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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD AZCAPOTZALCO

“DISEÑO DE UN CONDENSADOR DE CORAZA Y TUBOS”

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO MECÁNICO

PRESENTA: OSCAR DANIEL VILLASANA VILLAGOMEZ

ASESORES:

M. EN C. ALFONSO HERNÁNDEZ ZÚÑIGA

ING. FERNANDO VERGARA CAMACHO

MÉXICO, D.F. 2010

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD AZCAPOTZALCO

TESIS Y EXAMEN ORAL

QUE PARA OBTENER El TíTULO DE INGENIERO MECÁNICO DEBERA DESARROllAR EL C.: OSCAR DANIEL VILLASANA VILLAGOMEZ

"DISEÑO DE UN CONDENSADOR DE CORAZA Y TUBOS"

En la actualidad los sistemas de aire acondicionado han tomado gran auge en la mayoría de los estados del país debido a sus características climáticas o bien forman parte de grandes construcciones o lujosos condominios y parte fundamental de un equipo de acondicionamiento de aire es el condensador el cual es su soporte principal al momento de efectuar su operación, de aquí la importancia de diseñar un condensador de coraza y tubos con características de construcción que aseguraran la vida útil de todo el sistema.

EL TEMA COMPRENDERÁ LOS SIGUIENTES PUNTOS:

1. INTRODUCCiÓN. 2. GENERALIDADES. 3. SELECCiÓN DEL TIPO DE CONDENSADOR. 4. DISEÑO MECÁNICO. s, TABLAS y GRÁFICAS.

México , D. F., a 22 de Octubre del 2009. \\,\Gt NIER/4

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. y Servicies AcaclóH:\cos E.5.!.M.E.

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Vo.Bo. EL DIRECTOR

ING. JORGE GÓMEZ VILLARREAL

NOTA: Se sugiere utilizar el Sistema Internacional de Unidades. AT-2:¡8/.09 P. S. o 18 A JGV ~/m ro*

AGRADECIMIENTOS.

Primero, quiero darle las gracias a usted, por estar conmigo en cada paso que doy, por fortalecer mi corazón e iluminar mi mente y por haber tenido el placer de vivir y conocer a aquellas personas que han sido mi soporte y compañía durante todo el periodo de estudio. Gracias Dios. A mi Madre, a mi Padre por su amor incondicional, paciencia y por su cariño, comprensión y apoyo sin medida. Gracias por guiarme sobre el camino de la verdad y que me permiten saber que todo se puede lograr por difícil que parezca. Que desde que era pequeño me han guiado y que han estado conmigo en los momentos en que más los he necesitado. Yo se que sus oraciones han sido escuchadas. Gracias por los consejos que siempre me dieron y por preocuparse del desarrollo de esta Tesis. Todo mi trabajo va dedicado a ustedes con mucho amor y respeto. A mis hermanos, Lizeth, Anette, Jorge y Javier por que su amor, optimismo, buen humor, su ejemplo, su apoyo y sus palabras de aliento han sido vitales durante toda mi formación profesional. Además de ser mis mejores amigos, me han mostrado lo bello de la vida. Gracias por todo. A Vanessa, que ha sido pilar en mi vida, ya que me ha dado su amor a lo largo de estos años, su ayuda, y convivencia. Por tu apoyo, compresión y entusiasmo. Gracias mi vida.

ÍNDICE Pág. INTRODUCCION 1 CAPITULO I GENERALIDADES 4 1.1 Breve Historia de la Refrigeración 5 1.2 Tipos de Refrigeración 10 1.2.1 Refrigeración Domestica 1.2.2 Refrigeración Comercial 1.2.3 Refrigeración Industrial 1.2.4 Refrigeración para Aire Acondicionado 1.2.5 Refrigeración Marina 1.3 Sistemas de Refrigeración 12 1.3.1 Sistema de Enfriamiento 1.3.2 Sistema de Refrigeración 1.3.3 Sistema de Congelación 1.3.4 Sistema de Criogénico 1.4 Sistema de Refrigeración por Compresión de Vapores 14 1.4.1 Ciclo Básico de Sistema de Refrigeración 1.4.2 Diagrama Presión Entalpia (Diagrama de Mollier) 1.4.3 Sistema de Refrigeración Directo 1.4.4 Sistema de Refrigeración Indirecto 1.5 Conceptos Básicos 20 1.5.1 Termodinamica 1.5.2 Principio Cero de la Termodinamica 1.5.3 Primer Principio de la Termodinamica 1.5.4 Segundo Principio de la Termodinamica 1.5.5 Energía 1.5.6 Fuerza 1.5.7 Presión 1.5.8 Presión Atmosférica 1.5.9 Presión Manométrica 1.5.10 Presión Absoluta 1.5.11 Estado de la Materia 1.5.12 Proceso Termodinámico 1.5.13 Ciclo Termodinámico 1.5.14 Calor 1.5.15 Calor Especifico 1.5.16 Cálculo de la Cantidad de Calor 1.5.17 Transferencia de Calor 1.5.18 Conducción 1.5.19 Convección 1.5.20 Radiación 1.5.21 Calor Sensible 1.5.22 Calor Latente 1.5.23 Calor Total 1.5.24 Calor Latente de Fusión 1.5.25 Calor Latente de Vaporización 1.5.26 Calor Latente de Sublimación 1.5.27 Entalpia 1.5.28 Entropia 1.5.29 Volumen 1.5.30 Volumen Especifico

1.5.31 Temperatura 1.5.32 Punto de Ebullición 1.5.33 Refrigerante 1.5.34 Tonelada de Refrigeración 1.5.35 Sobrecalentamiento 1.5.36 Subenfriamiento CAPITULO II SELECCIÓN DEL TIPO DE CONDENSADOR 38 2.1 Clasificación de Condensadores para la Refrigeración 39 2.2 Condensadores Enfriados por Agua 42 2.2.1 Condensadores de Doble Tubo 2.2.2 Condensadores de Envolvente y Tubo Vertical Abierto 2.2.3 Condensador de Coraza Envolvente y Tubo Horizontal 2.2.4 Condensador de Envolvente y Serpentín 2.3 Condensador Evaporativo 48 2.4 Diseño Termodinámico 50 2.4.1 Datos de Diseño 2.4.2 Conceptos Preliminares 2.4.3 Carga del Condensador 2.4.4 Diferencia Media Logarítmica de Temperatura (LMTD) 2.4.5 Sección de la Tubería 2.4.6 Espacio de los Tubos 2.4.7 Gasto y Velocidad del Agua de Circulación 2.4.8 Coeficiente Global de Transmisión de Calor 2.4.9 Cálculo del Área de Transmisión de Calor 2.4.10 Longitud de Tubos y Números de Pasos 2.4.11 Caída de Presión CAPITULO III DISEÑO MECÁNICO 70 3.1 Especificaciones preliminares 71 3.2 Elementos constitutivos de un intercambiador de calor 73 3.3 Cálculo para el diámetro de coraza 3.4 Selección y cálculo mecánico de las tapas 79 3.5 Cálculo mecánico del peso del recipiente 81 3.5.1 Peso vacío del recipiente 3.5.2 Peso del agua del recipiente 3.5.3 Resultado del peso del agua del recipiente ANEXOS 85 GRAFICAS Y TABLAS 86 CONCLUSIONES 104 BIBLIOGRAFIA 105

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INTRODUCCIÓN. La determinación de la rapidez de transferencia de calor a una diferencia de temperatura especificada constituye el problema principal. Con objeto de estimar el costo, la factibilidad y el tamaño del equipo necesario para transferir una cantidad específica de calor en un tiempo dado, debe realizarse un detallado análisis de transferencia de calor. Las dimensiones de calderas, calentadores, refrigeradores y condensadores (cambiadores de calor), dependen no únicamente de la cantidad de calor que deba ser transmitida, sino también, de la rapidez con que deba transferirse el calor bajo condiciones dadas. La operación apropiada de los componentes del equipo tales como, los tubos de enfriamiento de un condensador o las paredes de una cámara frigorífica, depende de la posibilidad de enfriamiento de ciertas partes metálicas, retirando el calor de la superficie en forma continua y a gran rapidez. Así mismo, el diseño de máquinas eléctricas, calderas, radiadores y rodamientos debe hacerse un análisis de transferencia de calor con objeto de evitar las condiciones que provocaran sobrecalentamiento y daño al equipo. En el cálculo de condensadores, así como en otros equipos, la solución adecuada requiere de hipótesis e idealizaciones. Es casi imposible descubrir los fenómenos físicos en forma exacta, y para expresar un problema en forma de ecuación que pueda resolverse, es necesario hacer algunas aproximaciones. Para asegurar una operación satisfactoria del elemento, el diseñador aplicaría un factor de seguridad a los resultados que obtuvo de su análisis. Aproximaciones similares son también necesarias en los problemas de los condensadores. Las propiedades físicas, tales como la conductividad térmica o la viscosidad cambian con la temperatura, pero, si se seleccionan valores promedio convenientes, los cálculos pueden ser considerablemente simplificados sin introducir un error apreciable en el resultado final. Cuando el calor es transferido de un fluido a una pared, como por ejemplo, en un cambiador de calor, se forman incrustaciones debido a la operación continua y éstas reducen la rapidez del flujo de calor. Con objeto de asegurar una operación satisfactoria por un largo periodo, se debe aplicar un factor de seguridad que contrarreste el riesgo. Un condensador es una superficie de transferencia de calor que efectúa la transferencia de un fluido a otro. El tipo más sencillo de un condensador es un recipiente en el cual se mezclan directamente un fluido caliente y otro frío. En tal sistema, ambos fluidos alcanzaran la misma temperatura final, y la cantidad de calor transferida puede calcularse igualando la energía perdida por el fluido mas caliente con la energía ganada por el fluido mas frío.



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Los calentadores abiertos de agua potable, enfriadores y los inyectores de condensación, son ejemplos de equipos de transferencia de calor que emplea la mezcla directa de fluidos. Sin embargo son mas comunes los condensadores en los cuales un fluido esta separado del otro por una pared o división a través de la cual fluye el calor. A este tipo de condensadores se les llama también recuperadores. Existen muchas modalidades de tales equipos desde un tubo doble concéntrico (un tubo dentro de otro) con algunos pies cuadrados de superficie para la transferencia de calor, hasta complicados condensadores de superficie y evaporadores con muchos miles de pies cuadrados de superficie para la transferencia de calor. Una de las razones de que los equipos puedan dañarse es por efecto de las variaciones de temperatura. A raíz de esto es que se ha podido fabricar distintos equipos especializados para el intercambio de calor. Estos aparatos sirven para evitar el sobrecalentamiento de las maquinas y así lograr mantener una temperatura ideal de trabajo. Por otro lado también hay tipos que fueron construidos para mantener por debajo de cierta temperatura, ya sea, alimentos, medicinas etc. Los intercambiadores de calor son dispositivos usados para la transferencia de calor entre dos o más fluidos. Los intercambiadores de calor compactos son comúnmente usados en los procesos industriales de Ventilación Calentamiento, Refrigeración y también de Aire acondicionado, debido a su economía, construcción y operación. El desarrollo de los intercambiadores es variado y de una amplia gama de tamaños y tecnología como plantas de potencia de vapor, plantas de procesamiento químico, calefacción y acondicionamiento de aire de edificios, refrigeradores domésticos, radiadores de automóviles, radiadores de vehículos especiales, etc.

Fluidos en un intercambiador de calor Entre estos extremos hay un extenso surtido de cambiadores comunes de coraza y tubo. Estas unidades se usan ampliamente, por que pueden construirse con grandes superficies de transferencia de calor en un volumen relativamente pequeño, pueden fabricarse de aleaciones resistentes a la corrosión, y son idóneas para calentar, enfriar o evaporar o condensar toda clase de fluido.



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El diseño de un cambiador de calor, puede descomponerse en tres fases principales: 1.- El diseño térmico. 2.- El diseño mecánico preliminar. 3.- el diseño para su construcción. El diseño térmico se ocupa primordialmente de determinar el área de superficie necesaria para transferir calor a una velocidad específica a determinados niveles dados de flujo y temperatura de los fluidos. El diseño mecánico obliga a considerar las temperaturas y presiones de operación, las características de corrosión de uno o ambos fluidos, las expansiones térmicas relativas, los esfuerzos que acompañan y la relación del cambiador de calor con otro equipo que intervenga. El diseño de fabricación exige traducir las características y dimensiones físicas a una unidad que pueda construirse a bajo costo. Es preciso hacer la selección de materiales, acabados y cubiertas, elegir el dispositivo mecánico óptimo, y especificar los procedimientos de fabricación. Para obtener máxima economía, la mayoría de los fabricantes han adoptado líneas estándar de cambiadores de calor. Las normas establecen los diámetros de los tubos y los dominios de presión, además de promover el uso de modelos y procedimientos de fabricación estándar; sin embargo, la estandarización no significa que estos mecanismos puedan fabricarse de modelo y tipo uniformes, por que las necesidades de servicio varían demasiado. Casi todo cambiador requiere cierto grado de diseño técnico especial, pero si las condiciones de servicio lo permiten, el empleo de cambiadores construidos de acuerdo con líneas estándar economiza dinero. Por lo tanto, a menudo se pide al ingeniero encargado de instalar de cambiadores de calor en plantas de potencia y equipos de proceso, que seleccione la unidad cambiadora de calor adecuada para una ampliación en particular. La selección exige efectuar un análisis térmico, para determinar si una unidad estándar, de geometría y tamaños específicos puede satisfacer los requisitos de calentamiento o enfriamiento de un fluido dado a una velocidad especificada. En este tipo de análisis, el costo inicial debe equilibrarse con factores tales como la vida útil del equipo, facilidad de limpieza y espacio que ocupa. También es importante cumplir las exigencias de los códigos de seguridad, para la cual deben consultarse las normas respectivas.



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CAPITULO I

GENERALIDADES



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1.1. BREVE HISTORIA DE LA REFRIGERACIÓN. Desde hace mucho tiempo, el hombre ha tratado de dar aplicaciones al fenómeno natural de enfriamiento. Se tiene conocimiento que en la antigua China, hubo emperadores que mandaba traer nieve a las montañas para mitigar el calor a base de bebidas enfriadas con esta nieve.

El arte de la refrigeración basado en el hielo natural es muy antiguo y se practicó mucho antes de construirse cualquier máquina térmica. Hay escritos chinos, anteriores al primer milenio a. J.C. que describen ceremonias religiosas para llenar en invierno y vaciar en verano sótanos de hielo. Los antiguos romanos utilizaban el hielo de los Apeninos, y según Las mil y una noches, en la Edad Media caravanas de camellos transportaban hielo desde el Líbano a los palacios de los califas en Damasco y Bagdad.

Los griegos y los romanos comprimían la nieve en pozos aislados con pasto, paja y ramas de árboles. La nieve comprimida se convertía en hielo para ser usado en épocas de mayor calor. Esta práctica la describe Peclet y ha llegado hasta casi mediados del siglo XX en algunas zonas rurales catalanas, donde existían los llamados pous de glaç. Estos pozos se construían en laderas umbrías de los montes, de forma cónica con la base en la superficie y con un pozuelo en el fondo separado por una rejilla y en forma que se pudiese recoger y verte fuera el agua producida por la fusión de hielo. A medida que se iba echando la nieve o el hielo en estos pozos, se rociaban con agua helada y, una vez llenos, se cubrían su boca con paja y tablas que aislaban el hielo del calor exterior; así conservaban hielo preparado en invierno.

Otros escritos antiguos describen cómo los egipcios, hindúes y otros pueblos, empleaban procedimientos para producir hielo artificialmente, en general parecidos en sus principios. Se llenaban con agua vasijas poco profundas de arcilla porosa u otro material análogo y se colocaban sobre gruesos lechos de paja durante la noche. Si las condiciones atmosféricas eran favorables: frío, aire seco y una noche sin nubes, la pérdida de calor, debida a la evaporación nocturna, originaba la formación de finas capas de hielo en la superficie. La paja impedía la conducción del calor desde la tierra más caliente y la forma de las vasijas, poco profundas y de una gran superficie, facilitaba la evaporación y la pérdida de calor por radiación. Estos primeros métodos de producir refrigeración son otro notable ejemplo de la habilidad humana, patente en toda la historia de la termotécnia y las máquinas térmicas, para desarrollar un arte útil mucho antes de la existencia de las correspondientes bases racionales y científicas; facultad de utilizar y creer lo que no se entiende que ha marcado la evolución de la humanidad.

Asimismo, hasta mediados del siglo XIX existían navieras especializadas que transportaban miles de toneladas de hielo de Suecia y de los Grandes Lagos de EE.UU.A y Canadá a las Indias orientales, Australia, las Antillas y América del Sur.



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Los antiguos egipcios encontraron que el agua se podía enfriar, colocándola en jarras porosas en la parte superior de los techos, la brisa nocturna evaporada que se filtraba a través de las jarras, hacia que el agua que contenían se enfriará. Los griegos y romanos dispusieron de la nieve que bajaba desde la parte superior de las montañas, almacenándola en fosas de forma cónica que forraban con paja y ramas, conforme avanzo la civilización, la gente fue aprendiendo a enfriar las bebidas y los alimentos, pensando, simplemente, en hacerlos mas agradables.

La utilización de los procesos químicos mediante mezclas refrigerantes se puede considerar como una etapa intermedia entre el frío natural y el frío artificial, y desde antiguo se conocía que añadiendo ciertas sales, como por ejemplo el nitrato sódico, al agua, se consigue disminuir su temperatura.

Este procedimiento era utilizado en la India en el siglo IV y durante la dominación musulmana en la península Ibérica. Así, los Omeyas introdujeron en Córdoba los sorbetes que elaboraban usando una mezcla de nieve con salitre.

En 1553 un médico español, aposentado en Roma, Blas Villafranca se ocupaba, en su libro, editado en Roma, Methodes refrigerandi ex vocato sale nitro vinum aquamque acpotus quodvis aliud genus, cui accedaent varia naturalium rerum problemata, non minus jucunda lectu, quam necesaria cognitu, del enfriamiento del agua y el vino por medio de mezclas refrigerantes, nombrando por primera vez la palabra refrigerar en el sentido de lograr y mantener una temperatura inferior a la del ambiente. En 1607 se descubrió que podía utilizarse una mezcla de agua con sal para congelar el agua. En el año de 1626, el científico inglés Francis Bacon, experimentó por primera vez la refrigeración para conservar los alimentos, intentando la conservación del pollo, mediante el recurso de rellenarlo con nieve. Aunque partía de una mera intuición, pues hasta entonces, todavía no se sabía exactamente por que se descomponían los alimentos.

En 1683, un científico alemán de nombre Antón Van Leeuwennoek, descubrió un mundo científico totalmente novedoso, gracias a su invento del microscopio, descubrió que un cristal transparente de agua contenía millones de organismos vivientes, que en la actualidad se denominan microbios.

Los científicos estudiaron los microbios y encontraron que la rápida multiplicación

de los mismos, se realiza en condiciones calientes y húmedas, tal como las que se presentan en los alimentos. Esta multiplicación de microbios fue reconocida prontamente como la causa principal del deterioro de los alimentos.

Por el contrario, se comprobó que al mismo tiempo, los microbios a temperaturas

de 10° C. o menores no se multiplicaban. Mediante estos estudios científicos se hizo



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evidente que los alimentos frescos podían conservarse con seguridad a temperaturas de 10° C. o menores. Así se empezaron a preservar los alimentos por medio del enfriamiento, así como de la deshidratación, la condimentación o el salado de los mismos.

Joseph Priestley había descubierto en 1774 el amoníaco y también había

observado la gran afinidad de este nuevo gas, que él denominó aire alcalino, por el agua. Esta propiedad condujo a Ferdinand Philippe Edouard Carré (Moislains 1824 – Poncet 1900) a idear una máquina de refrigeración que sólo consumía calor, gracias a un nuevo sistema que él llamó de afinidad. El sistema fue conocido mas tarde con el nombre de absorción.

Esta máquina obtuvo el premio de la exposición universal de Londres de 1862 y en 1875 el buque Paraguay, equipado con ella, transportó por primera vez carne congelada de Buenos Aires a Le Havre. Carré también inventó otros aparatos eléctricos, Ferdinan Carré patentó su nueva máquina en 1859 y en los años siguientes registró numerosas patentes relacionadas con máquinas de refrigeración. Las máquinas fabricadas con arreglo a estas patentes fueron de dos tipos: una pequeña de operación intermitente, y otra grande de operación continua.

Todas estas experiencias y descubrimientos, llevaron a los científicos de ese

entonces, a tratar de crear maquinas capaces de fabricar hielo, pero no fue hasta 1834, cuando un ingeniero norteamericano, con domicilio en Londres, llamado Jacob Perkins, patentó la primera máquina práctica productora de hielo.

En este continente, en 1855, y precisamente en la ciudad de Cleveland, Ohio, se

pone en marcha la primera máquina de refrigeración para hacer hielo. Damàs Calvet fue a París a estudiar el sistema Carré y da las siguientes

descripciones de las dos máquinas del mismo, basada en un informa de Pouillet y Regnault. La máquina pequeña, era de carácter doméstico y portátil. Podía hacer de 0,5 a 2 kg. de hielo en cada operación; tenía dos elementos principales que actuaban alternativamente, el primero como calentador y absorbedor y el segundo como condensador y evaporador.

El aparato se ponía a calentar durante 35 a 70 minutos; la solución concentrada de amoniaco se calentaba hasta 130°C, el gas amoniaco abandonaba la solución acuosa y pasaba al condensador donde se licuaba. En la fase de enfriamiento, aproximadamente de la misma duración, una bandeja de metal con agua se ponía en esta misma parte del equipo, que ahora funcionaba con evaporador, y el agua se congelaba. El aparato empleaba aproximadamente 3 kg de carbón de madera por cada kilo de hielo producido.



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La máquina de operación continua, que tuvo mayor repercusión, era mucho más elaborada; tenía casi todas las características de las máquinas actuales. El conjunto estaba formado por un calentador, en cuya parte superior había un rectificador para que el amoniaco desprendido se desecara calentándolo (rectificación) antes de pasar al condensador situado en la caja, llena de agua fría que se renueva para mantener la temperatura alrededor de los 30°C y compuesto de dos serpentines, después del cual estaba una válvula de expansión que daba paso al serpentín evaporador inmerso en salmuera, en la que había unos moldes en donde el agua era congelada. El cilindro r" a la salida del condensador, recibía el líquido condensado en los serpentines a 30°C y 8 atmósferas, que se mantenían en el calderín, al no haber ningún estrangulamiento entre ambos.

El amoniaco condensado iba a un vaso distribuidor, de donde se extraía a través de una válvula h que proporcionaba la pérdida de carga suficiente para que aguas abajo de la misma, en el evaporador, la presión fuese de 1 atmósfera. Completaban el ciclo un absorbedor donde se regeneraba la solución concentrada y una bomba N, que la enviaba al calentador. Observando la válvula de seguridad, en la parte superior del rectificador y la precaución de que los vapores (de amoniaco) fuesen a un recipiente con agua, cerrado para evitar la dispersión del amoniaco.

Esta máquina fue fabricada en París en 1860, y se hicieron 5 modelos con unas

capacidades de producción de 12 a 100 kg de hielo por hora. Un cuadro del folleto de Damàs Calvet citado, resume las prestaciones de las máquinas ofertadas por Carré.

La máquina de Carré fue rápidamente exportada a otros países y en algunos de ellos, como Alemania, Gran Bretaña y Estados Unidos fue construida y perfeccionada. Precisamente fue en el Sur de los Estados Unidos donde la máquina de absorción tuvo mayor difusión y aunque al principio su utilización se limitaba a fábricas de hielo y de cerveza, más adelante amplió su campo de aplicación. La máquina de absorción ejerció una clara hegemonía sobre las otras máquinas de refrigeración durante un periodo que alcanza hasta 1875 aproximadamente, y eso a pesar de que el diseño, cálculo y uso de esta máquina eran más complejos que en la de compresión. De hecho los cálculos y funcionamientos de la máquina eran en esa época en su mayor parte empíricos, y su conocimiento teórico empezará mucho más tarde con los trabajos de E. Altenkirch, autor también de la teoría de la refrigeración termoeléctrica en 1911. (Zeit für Phys, vol. 12), la tecnología más moderna de la refrigeración continua y que ha experimentado un gran desarrollo con la tecnología aerospacial.

Cuando aparecieron otros refrigerantes distintos de los éteres y más tarde los motores eléctricos, la máquina de absorción tuvo que ceder el primer puesto a la de compresión. Sin embargo, no desapareció y todavía en 1919, de 55 factorías de frío existente en Florida 44 estaban equipadas con máquinas de absorción, y como se ha dicho, en la industria petrolífera, con disponibilidad de calor residual, ha permanecido.



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Hacia 1930, la absorción volvió a tomar nuevo empuje, especialmente debido a los suecos Carl Munters y Baltazar von Platen que basándose en la ley de Dalton de las presiones parciales y utilizando hidrógeno, consiguieron a principios de los años 20, cuando todavía eran alumnos del Real Instituto de Tecnología de Estocolmo, eliminar la bomba del sistema y dar con ello impulso al refrigerador doméstico por absorción que tuvo una gran difusión y una particular aplicación en las zonas rurales sin electricidad ni gas ciudad, y últimamente para aprovechamiento de energía térmica de bajo nivel e, incluso, energía solar, con la utilización de la solución de bromuro de litio sustituyendo a la de amoniaco, introducida hacía 1940.



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1.2. TIPOS DE REFRIGERACIÓN.

En la actualidad existen cinco tipos de aplicación de la refrigeración, los cuales son: 1.- Doméstica 2.- Comercial 3.- Industrial 4.- Aire acondicionado 5.- Marina

1.2.1 REFRIGERACIÓN DOMÉSTICA.

El campo de la refrigeración domestica esta limitado principalmente a refrigeradores y congeladores caseros. Las unidades domesticas generalmente son de tamaño pequeño teniéndose capacidades de potencia que fluctúan entre 1/20 y ½ HP. (Véase fig. 1).

Fig. 1 Frigoríficos domésticos. 1.2.2 COMERCIAL. La refrigeración comercial se refiere al diseño, instalación y mantenimiento de unidades de refrigeración de tipo que se tienen en establecimientos comerciales para su venta al menudeo, restaurantes, hoteles e instituciones que se dedican a almacenamiento, exhibición, procesamiento y a la distribución de artículos de comercio perecederos de todos tipos. (Véase fig. 2).

Fig. 2 Frigoríficos comerciales



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1.2.3. INDUSTRIAL.

La refrigeración industrial a menudo es confundida con la refrigeración comercial, porque la división entre estas dos áreas no esta claramente definida. Como regla general, las aplicaciones industriales son más grandes en tamaño que las aplicaciones comerciales y, la característica que las distingue es que se requiere un empleado para su servicio, (fig. 3), que por lo general es un ingeniero. Algunas aplicaciones industriales típicas son plantas de hielo, grandes plantas empacadoras de alimentos, cervecerías, lecherías y plantas industriales, tales como refinerías de petróleo, plantas químicas, plantas huleras, etc.

Fig. 3 Equipos de refrigeración para fines industriales. 1.2.4. MARINA.

La refrigeración marina se refiere a la realizada abordo de embarcaciones de transporte y cargamento sujeto a deterioros así como refrigeración de los almacenes del barco. (fig. 4).

Fig. 4 Construcciones frigoríficas marinas.



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1.2.5. REFRIGERACIÓN PARA AIRE ACONDICIONADO. El aire acondicionado es la técnica para controlar los factores que afectan las condiciones físicas y químicas de la atmósfera dentro de cualquier espacio destinado a ocuparse por personas para su comodidad o bien para realizar procesos industriales. Los sistemas de refrigeración son parte fundamental en los proyectos de acondicionar espacios con aire frió.

1.3. SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN:

La finalidad de la refrigeración moderna es muy variable y va desde conservar un producto, hasta llegar a un proceso. Estos procesos se clasifican en grupos que son:

• Enfriamiento.

• Refrigeración.

• Congelación.

• Proceso criogénico.

• Aire acondicionado.

1.3.1. SISTEMA DE ENFRIAMIENTO.

Los sistemas de enfriamiento operan normalmente con temperaturas que van desde + 15 °C a +2°C (59°F a 35.6°F). Aun cuando en algunos casos existen una distribución de temperatura hasta los 0°C (32°F), en este proceso nunca se presenta un cambio de estado en la sustancia que maneja y solamente se elimina calor sensible.

Su aplicación es muy amplia y se utiliza en productos que requieren conservación y la temperatura en que se encuentran son solo para efectos de gusto. Como ejemplo tenemos:

• Enfriadores de bebidas carbonatas.

• Enfriadores de productos lácteos.

• Sistemas de acondicionamiento del aire. (fig. 5).



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Fig. 5 Equipo de acondicionamiento de aire. 1.3.2. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN. Los niveles de temperatura de este proceso comprenden valores ligeramente superiores de los 0°C a -180°C (32°F a -0.4°F) aproximadamente. En este proceso se utiliza para la eliminación de calor latente. Este proceso se utiliza para la conservación de productos de 2 semanas hasta un mes aproximadamente. Es utilizado ampliamente en instalaciones domesticas, comerciales (fig. 6), y de investigación.

Fig. 6 Frigoríficos comerciales. 1.3.3. SISTEMA DE CONGELACIÓN. Este proceso opera entre -18°C y -40°C (-0.4°F y -40°) y en este proceso también se elimina calor latente. No obstante en algunos casos solamente se elimina calor sensible, por ejemplo, cuando se conserva la carne congelada en la transportación. El periodo de conservación va desde un mes hasta un año dependiendo del producto y que producto y procedimientos se empleen. (Fig. 7).



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Fig. 7 Túnel de Congelación para 20000 Lbs que opera con un compresor de tornillo y refrigerante zamoníaco.

1.3.4. SISTEMA DE CRIOGENICO.

Es un proceso que opera desde -40°C (-40°F) a valores cercanos al cero

absoluto. Esto implica el cambio de estado físico en la sustancia si esta se encuentra en forma liquida o agua. Su aplicación es muy fuerte en el área industrial y de investigación, también desarrollándose en áreas comerciales. Este proceso trata de la preservación de los productos alimentación en sus características o codician muy crítica.

1.4. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPORES.

1.4.1. CICLO BÁSICO DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN. Si tomamos un líquido refrigerante, lo confinamos a un recipiente y lo colocamos este cerca de un objeto caliente, el líquido absorbe calor de objeto, el líquido absorbe calor del objeto de mayor temperatura. Si el líquido refrigerante absorbe suficiente calor, entrará en ebullición y vaporizará. Si el gas refrigerante vaporizado esta lo bastante comprimido, entregará el calor que absorbió del objeto caliente y se condensará en el fondo del recipiente en forma de líquido. Este proceso de vaporización y condensación sucesivas de un refrigerante se denomina ciclo de refrigeración. Cuando el ciclo se cumple en forma continúa gracias al empleo de maquinaria, se denomina refrigeración mecánica.



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Los componentes básicos necesarios para establecer un sistema de refrigeración mecánica son:

• Un evaporador, el cual será la unidad enfriadora. • Una bomba, a la que denominamos compresor. • Un condensador, el cual será la unidad disipadora de calor. • Un dispositivo regulador de líquido, ya sea válvula de expansión, tubo

capilar, etc. Para entender como se unen los componentes para formar un ciclo de

refrigeración, empezaremos describiendo el funcionamiento del evaporador. Primero tenemos un tubo que está parcialmente lleno con líquido refrigerante. Cuando el tubo se coloca cerca del objeto caliente que se desea enfriar y el calor se traslada del objeto caliente hacia el tubo frío.

El calor absorbido por el líquido refrigerante en el tubo, provoca que este líquido

hierva primero y se vaporice luego, debido a su trabajo puno de ebullición. El tubo en el cual se produce la ebullición se denomina evaporador, puesto que la ebullición produce una forma de evaporación.

El refrigerante otra vez en estado líquido, se acumula en la porción inferior del condensador, donde queda disponible para otro ciclo de enfriamiento. El condensador no puede estar del todo bloqueado, puesto que la presión sería excesiva y no habría forma de que el refrigerante retornara al evaporador. En consecuencia, debe establecer un método para obtener la cantidad correcta de presión que permitía la recirculación del refrigerante. La forma más simple de lograrlo es utilizando otro tubo. Las leyes de la física establecen que cuanto más pequeño sea el diámetro de un cilindro y mayor su longitud, más grande será la resistencia que ofrezca a la circulación de cualquier fluido que pase por él. Entonces, mediante una juiciosa de su diámetro y longitud, un cilindro o tubo puede servir tanto para regular la presión, como para transportar el refrigerante. Para las modernas y compactas unidades acondicionadoras de aire, el tubo deberá ser demasiado largo, por consiguiente, se le da la forma de una bobina, obteniéndose así una longitud conveniente y tamaño reducido. Tal dispositivo se conoce como tubo capilar. Veamos ahora una vez más al ciclo de refrigeración, tal como se representa en la siguiente figura 8:

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERiA MECANICA Y ELECTRICA

ESIME (UPAI

CD Compresor @ Evaporador @ Elemento restrictivo ® Condensador

Fig. 1.8 Sistema mecenico por compresi6n de vapores

La accion del compresor extrae vapor del evaporador, reduciendo la presion del Iiquido refrigerante en el evaporador. EI calor circula desde los objetos mas calienta . hasta el Iiquido refrigerante. La reducclon dela presion en el Iiquido produce evaporacion, la que da como resultado la extraccion de calor del Iiquido, 10 que Ie brinda capacidad para absorber mas calor de los objetos mas calientes.

EI vapor refrigerante del evaporador se comprime en vapor a alta presion y se fuerza dentro del condensador. EI vapor, condensado a Iiquido, por accion de la elevada presion, entrega su calor a la atmosfera mas frla que 10 rodea.

EI Iiquido refrigerante, condensado se fuerza luego en el tubo capilar por la presion que crea el compresor. EI Iiquido del tubo capilar vuelve a entrar en el evaporador y el ciclo se reinicia.

1.4.2. DIAGRAMA PRESION ENTALP!A (DIAGRAMA DE MOLLlER).

Casi todas las substancias pueden existir en la naturaleza en esta solido, Iiquido o gaseoso y pueden se cambiados de un estado otro. Estos cambios de estado pueden provocarse por medio de enfriamiento 0 calentamiento.

Un ingeniero en diseno revisa cuidadosamente los datos del refrigerante en forma de tablas y graficas antes de seleccionarlo para una lnstalaclon determinada.

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Esta información puede representarse gráficamente en formas de diagramas que son conocidos como diagramas de Mollier, (Fig. 9), estos graficarán la presión absoluta y la entalpía principalmente. Estos diagramas son fáciles de entender y sirven como una herramienta valiosa para analizar y comprender el funcionamiento de un sistema de refrigeración. El ingeniero en refrigeración debe analizar el diagrama de Mollier para graficar los ciclos de refrigeración, sirve para detectar problemas prácticos en las operaciones de un sistema. El diagrama representa el refrigerante. Es una representación grafica de los datos contenidos en las tablas termodinámicas. El diagrama muestra los tres estados físicos diferentes. Las líneas de frontera convergen al aumentar la presión y linealmente se juntan en un punto crítico, el cual representa la condición límite para la existencia de refrigerante líquido. A temperaturas mayores a la crítica el refrigerante puede existir solo en forma gaseosa. Comenzando por la esquina inferior izquierda, tenemos que el hielo está a 0° F; se puede determinar que se necesitaron 16 BTU´s para llevar el hielo de 0° a 32° F. Estos 16 BTU´s son de calor sensible, ya que ellos producen un aumento en la temperatura. Seguimos agregando calor y notamos que el hielo comienza a derretirse.

Fig. 9 Diagrama de Mollier del refrigerante Freon-12.



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1.4.3. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DIRECTO.

Es aquel en el cual el evaporador va colocado dentro de un tanque perfectamente aislado térmicamente, el cual a su vez contiene una solución salina llamada salmuera que es la que circula por el espacio o cuerpo a enfriar (refrigerar). En estos sistemas indirectos debe considerarse que la temperatura de la salmuera o refrigerante secundario que circula por el serpentín secundario de enfriamiento o a la salida del mismo espacio o producto a enfriar debe ser de 5ºF a 6ºF como mínimo debajo de la temperatura del producto o espacio a enfriar. La elevación de la temperatura de la salmuera es de la entrada hasta la salida del serpentín, se calcula generalmente de 10ºF pudiéndose considerar en grandes plantas hasta de 15ºF a 20ºF (Fig. 10).

+Qs

AMONIACO GAS

AMONIACO LIQUIDO

AMONIACO GAS

LIQUIDO

AMO

NIA

CO

ESPACIO POR REFRIGERAR

COMPRESOR

CONDENSADOR

VALVULA DE EXPANSIÓN

EVAPORADOR

-Qs

Fig. 10 Sistema de refrigeración directo.



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A. B. P. A. B. P. Transmisor de calor secundario

Temperatura requerida Primaria

De la sustancia Producto

o espacio.

Salmuera

TΔ Condensado

V.E.

Salmuera como refrigerante Evaporador, donde tiene lugar la Temp. Requerida secundaria.

Refrigerante primario

1.4.4. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN INDIRECTO. En un sistema indirecto existen al menos dos intercambiadores de calor y un circuito secundario de refrigeración entre el proceso y el primer refrigerante. Método de refrigeración por medio de la circulación de aire utilizando ventilación interior. (Fig 11 y fig. 12).

Fig. 11 Diagrama de un ciclo de refrigeración indirecta que utiliza salmuera como refrigerante secundario para la fabricación de hielo.

Fig. 12 Sistema de refrigeración indirecto enfriado por aire.



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1.5. CONCEPTOS BÁSICOS:

1.5.1. TERMODINÁMICA.

La termodinámica es la rama de la física que estudia la energía, la transformación entre sus distintas manifestaciones, como el calor, y su capacidad para producir un trabajo.

Está íntimamente relacionada con la mecánica estadística, de la cual se pueden derivar numerosas relaciones termodinámicas. La termodinámica estudia los sistemas físicos a nivel macroscópico, mientras que la mecánica estadística suele hacer una descripción microscópica de los mismos.

1.5.2. PRINCIPIO CERO DE LA TERMODINÁMICA. A este principio se le llama "equilibrio térmico". Si dos sistemas A y B están a la misma temperatura, y B está a la misma temperatura que un tercer sistema C, entonces A y C están a la misma temperatura. Este concepto fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, no fue formulado hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibe la posición 0. 1.5.3. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA.

También conocido como principio de la conservación de la energía, la Primera ley de la termodinámica establece que si se realiza trabajo sobre un sistema, la energía interna del sistema variará. La diferencia entre la energía interna del sistema y la cantidad de energía es denominada calor. Fue propuesto por Antoine Lavoisier.

La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:

Eentra − Esale = ∆Esistema (ECC. 1.1)

En otras palabras: La energía no se crea ni se destruye sólo se transforma. (Conservación de la energía).

1.5.4. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA.

Esta ley indica la dirección en que se llevan a cabo las transformaciones energéticas. En un sistema aislado, es decir, que no intercambia materia ni energía con su entorno, la entropía (fracción de energía de un sistema que no es posible convertir en trabajo) siempre aumenta con el tiempo.



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En otras palabras: El flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos a temperatura más alta a aquellos de temperatura más baja.

Existen numerosos enunciados para definir este principio, destacándose los de Carnot y Clausius.

Enunciado de Carnot: La potencia motriz del calor es independiente de los agentes que intervienen para realizarla; su cantidad se fija únicamente por la temperatura de los cuerpos entre los que se hace, en definitiva, el transporte calórico.

Fig. 13 Diagrama del ciclo de Carnot en función de la presión y el volumen. Enunciado de Clausius“ No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor de un recipiente a una cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por un recipiente a temperatura más elevada". 1.5.5. ENERGÍA. Siempre que se efectúa un trabajo o se desarrolla un movimiento de cualquier clase, hay energía. Se dice que un cuerpo posee energía, cuando tiene la capacidad de desarrollar trabajo. Por lo tanto, la energía se describe como la facultad de desarrollar trabajo. En cualquier cuerpo la energía puede encontrarse en una sola o en las dos formas básicas siguientes: cinética y potencial. Energía cinética: Es la que posee un cuerpo como resultado de su desplazamiento o velocidad.



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Energía potencial: Es la que posee un cuerpo debido a su posición o configuración.

Toda la energía se puede clasificar dentro de las dos clases básicas: Cinética o potencial. Sin embargo la energía puede aparecer en varias formas diferentes, tales como: Energía mecánica, energía eléctrica, energía química, energía térmica, etc. y fácilmente se convierte de una a otra. La energía eléctrica, por ejemplo, se convierte en energía calorífica en un calentador o en un tostador eléctrico. La energía eléctrica se convierte en energía mecánica en los motores eléctricos, en los celenoides, y en otros aparatos mecánicos. En fin la energía no se destruye, en el sentido de qye se convierte de una a otra. Esto nos lleva a la primera ley de la termodinámica que trata sobre la conservación de la energía, y dice: La cantidad de energía es constante, no puede crearse ni destruirse, solo se transforma. 1.5.6. FUERZA.

Se denomina fuerza a cualquier acción o influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo, es decir, de imprimirle una aceleración modificando su velocidad.

1. La aceleración que experimenta un cuerpo es, por definición, proporcional a la fuerza que actúan sobre él.

2. La constante de proporcionalidad entre la fuerza y la aceleración se denomina masa inercial del cuerpo.

Estas dos afirmaciones se resumen en la Ley Fundamental de la Dinámica o Segunda Ley de Newton:

(Ecc. 1.2)

Donde representa la fuerza que actúan sobre el cuerpo, su masa y su aceleración. Medidas sobre un sistema inercial de referencia.

La fuerza, al igual que la aceleración, es una magnitud vectorial, y se representa matemáticamente mediante un vector.



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1.5.7. PRESIÓN. Para poder definir la presión, es necesario conocer que es fuerza. La fuerza más conocida es el peso. El peso de un cuerpo es una medida de la fuerza que ejerce la atracción de la gravedad sobre el mismo. Como se observa en la ecuación siguiente.

AFP = (Ecc. 1.3)

Unidades de presión y sus factores de conversión Pascal bar N/mm² kp/m² kp/cm² atm Torr

1 Pa (N/m²)= 1 10-5 10-6 0.102 0.102×10-4 0.987×10-5 0.00751 bar (daN/cm²) = 100000 1 0.1 10200 1.02 0.987 750

1 N/mm² = 106 10 1 1.02×105 10.2 9.87 7500 1 kp/m² = 9.81 9.81×10-5 9.81×10-6 1 10-4 0.968×10-4 0.0736

1 kp/cm² = 98100 0.981 0.0981 10000 1 0.968 736 1 atm (760 Torr) = 101325 1.013 0.1013 10330 1.033 1 760 1 Torr (mmHg) = 133 0.00133 1.33×10-4 13.6 0.00132 0.00132 1

Tabla 1.1 De las unidades de presión y su factor de conversión. Existen muchas fuerzas además de la gravedad, todas se miden en unidad de peso. La presión es la fuerza ejercida en la unidad de área. Se puede describir como la medida de la intensidad de una fuerza en un punto cualquiera sobre la superficie de contacto. El vacío, prácticamente lo conocemos como la ausencia de presión. El vació es la ausencia completa de materia o, dentro de nuestras aplicaciones, es un estado de aire en que este se halla tan fino, (rarificado), que la presión que tiene es muy inferior a la presión atmosférica normal. 1.5.8. PRESIÓN ATMOSFÉRICA. La tierra está rodeada de una envoltura de atmósfera o aire que se extiende hacia arriba desde la superficie de la tierra a una distancia aproximada de 100 km. El aire tiene peso, y debido a eso, ejerce presión sobre la superficie de la tierra. La presión ejercida por la atmósfera se conoce como presión atmosférica.



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El peso de una columna de aire en una sección transversal de una centímetro cuadrado, que se extendiera de la superficie de la tierra, al nivel del mar, hasta los límites superiores de la atmósfera, sería de 1.0333 kg. Por lo tanto, la presión de la superficie de la tierra al nivel del mar, resultante del peso de la atmósfera, es de 1.0333 kg. por centímetro cuadrado; lo cual equivale a 14.7 libras por pulgada cuadrada, en el sistema ingles. En realidad la presión de la atmósfera no es constante, sino que varía de hora a hora, dependiendo de la temperatura, del vapor de agua que contenga y de algunos otros factores. Una columna de mercurio de 760 mm. De altura es la medida de una presión equivalente a 1.0333kg. por centímetro cuadrado, de ahí que las presiones debajo de las presiones atmosféricas generalmente reciben el nombre de presiones de vació y se expresan en milímetros de mercurio. En los trabajos de refrigeración y de aire acondicionado las presiones por encima de la presión atmosférica son medidas en libras por pulgada cuadrada, o en kg. por centímetro cuadrado y las presiones por debajo de la presión atmosférica son medidas en milímetros de mercurio o pulgadas de mercurio. 1.5.9. PRESIÓN MANOMÉTRICA. En los trabajos de refrigeración y aire acondicionado, la presión se mide generalmente por medio de manómetros. Estos manómetros han sido diseñados para medir presiones superiores a la atmosférica, vale decir que los manómetros están calibrados para que se lea cero a la presión atmosférica normal. Las presiones señaladas por un manómetro se denominan presiones manométricas. 1.5.10. PRESIÓN ABSOLUTA. La presión absoluta se entiende como presión total o real de un fluido. La presión absoluta es igual a la suma de la presión atmosférica más la presión manométrica. La presión que se lee en un manómetro no es la presión total o real de fluido en un recipiente, sino que el manómetro mide solamente la diferencia de presión entre la presión total del fluido del recipiente y la presión atmosférica. Cuando la presión del fluido es superior a la atmosférica, la presión absoluta se determina sumando la presión atmosférica a la manométrica, y cuando la presión del fluido es inferior, la presión absoluta se encuentra restando la presión del manómetro de la presión atmosférica, como se observa en la ecuación siguiente.

matmABS PPP += (Ecc. 1.4)



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En cualquiera de los tres estados físicos de la materia, la eliminación de calor produce una contradicción o reducción del volumen del material y, por el contrario, la adición de calor produce dilatación (suponiendo que el material no esté envasado o confinado, si se trata de un líquido o de un gas).

Una de la pocas excepciones a esta regla es al agua. Si se enfría, su volumen

disminuye normalmente hasta que la temperatura del agua es de 4° C. En este punto, el agua presenta máxima densidad y si se enfría más, nuevamente aumentará su volumen. Además, después de enfriarse a 0° C., se solidificara, y esta solidificación estará acompañada por una expansión aun mayor. De hecho, un metro cúbico de agua al congelarse forma aproximadamente 1.085 metros cúbicos de hielo. 1.5.11. ESTADO DE LA MATERIA. LA materia puede existir en tres fases o estados diferentes de agregación: sólido, líquido o gaseoso (vapor). Por ejemplo: el agua es un líquido, pero esta misma substancia puede existir como hielo, que es un sólido, o como vapor, que es un estado gaseoso. Las moléculas que se supone además, están en un estado de vibración o movimiento rápido, constante y que la rapidez y extensión de la vibración o movimiento molecular determina la cantidad de energía que posee la materia. Es decir, un cuerpo tiene energía interna, debido a su movimiento molecular. ESTADO SÓLIDO: La materia en estado sólido tiene una estructura molecular rígida y tiende a retener su dimensión o forma, o sea que sus moléculas tienen energía interna relativamente pequeña. (Véase fig. 1.14). ESTADO LÍQUIDO: En el estado líquido hay mayor energía interna que en el estado sólido. La mayor energía de las moléculas les permite vencer hasta cierto grado las fuerzas de atracción reciprocas. Por lo tanto no están sujetas tan rígidamente como en el estado sólido, pueden moverse libremente y su configuración depende que contenga al líquido de que se trate. (Véase fig.1.14). ESTADO GASEOSO: Este estado de la materia tiene mayor cantidad de energía que los dos anteriores; sus moléculas están prácticamente libres, no están no están sujetas a las fuerzas de atracción, es decir, vence esas fuerzas, que se mueven a velocidades elevadas y chocan unas con otras. Por eso, la materia en estado gaseoso, no tiene tamaño ni forma y se debe almacenar en un recipiente sellado. (Véase fig. 14).



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Fig. 14 Los diferentes estados de la materia. 1.5.12. PROCESO TERMODINÁMICO.

A cualquier transformación en un sistema, desde un estado de equilibrio a otro, se le conoce como proceso. Dicho en otras palabras, es el cambio de estado de una sustancia o un sistema, desde unas condiciones iniciales o de estado inicial, hasta unas condiciones finales o de estado final por una trayectoria definida.

Para describir completamente un proceso se requiere de los estados de equilibrio inicial y final, así como de la trayectoria o las interacciones del sistema con su entorno durante el proceso.

En general los procesos dependiendo de sus características, trayectoria, o del comportamiento de las propiedades de la sustancia involucrada se pueden clasificar en procesos desarrollados con una propiedad constante y en procesos con características especiales.

Existen 3 tipos de Procesos Termodinámicos, estos son:

- Los Procesos Isoentropicos.

- Los Procesos Adiabáticos.

- Los Procesos Politrópicos.

Procesos Adiabáticos.

El Proceso adiabático es un proceso Termodinámico en la cual no hay transferencia de calor hacia y desde los alrededores.

Procesos Politrópicos.

Son aquellos Procesos Termodinámicos en donde el calor específico permanece constante.

LIQUIDO. El liquido toma la forma del vaso que le contiene. Así, si el agua del vaso se derrama sobre la superficie, forma del líquido cambia, pero su volumen permanece constante.

SÓLIDO.Un sólido, por ejemplo la roca, posee una forma determinada, que no varia fácilmente. Esto, porque las partículas del sólido están unidas fuertemente entre si para formar una estructura firme.

GAS.Un gas llena el espacio que lo encierra y no posee forma ni volumen propio, adapta la forma de su recipiente, como el helio contenido en el globo de la imagen.



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1.5.13. CICLO TERMODINÁMICO.

Se denomina ciclo termodinámico al proceso que tiene lugar en dispositivos destinados a la obtención de trabajo a partir de dos fuentes de calor a distinta temperatura o, de manera inversa, a producir el paso de calor de la fuente de menor temperatura a la fuente de mayor temperatura mediante la aportación de trabajo.

Obtención de trabajo.

La obtención de trabajo a partir de dos fuentes térmicas a distinta temperatura se emplea para producir movimiento. El rendimiento es el principal parámetro que caracteriza a un ciclo termodinámico, y se define como el trabajo obtenido dividido por el calor gastado en el proceso, en un mismo tiempo de ciclo completo si el proceso es continuo, y se define como la sucesión de procesos termodinámicos. (Fig. 15)

Este parámetro es diferente según los múltiples tipos de ciclos termodinámicos que existen, pero está limitado por el factor o rendimiento del ciclo de Carnot.

Un ciclo termodinámico inverso busca lo contrario al ciclo termodinámico de obtención de trabajo. Se aporta trabajo externo al ciclo para conseguir que la transferencia de calor se produzca de la fuente más fría a la más caliente, al revés de como tendería a suceder naturalmente. Esta disposición se emplea en las máquinas de aire acondicionado y en refrigeración.

Fig. 15 Diagrama T-S para obtener trabajo.

1.5.14. CALOR Calor es una forma de energía. Es la energía térmica generada por el movimiento de las moléculas en la materia. Todos los días hablamos del calor y del frío. Con estos términos nos referimos a la temperatura del medio ambiente que nos rodea, en comparación con lo que para



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nosotros es temperatura de confort. Pero realmente, desde el punto de vista científico, no existe el frío; es decir, lo que comúnmente llamamos frío es ausencia de calor. Entonces, cuando nuestro cuerpo siente frío es que el calor está fluyendo de nuestro cuero hacia el ambiente y cuando sentimos calor; lo que ocurre es que este está fluyendo del ambiente hacia nuestro cuerpo. Esta transferencia de calor se dá entre todos los cuerpos. El calor siempre fluye del cuerpo cuya temperatura es mas elevada hacia el que tiene la temperatura más baja; o sea, de un cuerpo caliente a un o frío y nunca en dirección opuesta. A esto se refiere la segunda ley de la termodinámica que dice: el calor siempre fluye de un cuerpo más caliente a un cuerpo más frío, nunca en la dirección opuesta. 1.5.15. CALOR ESPECÍFICO. El calor específico de un material es la cantidad de calor requerida para cambiar la temperatura de un kilogramo del material en 1° C. El calor especifico de cualquier material, igual que el agua, varía, pero esta variación es tan ligera, que resulta suficientemente preciso, en la mayor parte de los cálculos, el considerar que el calor específico es una cantidad constante. Sin embargo, lo anterior no es cierto cuando el material pasa por un cambio de estado físico. El calor específico de un material en el estado sólido es aproximadamente de la mitad del valor del mismo en estado líquido. 1.5.16. CALCÚLO DE LA CANTIDAD DE CALOR. La cantidad de calor que deba agregarse o retirarse de una masa dada de material, para obtener un cambio específico en su temperatura, puede calcularse usando la siguiente ecuación:

( )12 ttmCQs −= (Ecc. 1.5)

Qs = Cantidad de calor absorbida. C = Calor especifico del material.

1t = Temperatura inicial. 2t = Temperatura final.

m = masa.



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Fuente caliente

Fuente fría

1.5.17. TRANSFERENCIA DE CALOR.

La transferencia de calor es el paso de energía térmica de un cuerpo caliente a uno menos caliente. Cuando un cuerpo físico, por ejemplo, un objeto o fluido, está a una temperatura diferente a la que están sus alrededores u otro cuerpo, la transferencia de energía térmica, también conocida como transferencia de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y sus alrededores llegan al equilibrio térmico. La transferencia de calor siempre ocurre de un cuerpo caliente a otro menos caliente, (Fig.16), como resultado de la segunda ley de la termodinámica. La transferencia de energía térmica ocurre principalmente a través de conducción, convección o radiación. La transferencia de calor nunca puede ser detenida; sólo se le puede hacer más lenta.

Fig. 16 Transferencia de calor de cuerpo caliente al cuerpo frío. 1.5.18. CONDUCCIÓN.

La conducción es un proceso de traslado en el cual la transferencia de calor se produce en la substancia de una molécula a otra, o de una substancia a otra que éste en contacto directo con ella. En cualquier caso, las moléculas calentadas comunican su energía a las otras que se encuentran inmediatamente adyacentes a ellas. (Fig. 17).

Fig. 17 Transferencia de calor de cuerpo caliente al cuerpo frío por conducción. 1.5.19. CONVECCIÓN. Es la transferencia de calor mediante el movimiento. La convección implica el movimiento de la substancia calentada y se aplica a los líquidos y gases. Cuando se caliente una porción cualquier de un fluido, esta se expande, aumentando su volumen por unidad de peso; la porción calentada es más ligera y tiene a subir, siendo inmediatamente substituida por una porción más fría y más pesada del fluido. (Fig. 18.)

Conducción



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Fig. 18 Transferencia de calor de cuerpo caliente al cuerpo frío por convección.

1.5.20. RADIACIÓN. Es la transferencia de calor que no requiere ningún medio para propagarse, pues se propaga en forma de una onda de calor, similar a las ondas de la luz. Todos los cuerpos irradian energía calorífica, estén fríos o calientes; cuanto más caliente se halle un cuerpo, mayor será el calor que irradie. (Fig.19).

Fig. 19 Transferencia de calor de cuerpo caliente al cuerpo frío por radiación.

1.5.21. CALOR SENSIBLE. Cuando el calor, absorbido o entregado por un material, causa o acompaña a un cambio de la temperatura del material, el calor se identifica como calor sensible. El calor sensible. El calor sensible sólo se refiere a un cambio de temperatura; no causa ninguna modificación en el estado de la sustancia. Se le denomina <<sensible>> porque puede percibirse con el sentido del tacto y se puede medir con un termómetro. 1.5.22. CALOR LATENTE. Cuando al calor, ya sea agregado a un material o entregado por éste, produce o acompaña a algún cambio en el estado físico del material, el calor se conoce como Calor Latente. El calor latente es el que al extraerse de una substancia produce un cambio de estado en ella, pero no modifica su temperatura durante el tiempo en que tiene lugar este cambio físico, Se le denomina <<latente>> puesto que existe pero no se manifiesta exteriormente, es decir no puede percibirse con el sentido del tacto y no se registra con el termómetro. 1.5.23. CALOR TOTAL. Es la suma de los calores latentes y sensibles. Según Mollier se refirió al grupo u + Pv como contenido de calor y calor total.

Convección

Radiación



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jgQL Mxh=

1.5.24. CALOR LATENTE DE FUSIÓN. La cantidad de calor requerida para fundir un kilogramo de un material, pasándolo de la fase sólida a la fase líquida, se le llama calor latente de fusión. Es importante recalcar que el cambio de fase se presenta en la temperatura de fusión, en cualquier dirección, esto es, la temperatura a la cual el sólido se funde convirtiéndose en líquido, es la misma a la cual el líquido se congela formándose en sólido. Además la cantidad de calor que debe entregar un determinado peso de líquido a la temperatura de fusión para solidificarse es exactamente igual a la cantidad de calor qu debe absorber al mismo peso del sólido al fundirse, convirtiéndose en líquido. El calor absorbido o entregado durante el cambio de fase no tiene efecto alguno sobre la velocidad molecular, por lo tanto, la temperatura del material permanece constante durante el cambio de fase y la temperatura del líquido o sólido resultante es la misma que la temperatura de fusión. Lo anterior se aplica con precisión absoluta solamente a los sólidos cristalinos. Los sólidos no cristalinos, por ejemplo: el vidrio, tiene temperatura de fusión indefinida, esto es, la temperatura variara durante el cambio de fase. Sin embargo al calcular cantidades de calor, se supone que la temperatura permanece constante durante el cambio de fase. 1.5.25. CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN. La cantidad de calor que tiene que absorber un kilogramo de un líquido para cambiar a vapor se conoce como calor latente de vaporización. Cualquier calor que tome un líquido que ha llegado ala temperatura de saturación, conocida también como punto de ebullición o temperatura de ebullición, aumenta el grado de separación molecular, es decir, aumenta la energía potencial interna y la sustancia cambia de la fase de líquido a la fase de vapor. Aquí también el cambio de fase se puede presentar en cualquier dirección, en la temperatura de saturación. Algunos líquidos hierven a temperaturas extremadamente bajas, unos cuantos de estos son: el amoniaco, el oxigeno y el helio, que hierven a temperaturas debajo de 0° C. La cantidad de calor requerida para vaporizar un peso dado cualquiera de líquido a la temperatura de saturación se calcula de acuerdo con la ecuación siguiente:

QL = Cantidad de calor en K calorías. M = Masa o peso en kilogramos.

jgh = Calor latente de vaporización en Kcal/kg.



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1.5.26. CALOR LATENTE DE SUBLIMACIÓN. La temperatura de una substancia en estado solidó aumenta cuando se le agrega calor a la misma (calor sensible), pero una vez que alcanza cierta temperatura, ésta no aumenta cuando se le agrega mas calor, sin embargo, la substancia empieza a cambiar a su estado liquido (se derrite). Si se lleva acabo el proceso inverso, ya sea que se remueva el calor aun liquido, su temperatura bajará, pero finalmente esta se solidificara. 1.5.27. ENTALPÍA. Es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que éste puede intercambiar con su entorno, que puede ocurrir en algunas substancias. El ejemplo más común es el uso del “hielo seco” (bióxido de carbono para enfriar). El mismo proceso puede ocurrir con hielo debajo de su punto de congelación, y se utiliza también en algunos procesos de congelamiento a temperaturas extremadamente bajas y altos vacíos. El calor latente de sublimación es igual, a la suma del calor latente de fusión más el calor latente de evaporación. Las líneas de entalpía constante son verticales. En un proceso de flujo constante, tal como sucede en un ciclo refrigerante, la entalpía representa el contenido de energía calorífica por cada libra de refrigerante. 1.5.28. ENTROPÍA. Es la función de estado que mide el desorden de un sistema físico o químico, y por tanto su proximidad al equilibrio térmico. En cualquier transformación que se produce en un sistema aislado, la entropía del mismo aumenta o permanece constante, pero nunca disminuye. Así, cuando un sistema aislado alcanza una configuración de entropía máxima, ya no puede experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio. Las líneas de entropía constante se extienden también desde la línea de vapor saturado hacia la zona de vapor sobrecalentado y forman un cierto ángulo con las líneas de vapor saturado. Estas líneas aparecen solamente en la zona de sobrecalentamiento por que es donde ordinariamente se requieren los datos de entropía, la cual esta relacionada con la disponibilidad de energía.



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1.5.29. VOLUMEN.

Es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. En física, el volumen es una magnitud física extensiva asociada a la propiedad de los cuerpos físicos de ser extensos, que a su vez se debe al principio de exclusión de Pauli. La unidad de medida de volumen en el Sistema Métrico Decimal es el metro cúbico, aunque el SI, también acepta (temporalmente) el litro y el mililitro que se utilizan comúnmente en la vida práctica.

1.5.30. VOLUMEN ESPECÍFICO. El volumen específico de un material es el volumen que ocupa un kilogramo de masa de es material. Todo material tiene un volumen específico. Debido al cambio de volumen que acompaña a un cambio de temperatura, el volumen especifico de cada material según el rango de temperatura. 1.5.31. TEMPERATURA. No hay que confundir calor con temperara. Todas las substancias tienen dos propiedades térmicas: Temperatura y calor. La temperatura de una substancia es sólo una indicación de su grado de calor, no de la cantidad de calor. El termómetro es el instrumento más comúnmente usado para medir el grado de calor o la temperatura de un cuerpo. Debido a sus temperaturas de congelación bajas y coeficientes de expansión constantes, los líquidos que se usan más frecuentemente en los termómetros son el mercurio y el alcohol. Hay tres tipos diferentes de temperatura: Temperatura de bulbo seco, temperatura de bulbo húmedo y temperatura de condensación. La temperatura de bulbo seco, es la que nos resulta más familiar, puesto que se mide con el termómetro común. La temperatura de bulbo húmedo es la que indica un termómetro de bulbo húmedo y será siempre más baja que la temperatura de bulbo seco. La temperatura de bulbo húmedo se mide con un termómetro de bulbo seco al cual se le coloca un trapo o paño mojado en el bulbo, el cual se hace girar y al hacerlo, disminuye la temperatura, debido a la evaporación del agua del trapo. La temperatura de punto de condensación es aquella a la cual comienza la condensación del vapor de agua cuando se reduce su temperatura.



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Dos escalas de temperatura son comúnmente usadas en la actualidad. La escala Fahrenheit se usa en los países que han adoptado el sistema métrico decimal, así como en los trabajos científicos. Otras dos escalas que se usan actualmente en las mediciones de temperatura son: la escala Kelvin y la Rankine. La escala Kelvin es de temperatura absoluta y se basa en la escala centígrada, la escala Rankine, es también de tipo absoluto pero se basa en la escala Fahrenheit. (Véase fig. 20).

Fig. 20 Escalas de temperatura 1.5.32. PUNTO DE EBULLICIÓN.

El punto de ebullición de un compuesto químico es la temperatura que debe alcanzar este para pasar del estado líquido al estado gaseoso; para el proceso inverso se denomina punto de condensación.

Al llegar al punto de ebullición la mayoría de las moléculas es capaz de escapar desde todas partes del cuerpo, no solo la superficie. Sin embargo, para la creación de burbujas en todo el volumen del líquido se necesitan imperfecciones o movimiento, precisamente por el fenómeno de la tensión superficial.

La temperatura se mantiene constante durante todo el proceso de ebullición, y el aporte de más energía sólo produce que aumente el número de moléculas que escapan del líquido. Este hecho se aprovecha en la definición de la escala de temperatura en grados centígrados.

Un líquido puede calentarse pasado su punto de ebullición. En ese caso se dice que es un líquido sobrecalentado. (Fig. 21).



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Fig. 21 Grafica con diferentes puntos de ebullición. 1.5.33. REFRIGERANTE.

Se llama líquido refrigerante a un compuesto químico fácilmente licuable cuyos cambios de estado se utilizan como fuentes de frío y calor. Los refrigerantes según la norma americana NRSC (National Refrigeration Safety Code) se dividen en tres grupos:

• El agua. • El amoníaco. • Los freones. Entre ellos los R12, R22, R502 y los nuevos gases no perjudiciales

para la capa de ozono.

Características de los refrigerantes:

• Punto de congelación. Debe de ser inferior a cualquier temperatura que existe en el sistema, para evitar congelaciones en el evaporador.

• Calor latente de evaporación. Debe de ser lo más alto posible para que una pequeña cantidad de líquido absorba una gran cantidad de calor.

• Volumen.- El volumen específico debe de ser lo más bajo posible para evitar grandes tamaños en las líneas de aspiración y compresión

• Densidad. Deben de ser elevadas para usar líneas de líquidos pequeñas.



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• Presión absoluta. Las presiones de condensación deben de ser elevadas, para evitar fugas y reducir la temperatura de condensación.

No son líquidos inflamables, corrosivos ni tóxicos. Además, deben de ser miscibles y no nocivos con el aceite, y tener un gran dialéctrico.

1.5.34. TONELADA DE REFRIGERACIÓN. Una tonelada de refrigeración es el efecto de refrigeración que produce al licuarse una tonelada de hielo a la temperatura de 32° F en 24 horas. Es por tanto, una variación de calor por unidad de tiempo, más bien que una cantidad de calor. Para obtener el equivalente de una tonelada de refrigeración en BTU´s hacemos el siguiente cálculo: Una tonelada de hielo en el sistema ingles equivale a 2000 libras, ya vimos que una libra de hielo necesitó 144 BTU´s para derretirse, así que multiplicando 144 por 2000, obtenemos 288,000 BTU´s por día. Dividiendo este valor entre las 24 horas que tiene un día, el resultado es 1 T. R. = 12, 000 BTU´s por hora = 200BTU / min. 1.5.35. SOBRECALENTAMIENTO. Una vez vaporizado un líquido, la temperatura aumenta con la adición de calor. El calor agregado a un vapor después de la vaporización es el calor sensible del vapor, llamado más comúnmente sobrecalentamiento. Cuando la temperatura de un vapor ha aumentado arriba de la temperatura de saturación, se dice que el vapor esta sobrecalentado. 1.5.36. SUBENFRIAMIENTO. Consiste en enfriar al líquido que sale del condensador, logrando con ello un aumento del coeficiente de efecto frigorífico. Esto se logra mediante el empleo de agua de enfriamiento lo mas fría posible y eligiendo un condensador apropiado. Se define como Subenfriamiento de Líquido en un sistema, al valor de temperatura (°F ó °C) de un refrigerante en estado líquido al quitarle calor sensible a partir de su punto de 100% de saturación Empieza dentro del Condensador con líquido 100 % saturado, hasta el Dispositivo de Control de Líquido. Ver Fig. 22



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Fig. 22 Ejemplo de subenfriamiento de condiciones R-22 y 280 PSI. Una vez que el vapor saturado dentro del Condensador comienza a cambiar de

fase a líquido saturado, el subenfriamiento empieza a ocurrir y calor sensible se rechaza, Recordar que Calor Sensible es calor que causa un cambio de temperatura, por lo que una disminución en temperatura de líquido saturado en el condensador se considera subenfriamiento.



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CAPITULO II

SELECCIÓN DEL TIPO DE CONDENSADOR



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2.1. CLASIFICACIÓN DE CONDENSADORES PARA REFRIGERACIÓN.

Después de analizar los diferentes puntos necesarios para llevar a cabo el diseño

de un condensador, se procederá a describir los diversos tipos de condensadores y analizar su funcionamiento.

El condensador es uno de los componentes principales en el ciclo de refrigeración, que sigue después del sistema de compresión. Básicamente es otra unidad de intercambio de calor en la cual el calor que el refrigerante recogió en el evaporador, también el que le agregó el compresor, se disipa a algún medio de condensación. El vapor a alta presión y temperatura que deja el compresor está sobrecalentado, y este sobrecalentamiento se acostumbra eliminar en la tubería de descarga de gas caliente, y en la primera parte del condensador. Al bajar la temperatura del refrigerante a su punto de saturación, comienza a condensar el vapor en un líquido, que se vuelve a usar en el ciclo. (Véase fig. 23)

Fig. 23 Remoción del calor del refrigerante en un condensador.

Los condensadores pueden tener enfriamiento con algunos fluidos que existen en abundancia, tales como aire o agua son los encargados de llevar el calor fuera del



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sistema; estos fluidos caracterizan al condensador, que por consiguiente puede ser de enfriamiento por aire o por agua.

Los condensadores de enfriamiento por agua son de dimensiones reducidas, más silenciosos, más fáciles de instalar, permiten mejores presiones y temperaturas de condensación, y también de mejor control de la presión diferencial de las unidades que trabajan; motivo por el cual se les prefiere cuando el uso del agua no resulta prohibitivo por su costo o incómodo por la necesidad de instalar cañerías.

Cuando el costo de la energía eléctrica es elevado y el agua es barata, conviene el condensador de agua.

Cuando la energía de eléctrica es barata y el agua cara, convendrá el condensador enfriado por aire que gasta la energía eléctrica necesaria por los sopladores del aire de enfriamiento del condensador. Cuando son caras tanto la energía eléctrica como el agua, se recurre a los condensadores evaporativos, que consumen poco agua y al mismo tiempo permiten tener una temperatura menor que los del aire, aumentando el rendimiento de la máquina y disminuyendo el consumo de electricidad para una potencia determinada. En la fig. 24 se muestra los tres tipos de condensadores usados comúnmente en refrigeración.

(a) (b) (c) Fig. 24 Condensadores típicos usados en refrigeración, (a) condensador enfriado por agua, (b) condensador enfriado por aire, (c) condensador enfriado por agua-aire (evaporativo).

Condensadores enfriados por aire, los refrigeradores domésticos tienen en general un condensador enfriado por aire, que depende del flujo del aire por gravedad para que pase por él. Otras unidades de enfriamiento por aire emplean ventiladores para soplar o succionar grandes volúmenes de aire a través del serpentín del condensador.

La fig. 25 muestra el condensador enfriado por aire depende de un suministro abundante de aire relativamente “frío”, por que para tener un flujo de calor del refrigerante



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en el condensador, al medio de enfriamiento, el aire debe estar a una temperatura más baja que la del refrigerante. Hasta cando la temperatura del ambiente es mayor que 100° F, sigue siendo menor que la del refrigerante en el condensador y éste cede algo de calor al regresar a su estado líquido.

Fig. 25 Condensador de tubos aletados enfriados por aire forzado.

Los condensadores enfriados por aire se construyen de manera algo semejante a los demás tipos de cambiadores de calor, con serpentines de tubos de cobre o aluminio con aletas. Los evaporadores deben tener filtros frente a ellos para reducir su obstrucción por el polvo, pelusa y otros materiales; pero los condensadores no tienen esos filtros, y por lo tanto se deben limpiar con frecuencia para evitar la reducción e su capacidad.

Es recomendable instalar este condensador en el exterior, junto a una construcción o en un techo plano. En ese lugar, al aire libre, se dispone de un suministro adecuado de aire de enfriamiento, a la temperatura ambiente del exterior, y con ello se evitan las temperaturas indeseables en la construcción. El movimiento de aire por el serpentín se provoca ya sea por medio de un ventilador centrífugo movido por bandas o uno de hélice con acoplamiento directo. El ventilador de baja velocidad y aspas anchas mueve el volumen necesario de aire sin originar demasiado ruido.

Este tipo de condensadores puede armarse en cualquier combinación de unidades

que se necesiten para la eliminación requerida de calor. El aire puede succionarse o soplarse por los serpentines. El otro diseño, un solo condensador puede tener más de un circuito

De la disposición de su serpentín, de modo que se puede usar con varios evaporadores y compresores separados.



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Pueden surgir dificultades con los condensadores enfriados por aire si se trabajan a bajas temperaturas ambiente, a menos que se tomen las debidas precauciones para mantener las presiones normales para la unidad.

En la práctica, todas las unidades de refrigeración de potencia menor que un caballo de vapor usan condensadores enfriados por aire, debido a su simplicidad. Generalmente, un sistema de refrigeración que use un condensador enfriado por aire funciona con una temperatura de condensación ligeramente superior (en unos 41° F ) a la de un sistema que use un condensador enfriado con agua por una torre de enfriamiento. La razón esta en que un condensador enfriado por aire, la temperatura seca del aire es la que controla la temperatura de condensación cuando utiliza un condensador de evaporación o torre de enfriamiento.

Por otro lado, el condensador enfriado por aire no necesita agua, y no existen los peligros de formación de incrustaciones, corrosiones o congelación.

2.2. CONDENSADORES ENFRIADOS POR AGUA

Hay cuatro tipos básicos de condensadores enfriados por agua: 1.- De doble tubo. 2.- De envolvente y tubo vertical abierto. 3.- De envolventes y tubos horizontales. 4.- De envolvente y serpentín. 2.2.1. CONDENSADORES DE DOBLE TUBO

Consiste en dos tubos dispuestos de tal manera que uno queda dentro del otro

concéntricamente, se puede clasificar como condensador de combinación enfriado por agua y aire, tiene el refrigerante pasando por el tubo exterior, en el que queda expuesto al efecto enfriador del aire que pasa naturalmente por el exterior de los tubos exteriores, mientras se hace circular aire por los tubos interiores, el agua entra por los tubos inferiores y sale por la parte superior. De este modo se obtiene la eficiencia máxima, por que el agua más fría puede eliminar algo de calor del refrigerante en estado líquido y con ello lo subenfría. Entonces, el agua más caliente todavía puede absorber calor del vapor, ayudando al proceso de condensación. (Véase fig. 26).



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Fig 26 .Intercambiadores de calor de tubo doble

Es deseable tener a los fluidos en contraflujo, para cualquier cambiador de calor, ya que con esto tiene diferencia de temperatura media, entre los fluidos de más alto valor y por lo tanto, la razón más alta de transferencia de calor.

Entrada del agua vapor refrigerante

Salida del agua

Salida del refrigerante condensado

Entada del agua

Agua

Refrigerante



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2.2.2. CONDENSADORES DE ENVOLVENTE Y TUBO VERTICAL ABIERTO

En instalaciones grandes como amoniaco, se usan condensadores tipo acorazados colocados verticalmente. La construcción de condensadores tipo acorazado verticales es muy similar a la de los enfriadores tipo acorazado.

Fig. 27Condensador acorazado vertical “Espira-Inund” diseñado para trabajar inundado. El agua

fluye hacia abajo a través de los tubos dándole un efecto de remolino por toberas diseñadas especialmente (insertadas).

El condensador vertical esta equipado con una caja de agua en su parte superior, para distribuir el agua a los tubos y para el drenado del agua por el fondo. Cada uno esta equipado en su parte superior con un distribuidor ajustable el cual imparte movimiento de rotación al agua a fin de asegurar una adecuada humedad sobre el tubo. El vapor refrigerante caliente por lo general entra al cilindro por el centro del

Entrada de agua Alimentación del

refrigerante

Salida del refrigerante Tobera intercalada



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condensador y el líquido sale del condensador cerca de la parte inferior del mismo. La altura de los condensadores acorazados varía entre 12 y 18 pies. Son ideales para instalaciones donde se tiene agua de mala calidad y algunas otras condiciones que causan la formación rápida de incrustaciones ya que se limpian con facilidad mecánicamente mientras el sistema esta en operación. 2.2.3. CONDENSADOR DE CORAZA ENVOLVENTE Y TUBOS HORIZONTAL

Los condensadores de coraza y tubo consisten en un tubo de acero en el cual se

tiene un determinado número de tubos colocados paralelamente y unidos en los extremos a un cabezal de tubos. Su construcción es casi idéntica a los enfriadores tipo acorazado de líquido inundado. El agua condensante circula a través de los tubos, los cuales pueden ser de acero o de cobre, descubiertos o de superficie alargada. El refrigerante esta contenido en el cilindro de acero entre los cabezales de tubos. El agua circula entre los espacios anulares entre el cabezal de tubos y las placas extremas, las placas de los extremos tienen desviadores que actúan como distribuidores para guiar la corriente de agua que atraviesa los tubos. La distribución de los desviadores de las placas de los extremos determina el número de pasos de agua a través del condensador desde un extremo hasta el otro antes de la salida del condensador. El número de pasos puede ser desde dos hasta veinte o más.(véase fig. 28)

Fig.28 Intercambiadores de calor de coraza y tubo.

Para cualquier número de tubos estipulados, el número de tubos por paso varía inversamente con el número de pasos.

Por ejemplo suponiendo que un condensador tenga un total de cuarenta tubos, si hay dos pasos, el número de tubos por paso es de veinte, que para cuatro pasos, el número de tubos por paso es de diez



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Los condensadores de casco y tubo están disponibles en capacidades que fluctúan desde 2 hasta varios cientos de toneladas de refrigeración. El diámetro varía de 4 hasta 60 plg y la longitud varía aproximadamente desde 3 pies hasta 20 pies. El número y diámetro de los tubos depende del diámetro del cilindro. Son comunes los diámetros de tubo de 5/8 de plg hasta 2 plg; el número de tubos en el condensador desde 6 u 8 hasta tantos como mil o más. Las placas de los extremos del condensador se pueden quitar para hacer limpieza mecánica de los tubos. 2.2.4. CONDENSADOR DE ENVOLVENTE Y SERPENTÍN

Si en lugar de varios tubos dentro de la coraza del condensador, hay uno o más

serpentines armados a través de los cuales pasa el agua para eliminar el calor del vapor que se condensa, se dice que el condensador es de envolvente y serpentín. Estos son construidos de uno o más tubos descubiertos o de serpentín y tubos aletados encerrados en un cilindro de acero soldado (Fig. 29). El de tubos aletados es el intercambiador de calor compacto más comúnmente empleado. La configuración de la aleta puede ser rectangular o circular, continua o individual; a su vez la geometría para los tubos puede ser circular, plana u oval. En operación, parte o toda la superficie de la aleta puede ser cubierta por una película de agua producida por la condensación del vapor de agua en la corriente de aire entrante.

El agua condensante circula a través del serpentín mientras que el refrigerante está contenido en el depósito circular rodeando los serpentines. El refrigerante caliente entra por la parte superior del cilindro y se condensa al estar en contacto con el agua del serpentín. El líquido condensante sale de los serpentines por la parte inferior del cilindro el cual con frecuencia sirve también como tanque corrector. Debe tenerse cuidado de no sobrecargar al sistema con refrigerante ya que en una excesiva acumulación de líquido en el condensador tendería a cubrir demasiado la superficie condensante lo que causaría un aumento en la temperatura y presión de descarga.

Muchos de los condensadores de cilindro y serpentín están equipados con un circuito de agua separado. Como regla general, este tipo de condensadores se usan solo para instalaciones pequeñas hasta de aproximadamente 10 toneladas de refrigeración de capacidad. Los condensadores de cilindro y serpentín se usan cuando existe la seguridad de tener agua razonablemente limpia, por que el único medio de limpiarlo es lavarlo con limpiador químico circulándolo a través de los serpentines de agua.



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Fig. 29 Condensador de envuelta y serpentín.



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2.3. CONDENSADOR EVAPORATIVO

Especialmente un condensador evaporativo es una unidad empleada para conservar el agua y, en efecto, es una combinación de condensador y torre de enfriamiento en una sola unidad. En la fig. 30 se muestra un típico condensador evaporativo.

Sabemos que tanto el aire como el agua se utilizan en un condensador evaporativo. El agua es bombeada desde el depósito inferior de la unidad hasta el cabezal de atomización, la atomización se efectúa hacia abajo pasando sobre los serpentines refrigerantes hasta el depósito inferior de la unidad. El aire es tomado del exterior por la parte inferior del condensador utilizando un soplador, el aire es descargado al exterior por la parte superior del condensador. En algunos casos, tanto la bomba como el soplador son impulsados por el mismo motor, en otros casos se usan motores por separado.

Aún cuando en el proceso termodinámico real que tiene lugar en el condensador evaporativo es algo complicado, fundamentalmente es un proceso de enfriamiento evaporativo. El agua es evaporada debido a la atomización y al paso del aire a través de la superficie humedecida del condensador, siendo la fuente de calor vaporizante el refrigerante condensante en el serpentín condensador.

Fig. 30 Esquemas de condensadores evaporativos.



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Eventualmente todo el calor cedido por el refrigerante en el condensador sale del mismo, ya sea, como calor sensible o calor latente (humedad) en la descarga de aire. Ya que tanto la temperatura como el contenido de humedad del aire se aumentan a medida que el aire pasa a través del condensador, la efectividad del condensador, en parte depende de la temperatura de bulbo húmedo del aire que entra al condensador. A menor temperatura de bulbo húmedo se tendrá un condensador evaporativo más efectivo.

Con objeto de facilitar la limpieza y eliminar las incrustaciones, el serpentín del condensador se hace de tubo descubierto en vez de tubo aletado. La cantidad de superficie de serpentín por tonelada de capacidad varía según el fabricante y depende en gran parte de la cantidad de aire y agua en circulación.

Generalmente la capacidad de los condensadores evaporativos se incrementa al aumentar la capacidad de aire en circulación a través del condensador esta limitado por los requerimientos de potencia del ventilador y por la velocidad máxima del aire que puede admitirse a través de los eliminadores sin que se transporten partículas de agua.

La cantidad de agua que circule sobre el condensador deberá ser la necesaria para conservar lo bastante humedecida la superficie de los tubos a fin de obtener la eficiencia máxima de la superficie del tubo y tener el mínimo de incrustaciones. Sin embargo, una razón de flujo de agua en exceso del aumento necesario para tener la superficie de los tubos suficientemente humedecida, traerá como consecuencia un aumento en el suministro de potencia de la bomba sin que se aumentase materialmente la capacidad de condensador de 15,000 BTU por hora por tonelada, el agua pérdida por evaporación es aproximadamente 15 lb (2 gal.) por hora por tonelada (15,000/1,000). Además del agua pérdida por evaporación, cierta cantidad de agua también se pierde por arrastre y sangrado. La cantidad de agua perdida por arrastre y sangrado es aproximadamente de 1.5 a 2.5 gal por hora por tonelada dependiendo del diseño del condensador y de la cantidad de agua usada. Entonces, el consumo total de agua para ese condensador evaporativo esta entre 3 y 4 gal por hora por tonelada.



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2.4. DISEÑO TERMODINÁMICO

2.4.1. DATOS DE DISEÑO

Mediante las consideraciones termodinámicas habrá de determinarse las características de nuestro condensador de coraza y tubos. Se fijarán valores para la velocidad y gastos de agua que circulará por los tubos.

Se obtendrán las características de los mismos, y en fin se establecerán las

dimensiones y números de pasos necesarios para llevar a cabo la condensación en un área de intercambio que se obtendrá bajo las siguientes. Capacidad…………………………………..……..

100 toneladas de refrigeración.

Temperatura de evaporación……………………

10°F

Temperatura de agua a la entrada del condensador……………………………………….

85°F (temperatura crítica para verano)

Temperatura de condensación del vapor refrigerante………………………………………...

95°F (según fabricantes Tc=95 110°F)

Refrigerante………………………………………..

Amoniaco NH3 (R717)



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2.4.2. CONCEPTOS PRELIMINARES

La temperatura promedio del medio condensante, depende de la temperatura a la entrada y del aumento de la temperatura en el condensador. Debido a que la temperatura del medio condensante disminuye a medida que aumenta la razón de flujo, a mayor razón de flujo, menor será la temperatura promedio del líquido condensante y menor será la temperatura condensante. La razón de flujo del medio condensante a través del condensador. Si la razón del flujo a través del condensador es muy pequeño del coeficiente de transferencia.

Por otra parte, si la razón de flujo es muy alto, la caída de presión a través del condensador será excesiva, resultando con ello que la potencia requerida para hacer circular al medio condensante, también sea excesiva.

Debido a que la temperatura de diseño del medio condensante a la entrada, generalmente está fijada por condiciones que están fuera de control del sistema diseñado, se deduce que el tamaño y diseño del condensador y la razón de flujo del medio condensante son determinados casi por completos por la temperatura condensante de diseño.

Aún cuando es deseable tener temperaturas condensantes bajas porque con ello se tendrá una eficiencia alta en el compresor y son menores los requerimientos de potencia en el compresor, esto no necesariamente indica que es uso de superficies condensantes grandes y alta razón de flujo a fin de proporcionar una temperatura condensante baja, resultaría en una instalación de los más práctico y económico. Otros factores que deben tomarse en consideración y que tienden a limitar el tamaño del condensador y/o la cantidad de medio condensante en circulación son la bomba para circular el medio condensante.

Si la razón de flujo se aumenta más allá de cierto valor, el aumento de potencia necesario para circular en medio condensante compensará la reducción de la potencia requerida en el compresor debido a la disminución de la temperatura condensante.

Obviamente, la razón de flujo óptima para el medio condensante es la que resulta con los costos más bajos para el sistema. Para tener una buena eficiencia el sistema requiere tener temperaturas condensantes bajas para aplicaciones de baja temperatura más que aplicaciones de alta temperatura se deduce que para la misma carga del condensador la razón de flujo óptima del medio condensante será por lo general más alto para aplicaciones de baja temperatura que para aplicaciones de alta temperatura.

Además para el caso de que la temperatura a la entrada del medio condensante sea relativamente alta, se necesitará de una superficie condensante mayor y también



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una mayor razón de flujo a fin de tenerse una temperatura condensante razonable cuando la temperatura del medio condensante es baja a la entrada del condensador.

Se ha tomado la temperatura del agua de enfriamiento a la entrada del condensador de 85°F, previendo que contamos con una torre de enfriamiento que nos proporciona esta temperatura de agua en verano que serian las condiciones más criticas que impone temperaturas elevadas.

Según los fabricantes de unidades enfriadoras con agua, la temperatura de condensación varia entre los 95°F y los 110°F, de lo que se deduce que la temperatura dada de 98°F asegura una eficiencia de norma.

Como este diseño es especialmente para una máquina cilindradora de hielo con una capacidad de 45 Ton./24 hrs. el fabricante recomienda utilizar una temperatura de evaporación de 10°F que será la temperatura a la cual succiona el compresor el gas refrigerante. Para determinar la capacidad del condensador se obtiene multiplicando las toneladas de hielo que da la máquina por un factor un factor de 2.22 para saber las toneladas de refrigeración. T.R.= 45 (2.22) = 100

El diagrama de flujo de la figura 31 muestra el sistema mecánico de refrigeración de la máquina para hacer hielo y la figura 32 explica brevemente el periodo de congelación y de deshielo del evaporador fabricador de hielo en cilindros con capacidad de 45 Ton./24Hrs.



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Fig.31. Diagrama de flujo del sistema mecánico de refrigeración para la maquina cilindradora del hielo, 45

TON./24 HR.



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Fig. 32 Periodo de congelación y de deshielo el evaporador fabricador de hielo en cilindros con capacidad de 45 Ton./24 hr.

DISTRIBUIDOR DE AGUA ACUMULADOR

VÁLVULA FLOTANTE

HIELO

CORTADOR EXPULSADO

MOTOREDUCTOR

TABLERO ELÉCTRICO

DESCARGA DE HIELO

BOMBA



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Para saber la temperatura del medio condensante a la salida del condensador se seguirán las indicaciones de los mismos fabricantes que aprueban lo siguiente:

Temperatura de entrada del agua al

condensador

∆T

85°F 7.5

80°F 10.0

70°F 15.0

Aplicando lo anterior podemos determinar la temperatura del agua a la salida del

condensador tomando un ∆T de 7.5 en nuestro caso.

∆T = Tf - To (Ecc. 2.1)

Tf = ∆T + To

Tf = 7.5 + 85

Tf = 92.5°F

De donde: Tf = Temperatura del agua a la salida del condensador. ∆T= Elevación de la temperatura del agua. To = Temperatura del agua a la entrada del condensador.



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2.4.3. CARGA DEL CONDENSADOR (Q)

El calor total rechazado en el condensador incluye tanto el calor absorbido en el evaporador como la energía equivalente del trabajo de compresión. Cualquier sobrecalentamiento absorbido por el vapor de succión del aire de los alrededores, también forma parte de la carga del condensador.

Debido a que el trabajo de compresión por unidad de capacidad refrigerante depende de la relación de compresión, la cantidad de calor rechazado en el condensador por unidad de capacidad refrigerante varía con las condiciones de operación del sistema.

El dato inicial del diseño indica 100 toneladas de refrigeración en el lado de evaporación, sin incluir el calor proporcionado por el compresor.

Para determinar la carga real del condensador se emplea la gráfica 1 que da un

factor de corrección para determinar la cantidad de calor liberado toral, de acuerdo con las temperaturas de evaporación y condensación.

Para una temperatura de evaporación de 10°F y una temperatura de condensación de 98°F la grafica da un factor de corrección de 1.32.

El calor que se elimina en el condensador por un sistema de 100 Toneladas de refrigeración es:

Q = (100) (12000) (Factor de corrección) (Ecc. 2.2)

Q = (100) (12000) (1.32)

Q = 1,584,000 BTU/Hr.



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2.4.4. DIFERENCIA MEDIA LOGARÍTMICA DE TEMPERATURA (LMTD)

La diferencia media logarítmica de temperatura (LMTD) entre el vapor refrigerante y el agua de condensación es el promedio aritmético de las temperaturas de entrada y salida del agua de circulación. Pero es el caso que la temperatura del agua de enfriamiento se eleva, a medida que el vapor refrigerante se condensa, de ahí que la diferencia media logarítmica d temperatura puede calcularse a partir de la siguiente ecuación:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−−

−−=

fC

OC

fCOC

TTTTIn

TTTTLMTD

))(( (Ecc. 2.3)

Donde: LMTD= Diferencia media logarítmica de temperatura (°F). TC = Temperatura de condensación (°F). TO = Temperatura del agua a la entrada del condensador (°F). Tf = Temperatura del agua a la salida del condensador (°F). Sustituyendo el la ecuación 3.3 obtenemos:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−−−−

=

5.92988598

)5.9298)(8598(

InLMTD

LMTD = 8.718 °F



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La diferencia de temperatura media logarítmica aquí indicada y llamada después diferencia de temperatura efectiva media (METD) puede también obtenerse de la tabla 3.1., para adquirir los valores de esta tabla realizaremos lo siguiente.

1

_

L

ToTc

2

_

L

TTc

f

Sustituyendo:

13

8598_

5.5

5.9298_

Interpolando encontramos el valor de METD = 8.72 °F De donde: Tc = Temperatura de condensación (°F). To = Temperatura del agua a la entrada del condensador (°F). Tf = Temperatura del agua a la salida del condensador (°F). L1 = Valor horizontal para entrar a la tabla. L2 = Valor vertical para entrar a la tabla.



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2.4.5. SECCIÓN DE LA TUBERÍA

Los tubos para condensadores no deberán confundirse con tubos de acero u otro tipo de tubería obtenida por extrusión o tamaños normales de tubería de hierro. El diámetro exterior de los tubos reales en pulgadas está dentro de tolerancias muy estrictas. Estos tubos para condensadores se encuentran disponibles en varios metales, los que incluyen acero negro, cobre, admiralty, metal muntz, latón, 70 – 30 Cobre – Níquel, Aluminio – Bronce, aluminio, y aceros inoxidables. Todos ellos son adecuados para usarse con los refrigerantes más comunes, excepto que no se debe usar cobre y latón con amoniaco, ya que en presencia de la humanidad, el amoniaco ataca los materiales no ferrosos.

La tubería se puede obtener en diferentes espesores de pared, definidos por el calibrador Birmingham para alambre, que en la práctica se refiere como el calibrador BWG del tubo. En la tabla numero 5 se enlistan los tamaños de tubo que generalmente están disponibles, de los cuales los de ½ pulgada y 1 ½ pulgada de diámetro exterior son los más comunes en el diseño de condensadores. Los datos de la tabla han sido arreglado de tal manera que puedan ser útiles en los cálculos de transferencia de calor.

Debido a la gran capacidad que va tener nuestro condensador se deduce que los tubos en el interior de la coraza serán de 1 ¼ pulgada de diámetro exterior nominal y de material de acero negro ya que este no es afectado por el amoniaco.

Si observamos la tabla numero 5 nos damos cuenta que el calibre BWG de los tubos de este diámetro varían entre 8 y 18, por cuestiones propias de diseño el calibre del tubo lo escogemos en base a un término medio, lo que significa que el tubo será de calibre BWG 13.

Si nos referimos a la misma tabla de selección, que proporciona las dimensiones y datos físicos de tubería de acero negro sin costura, se obtiene que para un tubo de 1 ¼” de diámetro corresponden las siguientes características: Diámetro nominal……………………………………………… 1 ¼ pulgadas Diámetro interior…………………….…………………………. 1.06 pulgadas Área trasversal exterior……………………….………………. 7.2708x10-3 pie2 Área trasversal interior……………………………..……….... 6.125x10-3 pie2 Superficie exterior por pie lineal en pies2…………………… 0.3271 pies2 Superficie interior por pie lineal en pies2……………………. 0.2775 pies2 Espesor de pared de tubo.…………………………………… 0.095 pulgada Calibre BWG…………………………………………………… 13 Especificación conforme a ASTM…………………………… SA-214



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2.4.6. ESPACIO DE LOS TUBOS

Los orificios de los tubos no deben taladrarse muy cerca uno del otro, por que una franja demasiado estrecha de metal entre los tubos adyacentes, debilita estructuralmente el espejo.

La distancia más corta entre los orificios adyacentes se llama claro o ligadura. El espacio de los tubos es la distancia menor de centro a centro en tubos adyacentes.

Los tubos se colocan en arreglos triangulares o cuadrados como se muestra en la figura 33 La ventaja del espaciado cuadrado es que los tubos son accesibles para limpieza externa y tiene una pequeña caída de presión cuando el fluido fluye en la dirección indicada en la figura 33.a.

Las normas TEMA recomienda para un arreglo cuadrado, una distancia mínima de centro a centro de los tubos 1.25* de y un mínimo de ¼ pulgada.

Si el fluido de cubierta no es sucio se permite un arreglo triangular; la distancia mínima de centro a centro de los tubos debe ser 1.25 · DE.

Cuando los tubos son rotados, existe una mayor caída de presión que si estuviera en línea; sin embargo el coeficiente de transferencia de calor es mayor para una velocidad dada en el arreglo rotado si el flujo corre diagonalmente como se muestra en la figura 33 b y c.

Figuran 33 arreglos comunes para los tubos de intercambiadores.

(a) Arreglo en cuadrado

(b) Arreglo triangular

(c) Arreglo en cuadro rotado

(d) Arreglo triangular con espacio para limpieza



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61

2.4.7. GASTO Y VELOCIDAD DEL AGUA DE CIRCULACIÓN

En los condensadores no se usan velocidades en el agua menores de 3 ft/s y no

deberá exceder a 8 ft/s, esto es en base a las normas A.P.I. Las velocidades bajas son deseables puesto que evitan erosión en los tubos y lugares en que el agua cambia de dirección en nuestro caso asumiremos que:

V = 4.75 Ft/s

V = 285 Ft/min

Sabiendo ya la velocidad del agua por tubo, fácilmente podemos determinar el caudal a partir de la ecuación de continuidad.

G = A · V (Ecc. 2.4) De donde: G = Es el gasto o caudal por tubo. A = Área transversal interior de un tubo de haz, 6.128x10-3 ft2. V = Es la velocidad del agua por tubo, 285 ft/min.

G = (128x10-3) (285)

G = 1.746 ft3/min

G = 13 G. P. M.

Ahora es necesario determinar el gasto de agua por paso en nuestro condensador. Es evidente que la cantidad de energía suministrada, o extraída, a una masa conocida de material para producirle un cambio especifico en su temperatura, puede obtenerse a partir de la siguiente relación:

[ ]HrBTUTTmCQ foc )(

.−= (Ecc. 2.5)



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De donde: Qc = Carga del condensador. m = Cantidad de agua que entra al condensador. Cp = Calor especifico del agua. To = Temperatura del agua a la entrada del condensador. Tf = Temperatura del agua a la salida del condensador.

El valor del calor específico a presión constante para el agua es 1 BTU/lb,

sustituyendo este valor de Cp, en la ecuación anterior y despejando la masa (.

m ) nos quedaría como sigue:

Hrlb

Flb

BTUHr

BTU

TCpQm =

°=

Δ=

)(

. (Ecc. 2.6)

Ya que por lo general la cantidad de agua se expresa en GPM es muy deseable calcular la cantidad del medio condensante en esas unidades en lugar de libras por hora. Para convertir libras de agua por hora a galones por minuto, se divide por 60 minutos para reducir libras por hora a libras por minuto y, después se divide por minuto y, después se dividen por 8.33 lb/gal para convertir libras por minuto a galanos por minuto, o sea:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

=

gallb

Hrlbm

GPM33.8min)60(

(Ecc. 2.7)

Si estas constantes de conversión son incorporadas a la ecuación anterior, puede calculase directamente la cantidad de agua en galones por minuto resultado de la siguiente ecuación:

TQGPM

Δ××=

33.860 (Ecc. 2.8)



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63

O, combinando constantes:

TQGPMΔ×

=500

(Ecc. 2.9)

Con esta ecuación protección procederemos a hacer el cálculo del medio condensante por paso, sustituyendo los valores ya obtenido con anterioridad.

5.75001584000

×=GPM

GPM = 422

Entonces, podemos determinar el número de tubos que hay por paso:

TuboMPG

PasoMPG

N ..

..

= (Ecc. 2.10)

3246.3213422

===N

N = 32 Tubos.

El número de pasos se podrá definir hasta haber obtenido el área de intercambio del condensador, pero el número sea cual sea que se obtenga, cada paso deberá estar dotado de 32 tubos.



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64

2.4.8. COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSMISIÓN DE CALOR Puesto que:

RTQ

ΣΔ

= (Ecc. 2.11)

En donde: RΣ Representa la resistencia total que se opone al paso del fluido

calorífico. Es costumbre construir RΣ por U1 , donde U se llama coeficiente global de

transmisión de calor. Cuando los equipos tubulares han estado en servicio por algún tiempo, se les depositan incrustaciones en la parte interior y exterior de los tubos añadiendo las resistencias más el flujo de calor. Al calcular el valor de diseño de “U” hay que tener en cuenta esta resistencia, llamado factor de incrustación o de obstrucción este factor se obtiene de la tabla 3.3. La ecuación para realizar el cálculo de U

iii AhA

AhA

KAmA

h

U0

8

00

0

11

+++= (Ecc. 2.12)

Donde: ho = Es el coeficiente de condensación a través del vapor que se condensa sobre la

superficie exterior de un tubo cilíndrico horizontal que queda determinado por la expresión de Nusselt.

( ) 4

1

0 725.0 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

Δ⋅⋅⋅−

=TDN

hfggKh

f

vfff

μρρρ

(Ecc. 2.13)

Kf =Conductividad del condensado.

fρ = Densidad del condensado.

Vρ = densidad del vapor. g = aceleración de la gravedad. hfg = Calor latente de vaporización. N = Número de tubos en fila vertical. D = Diámetro exterior del tubo.

fμ = Viscosidad del condensador. ∆T = Diferencia de temperaturas entre el vapor que se condensa y la superficie exterior

del tubo. Ao = Área exterior del tubo.



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65

Ai = Área interior del tubo. Am = Superficie media del tubo.

i

i

AAIn

AAAm0

0 −= (Ecc. 2.14)

K = Conductividad térmica del acero. hi = Es el coeficiente de transmisión del calor en la capa límite, del agua, se determina

mediante una expresión de Nusselt para convección forzada, además de una constante que vale para condensadores 0.0264

4.08.0

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

KCVD

DKChi

μμρ (Ecc. 2.15)

C = Constante 0.0264. K = Conductividad Térmica del agua. D = Diámetro interior del tubo. V = Velocidad media del agua. ρ= Densidad del agua. μ= Viscosidad del agua. C = Calor específico del agua. hs = Es el factor de incrustación o de sarro que se emplea para tubos de condensador

de amoniaco, según dato consignado de la tabla 6 para agua dura con más de 15 granos/gal obtendremos un factor de incrustación de 0.003 = 1 / hs.

En caso de que se consideran los valores de las propiedades termofísicas anteriores podríamos hacer al cálculo de “U”, (coeficiente global de transferencia de calor) pero por falta de algunos datos, por rapidez y facilidad de diseño podemos tomar un valor aproximado de la tabla 7. El valor de “U” también lo podemos encontrar utilizando las gráficas 2. recordadas por algunos fabricantes de condensadores de envolvente y también para refrigerante 717. De donde obtenemos un coeficiente global de transferencia de calor que varía entre 175 y 182 según la longitud del tubo, tomaremos un valor intermedio, por lo tanto: U = 179 BTU/Hr-Ft2-°F Observamos este valor en la tabla 7 vemos que cae dentro de los valores recomendados.



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2.4.9. CÁLCULO DEL ÁREA DE TRANSMISIÓN DE CALOR.

Debe quedar claro que el área exterior de los tubos forma la superficie de transferencia de calor; de la ecuación de Fourier podemos obtener esta área. Ecuación de Fourier:

Q = UA ∆T = UA (LMTD) [BTU/HR] (Ecc. 2.16)

De la ecuación anterior despejamos el área y obtenemos:

)(LMTDUQA

⋅= [ft2] (Ecc. 2.17)

Sustituyendo valores adquirimos lo siguiente:

72.81791584000

×=A

A = 1015 Ft2



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2.4.10. LONGITUD DE TUBOS Y NÚMEROS DE PASOS

Para determinar la longitud de los tubos y el número de pasos, dividimos la superficie de intercambio entre los pies cuadrados de superficie exterior por pies lineal de tubo, por el número de tubos por paso, que se había obtenido de 32, y por el número de pasos que se considere. Se deduce de lo anterior la longitud dependerá únicamente del número de pasos que se escoja, puesto que los demás valores no se pueden alterar las condiciones mismas del diseño termodinámico. Tabularemos para el número de pasos necesarios para obtener una longitud que sea congruente al diámetro de la cubierta, este diámetro de la cubierta, este diámetro lo obtenemos de la tabla 8. La longitud entonces:

nNaAL××

= [ft] (Ecc. 2.18)

Donde: L = Longitud de tubos. a = Pies cuadrados de superficie exterior por pie lineal de tubo. N = Número d tubos por paso. n = Número de pasos.

“a” Se obtiene de la tabla 5 de datos físicos de tubería a = 0.3271 Ft2. Sustituyendo valores: Para 2 pasos:

)2)(32)(3271.0(1015

=L

L = 48 Ft

Diámetro aproximado de la coraza según tabla 8.

D = 17 plagadas Para 4 pasos:

)4)(32)(3271.0(1015

=L

L = 24 Ft.



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Diámetro aproximado de la coraza:

D = 23 pulgadas Para 6 pasos:

)4)(32)(3271.0(1015

=L

L = 16 Ft.

Diámetro aproximado de la coraza:

D = 28 pulgadas Un arreglo de más de 6 pasos haría más complicado el diseño mecánico elevaría la caída de presión del agua además de elevar el costo de producción. Ahora bien, sabemos que el número de tubos por paso 32 que suman un total de 192 tubos, para hacer el equipo más eficiente y por norma de la ingeniería mecánica cualquier diseño deberá quedar 10% sobrado. Por lo anterior aumentaremos el número de tubos en el condensador.

NTotal = 192 x 1.1 =210 Tubos.

Puesto que 16 Ft va de acuerdo a las dimensiones de la cubierta y capacidad del sistema asimismo que:

L = 16 Ft

n = 6 pasos

Número total de tubos = 210

Numero de tubos por paso = 35

Por lo anterior recalcularemos los G.P.M. por paso del medio condensante.

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

TuboMPG

PasoTubos

PASOMPG ........

( )( )1335.....=

PASOMPG

455.....=

PASOMPG



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2.4.11 CAÍDA DE PRESIÓN Para quedar dentro de las normas fijadas para condensadores, es necesario que la caída de presión no exceda de 10 lb/plg2. De la gráfica 3 podemos encontrar los factores de fricción del agua adentro de los tubos así como en los cabezales del condensador, de esta manera podemos encontrar la caída de presión en pies de agua. Por lo tanto:

Caída de presión en los tubos = Frt · n · L Caída de presión de las cabezas = Frc · n

Donde:

L = Longitud de los tubos. n =N° de pasos. Frt = Factor de fricción de los tubos. Frc = Factor de Fricción en las cabezas. Caída de presión en los tubos = 0.125 x 6 x 16 = 12 Ft. Caída de presión en las cabezas = 1.6 x 6 = 9.6 Ft Caída de presión total = 12 + 9.6 = 21.6 Ft. de agua.

Caída de presión total = 31.26.21

Caída de presión total = 9.35 Psi Hemos obtenido un valor de 9.35 Psi de caída de presión, este valor queda dentro de la norma anteriormente mencionada.



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CAPITULO III

DISEÑO MECÁNICO



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71

3.1. ESPECIFICACIONES PRELIMINARES.

Habiendo fijado las condiciones que imponen la termodinámica al equipo, se procederá a realizar esas características de acuerdo con los medios que proporciona la ingeniería mecánica.

En esta parte se determinará las dimensiones de la cubierta o coraza del condensador, se obtendrá el espesor de de los espejos o placas que soportan el haz de tubos, la disposición de los mismos quedará por consiguiente establecida, así como los deflectores que desempeñan la misma función pero en la parte interna del intercambiador de calor.

Las normas básicas de diseño de intercambiadores de calor, condensadores, calderas y en general equipos de transferencia de calor de envuelta y tubos, están definidas en los estándares DE “Tubular Exchangers Manufacturers Assosiation” TEMA (Asociación de fabricantes de intercambiadores tubulares), las normas básicas de diseño de el “Código para recipientes de presión y calderas”.

Nuestras guías fundamentales TEMA y Código ASME establecen normas mínimas de seguridad para materiales, diseño y fabricación.

El diseño mecánico de recipientes a presión, como el de la gran mayoría de los equipos para procesos industriales, se encuentran regidos por diferentes normas y códigos. Para el caso de los cambiadores de calor de tubos y coraza, que es del tema del que nos ocuparemos, el código mas empleado es el AME Boiler and Pressure Vessels Code (Código para Calderas y Recipientes a Presión de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos).

La aplicación de dicho código, requiere de un amplio criterio para la interpretación correcta del mismo diseño. Asimismo existen las normas “TEMA” (Standard of Tubular Exchangers Manufactures Association) cuya finalidad es regular los criterios de diseño y fabricación de un intercambiador de calor.

Las causas que motivaron la realización de estos estándares esencialmente fueron, asociar a los fabricantes de cambiadores de calor en los Estados Unidos de Norteamérica, con la finalidad de unificar sus criterios en la solución de los problemas presentados por los usuarios de equipos que constantemente reclamaban por la calidad y tolerancias proporcionadas en el diseño y fabricación de los mismos.

En la sección especializada en detalle de diseño de equipos tubulares de trasferencia, esta dividido en tres clases a saber: clase R, clase C y clase B.

La clase R se usa principalmente en la industria petrolera. Las normas para esta clase son las más rígidas, ya que este es usualmente es servicio más pesado.



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La clase B se emplea para equipos de intercambio para procesos químicos severos, sus especificaciones suelen ser más rigurosas que las de la clase C y un poco menores que las de la clase R.

La clase C son las normas más generalmente usadas, ellas se destinan para equipos de intercambio de uso general en la industria. Su eficiencia es satisfactoria para todos los casos excepto para las especificadas en la clase R y B. Las normas de la clase C redundan en los costos más bajos dado que sus indicciones son menos severas. ASME

Es un conjunto de normas, especificaciones, fórmulas de diseño y criterios basados en muchos años de experiencia, todo esto aplicado al diseño, fabricación, instalación, inspección y certificación de recipientes sujetos a presión.

Fue creado en los Estados Unidos de Norteamérica en el año de 1907, por

iniciativa de varias compañías de seguros con el fin de reducir perdidas y siniestros. EL comité que lo forma está constituido por ingenieros de todas las

especialidades y de todos los sectores, con el fin de mantenerlo siempre actualizado. Dentro de las normas que ocuparemos, esencialmente nos basaremos en las siguientes.

ASME UW-12

La eficiencia E de las juntas son usadas en las formulas de esta división para juntas completas soldadas por proceso de arco o gas. ASME UG-25(b)

Los recipientes o partes de los mismos que estén sujetos a corrosión, erosión o abrasión, mecánica, deben tener un margen de espesor para logar la vida deseada, aumentando convenientemente el espesor del material respecto al determinado por las formulas de diseño, o utilizando algún método adecuado de protección.



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73

3.2. ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR

El nombre que recibe cada uno de los elementos que constituyen un

intercambiador de calor de coraza y tubos, de los cuales se describirán los de mayor importancia.

CORAZA

Es un cuerpo cilíndrico construido de una sola pieza que puede ser un tubo sin costura o una placa solada que contendrá en su interior el haz de tubos y a través de los cuales el fluido que baña el exterior de los tubos de dicho haz.

HAZ DE TUBOS

Es el elemento formado por los tubos de transferencia, situado en el interior de la coraza y orientado paralelamente a ella.

Consta también de mamparas, cuya función además de soportar los tubos, es

crear turbulencias y dirigir el fluido que circula por el exterior se los tubos mismos.

ESPEJOS El haz de tubos remata sus extremos en las placas perforadas llamadas espejos,

que sirven por una parte como elemento divisores entre el flujo del lado coraza y el flujo del lado tubos y por otra parte como elemento de sujeción de los tubos; estos cruzan el espejos a través de sus perforaciones y sellan expansionados contra los espejos o mediante una soldadura perimetral en los extremos de los tubos para unirlos a los espejos permanentemente. TUBOS DE TRANSFERENCIA

Son los tubos de longitud normalizada por “TEMA”, cuyo diámetro nominal corresponde a su diámetro exterior y su espesor varia según el calibrador Birmingham, que la practica se le conoce como BWG del tuno. CABEZAL DE DISTRIBUCIÓN

Elemento similar a la coraza, cuya función es recibir el fluido que ha de circular por el interior de los tubos, distribuirlo y recolectarlo para mandarlo fuera de él.

CABEZAL FLOTANTE

Esta constituido por una tapa que se fija el espejo por medio de pernos y un anillo dividido, teniendo como función retornar el fluido que circula por el interior de los tubos hacia el cabezal de distribución o bien mandar el fluido fuera del cambiador cuando este cuneta con un solo paso lado tubos. RECIPIENTE A PRESIÓN



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74

Se considera como un recipiente a presión cualquier vasija cerrada que sea capaz de almacenar un fluido a presión manométrica, ya sea presión interna o vació, independientemente de su forma y dimensiones. Los recipientes cilíndricos a que nos referimos en este tomo, son calculados como cilindros de pared delgada. PRESIÓN DE OPERACIÓN (Po)

Es identificada como la presión de trabajo y es la presión manométrica a la cual estará sometido un equipo en condiciones de operación normal. Al determinar la presión de diseño (P), debe tomarse en consideración la presión hidrostática debida a la columna del fluido que estemos manejando, si éste es líquido sobre todo en recipientes cilíndricos verticales.

PRESIÓN DE PRUEBA (Pp)

Se entenderá por presión hidrostática de prueba y se cuantificará por medio de la siguiente ecuación:

Pp = P (1.5) Sta/Std Donde:

P = Presión de diseño. Sta = Esfuerzo a la tensión del material a la temperatura ambiente. Std = Esfuerzo a la tensión del material a la temperatura de diseño.

PRESIÓN DE TRABAJO MÁXIMA PERMISIBLE

Es la presión máxima a la que se puede someter un recipiente, en condiciones de operación, suponiendo que él está:

a) En condiciones después de haber sido corroído. b) Bajo los efectos de la temperatura de diseño. c) En la posición normal de operación. d) Bajo los efectos de otras cargas, tales como fuerza debida al viento,

presión hidrostática, etc., cuyos efectos deben agregarse a los ocasionadas por la presión interna.



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75

Es una práctica común, seguida por los usuarios, diseñadores y fabricantes de

recipientes a presión, limitar la presión de trabajo máxima permisible por la resistencia del cuerpo o las tapas, y no por elementos componentes pequeños tales como bridas, boquillas, etc.

El término “Máxima presión de trabajo permisible nuevo y frío” es usado frecuentemente. Esto significa: La presión máxima permisible, cuando se encuentra en las siguientes condiciones:

a) El recipiente no está corroído (nuevo). b) La temperatura no afecta a la resistencia a la tensión del material

(temperatura ambiente) (frío). c) Tampoco se consideran los efectos producidos por la acción del viento, presión

hidrostática, etc. El valor de la presión de trabajo máxima permisible, se obtiene despejando “p” de las ecuaciones que determinan los espesores del cuerpo y las tapas, usando como “t” el espesor real del equipo y su valor será el que resulte menor. ESFUERZO DE DISEÑO A LA TENSIÓN (S)

Es el valor máximo al que podemos someter un material, que forma parte de un recipiente a presión, en condiciones normales de operación. Su valor es aproximadamente el 25% del esfuerzo último a la tensión del material en cuestión. EFICIENCIA DE LAS SOLDADURAS (E)

Se puede definir la eficiencia de las soldaduras, como el grado de confiabilidad que se puede tener de ellas. Sus valores están dados, en la cual se muestran los tipos de unión más comúnmente usados en la fabricación de recipientes a presión.



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Radiografiado al 100%

Radiografiado por puntos

Sin radiografiado

Valores de “E” 1.00 0.85 0.7

3.3 CÁLCULO PARA EL DIÁMETRO DE CORAZA. Con los datos vistos anteriormente dentro de los cálculos termodinámicos tenemos que: Material: Acero negro sin costura. ØNOM = 1 ¼ plg De = 1.660 plg (Tabla No. 9) No. Pasos = 6 No. Tubos = 192 (Agregando por norma 10%) No. TOTAL Tubos = 210 32 tubos por paso No obstante obtuvimos un diámetro de coraza promedio del análisis termodinámico, pero este diámetro solo nos sirve como diámetro mínimo requerido para el arreglo de los tubos: ØCORAza = 28 plg CORAZA

Se denomina con el nombre de coraza al elemento cilíndrico, que constituye esencialmente el cuerpo de un intercambiador de calor, el cual aloja en su interior el haz de tubos.



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77

Desde el punto de vista estructural, la coraza es un cascarón cilíndrico, el cual se comporta como una membrana.

Para determinar el diámetro de la coraza en principio tenemos que calcular el área de los tubos, el área interior del recipiente y un diámetro base.

Atubos = 4

2DeNπ (Ecc. 3.1)

N = Número de tubos De = Diámetro exterior del tubo

Atubos = 4

lg)66.1()210( 2pπ

Atubos = 273.789 plg2

AInt Rec = (2.5) Atubos (Ecc. 3.2)

AInt Rec = 2.5 (273.789plg2)

AInt Rec = 684.472 plg2

DBase = πInteriorA4 (Ecc. 3.3)

DBase = π

)lg472.684(4 2p

DBase = 29.521 plg

DReal = (1.25) DBase (Ecc. 3.4)

DReal = 1.25 (29.521)

DReal =36.90 pulgadas ≈ 40 pulgadas

DInt Coraza = 40 pulgadas



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Para el cálculo del espesor de la coraza necesitamos le presión de operación, la cual se obtiene del diagrama de Moliere No. 10 del amoniaco (Presión de Operación) Po = 200 PSI. De acuerdo a la norma:

Po < 300 PSI ( Pd = Po + 30

Po > 300 PSI ( Pd = (1.1) Po

Como nuestra presión de operación es menor de 300 PSI obtendremos la presión de diseño con la primera ecuación.

Pd = Po + 30= 200 + 30 = 230 PSI

Ya que obtuvimos la presión de diseño, procedemos a calcular el espesor de muestra coraza,

para así poder obtener el diámetro exterior de la coraza. Teniendo en cuenta la confiabilidad de la soldadura es de 0.85 (radiografiado por puntos), y agregando por norma 1/6 de espesor por cada 12 años de trabajo del condensador por el efecto de corrosión.

� �� EMBED Equation.3 (Ecc. 3.5) S = Esfuerzo a la temperatura. E = Eficiencia de juntas soldadas. Pd= Presión de diseño. C = Factor de corrosión.

� �� EMBED Equation.3

t = 0.3125 plgs

DeCoraza = Di + 2t (Ecc. 3.5)

DeCoraza = 40plgs + 2(0.3125plgs)

DeCoraza = 40.625plgs

De acuerdo con los arreglos vistos anteriormente en la página 60, nos basaremos en el arreglo triangular en la norma TEMA. (Figura 34).



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79

FIGURA No. 34. Arreglo del haz de tubos.

3.4 SELECCIÓN Y CÁLCULO MECÁNICO DE LAS TAPAS

Los elementos utilizados en los cabezales tanto de entrada como de retorno (o

salida), a fin de proporcionar el cierre en los extremos de cambiador de calor, pueden ser de dos tipos; Tapas Abombadas y Tapas Planas, las cuales se han de seleccionar en función de las características propias de cada una de ellas o bien de acuerdo al tipo de tapa requerida por el cambiador que se esté diseñado, tomando en consideración las condiciones de servicio.

Las tapas reciben diversos nombres que van de acuerdo al perfil que presenta su geometría, de los cuales se hará mención únicamente de aquéllas que frecuentemente se utilizan para la fabricación de los equipos que ahora nos ocupan.



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80

Dentro de la clasificación de Tapas Abombadas se presentan las llamadas

Toriesféricas y Semielípticas, ambas soldables al cuerpo cilíndrico de los cabezales en el extremo de la ceja recta con que cuentan y siendo por consecuencia, elementos no desmontables.

Para nuestro caso en especial definiremos las Tapas Semielípticas.

Tapas Semielípticas.

Son empleadas cuando el espesor calculado en una tapa toriesférica es relativamente alto. Este tipo de tapas son formadas a base de troqueles en donde la sección transversal es una elipse.

Existe un inconveniente para el uso de estas tapas ya que en México sólo hay

fabricadas en pequeños diámetros, lo cual implica que sean conseguidas de importación únicamente.

A continuación se presenta la ecuación que será de utilidad para el cálculo del

espesor efectivo de la tapa semielíptica para cabezales, de acuerdo al código.

CPdSE

DPdt CorazaInt

+−

=2.02

)( (Ecc. 3.6)

t = Espesor mínimo requerido en la tapa, sin corrosión, en pulgadas. E = Eficiencia de soldaduras. P = Presión de diseño. R = Radio interior de la tapa semiesférica, en pulgadas. S = Esfuerzo máximo permisible, del material de la tapa, a tensión y a la temperatura de diseño.

161

)230(2.0)85.0)(000,20)(2()lg40)(230(

+−

=psipsi

sppsit

t = 0.3325 plgs ≈ 5/16plgs



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3.5 CÁLCULO MECÁNICO DEL PESO DEL RECIPIENTE.

3.5.1 PESO VACIÓ DEL RECIPIENTE.

Para poder calcular el peso total del recipiente tomamos en cuenta el diámetro interior obtenido anteriormente, así como el espesor, entramos en las tabla de pesos, en este caso solo tomaremos los pesos del casco y la coraza. Obtenemos los siguientes valores de la tabla No. 11.

Dint. = 40” y espesor 5/16”.

Peso del cuerpo = 134 lb/ft.

Peso de tapa = 195 lb/ft. Entrando en la tabla de volúmenes con el diámetro interior, obtenemos el peso del agua que contendría el condensador. 3.5.2. PESO DE AGUA DEL RECIPIENTE Obtenemos los siguientes valores de la tabla No. 12.

Peso del cuerpo = 545 lb.

Peso de tapa = 302.6 lb.

Procederemos a calcular el tamaño óptimo del recipiente por lo cual utilizaremos la ecuación de Abakians la cual es:

F = CSE

P (Ecc. 3.7)

De donde: P = Presión. C = Coeficiente de sobre espesor por corrosión (1/16) S = Esfuerzo a la tensión. E = Eficiencia de juntas soldadas.



ESIME AZCAPOTZALCO

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Sustituyendo los valores en la formula obtenemos:

F = ( )( )( )85.0200000625.0230

psipsi

F = 0.216 lgp

Para poder identificar el volumen del recipiente tendremos que utilizar la “grafica

para determinar el tamaño optimo de recipiente” y para entrar a la tabla ya tenemos los dos datos necesarios los cuales son “F” y el diámetro interior del recipiente el cual hay que convertir en pies. Obtenemos el valor de V de la grafica No. 13.

V = 245 ft 3

Ahora sabiendo el volumen y el diámetro del recipiente podemos saber la longitud del recipiente con la formula:

V = LD4

2π (Ecc. 3.8)

De donde: L = Longitud.

V = Volumen del recipiente, pies 2 D = Diámetro interior del recipiente, pies.

L = 24

DV

π

L = ( )( )233.3

2454π

L = 28.13 ft ≈ 28 ft



ESIME AZCAPOTZALCO

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Lo siguiente es multiplicar todos los pesos iniciales por la longitud.

Peso del cuerpo = 3752

Peso de tapa = 5460 3.5.3. PESO DE AGUA DEL RECIPIENTE.

Peso del cuerpo = 15260 Peso de tapa = 872.8

Con los pesos obtenidos sumamos los pesos del cuerpo y de la tapa, así como los pesos de los volúmenes de agua de los mismos.

8.329448.237329212 =+=totalW lb.

28.36239)8.32944(1.11.1Re === totalal WW lb.



ESIME AZCAPOTZALCO

84



ESIME AZCAPOTZALCO

85

ANEXO



ESIME AZCAPOTZALCO

86

GRAFICAS Y

TABLAS



ESIME AZCAPOTZALCO

87

GRAFICA 1. Factor de corrección para determinar el calor total liberado.



ESIME AZCAPOTZALCO

88

GRAFICA 2. Condensador horizontal de coraza y tubos, curva del coeficiente

global de transferencia de calor contra factor de incrustación.



ESIME AZCAPOTZALCO

89

GRAFICA 2. a. Condensador horizontal de coraza y tubos, curva del coeficiente global de transferencia de calor contra factor de incrustación.



ESIME AZCAPOTZALCO

90

Ft/Min Ft/Seg VELOCIDAD DEL AGUA

R717 (AMONIACO)

GRAFICA 2. b. Condensador horizontal y tubos, curvas del coeficiente global de

transferencia de calor contra factor de incrustación.



ESIME AZCAPOTZALCO

91

GRAFICA 2. c. Condensador horizontal de coraza y tubos, curvas del coeficiente global de transferencia del calor contra factor de incrustación.



ESIME AZCAPOTZALCO

92

GRAFICA 3. Factor de fricción para los tubos y cabezas.

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

ESIME AZCAPOTZALCO1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

1 1.00 1.44 1.82 2.16 2.48 2.79 7.89 8.10 8.32 8.53 8.74 8.94 9.15 9.36 9.56 9.77 9.97 10.17 10.37 10.572 1.44 2.00 2.47 2.89 3.28 3.64 9.61 9.85 10.01 10.34 10.58 10.82 11.06 11.29 11.53 11.76 12.00 12.23 12.45 12.683 1.82 2.47 3.00 3.51 3.95 4.33 10.92 11.19 11.46 11.73 11.98 12.26 12.51 12.76 13.03 13.28 13.53 13.78 14.04 14.294 2.16 2.89 3.51 4.00 4.48 4.93 12.05 12.33 12.62 12.90 13.19 13.47 13.74 14.02 14.29 14.36 14.83 15.10 15.37 15.635 2.48 3.26 3.95 4.48 5.00 5.49 13.03 13.35 13.65 13.95 14.25 14.55 14.84 15.13 15.47 15.70 15.99 16.27 16.35 16.83

6 2.79 3.64 4.33 4.93 5.49 6.00 13.99 14.31 14.63 14.94 15.25 15.57 15.87 16.17 16.48 16.77 17.07 17.36 17.67 17.957 2.08 3.99 4.73 5.36 5.94 6.37 14.81 15.15 15.49 15.79 16.12 16.45 16.75 17.08 17.40 17.71 18.01 18.32 18.63 18.928 3.37 4.33 5.10 5.77 6.38 7.01 15.62 15.96 16.31 16.64 16.98 17.31 17.64 17.97 18.29 18.62 18.94 19.25 19.57 19.889 3.64 4.65 5.40 6.17 6.81 7.40 16.38 16.75 17.10 17.46 17.61 18.11 18.46 18.80 19.14 19.48 19.81 20.14 20.47 20.8010 3.91 4.97 5.82 6.55 7.21 7.85 17.11 17.48 17.85 18.20 18.56 18.91 19.26 19.61 19.96 20.30 20.64 20.97 21.31 21.64

11 4.17 5.28 6.17 6.92 7.61 8.27 17.82 18.20 18.57 18.94 19.31 19.66 20.03 20.37 20.72 21.08 21.43 21.78 22.13 22.4612 4.43 5.56 6.49 7.28 8.00 8.70 18.50 18.89 19.27 19.64 20.02 20.39 20.76 21.12 21.48 21.85 22.20 22.55 22.91 23.2613 4.68 5.88 6.82 7.64 8.37 9.08 19.20 19.55 19.94 20.33 20.71 21.09 21.47 21.85 22.22 22.58 22.95 23.30 23.67 24.0214 4.93 6.17 7.15 8.00 8.74 9.47 19.79 20.20 20.60 20.99 21.27 21.77 22.18 22.53 22.92 23.30 23.66 24.05 24.41 24.7715 5.17 6.45 7.46 8.32 9.10 9.98 20.42 20.83 21.24 21.64 22.09 22.45 22.83 23.22 23.60 23.99 24.37 24.73 25.12 25.49

16 5.41 6.73 7.77 8.66 9.46 10.22 21.01 21.44 21.85 22.27 22.67 23.08 23.47 23.88 24.27 24.66 25.04 25.43 25.81 26.1917 5.65 7.01 8.08 8.98 9.81 10.61 21.63 22.04 22.49 22.90 23.31 23.72 24.13 24.53 24.94 25.33 25.72 26.11 26.50 26.8918 5.88 7.26 8.37 9.31 10.15 10.96 22.19 22.62 23.07 23.48 23.92 24.33 24.75 25.15 25.58 25.97 26.36 26.77 27.16 27.5619 6.11 7.55 8.67 9.63 10.49 11.30 22.76 23.20 23.66 24.04 24.90 24.94 25.35 25.79 26.19 26.62 27.01 27.41 27.80 28.21

L1 o L2 20 6.34 7.82 8.97 9.94 10.82 11.67 23.33 23.77 24.22 24.66 25.10 25.53 25.96 26.39 26.80 27.22 27.63 28.04 28.45 28.8621 6.57 8.08 9.25 10.25 11.15 12.00 23.86 24.33 24.78 25.21 25.69 26.11 26.57 26.98 27.40 27.84 28.25 28.65 29.08 29.4822 6.79 8.34 9.54 10.56 11.47 12.35 24.45 24.86 25.35 25.77 26.55 26.67 27.13 27.58 28.00 28.44 28.85 29.28 29.68 30.1223 7.02 8.60 9.82 10.86 11.79 12.68 24.94 25.47 25.87 26.38 26.89 27.27 27.69 28.15 28.57 29.02 29.44 29.88 30.29 30.7224 7.24 8.85 10.01 11.16 12.11 13.02 25.47 25.91 26.47 26.89 27.32 27.83 28.27 28.69 29.18 29.59 30.02 30.48 30.90 31.3125 7.46 9.11 10.38 11.46 12.43 13.34 25.97 26.48 26.95 27.43 27.89 28.35 28.82 29.27 29.72 30.17 30.61 31.05 31.48 31.9126 7.67 9.36 10.65 11.75 12.74 13.67 26.46 26.88 27.55 27.97 28.46 28.87 29.39 29.80 30.29 30.70 31.18 31.65 32.06 32.5227 7.89 9.61 10.92 12.05 13.05 13.99 27.00 27.55 28.01 28.49 28.99 29.45 29.94 30.40 30.85 31.30 31.77 32.21 32.66 33.1028 8.10 9.85 11.19 12.33 13.35 14.31 27.33 28.00 28.49 29.15 29.30 29.96 30.38 30.94 31.36 31.81 32.33 32.75 33.18 33.6129 8.32 10.01 11.46 12.62 13.65 14.63 28.01 28.49 29.00 29.50 29.94 30.61 30.96 31.51 31.90 32.42 32.83 33.33 33.74 34.2330 8.53 10.34 11.73 12.90 13.95 14.94 28.49 29.15 29.50 30.00 30.49 30.96 31.48 31.97 32.43 32.91 33.38 33.84 34.30 34.7631 8.74 10.58 11.98 13.19 14.23 15.25 16.12 29.50 29.94 30.49 31.00 31.75 32.00 32.43 33.03 33.49 33.84 34.36 34.86 35.3532 8.94 10.82 12.26 13.47 14.55 15.57 16.45 29.96 30.61 30.96 31.75 32.00 32.68 32.89 33.41 33.96 34.48 34.82 35.35 35.8633 9.15 11.06 12.51 13.74 14.84 15.87 16.75 30.34 30.96 31.48 32.00 32.68 33.00 33.44 33.78 34.44 35.03 35.34 35.89 36.4234 9.36 11.29 12.76 14.02 15.13 16.17 17.08 30.94 31.31 31.97 32.43 32.89 33.44 34.00 34.48 34.90 35.54 35.87 36.44 37.0135 9.56 11.53 13.03 14.29 15.47 16.48 17.40 31.38 31.90 32.43 33.03 33.41 33.78 34.48 35.00 35.46 36.04 36.36 37.04 37.4336 9.77 11.76 13.28 14.56 15.70 16.77 17.71 18.62 19.48 20.30 21.08 21.85 22.58 23.30 23.99 24.66 25.33 25.97 26.62 27.2237 9.97 12.00 13.53 14.83 15.99 17.07 18.01 18.94 19.81 20.64 21.43 22.20 22.95 23.66 24.37 25.04 25.72 26.36 27.01 27.6338 10.17 12.23 13.78 15.10 16.27 17.36 18.32 19.25 20.14 20.97 21.78 22.35 23.30 24.05 24.73 25.43 26.11 26.77 27.41 28.0439 10.37 12.45 14.04 15.37 16.55 17.67 18.63 19.57 20.47 21.31 22.13 22.91 23.67 24.41 25.12 25.81 26.50 26.16 27.80 28.4540 10.57 12.68 14.29 15.63 16.83 17.95 18.92 19.88 20.80 21.64 22.46 23.26 24.02 24.77 25.49 26.19 26.89 27.56 28.21 28.86

Tabla 4 Diferencia de temperatura efectiva media

93

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

ESIME AZCAPOTZALCO

L1 o L2

21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 401 6.57 6.79 7.02 7.24 7.46 7.67 7.89 8.10 8.32 8.53 8.74 8.94 9.15 9.36 9.56 9.77 9.97 10.17 10.37 10.572 8.08 8.34 8.60 8.85 9.11 9.36 9.61 9.85 10.01 10.34 10.58 10.82 11.06 11.29 11.53 11.76 12.00 12.23 12.45 12.683 9.25 9.54 9.82 10.01 10.38 10.65 10.92 11.19 11.46 11.73 11.98 12.26 12.51 12.76 13.03 13.28 13.53 13.78 14.04 14.294 10.25 10.56 10.86 11.16 11.46 11.75 12.05 12.33 12.62 12.90 13.19 13.47 13.74 14.02 14.29 14.36 14.83 15.10 15.37 15.635 11.15 11.47 11.79 12.11 12.43 12.74 13.03 13.35 13.65 13.95 14.25 14.55 14.84 15.13 15.47 15.70 15.99 16.27 16.35 16.83

6 12.00 12.35 12.68 13.02 13.34 13.67 13.99 14.31 14.63 14.94 15.25 15.57 15.87 16.17 16.48 16.77 17.07 17.36 17.67 17.957 12.74 13.11 13.44 13.79 14.14 14.46 14.81 15.15 15.49 15.79 16.12 16.45 16.75 17.08 17.40 17.71 18.01 18.32 18.63 18.928 13.47 13.84 14.20 14.56 14.92 15.27 15.62 15.96 16.31 16.64 16.98 17.31 17.64 17.97 18.29 18.62 18.94 19.25 19.57 19.889 14.19 14.57 14.89 15.27 15.65 16.02 16.38 16.75 17.10 17.46 17.61 18.11 18.46 18.80 19.14 19.48 19.81 20.14 20.47 20.80

10 14.83 15.22 15.61 15.99 16.37 16.75 17.11 17.48 17.85 18.20 18.56 18.91 19.26 19.61 19.96 20.30 20.64 20.97 21.31 21.64

11 15.47 15.87 16.27 16.64 17.05 17.43 17.82 18.20 18.57 18.94 19.31 19.66 20.03 20.37 20.72 21.08 21.43 21.78 22.13 22.4612 16.08 16.50 16.92 17.31 17.74 18.11 18.50 18.89 19.27 19.64 20.02 20.39 20.76 21.12 21.48 21.85 22.20 22.55 22.91 23.2613 16.69 17.11 17.53 17.95 18.35 18.76 19.20 19.55 19.94 20.33 20.71 21.09 21.47 21.85 22.22 22.58 22.95 23.30 23.67 24.0214 17.26 17.71 18.12 18.55 18.95 19.38 19.79 20.20 20.60 20.99 21.27 21.77 22.18 22.53 22.92 23.30 23.66 24.05 24.41 24.7715 17.83 18.28 18.72 19.15 19.58 20.01 20.42 20.83 21.24 21.64 22.09 22.45 22.83 23.22 23.60 23.99 24.37 24.73 25.12 25.49

16 18.35 18.84 19.27 19.73 20.14 20.60 21.01 21.44 21.85 22.27 22.67 23.08 23.47 23.88 24.27 24.66 25.04 25.43 25.81 26.1917 18.96 19.40 19.90 20.33 20.76 21.20 21.63 22.04 22.49 22.90 23.31 23.72 24.13 24.53 24.94 25.33 25.72 26.11 26.50 26.89

L1 o L2 18 19.43 19.96 20.38 20.86 21.30 21.77 22.19 22.62 23.07 23.48 23.92 24.33 24.75 25.15 25.58 25.97 26.36 26.77 27.16 27.5619 20.24 20.45 20.90 21.48 21.86 22.34 22.76 23.20 23.66 24.04 24.90 24.94 25.35 25.79 26.19 26.62 27.01 27.41 27.80 28.2120 20.49 20.99 21.46 21.94 22.41 22.87 23.33 23.77 24.22 24.66 25.10 25.53 25.96 26.39 26.80 27.22 27.63 28.04 28.45 28.86

21 21.00 21.32 22.05 22.40 22.99 23.42 23.86 24.33 24.78 25.21 25.69 26.11 26.57 26.98 27.40 27.84 28.25 28.65 29.08 29.4822 21.32 22.00 22.73 22.96 23.53 23.92 24.45 24.86 25.35 25.77 26.55 26.67 27.13 27.58 28.00 28.44 28.85 29.28 29.68 30.1223 22.05 22.73 23.00 23.53 24.55 24.94 25.47 25.87 26.38 26.89 27.27 27.69 28.15 28.57 29.02 29.44 29.88 30.29 30.7224 22.40 22.96 23.53 24.00 24.63 25.06 25.47 25.91 26.47 26.89 27.32 27.83 28.27 28.69 29.18 29.59 30.02 30.48 30.90 31.3125 22.99 23.53 23.98 24.63 25.00 25.51 25.97 26.48 26.95 27.43 27.89 28.35 28.82 29.27 29.72 30.17 30.61 31.05 31.48 31.91

26 23.42 23.92 24.55 25.06 25.51 26.00 26.46 26.88 27.55 27.97 28.46 28.87 29.39 29.80 30.29 30.70 31.18 31.65 32.06 32.5227 23.86 24.45 24.94 25.47 25.97 26.46 27.00 27.55 28.01 28.49 28.99 29.45 29.94 30.40 30.85 31.30 31.77 32.21 32.66 33.1028 24.33 24.86 25.47 25.91 26.48 26.88 27.33 28.00 28.49 29.15 29.30 29.96 30.38 30.94 31.36 31.81 32.33 32.75 33.18 33.6129 24.78 25.35 25.87 26.47 26.95 27.55 28.01 28.49 29.00 29.50 29.94 30.61 30.96 31.51 31.90 32.42 32.83 33.33 33.74 34.2330 25.21 25.77 26.38 26.89 27.43 27.97 28.49 29.15 29.50 30.00 30.49 30.96 31.48 31.97 32.43 32.91 33.38 33.84 34.30 34.76

31 25.69 26.55 26.89 27.32 27.89 28.46 28.99 29.50 29.94 30.49 31.00 31.75 32.00 32.43 33.03 33.49 33.84 34.36 34.86 35.3532 26.11 26.67 27.27 27.83 28.35 28.87 29.45 29.96 30.61 30.96 31.75 32.00 32.68 32.89 33.41 33.96 34.48 34.82 35.35 35.8633 26.57 27.13 27.69 28.27 28.82 29.39 29.94 30.34 30.96 31.48 32.00 32.68 33.00 33.44 33.78 34.44 35.03 35.34 35.89 36.4234 26.98 27.58 28.15 28.69 29.27 29.80 30.40 30.94 31.31 31.97 32.43 32.89 33.44 34.00 34.48 34.90 35.54 35.87 36.44 37.0135 27.40 28.00 28.57 29.18 29.72 30.29 30.85 31.38 31.90 32.43 33.03 33.41 33.78 34.48 35.00 35.46 36.04 36.36 37.04 37.43

Tabla 4A Diferencia de temperatura efectiva media

94



ESIME AZCAPOTZALCO

95

TABLA 5 Datos de tubos para condensadores e intercambiadores de calor.



ESIME AZCAPOTZALCO

96

Temperatura del medio calefactor

Hasta 240 °F 200-400 °F

Temperatura del agua 125 °F o menos Más de 125 °F Agua

Velocidadpps

del agua,

3 pies o menos

Más de 3 pies

Velocidad Pps

del agua,

3 pies o menos

Más de 3 pies

Agua de mar Salmuera natural Torre de enfriamiento y tanque con rocío

artificial: Agua de compensación tratada Sin tratar Agua de la ciudad o de pozo (como Grandes Lagos)

Grandes lagos Agua de río

Mínimo Mississippi Delaware, Schylkill East River y New York Bay Canal Sanitario de Chicago

Lodosa o turbia Dura (más de 15 granos/gal) Enfriamiento de máquinas Destilada Alimentación tratada para calderas Purga de calderas

0.0005 0.002 0.001 0.003 0.001 0.001 0.002 0.003 0.003 0.003 0.008 0.003 0.003 0.001 0.0015 0.001 0.002

0.0005 0.001 0.001 0.003 0.001 0.001 0.001 0.002 0.002 0.002 0.006 0.002 0.003 0.001 0.0005 0.005 0.002

0.001 0.003 0.002 0.005 0.002 0.002 0.003 0.004 0.004 0.004 0.010 0.004 0.005 0.001 0.0005 0.001 0.002

0.001 0.002 +0.002 0.004 0.002 0.002 0.022 0.003 0.003 0.003 0.008 0.003 0.005 0.001 0.0005 0.001 0.002

TABLA 6 Factores de obstrucción.



ESIME AZCAPOTZALCO

97

Situación física U Btu/h W/

Pared exterior de ladrillo, interior enyesado: sin aislante.

Pared exterior de madera, interior enyesado: sin aislante.

Ventana con vidrio plano Con fibra de vidrio con aislante Ventana con doble vidrio plano Condensador de vapor Calentador de alimentación de agua Calentador de freón 12 con enfriador

de agua Cambiador de calor agua a agua Cambiador de calor con tubería con

aleta, agua en los tubos, aire a través de ellos

Cambiador de calor agua a aceite Vapor a aceite combustible ligero Vapor a aceite combustible pesado Vapor a petróleo destilado o gasolinaCambiador de calor con tubería con

aletas, vapor en los tubos y aire sobre ellos

Condensador de amoniaco, agua en los tubos

Condensador de alcohol, agua en los tubos

Condensador de calor gas a gas

0.45

0.25 0.07 1.10 0.40

200-1000 200-1500 50-150 150-300

5-10

20-60 30-60 10-30

50-200

5-50 150-250 45-120

2-8

2.55

1.42 0.4 6.2 2.3

1100-5600 1100-8500 280-850

850-1700

25-55 110-350 170-340 56-170

280-1140

28-280 850-1400 255-680 10-40

TABLA 7 Valores aproximados de los coeficientes de transferencia de calor total.



ESIME AZCAPOTZALCO

98

Tubos de ¾” DE, arreglo triangular

de 15/16 pulgadas.

Tubos de ¾” DE, arreglo triangular

de 1 pulgadas. Coraza DI, Plg.

1 – P 2 – P 4 – P 6 – P 8 - P

8 10 12

13 ¼ 15 ¼ 17 ¼ 19 ¼ 21 ¼ 23 ¼

25 27 29 31 33 35 37 39

37 61 92

109 151 203 262 316 384 470 559 630 745 856 970 1074 1206

30 52 82

106 138 196 250 302 376 452 534 604 728 830 938 1044 1176

24 40 76 86

122 178 226 278 352 422 488 556 678 774 882 1012 1128

24 36 74 82

118 172 216 272 342 394 474 538 666 760 864 986 110

70 74

110 166 210 260 328 382 464 508 640 732 848 870

1078

CorazaDI, Plg.

1 – P 2 – P 4 – P 6 – P 8 - P

810 12

13 ¼ 15 ¼ 17 ¼ 19 ¼ 21 ¼ 23 ¼

25 27 29 31 33 35 37 39

37 61 92

109 151 203 262 316 384 470 559 630 745 856 970 1074 1206

30 52 82

106 138 196 250 302 376 452 534 604 728 830 938 1044 1176

24 40 76 86

122 178 226 278 352 422 488 556 678 774 882 1012 1128

24 36 74 82

118 172 216 272 342 394 474 538 666 760 864 986 110

70 74

110 166 210 260 328 382 464 508 640 732 848 870

1078

Tubos de 1” DE, arreglo triangular

de 1 ¼ pulgadas.

Tubos de 1 1/4” DE, arreglo triangular

de 1 9/16 pulgadas. Coraza DI, Plg.

1 – P 2 – P 4 – P 6 – P 8 - P

8 10 12

13 ¼ 15 ¼ 17 ¼ 19 ¼ 21 ¼ 23 ¼

25 27 29 31 33 35 37 39

21 32 55 68 91

131 163 199 241 294 349 397 472 538 608 674 766

16 32 52 66 86

118 152 188 232 282 334 376 454 522 592 664 736

16 26 48 58 80

106 140 170 212 256 302 338 430 486 562 632 700

14 24 46 54 74

104 136 164 212 252 296 334 424 470 546 614 688

44 50 72 94

128 160 202 242 286 316 400 454 532 598 672

CorazaDI, Plg.

1 – P 2 – P 4 – P 6 – P 8 - P

10 12

13 ¼ 15 ¼ 17 ¼ 19 ¼ 21 ¼ 23 ¼

25 27 29 31 33 35 37 39

20 32 38 54 69 95

117 140 170 202 235 275 315 357 407 449

18 30 36 51 66 91

112 136 134 196 228 270 305 348 390 463

14 26 32 45 62 86

105 130 155 185 217 255 5297 335 380 425

22 28 42 58 78

101 123 150 179 212 245 288 327 374 419

20 26 38 54 69 95

117 140 170 202 235 275 315 357 407

Tubos de 1 1/2” DE, arreglo triangular

de 1 7/8 pulgadas.

Coraza DI, Plg. 1 – P 2 – P 4 – P 6 – P 8 - P12

13 ¼ 15 ¼ 17 ¼ 19 ¼ 21 ¼ 23 ¼

25 27 29 31 33 35 37 39

18 27 36 48 61 76 95

115 136 160 184 215 246 275 307

14 22 34 44 58 72 91

110 131 154 177 206 238 268 299

14 18 32 42 55 70 86

105 125 147 172 200 230 260 290

12 16 30 38 51 66 80 98

118 141 165 190 220 252 284

12 14 27 36 48 61 76 95

115 136 160 184 215 246 275

Tabla 8 Disposición de los espejos de tubos. Arreglo triangular



ESIME AZCAPOTZALCO

99

TABLA No. 9. Dimensiones de tubería.



ESIME AZCAPOTZALCO

100

DIAGRAMA No. 10. Diagrama de Moliere. Amoníaco R717

"

--

___

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DEINGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

ESIME AZCAPOTZALCO

!

PESO DE CASCOS Y CABEZAS -ESPESOR DE PARED

DIAM. 5/16" 114" I CABEZA

RECIPIENTE CASCODEL CABEZACASCO

HEMIS 26

ELIP BYCD.E. D.I. HEMISBYCD.E. ELIPD.I 19

14 28394114 2022313312

24 35 16

3546482828 1938 36 46

35 2941545423 363334 42

5851 20

616128 464149 4918 71435868685647 3554 52

85 24

5169727441 685560 5822 101 119

58787981 81476265 63 69

138 8786889570 55687026

78 158

10092941106274 7828 76 114 87101 991267079 898130

179100 34

106 1291081438084 1008632 202

36 144 1111121141618911392 90

226 256

123-180 1601191219812897 95 177 138

40 126128201110100 13910238

279150133 195134222156 120108 106

307 48

214 163141 139245165 13111142 113 400

54 210285159161320168127 21,5 129 263 506

60 179 351182404210143 270145

322 624 66

434199202257 498330159161 386 755520219222602309398177 175

897 78

456598243 23971736545319372 191 535 1052

84 695259263840543 421209 207

1220 90

614806279283974492624225 223 702 1399

96 9252993031118556723241 239

15927961050324 3191272820 637257 255

1796 108

89611803393441435922 710102 273 271 2013

114 100113203593641031 801 -1608 287289

2242 121

1104146837938517921150 883203305 2484 2738

123016223994059841255 1985321 319 134418201075 21881445337 335126

42ili19 30041482 3282

1990446 43924011590 1186351353132 1607

3573 2160466 45926241730 1286367369138

17582350486 4801406 28561880383144 385 - - --.

TABLA No. 11 . Peso de Cascos y Cabezas

101

I -----',1



ESIME AZCAPOTZALCO

102

TABLA No. 12. Volumen de Cascos y Cabezas



ESIME AZCAPOTZALCO

103

GRAFICA No. 13. Determinación del tamaño optimo del recipiente



ESIME AZCAPOTZALCO

104

CONCLUSIONES En este trabajo de titulación queda asentado que se utilizaron todos los conocimientos adquiridos en el curso de Refrigeración, para desarrollar la memoria de cálculo y selección de un condensador de coraza y tubos. En un inicio se presentaron diferentes propuestas y con ellas surgieron cambios y correcciones en el diseño, pero una vez definidas todas las condiciones se procedió a la selección de los accesorios y tipo de material en base a los estándares de calidad. A lo largo del desarrollo de este trabajo aprendí que, un condensador es también conocido como un intercambiador de calor y la importancia que tiene dentro de un sistema de aire acondicionado. Cabe mencionar que el condensador debe ser correctamente diseñado para lograr su máxima eficiencia así como también el máximo de seguridad en su operación, la normatividad proporciona otra garantía a su funcionamiento. Las normas anunciadas a lo largo de esta tesis tienen la finalidad de proporcionar a los proyectistas de acondicionamiento de aire la información actualizada y la observación obligatoria sobre normas y procedimientos básicos, hacia la solución mas conveniente utilizando la tecnología de punta Un condensador en óptimas condiciones poseerá una mayor vida útil siempre y cuando se respeten sus características de funcionamiento. Muy personalmente debo destacar que este trabajo me llevo a tomar conciencia que todo diseño se debe llevar a cabo con los más altos índices de calidad.



ESIME AZCAPOTZALCO

105

BIBLIOGRAFIA. Titulo: Fundamentos de Aire Acondicionado y Refrigeración. Autor: Hernández Goribar Editorial: LIMUSA Noriega Editores Edición: 1999 Titulo: Principios de Refrigeración Autor: Roy J. Dossat Editorial: CECSA Edición: 2006

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