6.2.2 Comparación de métodos

Utilizando los mismos datos que para el caso de los coeficientes interiores, se han obtenido los siguientes resultados para los coeficientes exteriores:

 Caso de condensadores:

Método

Coeficiente (W/m

*K)

Grimison

Zhukauskas

Churchill y Bernstein

Hilpert

Se observa que los resultados se encuentran dentro del mismo orden de unidades pero que son significativamente distintos. Los métodos de Grimison y Zhukauskas proporcionan los valores más altos para el coeficiente mientras que los métodos de Churchill y Bernstein y de Hilpert proporcionan los más bajos.

Según la bibliografía el más apropiado para este tipo de aplicación es el método de Zhukauskas, que es el que se ha utilizado para resolver el problema principal.

 Caso de evaporadores:

Considerando que no hay condensación del aire exterior sobre los tubos:

Método

Coeficiente (W/m

*K)

Grimison

Zhukauskas

Churchill y Bernstein

Hilpert

Se observa que el valor más alto para el coeficiente lo proporciona el método de Grimison mientras que los demás se encuentran más o menos próximos los unos a los otros.

6.2.3 – Evaporadores

Como se ha mencionado antes, los evaporadores hay que tratarlos a parte ya que si la temperatura de la batería de tubos se encuentra por debajo de la temperatura de saturación del aire de entrada, el vapor de agua que éste contiene condensará sobre los tubos.

Si la temperatura de la batería es superior a la de saturación del aire, éste no sufrirá ningún cambio y conservará todo el vapor de agua que contenía a la entrada de los tubos, variando sólo su temperatura sin llegar a condensar.

Volviendo al primer caso, el problema que se da en esta situación se encuentra en que el coeficiente de condensación no es contante en todo el tubo, porque en la parte superior de este el espesor de la película de condensado es mínimo y el coeficiente de condensación será máximo. Por el contrario en la parte inferior del tubo, la opuesta, el condensado se va acumulando por la acción de la gravedad y empieza a drenar, debido a lo cual puede considerarse que el espesor de la capa de condensado tiende a infinito. Por lo tanto en esta zona el coeficiente de condensación tenderá a 0.

Para las consideraciones teóricas, se supone que el líquido cae sobre los tubos inferiores en régimen laminar y formando una película continua. Sin embargo esto es sólo una aproximación porque en la práctica el líquido cae goteando sobre los tubos inferiores y cuando las gotas golpean el tubo inferior, producen salpicaduras que causan turbulencias en la película de condensado.

Para conseguir una mayor eficacia en la práctica, es conveniente dar al haz de tubos una inclinación de unos 5⁰ aproximadamente, para evitar la acumulación de líquido en los tubos inferiores. Tomando esta medida el coeficiente de condensación medio aumentará sensiblemente.

Este problema se ha resuelto en la práctica con el factor de ByPass.

Enfriamiento en el exterior de los tubos

Al enfriarse el aire, parte de la energía se utiliza para condensar el agua que este transporta (el calor latente) y parte se utiliza para disminuir la temperatura del propio aire (calor sensible).

I) Enfriamiento sensible:

Si la temperatura de la superficie de los tubos de la batería enfriadora se encuentra por encima del punto de rocío del aire, el aire se enfriará sin cambios en la humedad específica ya que no condensará nada del agua que contiene. Solamente disminuirá la temperatura del aire que pase a través de los tubos.

El aire se enfría siguiendo una línea de humedad específica constante, como se indica en el diagrama de Mollier siguiente:

Ilustración 22 - Diagrama de Mollier para caso de enfriamiento sensible

Siendo tc la temperatura de la superficie de la batería, tdp (Dew Point

Temperature) la temperatura del punto de rocío del aire a la entrada y x la línea de humedad específica constante que sigue el aire para enfriarse del punto A al punto B.

Hay que reseñar que la humedad específica es constante pero la humedad relativa aumentará.

Éste es el caso que se ha considerado en el apartado “4.2.2- Comparación de métodos” para comparar todas las correlaciones utilizadas.

II) Enfriamiento con deshumectación:

Si la temperatura de la superficie de los tubos de la batería es más baja que la temperatura del punto de rocío del aire a la entrada, se producirá la condensación del agua que contiene el aire sobre dicha superficie de los tubos. En este caso interviene el calor latente, que retira el vapor de agua del aire húmedo condensándolo.

Ilustración 23 - Diagrama de Mollier para enfriamiento con deshumectación del aire.

El aire se enfría en dirección al punto C, que es la intersección entre la temperatura de la superficie fría (tc) y la línea de saturación del aire.

A es el punto con las condiciones de entrada del aire. Idealmente, con una superficie infinita y muy poco caudal de aire a refrigerar se podría llegar al punto C, que sería el punto de saturación del aire, pero en la realidad ninguna superficie finita es 100% efectiva, y las condiciones de salida del aire serán las del punto B, más próximas al C cuanto más efectivo sea el enfriamiento.

Xb será la humedad específica del aire a la salida del cambiador y Xa la humedad a la entrada, por lo que la cantidad total de agua condensada será Xb – Xa.