Enfriadores de aire, condendaores y calderas

ENFRIADORES, CONDENSADORES Y CALDERAS

ENFRIADORES DE AIRE

En un enfriador de aire el fluido a ser enfriado fluye por el interior de un haz de tubos aleteados, mientras que el aire fluye sobre la superficie exterior de los tubos con un patrón de flujo transversal. El flujo de aire puede ser producido por tiro natural en una chimenea o torre o por un ventilador.

Generalidades

Los enfriadores de aire usualmente están compuestos de haces rectangulares que contienen varias filas de tubos. (Ver las Figuras 1. y 2.). La transferencia de calor generalmente es en contracorriente, el fluido caliente entra por la parte de arriba del haz y el aire fluye verticalmente hacia arriba a través del haz. Los haces pueden ser fabricados tan anchos como 3.6 m (12 pies) y profundidades de 8 filas. Usualmente las dimensiones máximas son impuestas por los requerimientos de transporte. La longitud de tubo más común en los proyectos es de 9 m (30 pie), sin embargo, los haces estándar vienen disponibles en longitudes de 2.40, 3.05, 4.60, 6.10, 7.30, 10.40 y 12.20 metros (8, 10, 15, 20, 24, 34 y 40 pies).

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[pic 2]

Tipo de ventiladores y tamaños

 Dos clasificaciones generales de ventiladores de aire son: (1) tiro forzado, donde el aire es empujado a través del haz del tubo y (2) tiro inducido donde el aire es halado a través del haz (Ver la Figura 2.). Las ventajas de cada tipo se presentan a continuación. Estas deben ser cuidadosamente balanceadas antes de decidir en la selección de la unidad.

Ventajas del tiro forzado

1. menos potencia para una elevación de temperatura en el aire mayor que 28°C (50°F).
2. Adaptables para invierno, esquema de recirculación para el punto de fluidez o congelación.
3. Los equipos mecánicos están más accesibles para el mantenimiento.
4. Requiere menos soporte estructural.

5.         Ningún equipo mecánico está expuesto al aire caliente de escape.

Ventajas del tiro inducido

1. menos potencia para una elevación de temperatura en el aire menor que 28°C (50°F).
2. Menos recirculación de aire caliente y la velocidad del aire de escape es aproximadamente 2 ½ veces la del tiro forzado.
3. Ofrece protección para el haz contra la intemperie (lluvia, nieve, granizo, etc.)
4. Transfiere más el calor por convección natural con los ventiladores apagados debido al efecto de superposición.
5. El tiro inducido limita la temperatura el aire de salida a aproximadamente 120°C (250°F).

Selección de enfriadores

En la selección del tipo de ventilador a usarse deben considerarse las siguientes recomendaciones:

1. Las unidades de tiro inducido

2. Las unidades de tiro forzado

Los tamaños usuales de ventiladores van de un rango de 1.2 a 5.5 m (4 a 18 pie) de diámetro, a pesar de que el diámetro mayor disponible es de 9 m (30 pie). El tamaño máximo del diámetro del espaciado de ventiladores es de 4.2 m (14 pie) y el mínimo es de 1.8 m (6 pie).

Tubos

Los tubos en los enfriadores de aire pueden contener aletas hasta de 16 mm (5/8 pulg) de altura o sin aletas, dependiendo del servicio. Las aletas pueden ser forzadas sobre el tubo, incrustadas, revestidas en cortes canalizados de espirales o solamente revestidas alrededor del tubo. (Ver la Figura 3.).

[pic 3]

El diámetro mínimo aceptable del tubo es 25 mm (1 pulg). Las aletas incrustadas se permiten con temperaturas de diseño hasta de 400º C (750º F), las aletas forzadas hasta 260º C (500º F), las aletas con pie en tensión 150º C (300º F) y las aletas con pegado de canto hasta de 120º C (250º F). Algunas reglas generales son:

1. Si el coeficiente total de transferencia de calor es mayor que 114 W/m2°C (20 BTU/hpie2°F) o si la viscosidad del fluido es menor que 0.01 Pa.s (se usan aletas más altas (16 mm (0.625 pulg)).

2. Si el coeficiente total está entre 85 y 115 W/m2°C (15 y 20 BTU/hpie2°C), o si la viscosidad del fluido están en el rango de 0.01 a 0.02 Pa.s (10 y 25 cP), se usan tamaños intermedios de aletas (8 mm (0.3125 pulg)).

3. Si el coeficiente total está por debajo de 85 W/m2°C (15 BTU/hpie2°F) o si la viscosidad del fluido es mayor que 0.025 Pa.s (25 cP), no se usan aletas.

 Cabezales

En la Figura 4. Están ilustrados ejemplos de tipos de cabezales comúnmente usados en enfriadores de aire. La mayoría de todas las unidades de servicio usan el cabezal tipo tapón, permitiendo así el acceso a cada hueco de tubo para limpiarlo. Un segundo tipo, el cabezal con placa de cubierta, sustituye los tapones de tubos y la lámina de tapones por una placa de cubierta con bridas. Los cabezales con placa de cubierta son usados con presiones moderadas (hasta 2100 kPa (300 psi)) y servicios alto ensuciamiento. Para un servicio con presiones altas (hasta 42000 kPa (6000 psi)) un cabezal tipo colector de tubos es usado.

[pic 4]

 Disposición de los enfriadores de aire

 Orientación con respecto a la dirección del viento.- Debido a que la recirculación del aire caliente puede reducir el rendimiento de los enfriadores de aire, se debe tener cuidado en la selección de la ubicación y, éstos deben estar paralelamente alineados con la dirección predominante del viento.

Efecto de la configuración de los tubos en la operación.- La selección de la configuración depende de los requerimientos de diseño. La velocidad del aire debe ser tal que el ventilador es capaz de vencer las pérdidas de presión asociadas; lo cual usualmente se traduce en una velocidad de aproximación del aire en el rango de 2 a 4 m/s ( 6 a 13 pie/s).

Temperatura de diseño del aire de entrada

La máxima temperatura de entrada para diseño debe ser determinada por aquella temperatura igual o excedente en 1 a 2 ½% de las horas totales anuales, basado en una historia de por lo menos 5 años. Para tomar en cuenta una posible recirculación, un mínimo de 3°C (5°F) debe ser añadido a este valor.

CALDERAS

La misión de la caldera es la de generar vapor de agua para dar servicio tanto a toda una serie de equipos auxiliares, como a acompañamiento de tuberías de combustible o a calefacción entre otros.

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