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, la sustancia libera el calor latente y lo transfiere al entorno circundante. Los condensadores se utilizan para el rechazo eficiente del calor en muchos sistemas industriales. Los condensadores se pueden fabricar de acuerdo con numerosos diseños y vienen en muchos tamaños que van desde bastante pequeños (portátiles) hasta muy grandes (unidades a escala industrial utilizadas en procesos de planta). Por ejemplo, un refrigerador utiliza un condensador para eliminar el calor extraído del interior de la unidad al aire exterior.
Los condensadores se utilizan en sistemas de aire acondicionado , procesos químicos industriales como la destilación , plantas de energía a 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 en los diseños anteriores de Weigel y Johann Friedrich August Göttling , y el dispositivo pasó a conocerse como el condensador de Liebig . [3]
Un condensador está diseñado para transferir calor de un fluido de trabajo (por ejemplo, agua en una planta de energía de vapor) a un fluido secundario o al aire circundante. El condensador se basa en la transferencia de calor eficiente que ocurre durante los cambios de fase, en este caso durante la condensación de un vapor en un líquido. El vapor generalmente 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, solo 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 de condensadores, con variables de diseño que incluyen el fluido de trabajo, el fluido secundario, la geometría y el material. Los fluidos secundarios más comunes incluyen agua, aire, refrigerantes o materiales de cambio de fase .
Los condensadores tienen dos ventajas de diseño importantes sobre otras tecnologías de enfriamiento:
Un condensador de superficie es aquel en el que el medio de condensación y los vapores están separados físicamente y se utiliza cuando no se desea el contacto directo. Es un intercambiador de calor de carcasa y tubos instalado en la salida de cada turbina de vapor en las centrales térmicas . Comúnmente, el agua de refrigeración fluye a través del lado de los tubos y el vapor entra en el 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 la parte inferior, a menudo en una bandeja incorporada llamada pozo caliente . El lado de la carcasa a menudo funciona al vacío o al vacío parcial, producido por la diferencia de volumen específico entre el vapor y el condensado. Por el contrario, el vapor puede ser alimentado a través de los tubos con el agua refrigerante o el aire fluyendo alrededor del exterior.
En química , un condensador es el aparato que enfría los vapores calientes , haciendo que se condensen en un líquido . Algunos ejemplos son el condensador de Liebig , el condensador de Graham y el condensador de Allihn . 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 evaporadores rotativos , se utilizan habitualmente varios tipos de condensadores. El condensador Liebig es simplemente un tubo recto dentro de una camisa de agua de refrigeración y es la forma más simple (y relativamente menos costosa) de condensador. El condensador Graham es un tubo 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 que pueden condensarse los componentes del vapor. Al ser formas más complejas de fabricar, estos últimos tipos también son más caros de comprar. Estos tres tipos de condensadores son artículos de vidrio de laboratorio, ya que generalmente están hechos de vidrio. Los condensadores disponibles comercialmente generalmente están 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.
También se utilizan condensadores de mayor tamaño en procesos de destilación a escala industrial para enfriar el vapor destilado y convertirlo en destilado líquido. Normalmente, el refrigerante fluye por el lado de los tubos y el vapor destilado por el lado de la carcasa, y el destilado se acumula o sale por la parte inferior.
Una unidad condensadora utilizada en sistemas de aire acondicionado central normalmente tiene una sección de intercambiador de calor para enfriar y condensar el vapor de refrigerante entrante en líquido, un compresor para aumentar la presión del refrigerante y moverlo, y un ventilador para soplar aire exterior a través de la sección de intercambiador de calor para enfriar el refrigerante en el interior. Una configuración típica de una unidad condensadora de este tipo es la siguiente: La sección de intercambiador de calor envuelve los lados de la unidad con el compresor en el interior. En esta sección de 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 enfriamiento puede circular desde el exterior al interior de la unidad. Esto también aumenta el área de superficie. Hay un ventilador motorizado dentro de la unidad condensadora cerca de la parte superior, que está cubierto por una rejilla para evitar que caigan objetos accidentalmente dentro del ventilador. El ventilador se utiliza para aspirar aire de enfriamiento exterior a través de la sección de intercambiador de calor en los lados y expulsarlo por la parte superior a través de la rejilla. Estas unidades condensadoras se ubican en el exterior del edificio que se intenta enfriar, con tuberías entre la unidad y el edificio, una para el refrigerante en forma de vapor que ingresa 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 dejan mezclar 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 en un líquido, mientras que el líquido absorbe este calor y experimenta un aumento de temperatura. El vapor y el líquido que entran suelen contener una sola sustancia condensable, como un rocío de agua que se utiliza para enfriar el aire y ajustar su humedad.
Para un condensador de un solo paso ideal cuyo refrigerante tiene densidad constante, capacidad térmica constante, entalpía lineal en el rango de temperatura, transferencia de calor transversal perfecta y transferencia de calor longitudinal cero, y cuyos tubos tienen perímetro constante, espesor constante y conductividad térmica constante, y cuyo fluido condensable está perfectamente mezclado y a una temperatura constante, la temperatura del refrigerante varía a lo largo de su tubo de acuerdo con:
dónde:
