En los sistemas que implican transferencia de calor , un condensador es un intercambiador de calor que se utiliza para condensar una sustancia gaseosa en un estado líquido mediante enfriamiento. Al hacerlo, el calor latente es liberado por la sustancia y transferido al entorno circundante. Los condensadores se utilizan para un rechazo eficiente del calor en muchos sistemas industriales. Los condensadores se pueden fabricar según numerosos diseños y vienen en muchos tamaños, desde bastante pequeños (portátiles) hasta muy grandes (unidades a escala industrial utilizadas en procesos de plantas). Por ejemplo, un frigorífico utiliza un condensador para eliminar el calor extraído del interior de la unidad al aire exterior.
Los condensadores se utilizan en aire acondicionado , procesos químicos industriales como la destilación , plantas de energía de vapor y otros sistemas de intercambio de calor. El uso de agua de refrigeración o aire circundante como refrigerante es común en muchos condensadores. [1]
El primer condensador de laboratorio, un " Gegenstromkühler " (condensador de contraflujo), fue inventado en 1771 por el químico sueco-alemán Christian Weigel . [2] A mediados del siglo XIX, el químico alemán Justus von Liebig proporcionaría sus propias mejoras a los diseños anteriores de Weigel y Johann Friedrich August Göttling , y el dispositivo se conoció como condensador de Liebig . [3]
Un condensador está diseñado para transferir calor desde un fluido de trabajo (por ejemplo, agua en una central eléctrica de vapor) a un fluido secundario o al aire circundante. El condensador se basa en la eficiente transferencia de calor que se produce durante los cambios de fase, en este caso durante la condensación de un vapor en un líquido. Normalmente, el vapor ingresa al condensador a una temperatura superior a la del fluido secundario. A medida que el vapor se enfría, alcanza la temperatura de saturación , se condensa en líquido y libera grandes cantidades de calor latente . A medida que este proceso ocurre a lo largo del condensador, la cantidad de vapor disminuye y la cantidad de líquido aumenta; a la salida del condensador sólo queda líquido. Algunos diseños de condensadores contienen una longitud adicional para subenfriar este líquido condensado por debajo de la temperatura de saturación. [4]
Existen innumerables variaciones en el diseño del condensador, con variables de diseño que incluyen el fluido de trabajo, el fluido secundario, la geometría y el material. Los fluidos secundarios comunes incluyen agua, aire, refrigerantes o materiales de cambio de fase .
Los condensadores tienen dos importantes ventajas de diseño sobre otras tecnologías de refrigeración:
Un condensador de superficie es aquel en el que el medio de condensación y los vapores se separan físicamente y se utilizan cuando no se desea el contacto directo. Es un intercambiador de calor de carcasa y tubos instalado a la salida de cada turbina de vapor en las centrales térmicas . Comúnmente, el agua de refrigeración fluye a través del lado del tubo y el vapor ingresa al lado de la carcasa donde se produce la condensación en el exterior de los tubos de transferencia de calor. El condensado gotea y se acumula en el fondo, a menudo en un recipiente incorporado llamado hotwell . El lado de la carcasa a menudo opera en vacío o vacío parcial, producido por la diferencia de volumen específico entre el vapor y el condensado. Por el contrario, el vapor se puede alimentar a través de los tubos mientras que el agua refrigerante o el aire fluyen por el exterior.
En química , un condensador es el aparato que enfría los vapores calientes , haciendo que se condensen en un líquido . Los ejemplos incluyen el condensador Liebig , el condensador Graham y el condensador Allihn . Esto no debe confundirse con una reacción de condensación que une dos fragmentos en una sola molécula mediante una reacción de adición y una reacción de eliminación.
En la destilación de laboratorio , el reflujo y los rotavapores , se utilizan comúnmente varios tipos de condensadores. El condensador Liebig es simplemente un tubo recto dentro de una camisa de agua de refrigeración y es la forma de condensador más simple (y relativamente menos costosa). El condensador Graham es un tubo en espiral dentro de una camisa de agua, y el condensador Allihn tiene una serie de constricciones grandes y pequeñas en el tubo interior, cada una de las cuales aumenta el área de superficie sobre la cual se pueden condensar los componentes del vapor. Al ser formas más complejas de fabricar, estos últimos tipos también son más caros de adquirir. Estos tres tipos de condensadores son artículos de cristalería de laboratorio , ya que normalmente están hechos de vidrio. Los condensadores disponibles comercialmente suelen estar equipados con juntas de vidrio esmerilado y vienen en longitudes estándar de 100, 200 y 400 mm. Los condensadores enfriados por aire no tienen camisa, mientras que los condensadores enfriados por agua contienen una camisa para el agua.
Los condensadores más grandes también se utilizan en procesos de destilación a escala industrial para enfriar el vapor destilado y convertirlo en destilado líquido. Comúnmente, el refrigerante fluye a través del lado del tubo y el vapor destilado a través del lado de la carcasa y el destilado se acumula en el fondo o sale de él.
Una unidad condensadora utilizada en sistemas de aire acondicionado centrales generalmente tiene una sección de intercambiador de calor para enfriar y condensar el vapor de refrigerante entrante en líquido, un compresor para elevar la presión del refrigerante y moverlo, y un ventilador para soplar aire exterior a través del calor. sección del intercambiador para enfriar el refrigerante en el interior. Una configuración típica de dicha unidad condensadora es la siguiente: la sección del intercambiador de calor envuelve los lados de la unidad con el compresor adentro. En esta sección del intercambiador de calor, el refrigerante pasa a través de múltiples pasos de tubos, que están rodeados por aletas de transferencia de calor a través de las cuales el aire de refrigeración puede circular desde el exterior hacia el interior de la unidad. Esto también aumenta la superficie. Hay un ventilador motorizado dentro de la unidad del condensador cerca de la parte superior, que está cubierto por una rejilla para evitar que cualquier objeto caiga accidentalmente dentro del ventilador. El ventilador se utiliza para aspirar aire de refrigeración exterior a través de la sección del intercambiador de calor en los lados y expulsarlo por la parte superior a través de la rejilla. Estas unidades condensadoras están ubicadas en el exterior del edificio que están tratando de enfriar, con tuberías entre la unidad y el edificio, una para la entrada del refrigerante en vapor y otra para el refrigerante líquido que sale de la unidad. Por supuesto, se necesita una fuente de alimentación eléctrica para el compresor y el ventilador dentro de la unidad.
En un condensador de contacto directo , el vapor caliente y el líquido frío se introducen en un recipiente y se les permite mezclarse directamente, en lugar de estar separados por una barrera como la pared de un tubo intercambiador de calor. El vapor cede su calor latente y se condensa formando un líquido, mientras que el líquido absorbe este calor y sufre un aumento de temperatura. El vapor y el líquido que entran normalmente contienen una única sustancia condensable, como un rociador de agua que se utiliza para enfriar el aire y ajustar su humedad.
Para un condensador ideal de un solo paso cuyo refrigerante tiene densidad constante, capacidad calorífica constante, entalpía lineal en todo el rango de temperatura, transferencia de calor transversal perfecta y transferencia de calor longitudinal cero, y cuya tubería tiene perímetro constante, espesor constante y calor constante. conductividad, y cuyo fluido condensable se encuentra perfectamente mezclado y a temperatura constante, la temperatura del refrigerante varía a lo largo de su tubo según:
dónde:
