-sador. La altura máxima a quepor este procedimiento puede ele-varse el agua es de unos 5,49 m conuna presión barométríca de 762 mm.

319

'.

Pocillocaliente

FIG. 186. Condensador barométríco (de con-tacto directo), de discos y de contracorriente,

tipo Ingersoll-Rand.

un vacío de 712 mm con. respecto aCuando resulta necesario, se emplea


una bomba para ayudar a elevar el agua a la altura requerida por el con-densador. Los condensadores barométrícos son de construcción simple, sinórganos móviles, ni toberas, ni orificios estrangulados que puedan tupirse,y no necesitan válvulas de comunicación con la atmósfera.

229. Bombas de vacío. Las bombas de aire o de vacío empleadas enlos condensadores de vapor son de cuatro tipos: de émbolo, de desplazamientorotativo positivo, hidrocentrijugas y de chorro de vapor. Las primitivas bombasde vacío eran simplemente compresores de aire, de émbolo, que trabajabanentre un vacío elevado y la presión atmosférica. Estas bombas recibían «aire»saturado a la presión reinante en el condensador, y lo comprimían hastauna presión suficiente para poderlo lanzar a la atmósfera . Algunas de estasbombas llevan manivela y volante, y se conocen como bombas de vado seco'1'otativas. Las fugas, la refrigeración defectuosa de la máquina y la reexpan-sión del aire en el espacio perjudicial del cilindro hacen difícil mantener unvacío de más de 660 mm de mercurio considerando que la presión atmos-féríca valga 762 mm. Otra desventaja de las bombas de aire de émbolo es sutamaño y costo excesivos cuando son de gran capacidad. Las bombas devacío de desplazamiento rotativo positivo, generalmente son del tipo de pa-letas.

En las bombas de aire hidráulicas, también denominadas bombas de aguaproyectada, un impulsor rotativo de gran velocidad lanza láminas delgadasde agua por pasos adecuados a un cono de descarga en forma de Venturi,en donde la corriente de agua a gran velocidad arrastra el aire contenido enel condensador.

Entre cada dos láminas de agua consecutivas es comprimido un ciertovolumen de aire y conducido al cono de descarga. Esta mezcla de aire yaguapasa a continuación por dentro de un cono difusor expansíonador, en dondela energía de la vena, a gran velocidad se transforma en presión para descar-gar a la atmósfera el agua y aire arrastrado. El agua se vuelve a utilizar denuevo añadiéndole un 10 % aproximadamente para reducir 8U temperatura,porque de la mezcla aire-vapor se extrae muy poca cantidad de calor. La.bomba de aire del tipo de arrastre hidráulico se instala con los grandes con-densadores en lugar de las de émbolo, principalmente a causa de su com-pacidad, capacidad de evacuación de aire y aptitud para mantener un vacíoIizeramente más elevado. En cambio las bombas de aire hidráulicas absorben

'"más energía que las de émbolo.Las bombas de vacío del tipo de eyector de aire de chorro de vapor han

desplazado prácticamente todos los otros tipos para condensadores de vapor<mando se requiere un vacío elevado, y cuando hay que manipular grandesvolúmenes de gases: debido a su compacidad, ausencia de órganos móviles,funcionamiento simple y gran rendimiento. Uno o más chorros de vapor aelevada velocidad (alrededor de 914 m/seg) arrastran los gases no condensa-

C O N D E N S A DO R E S D E V A POR Y.._S U S A C C E S O R lOS

bles saturados, pasando la mezcla por un tubo de expansión en donde la ve-locidad se reduce con el consiguiente aumento de presión. Su capacidad varíacon la presión del vapor y con el tamaño y número de toberas de este fluido.

La figura 187 representa un tipo corriente en los Estados Unidos deAmérica, el cual tiene un eyector de dos escalonamientos, combinado con uncondensador de superficieintermedio y otro poste-rior. En este aparato elvapor a alta presión flnyepor el eycctor del primer Aspiración

+---tt-h1t--1It-escalonamiento y arrastra de aire

el aire y vapor del conden-sador principal. Esta mez-cla pasa al condensador in-termedio, en donde el vaporse condensa y el aire y otrosgases son enfriados antes deser absorbidos por el eyec-tor del segundo escalona-miento. El condensado quese forma en el condensadorintermedio, a una presiónabsoluta de 0,49 kg/cm2

aproximadamente, se eva-cua, generalmente por me-dio de un purgador, y acontinuación es devuelto alcondensador principal.

Por el eyector del segundo escalonamíento se hace pasar vapor vivo,el cual arrastra el aire y otros gases del condensador intermedio y los des-carga en el condensador posterior. El vapor entrante se condensa y general-mente se envía a un calentador del agua de alimentación de tipo abierto.El aire y los gases salen a la atmósfera libremente.

230. Calor absorbido por un condensador. El tamaño del condensador yequipo anexo depende de la entalpía total del vapor entrante, y de la can-tidad y temperatura del agua de refrigeración. Cuando el condensador vadirectamente acoplado a un grupo generador-máquina, o generador-turbina,de vapor, sin recalentamiento ni extracción, la entalpía suministrada alcondensador es la suministrada a la máquina motriz, cuyo escape va al con-densado, menos la convertida en trabajo y la consumida en pérdidas del ge-nerador, rozamientos, convección, radiación, y otras pérdidas no determi-nables fácilmente.

321

Entrada de vapor

Condensadorde salida

Condensadorintermedio

FIG. 187. Corte de una bomba de aire a base de chorrode vapor, tipo Elliot, con dos escalonarnientos.


Por consiguiente,

(227)

o(228)

en donde.h" = entalpía del vapor en el escape, kcal/kg,h¡ = entalpía del vapor en la estrangulación, kcalfkg.860 = equivalente de 1 kW-hora, kcalfkW-hora.K = carga de la máquina motriz, kW.ms = vapor suministrado a la máquina motriz, kgJhora.em = rendimiento eléctrico y mecánico combinado de la máquina motriz, expre-

sado en fracción decimal incluyendo todos los rozamientos, pérdidaseléctrica!', resistencia exterior del aire, convección y radiación.

Cuando la carga K aplicada a la máquina motriz viene expresada enHP, la constante 860 debe sustítuírse por 642. El valor de cm varía con eltipo y tamaño de la máquina motriz, y puede suponerse o bien obtenersedel constructor.

231. Agua de refrigeración para los condensadoresde chorro. En los con-densadores de chorro el agua de refrigeración y el condensado se des-cargan mezclados y, por consiguiente, tienen la misma temperatura media.de descarga. Despreciando los efectos de radiación, convección, fugas y airearrastrado, el calor cedido por el vapor de escape es igual al absorbido porel agua de refrigeración. Por consiguiente,

ms(h .• - h"2) = mW(h"2 - h('l)

oms(h .•- hf'2)

(h"2 - h('1)(229)

en dondemfD = peso del agua de inyección requerido, kgJhora.h '2 = entalpía de la mezcla saliente del condensador, kcal/kg.h~'l = entalpía del agua de inyección entrante en el condensador, kcal/kg.

Los restantes símbolos con el mismo significado que en la. fórmula (228).La temperatura de la mezcla de agua de refrigeración ~ condensado ~ue

abandona el·condensador sería la misma que la correspondiente a la presiónabsoluta del condensador, si no fuese por la presión parcial (ley de Dalton)ejercida por los gases no oondensables. En los condensadores de chorro,. devacío elevado, la presión del aire es baja y la diferencia se ~alla co~prendId.a

t e 3 3 Y 55°C' en los condensadores de chorro de vacío reducido 1~ dí-en r. , , f . 'óferencia puede ser del orden de 6,6 a 11,1 °O. El peso de agua de re ngeraci n

CONDENSADORES DE VAPOR Y SUS ACCESORIOS32:

requerido por kilogramo de vapor varía de 20 a 60 kg, dependiendo princi-p.alm~nte de la temperatura inicial del agua y del vacío deseado. La expe-rrencia demuestra que es preciso añadir al valor calculado de m medi~tla fórmula (229), un mínimo del 10 % para obtener el peso de aguW~de iny e

'ó ec-Cl n que probablemente hay que emplear..232. Agua.~e circulación requerida en los condensadoresde superficie. Se

h.a Intentado dísipar el calor cedido por los condensadores de superficie ha-cíendo ~asar sobre sus s.uperficiesuna corriente de aire. El consumo de energían~~esarIa para. conseguir el efecto refrigerante necesario excluye de las posi-bilidades prácticas el método de la refrigeración por aire, a excepción de laslocomotoras. El agua es el único medio refrigerante efectivo.

El peso del agua de refrigeración varía con la forma del condensadory con ~as condiciones de funcionamiento, tales como diámetro, espesor yseparac~ó~.entre tub~s; grado de limpieza de la superficie de éstos; tempe-ratura InICIaly velocidad del agua de circulación, y vacío deseado. La can-tidad requerida de agua de circulación puede dete'rminarse aproximadamentepor cálculo, incrementando los valores así hallados según la experienciaaconseje.

En los condensadores de superficie el calor cedido por el vapor de escapees igual al absorbido por el agua de circulación, si se desprecia el efecto deconveccíón, radiación, fugas y aire arrastrado.

ms(h .• - h('e) = m~(h"2 - h"l)o

en donde

ms(h" - h"e)h"2 -- h"l

(230)

mw = peso del agua de circulación, kglhora.h"e == entalpía del condensado al abandonar el condensador, kcalfkg.h,,: = entalpía del agua de circulación al abandonar el condensador, kcalfkg.hf>1 = entalpía del agua de circulación al entrar en el condensador, kcalfkg.

El resto de símbolos, con el mismo significado que para la fórmula (228).

La temperatura de descarga del agua de circulación acostumbra serde 5 a 11 °C inferior a la correspondiente a la presión del vapor en el conden-sador. La temperatura del condensado frecuentemente es 800, o más, infe-rior a la del vapor de escape; pero si el aparato está bien calculado, la tem-peratura del condensado se aproxima muchísimo a la temperatura corres-pondiente a la de la presión total del condensador. El peso de. agua decirculación requerido por kilogramo de vapor varía de 25 a 50 kg con un vacíoreducido, y de 60 a 120 kg para un vacío superior a 686 mm de mercurio,considerando que la. presión atmosférica valga 762 mm. Un valor medio paralos condensadorea.de las turbinas de vapor, de vacío elevado, es 39 kg de


vapor condensado por hora y metro cuadrado de superficie de tubo. En al-gunas centrales térmicas se emplean los condensadores de superficie de tipovertical y de un solo paso; su superficie varía de 0,06 a 0,11 m2 por kW no-minal de turbina. Para los tipos horizontales, de paso único y de dos pasos,se requiere aproximadamente de 0,084 a 0,163 m2 por kW. Los grupos gene-dor-turbina de pequeña potencia requieren de 0,186. a 0,372 m2 de super-ficie de tubo por kW.

Del condensador~

..~ ..Entrada CWJ Salida

nAl condensador

Al condensa dorfi..0..Entrada Salida

~Del condensador

FIG. 188. Método de circulación invertida C. H. Wheeler, para condensadoresde superficie.

En la figura 188 aparece un esquema para mejorar el coeficiente mediode transmisión caloríñca y reducir la pérdida de tiempo para la limpieza.Invirtiendo periódicamente las válvulas del paso de agua se consigue que labatería de tubos de entrada quede libre de los sedimentos que acostumbrallevar el agua (hojas, yerbas, etc.).

233. Transmisión calorífica de los condensadores de superficie. La actua-ción de un condensador de superficie se expresa en kilocalorías transmi-tidas por metro cuadrado de superficie de tubo, por hora y por grado de di-ferencia media de temperatura entre los fluidos situados en contacto conambas caras del tubo. Despreciando la convección, radiación y fugas ex-ternas, el calor absorbido por el agua de circulación es igual al cedido porel vapor de escape, o sea

Q = UA6m = ms(h" - h"c)

A = _Q_ = ms(h" - h¡'clUHm U6m

(231)

(232)

en donde

e o N D E N.S A D O R E S D E V A POR Y S U S A C C E S O R lOS 325

Q = calor transmitido, kcalfhora.A = área de la superficie de enfriamiento, en la cara del vapor, mi.U = coeficiente medio de transmisión calorífica, kcalfh/m2jOC de düerencia media

de temperatura.6",= diferencia de temperatura media logarítmica entre el vapor y el agua de eiz-

culación OC.

1,50 1,75 2 2.25 2,50 2,75Velocidad en metros segur do

FIG. 189. Curvas de transmisión de calor para condensadores de superficie instaladoscon turbinas de vapor: para condensadores instalados con máquinas de vapo.r que no

sean turbinas, utillcese 0,65 de los valores de U indicados en este gráfico.

t 4450 f 1,1u

l!i.. 4200 ~ 1,0~ E.•..• 3950 ~ 0,9

~ 3700 ~ 0,8'6 E.J2 3450 ~ 0,7-8 Q)

~ 3200 :~ 0,&

"ii 2950 ~ 0,5

: 2700 ~

~ 2450

~ 2200

2 1950!iZ

o 5

Temperatura del agua de entrada en ·C10 15 20 25 30 35Corqa en kg por m2 de superficie por hora

19 23 27 31 36 40 48

40

4411 1S

~ ~ ~ *' O.E.l..,...o-¡"""-- ¡.-~¡...-¡.--~o~o........:~

¡,., Yo' O.E.a ~ .•~ •.••.~ 1 " D.f.

ó~ r:§~:"" _~o .Á,!,;~~O 'bo¡'l-tv~. t.~o. ,oc.,~~'I.~~~ ~~;;:::"...,"""t,t. o~,(,\)d" ~o~~~ ........

S'.,~~~V"'"-~t/~ V

1,25 3 3.25

Véanse fórmulas (233) y (234).Los símbolos restantes con el mismo significado que en las fórmulas

(228) y (230).El eoefícíente U que interviene en la fórmula (232) se refiere al valor

promedio de la totalidad de la superficie de tubos y no a un valor local, de-bido a que éste varía muchísimo en las diferentes partes del condensador.El valor local varía desde más de 4880 kcal para vapor exento de aire, en laparte superior del condensador, hasta casi 24,4 kcal para tubos rodead~súnicamente por aire (como ocurre aproximadamente en la parte más bajade un condensador de superficie). Los resultados obtenidos en los ensayosrealizados con varios tipos de condensadores de superficie sirvieron de basepara los coeficientes de transmisión calorífica indicados en la. figura 18~.Estas curvas demuestran que el valor del coeficiente aumenta con la vsloet-

326 LA PRODUCCIóN DE ENERGíA

dad del agua' que circula por el interior de los tubos; que varía con la tempe-ratura del agua de entrada, siendo más grande con altas que con bajas tem-peraturas del agua y que los tubos de pequeño diámetro dan un coeficiente detransmisión algo más elevado que los de diámetro más grande. Es asimismosabido que el estado de las superficies (interna y externa) de los tubos, porlo que se refiere a la limpieza, película de aire e incrustaciones, influyen engran escala en la transmisión de calor. El que el vacío sea elevado en los con-densadores depende principalmente de que la temperatura del agua de re-frigeración sea lo más baja posible. .

La figura 189 representa las curvas de transmisión calorífica correspon-diente a tres diámetros de tubos, a saber: 19 mm, 22 mm y 25,4 mm (diáme-tros exteriores), cada uno con el espesor N.O 18 B.W.G.; el tubo de 19 mmposee el coeficiente de transmisión más elevado. Estas curvas están basadasen una temperatura de entrada del agua de circulación de 21 °0 Y una can-tidad de vapor de 39 kg/m2¡hora. También aparece una curva de correcciónpara varias temperaturas del agua, y otra para el caso de cargas parciales.Puede suceder en la práctica que no se utilice eficientemente la totalidad dela superficie de enfriamiento, con lo cual baja el valor medio de U. Por ejem-plo, si un condensador estuviese construido para trabajar con agua de en-trada a '21 00, 39 kg de vaporjm2jhora, tubos ~e 19 mm y una velocidad delagua de circulación por el interior de los tubos de 1,83 m seg., el valor d~ Udado por la figura 189 sería 3 220,8 kcal, Pero si este condensador estuviesealimentado con agua a 15,6 00 a una velocidad de 1,37 m seg y la cargafuese 19,5 kg de vapor por m2 y por hora, el valor de U seda:

U = 0,92 x 0,85 x 2 806 = 2 200

Estos valores presuponen que los .tubos se hallan «comercialmente» limpios.El coeficiente U debe multiplicarse por un factor que varía de 0,8 a 0,9

para tener en cuenta la diferencia entre los tubos limpios y su~ios con aguas encondiciones normales. Para máquinas con vapor de escape aceítoso este factorvale corrientemente ° 65. La cantidad de calor que atraviesa la superficie deenfriamiento de cual~uier intercambiador de calor es proporcional a .la dif~-rencia de temperatura en cualquier instante para un punto dado. L~ diferenciade temperatura local es indeterminada, Y por esta razón es preCISOestable-cer una diferencia de temperatura media para el período total del c~ntac~otérmico entre el vapor y el agua de circulación. La temperatura med~a a~lt-métíea o logarítmíca puede ser útil para este fin, pero la ~~termmacIónde cada valor se basa en una hipótesis que no representa condícíones reales.En general, de la figura 190.

em

= ea - eb (233)tJa

log, ti;

/'CC'NDEI,SADORES DE VAPOR Y SUS ACCESORIOS 32

_ en donde

em = diferencia de temperatura media logarítmica, OCea = diferencia de temperatura entre el fluido caliente entrante y su alrededor, OCeb = diferencia de temperatura entre el fluido caliente saliente y su alrededor, OC

Asimismo, de la fórmula (190)

e _ ts - te t2 + tI _ (ts - t2) + (te - tI)----2-- --2- - 2 (234:

en dondee = diferencia de temperatura media

aritmética, °C.ts = temperatura en el recinto de

vapor, oC.t. = temperatura del condensado al

salir del condensador, -o.t2 = temperatura del agua de circula-

ción al salir del condensador, oC.tI = t.emperatura del agua de circula-

ción al entrar en el condensa-dor, 0C. oL-----------------------~Entrada Caudal Salida

La mayoría de los técnicos pre- FIG. ]90. Diferencia de temperatura enfieren la media logarítmica, la cual los condensadores.debe utilizarse en todos los cálculosde transmiaión de calor en los que la variación de temperatura sea grande,porque las hipótesis' se aproximan más a las condiciones reales. Sin embargo,la media aritmética es suficientemente exacta para fines comparativos, espe-cialmente cuando la elevación de temperatura experimentada por el aguade circulación es menor de 5,5 °0.

234. Métodospara enfriar el agua. Cuando no se dispone de agua enabundancia con un costo reducido, o de una fuente natural, es preciso ser-virse de algún procedimiento para enfriar el agua de circulación. Frecuen-temente_ el agua de refrigeración circula continuamente, debiendo enfriarsedespués de cada paso a través del condensador. El enfriamiento se consiguea base de exponer al aire una gran superficie de agua. La evaporación resul-tante de parte del agua con la absorción del calor latente de vaporizaciónenfría el resto, de suerte que el agua enfriada puede volver a circular de nuevo.Este proceso de reenfriamicnto del agua se acostumbra a realizar medianteestanques o torres de enfriamiento.

El procedimiento más antiguo de enfriar y almacenar el agua de circula-ción de los condensadores consistía en descargar el agua caliente en un es-tanque de suficiente superficie, de forma que el agua se enfriaba al pasar el


aire sobre la superficie del estanque. Con el fin de reducir la gran superficieque se requiere, el agua caliente se deja caer en forma de lluvia sobre el es-tanque, aumentando de esta manera la velocidad de enfriamiento, el cualse lleva a cabo por convección y evaporación. Los estanques naturales sinroeíadores. requieren de 30 a 50 veces la superficie de las instalaciones-deenfriamiento con rocíadores.

Las limitaciones impuestas por el espacio disponible y las pérdidas pro-ducidas por el viento dieron origen a la creación de las torres de enfriamiento,

Condensador principal

Generador Wtl Ventilador

<,~c:¡;- .•.• ->-·;-.;C- ~ -;'~-I:-~'~/-, ~ti'Agua '--'J:' orr.\/ ~ Agua'~ §:.<~--~----~~~r~~~~~f~~$~1f~~~~I~~

Conden. intermedioPurgador Evecusc .Conden .de salida aire'--:~--;K.:?. Aliment.

Bomba de agua

Torre de enfriamienlo doblede doble circulación

Al calentadorde baja presión

FIG. 191. Diagrama de funcionamiento de un condensador de superficie.

las cuales son estructuras rectangulares de madera o metálicas provistas depantallas apropiadas. El agua caliente llega por su parte alta y cae, en formade láminas delgadas o lluvia, en el depósito situado debajo. El aire entra porel fondo y asciende por el interior de la torre, enfriando el agua por contacto(conveccíón) y por la evaporación parcial que se produce. La circulación delaire puede ser -por tiro natural o bien por tiro forzado. Con tiro natural (eneste caso el tiro se origina por la diferencia de temperaturas entre el aire in-terior y el exterior de la torre) se puede mejorar el efecto disponiendo una.chimenea en la parte alta de la estructura. Las torres con tiro forzado tienentapadas las caras laterales, exceptuando los orificios correspondientes a losventiladores; el aire caliente y saturado sale por la parte alta de la torre, lacual está destapada.

La figura 191 representa el esquema de una instalación típica, compuestade condensador de superficie y de torre de enfriamiento para el agua decirculación. En dicha instalación se enfrían el agua de circulación del con-densador, el hidrógeno empleado para refrigerar el generador y el aceitede engrase,' éste último en un aparato no representado en la figura.

COJjDENSADORES DE VAPOR Y SUS ACCESORIOS 329

PROBLEMAS

1. Calcular la cantidad teórica de agua de refrigeración a 21,1 oC necesaria porkilogramo y por libra de vapor saturado seco que alimenta un condensador de chorro,el cual trabaja a una presión absoluta de 0,103 kg/cm",

2. Un condensador baromét.rico recibe el vapor de una turbina, la cual descarga2724 kg de vapor por hora a una presión absoluta de 0,069 kg/crn", y de un título del90 %. (a) Determinar el volumen de agua de refrigeración necesaria por minuto, estandoésta a una temperatura de 15,6 oC. (b) Determinar la temperatura a la cual sale el aguade refrigeración.

3. Si en el problema anterior se emplea un condensador de superficie en lugar del'condensador barornétrico, calcular (a) la energía, kcal/hora sobre O°C que se recuperaráen el condensado si no se efectúa ningún enfriamiento posterior, y (b) el volumen deagua en circulación requerido por minuto, entrando a 15,6 OC y saliendo 0.26,7 OC.

4. Una máquina de vapor produce 100 HP al freno cuando se alimenta con vapora una presión absoluta de 10,5 kg/cm" de un título de 98 %. El escape va a un conden-sador de chorro, cuya presión absoluta es de 101,6 mm 'de mercurio. Hallar el peso deagua de inyección a 15,6 oC requerido teóricamente por hora, en, el supuesto de quela máquina consuma 12,7 kg de vapor por HP al freno por hora, y que el rendimientomecánico sea del 90 %. Despreciar la radiación. Solución: 19158,8 kg por hora.

5. Determinar la superficie de tubo requerida para un condensador que trabajaen las siguientes condiciones : temperatura de entrada del vapor, 43,30 C; temperaturadel agua de circulación, entrada. 21,1 -c, salida 36,7 oC; temperatura del condensado,43,3 °C. El coeficiente total de transmisión calorífica U vale 3416 kcalfh/m2/OC. El caudalde vapor es de 22 700 kg por hora. Entalpía del vapor al entrar en el condensador :566,7 kcalfkg.

6. Ut.ilizando los datos del problema 5, determinar el número y la longitud de tubosde 19 mm de diámetro exterior, de 1.2 rnm de grueso de pared, necesarios para uncondensado de dos pasos en el supuesto que la velocidad del agua sea de 2,13 m/seg.

Solución: 460 tubos por paso; 5,03 m.7. Un condensador de superficie con una superficie de enfriamiento de 244,6 m2

se alimenta con 13 153 litros por minuto de agua de refrigeración, la cual entra a OOCy sale a 12,2 °C. El condensado abandona el condensador a 33,18 09,.10.presión absolutaen el condensador es de 38 mm de mercurio. (Peso del agua .•0,99 kgjlitro.) Hallar (a) elcalor absorbido por el agua de refrigeración, en kcaljhora; (b) la diferencia de tempera-tura media logarítmica entre el vapor y el agua de refrigeración, en OC; y (e) el coeficientede transmisión calorífico. U, en kcaljhora/m2(OC.

8. Un condensador de superficie recibe vapor de escape con un título del 90 %.El vacío en el condensador es de 699 mm de mercurio referido a una presión barométricade 750 mm de mercurio. El agua de refrigeración entra a 15,6 oC, sale a 26,7 °C'~ latemperatura del condensado es 29,5 °C. Calcular el peso de agua de refrigeración reque-rido por unidad de peso de vapor condensado.

9. En un condensador de superficie el vapor entra a una presión absoluta de 25,4 mmde mercurio, con una velocidad de 182,8 m/seg, y con un título del 95 %, y sale en formade condensado a una temperatura de 23,9' oCy con una velocidad de 3,05 m/seg, El agua


de refrigeración entra a 15,6 °C y sale a 21,1 -c, Determinar (a) el peso del agua de refri-geración requerido por unidad de peso de vapor condensado; (b) el volumen total deagua de refrigeración requerido por minuto para una turbina de 25 000 kW con un con-sumo específico de vapor de 5,45 kg por kW-hora; y (e) el diámetro de la entrada alcondensador.

10. Un turbogenerador de 10 000 kW consume 5,8 kg de vapor por kW-hora. cuandodesarrolla la potencia nominal. La presión absoluta inicial del vapor es 35 kgjcm2; sutemperatura, 315,6 &C;la contrapresión absoluta, 25,4 mm de mercurio. El agua de refri-geración entra a 18,3 OC y sale a 23,9 oC; el condensado tiene una temperatura 2,2 OCmenos que la del vapor de escape. El rendimiento del turbogenerador es 92 % (rendi-miento eléctrico y mecánico combinados de la máquina motriz y generador, incluyendolos rozamientos, resistencia del aire y otras pérdidas). (a) Calcular el peso de agua de cir-culación requerido por hora. (b) En el supuesto de que U, basada en la diferencia detemperatura media Iogarítmica, valga 3952,8 kcalfhjm2jOC, ¿cuántos metros cuadradosde superficie de tubo de condensador serán necesarios?

11. En un condensador de superficie la temperatura inicial del agua de circula-ción es 12,8 oC y la salida, 37,80C. En la máquina de vapor este fluido entra saturadoseco a una presión absoluta de 9,8 kg/cm''; el escape de ~a máquina entra en el conden-sador a una presión absoluta de 0,14 kg/cm". La máquina desarrolla una potencia indi-cada de 180 HP Y consume 9,08 kg de vapor por HP indicado. La temperatura finaldel vapor condensado es 52,2 oC. (a) ¿Cuál es el título del vapor al entrar en el conden-sador¿ (b) ¿Cuál es el rendimiento térmico de la máquina basándose en la potencia in-dicada? Solución: (a) 95 %; (b) 11,59 %

12. Utilizando las curvas de transmisión de calor de la figura 189, hallar el valorde U correspondiente a un condensador de superficie construido con tubos de 19 mmde diámetro exterior y con un factor de carga de 39 kg de vapor por m-, una tempera-tura del agua de refrigeración de 21,10 C y una velocidad de 2,67 m/seg.

Solución : U = 3 904 unidades métricas.13. Utilizando las curvas de transmisión de calor de la figura 189, hallar el valor

de U correspondiente a un condensador de superficie construido con tubos de 25,4 mm(1 pulg) de diámetro exterior, y con un factor de carga de 19,5 kg de vapor por m'', unatemperatura del agua de refrigeración de 100C y una velocidad de 2,9 m/seg,

14. Calcular la superficie de tubo requerida para un condensador de superficieque recibe el vapor procedente de una turbina cuyo consumo específico es 8,17 kg porkW-hora. El vapor entra en la turbina a una presión absoluta de 14 kg/cm, y a una tem-peratura de 248 °C; la presión absoluta en el condensador es de 51 mm de mercurio.La carga del generador es de 3000 k.W; su rendimiento mecánico, 90 %. Suponer que nohay pérdidas ni sobreenfriamiento en el condensado. El agua entra a 23,9 oC y sale a35 °C. Tomar U = 3172. Solución: 547,8 m2

15. Una turbina de vapor de 2000 kW consume 5,45 kg de vapor por kW-horapara la carga nominal cuando se alimenta con vapor a una presión absoluta de 42 kg/cm"y.a una temperatura total de 371 oe; la presión absoluta en el condensador es de 51 mmde mercurio. Calcular la superficie de tubo de 19 mm requerida en un condensador deltipo de superficie apropiado para esta unidad; el agua entra a 29,5 oe y sale a 35 oe;el condensado no sufre sobreenfriamiento. Suponer que no hay pérdidas y que la velo-cidad del agua por el interior de los tubos vale 2,13 m/seg, Para hallar el valor de U


\utilizar l~ figura 189. Suponer que eme vale 0,92. (Este problema requiere sucesrvasaproximaciones. )

16. Un turbogenerador de 10000 kW consume 4,54 kg de vapor por kW-horapara la carga nominal. El vapor es suministrado a una presión absoluta de 45,5 kgjcm2;

temperatura, 371 oC, y vacío en el condensador de superficie, 737 mm, referido a unapresión barométrica de 762 mm. Temperatura de entrada del agua de circulación, 15,6 °C;temperatura de salida, 22,2 oC; el condensado no sufre sobrsenfriamiento. Rendimientomecánico del generador, 92 %. Los tubos del condensador son de 19 mm de diámetroexterior, y de 1,2 mm de espesor; la velocidad del agua por el interior de los tubos vale2,13 rn/seg. Suponiendo que no hay pérdidas, hallar (a) el volumen de agua de circula-ción requerido por minuto; (b) la superficie de tubo del condensador; (e) el número detubos para un condensador de dos pasos; y (d) longitud de los tubos. Determinar el valorde U mediante la figura 189.

severns cap xii condensadores de vapor y sus acces severns

Documents