Come ingegneri, ci spingiamo sempre oltre i limiti di ciò che è possibile e cerchiamo nuovi modi per risolvere problemi complessi.
Il condensatore, che elimina il calore in eccesso dal sistema, è una delle parti più importanti di qualsiasi processo industriale.
Esistono molti tipi diversi di condensatori, ma il condensatore barometrico si distingue come una scelta potente ed efficace.
In questo articolo, esamineremo l'affascinante mondo dei condensatori barometrici e approfondiremo i vantaggi, gli usi e le idee di base che li rendono uno strumento importante per qualsiasi ingegnere.
Quindi preparati a esplorare con noi l'avanguardia della tecnologia industriale!
Introduzione al condensatore barometrico
Definizione formale:
Un condensatore a contatto che utilizza un lungo tubo verticale in cui scorrono la condensa e il liquido di raffreddamento per eseguire la loro rimozione dalla pressione creata all'estremità inferiore del tubo.
Una macchina sottovuoto necessita di un condensatore barometrico per eliminare aria, vapore di scarico e altri vapori.
Il dispositivo è realizzato per raffreddare e condensare i vapori in ingresso abbassando la pressione dei gas già presenti.
Controcorrente e flusso parallelo sono i due tipi principali di condensatori barometrici.
Tipi di condensatori barometrici
- Condensatore barometrico multigetto.
Il design più semplice ed economico è il condensatore barometrico multigetto.
Non necessita di una pompa d'aria separata o di un preraffreddatore ed è spesso utilizzato in luoghi dove c'è molta acqua a basso costo.
Condensatore barometrico con spruzzi multipli.
Il condensatore barometrico multi-spray attira gli incondensabili verso un preraffreddatore attraverso una camera di aspirazione dell'aria.
Quando l'acqua esce da un ugello di nebulizzazione, raffredda la miscela di aria e vapore e fa condensare quasi tutto il vapore.
Il resto della miscela che va alla pompa dell'aria è vicino alla stessa temperatura dell'acqua nebulizzata.
Ciò significa che la pompa dell'aria non può rimuovere tanti vapori condensabili.
- Condensatore barometrico controcorrente.
I condensatori barometrici controcorrente vengono utilizzati quando non c'è abbastanza acqua o quando ci sono troppi incondensabili ed è necessaria una pompa del vuoto separata.
Le condizioni nell'area possono anche richiedere un ingresso di vapore laterale.
Componenti di un condensatore barometrico
Un condensatore barometrico ha un corpo e un ugello dell'acqua che si avvita nel corpo.
L'ugello dell'acqua può spruzzare o spruzzare acqua.
L'acqua entra da due porte ed esce da un'uscita, mentre il vapore entra da una terza porta ed esce da un'altra uscita.
Gamba barometrica
Una gamba barometrica è uno scarico della condensa costituito da un tubo di gamba tra il precondensatore e il pozzo caldo.
I condensatori a contatto diretto, chiamati anche pre-condensatori, sono spesso chiamati condensatori barometrici perché la condensa di solito drena attraverso un ramo barometrico.
I precondensatori possono recuperare preziosi idrocarburi o acqua, entrambi spesso utilizzati nelle fasi successive della lavorazione di petrolio e gas.
Potrebbero anche rendere possibile la realizzazione di pompe per vuoto più piccole, il che farebbe risparmiare denaro ed energia.
Rivoluziona il tuo raffreddamento industriale con il condensatore barometrico
Ancora difficile da capire? Permettimi di cambiare un po' il punto di vista:
Sei stufo di utilizzare una tecnologia vecchia e inefficiente per cercare di raffreddare i tuoi processi industriali? Vuoi una soluzione facile da usare e che funzioni molto bene?
Bene, sei fortunato, perché oggi parleremo di una nuova invenzione rivoluzionaria che sta cambiando il gioco quando si tratta di raffreddamento industriale: il condensatore barometrico.
Sì, esatto, dimentica tutti quei fantasiosi sistemi di raffreddamento ad alta tecnologia che richiedono molta manutenzione e sono difficili da configurare.
Tutto ciò di cui hai bisogno è un lungo tubo verticale e una buona pressione atmosferica vecchio stile per fare il lavoro.
Quando hai un condensatore barometrico, chi ha bisogno di una tecnologia complicata?
Ok, quello era solo uno scherzo fatto per sembrare uno spot televisivo.
Ora torniamo alla spiegazione.
Principi di funzionamento del condensatore barometrico
Un condensatore barometrico è un condensatore a contatto che utilizza un lungo tubo verticale in cui scorrono la condensa e il liquido di raffreddamento.
La pressione all'estremità inferiore del tubo spinge la condensa e il liquido di raffreddamento fuori dal tubo.
Questa sezione discuterà più dettagliatamente i principi operativi di un condensatore barometrico.
Pressione differenziale e prevalenza statica
La pressione nella parte inferiore del tubo verticale spinge la condensa e il liquido di raffreddamento fuori dal condensatore barometrico.
Questo perché la prevalenza statica della condensa è maggiore di qualsiasi differenza di pressione.
Il tubo tra il condensatore e il serbatoio del ricevitore è chiamato "gamba barometrica" e deve essere costruito correttamente o danneggerà le prestazioni.
Altezza e drenaggio del tubo di scappamento
Il tubo di scappamento della gamba barometrica dovrebbe essere almeno sufficientemente alto in modo che il sistema possa tirare un vuoto puro e l'acqua e la condensa possano defluire liberamente.
Poiché la condensa si scarica a causa della gravità, deve essere abbastanza alta da evitare che penetri in aree con alta pressione.
Quindi, è importante ottenere l'altezza giusta del tubo di scappamento per assicurarsi che dreni bene e non perda prestazioni.
Vantaggi e svantaggi del condensatore barometrico
I condensatori barometrici sono un tipo di condensatore di vapore che utilizza la gravità anziché una pompa per inviare l'acqua di iniezione da un tubo di scappamento.
In questa sezione parleremo dei pro e dei contro dell'utilizzo di un condensatore barometrico.
Vantaggi
- Immunità dall'allagamento: i condensatori barometrici non possono allagarsi se sono adescati o se vi penetra del liquido.
- Linee del vapore di scarico più corte: i condensatori barometrici consentono linee del vapore di scarico più corte, il che riduce i costi iniziali e riduce la possibilità di una perdita.
- Bassa manutenzione: non ci sono parti mobili, quindi la manutenzione è semplice e il condensatore non occupa molto spazio.
Svantaggi
- Intervallo di temperatura di esercizio: il condensatore barometrico controcorrente può funzionare con differenze da 3 a 5°F tra la temperatura dell'acqua di coda e la temperatura del punto di rugiada del vapore. Ciò significa che potrebbe non funzionare bene come altri condensatori di vapore.
- Riutilizzo della condensa: poiché l'acqua di raffreddamento e la condensa vengono scaricate nello stesso flusso, la condensa non può essere riutilizzata.
Confronto con altri condensatori di vapore
- Condensatori a getto: i condensatori a getto sono facili da costruire, non costano molto per l'installazione o la manutenzione e occupano meno spazio rispetto ai condensatori di superficie.
Tuttavia, non sono adatti per impianti ad alta capacità, sprecano più condensa rispetto ad altri tipi di condensatori di vapore e richiedono una potenza elevata per la loro pompa ad aria.
- Condensatori di superficie: i costi iniziali per i condensatori di superficie sono più elevati rispetto ad altri tipi di condensatori di vapore, ma sono meno costosi da mantenere.
Producono acqua condensata priva di impurità e che può essere reimmessa nell'impianto.
Si può usare anche acqua poco adatta al raffreddamento perché non si mescola con l'acqua di condensa.
Funzionano bene per piante di grandi dimensioni e aiutano le piante a lavorare in modo più efficiente.
Tipi di condensatore barometrico
Condensatori controcorrente e a flusso parallelo
Esistono due tipi principali di condensatori barometrici: controcorrente e parallelo.
I condensatori controcorrente sono costruiti in modo che i vapori e il fluido di condensazione scorrano in direzioni opposte, mentre i condensatori a flusso parallelo sono costruiti in modo che i vapori e il fluido di condensazione scorrano nella stessa direzione.
(Pre)condensatori a contatto diretto
I condensatori a contatto diretto, chiamati anche pre-condensatori, sono spesso chiamati condensatori barometrici perché la condensa di solito drena attraverso un ramo barometrico.
Un tubo di gamba tra il precondensatore e il pozzo caldo costituisce una gamba barometrica, che è uno scarico della condensa.
La condensa scende per gravità attraverso la gamba e nel pozzo caldo, dove viene raccolta.
Schutte & Condensatori barometrici di Koerting
Schutte & Koerting produce condensatori barometrici a getto multiplo che non necessitano di una pompa d'aria aggiuntiva o di un preraffreddatore.
Questo li rende perfetti per situazioni in cui il carico è sempre lo stesso.
Realizzano anche condensatori barometrici controcorrente, che non si muovono e non necessitano di molta manutenzione.
Questi tipi di condensatori barometrici vengono utilizzati dove l'approvvigionamento idrico è limitato o una quantità eccessiva di incondensabili richiede l'uso di una pompa del vuoto separata.
Fattori che influenzano le prestazioni del condensatore barometrico
Nella lavorazione a valle di petrolio e gas, ad esempio, i condensatori barometrici vengono utilizzati per raffreddare i vapori in entrata e renderli meno caldi in modo che possano condensare.
Per ottenere il massimo da loro, dovresti pensare a una serie di cose, come ad esempio:
- La temperatura, la portata e l'aumento della temperatura dell'acqua di raffreddamento:
La temperatura e la portata dell'acqua di raffreddamento hanno un effetto diretto sul funzionamento di un condensatore barometrico.
Una maggiore portata di acqua di raffreddamento può aumentare la velocità di trasferimento del calore, che a sua volta fa funzionare meglio il condensatore.
- Carico incondensabile e condensabile:
Quando i gas non condensabili come l'aria sono nel condensatore, possono renderlo meno efficace riducendo l'area in cui il calore può essere trasferito.
Allo stesso modo, anche un'elevata concentrazione di gas condensabili, come il vapore, può far funzionare meno bene il condensatore.
- Incrostazioni:
Quando i depositi si accumulano sulle superfici di trasferimento del calore del condensatore, l'area di trasferimento del calore effettiva si riduce.
Questo rende il condensatore meno efficace.
Le incrostazioni possono verificarsi a causa di incrostazioni, corrosione o crescita di organismi.
- Qualità del vapore:
L'efficienza del condensatore può essere influenzata dalla qualità del vapore che vi entra.
Se il vapore non è buono, ad esempio se è bagnato, può rallentare la velocità di trasferimento del calore e rendere meno efficace il condensatore.
- Alimentazione dell'acqua di raffreddamento e caduta di pressione:
Il buon funzionamento del condensatore può essere influenzato dalla quantità di acqua di raffreddamento disponibile e dalla sua pressione.
Se non c'è abbastanza acqua di raffreddamento o se la pressione scende troppo, può rallentare la velocità di trasferimento del calore e rendere meno efficace il condensatore.
In luoghi freddi, l'acqua di scarico in ricircolo del condensatore può congelare e danneggiare la macchina.
La protezione antigelo può essere fornita inserendo elementi di riscaldamento dell'acqua in ciascun condensatore.
- Trattamento dell'acqua:
Trattando l'acqua, è possibile ridurre la quantità di solidi disciolti e altri prodotti chimici nell'acqua di raffreddamento.
Ciò può rallentare la velocità con cui l'acqua viene estratta dal condensatore.
- Condensatori che si raffreddano con l'aria:
Nei climi freddi, è possibile utilizzare condensatori raffreddati ad aria per impedire il congelamento dell'acqua di scarico.
- Pressione del condensatore:
Il buon funzionamento del condensatore può essere influenzato dalla quantità di pressione presente al suo interno.
Quando la pressione è bassa, il punto di ebollizione dell'acqua nel condensatore può abbassarsi, il che rende il condensatore meno efficace.
- Attrezzatura usurata:
Per far funzionare meglio il condensatore è necessario sostituire le parti corrose o usurate.
considerazioni sul design
Il condensatore barometrico funziona al meglio quando la gamba barometrica, che è fondamentalmente uno scarico di condensa, è realizzata in un certo modo.
Il tubo di scappamento della gamba barometrica dovrebbe essere dritto su e giù, senza curve laterali, in modo che la condensa possa drenare correttamente.
Quando le bolle rimangono bloccate nei tubi di scappamento, nei pozzi caldi o nelle trappole galleggianti, possono causare molti danni alle apparecchiature, come strappare le pale delle turbine.
Per assicurarsi che il liquido scorra bene, i cambi di direzione nella gamba barometrica dovrebbero essere distanziati di almeno cinque diametri di tubo, o quattro piedi.
Il condensatore barometrico multi-spray funziona bene perché ha un flusso parallelo e nessuna parte in movimento nella camera a vuoto.
Ciò significa che non deve essere riparato così spesso come un'attrezzatura con parti mobili.
Selezione del condensatore barometrico per un'applicazione specifica
Per scegliere il condensatore barometrico giusto per una data applicazione, devi pensare a una serie di cose.
Per scegliere il miglior condensatore, devi pensare al tipo di fluido o gas da condensare, al suo volume e alla sua temperatura, a quanto vuoi che sia efficiente e a quanto spazio e denaro hai a disposizione.
È necessario prestare particolare attenzione alle esigenze specifiche dell'applicazione e ai requisiti prestazionali.
Considerazioni sulla temperatura
Quando si sceglie un condensatore barometrico, è necessario pensare alle temperature di ingresso e uscita del fluido o del gas da condensare, nonché alla temperatura della stanza in cui verrà collocato il condensatore.
Queste informazioni verranno utilizzate per capire di quanta potenza di raffreddamento ha bisogno il condensatore.
Selezione del refrigerante per applicazioni HVAC
Nei sistemi HVAC, deve essere scelto il refrigerante che verrà utilizzato.
Esistono molti tipi diversi di refrigeranti e la maggior parte di essi ha nomi numerici basati sulle designazioni dei refrigeranti ASHRAE.
Le prestazioni del refrigerante sono principalmente determinate dal suo coefficiente di prestazione (COP), che è il rapporto tra la quantità di calore prelevata dallo spazio da raffreddare e la quantità di lavoro necessaria per eliminare tale calore.
Tubazioni per sistemi sottovuoto
Quando si sceglie un condensatore barometrico, è importante sceglierne uno con i tubi giusti per i sistemi a vuoto.
La pressione barometrica nel sito di installazione e la caduta di pressione prevista attraverso il condensatore devono essere utilizzate per calcolare l'altezza della gamba barometrica.
Il tubo tra il condensatore e il serbatoio del ricevitore è chiamato "gamba barometrica" e deve essere abbastanza alto da impedire alla condensa di entrare nella pompa del vuoto o nel compressore.
Se le gambe barometriche non sono fatte bene, anche il condensatore non funzionerà.
Analisi numerica
Il giusto condensatore barometrico può essere scelto con l'aiuto dell'analisi numerica.
La modellazione al computer può aiutare a rendere il condensatore il più efficiente ed efficace possibile.
Può anche essere utilizzato per simulare diverse condizioni di lavoro e vedere come i diversi parametri di progettazione influenzano il sistema.
Consulenza con un ingegnere qualificato
Nel complesso, la scelta del condensatore barometrico giusto per una determinata applicazione richiede un'attenta riflessione su una serie di fattori, come la temperatura, il volume del fluido o del gas, l'efficienza e i limiti di spazio e di budget.
Parlare con un ingegnere qualificato o un produttore di condensatori può aiutare a garantire che venga scelto il condensatore giusto per il lavoro.
Applicazioni del condensatore barometrico nell'industria
I condensatori barometrici sono utilizzati in molti settori diversi perché rappresentano un modo economico per eliminare l'aria, il vapore di scarico e altri vapori dalle apparecchiature per il vuoto.
Diamo un'occhiata ad alcuni dei campi in cui vengono spesso utilizzati i condensatori barometrici.
Industria alimentare
I condensatori barometrici vengono utilizzati per la lavorazione di olio, latte e altri alimenti nell'industria alimentare.
Sono molto importanti per eliminare i gas indesiderati che potrebbero danneggiare la qualità del cibo.
Industria della raffinazione dello zucchero
Da quasi 100 anni i condensatori barometrici vengono utilizzati per la lavorazione dello zucchero.
Sono usati per eliminare l'aria e altri gas nelle pentole sottovuoto, che aiutano a far bollire lo zucchero.
Impianti e distillerie di alcolici
Negli impianti di alcol e nelle distillerie, i condensatori barometrici vengono utilizzati per rimuovere l'aria e altri gas dal processo di distillazione.
Questo assicura che l'alcool prodotto sia pulito e di buona qualità.
Cartiere e cartiere
I condensatori barometrici vengono utilizzati nell'industria della pasta di legno e della carta per estrarre l'aria e altri gas dai sistemi a vuoto utilizzati per disidratare la pasta.
Raffinerie di petrolio
Nelle raffinerie di petrolio, l'aria e altri gas vengono estratti dai sistemi di distillazione sotto vuoto con l'ausilio di condensatori barometrici.
Ciò garantisce che l'olio prodotto sia di alta qualità e pulito.
Impianti di produzione del sale
Nelle fabbriche che producono sale, i condensatori barometrici vengono utilizzati per eliminare l'aria e altri gas dai sistemi a vuoto che fanno evaporare la salamoia.
Impianti chimici
Diversi tipi di impianti chimici utilizzano anche condensatori barometrici.
Sono utilizzati per eliminare i gas che non appartengono ai sistemi a vuoto che vengono utilizzati in diversi processi chimici.
Gambe barometriche e sistemi di espulsione
I condensatori barometrici non possono funzionare senza le gambe barometriche.
Sono fatti per evitare che il condensatore si allaghi.
Il tipo di condensa da rimuovere dovrebbe essere utilizzato per decidere quanto dovrebbe essere alta la gamba barometrica.
Ad esempio, è necessario un calcolo barometrico dell'altezza delle gambe per assicurarsi che un'ipotesi errata non causi un cattivo funzionamento di un impianto.
I condensatori barometrici possono anche essere utilizzati come parte di un sistema di espulsione per migliorare le prestazioni di rendimento del gasolio da vuoto pesante dell'unità di vuoto grezzo (HVGO).
Il condensatore raffredda e condensa i vapori che entrano, il che fa funzionare meglio il sistema di espulsione.
In breve, i condensatori barometrici sono utilizzati in molti settori diversi perché rappresentano un modo economico per eliminare l'aria, il vapore di scarico e altri vapori dalle apparecchiature per il vuoto.
Sono una parte importante dell'industria alimentare, della raffinazione dello zucchero, degli impianti e delle distillerie di alcol, delle cartiere e delle cartiere, delle raffinerie di petrolio, delle saline e di molti altri tipi di impianti chimici.
Lo scopo delle gambe barometriche è evitare che il condensatore si allaghi e dovrebbero essere della giusta altezza per funzionare bene.
Efficienza e confronto dei costi con altri tipi di condensatori
I condensatori barometrici sono condensatori a contatto diretto utilizzati in molti settori per rimuovere aria, vapore di scarico e altri vapori dalle apparecchiature per vuoto.
Non hanno parti mobili nella camera a vuoto, il che riduce i tempi di inattività che derivano da apparecchiature che lo fanno.
Esistono diversi tipi di condensatori barometrici, come condensatori barometrici a getto multiplo, condensatori barometrici a getto multiplo, condensatori barometrici a getto multiplo e condensatori barometrici controcorrente.
Quando si tratta di quanto bene funzionano e quanto costano, non c'è un chiaro vincitore tra i diversi tipi di condensatori.
A seconda della situazione, ogni tipo di condensatore dovrebbe essere utilizzato nel modo giusto.
Condensatori raffreddati ad aria
I condensatori raffreddati ad aria sono più facili da costruire rispetto a quelli raffreddati ad acqua, ma spostano meno calore perché l'aria ha un coefficiente di scambio inferiore rispetto all'acqua.
Il più delle volte, questi tipi di condensatori vengono utilizzati in luoghi in cui l'acqua è difficile da ottenere o dove le persone vogliono risparmiare acqua.
I sistemi raffreddati ad aria, invece, consumano molta energia, fanno molto rumore e occupano molto spazio.
Condensatori raffreddati ad acqua
I sistemi raffreddati ad acqua trasferiscono il calore più rapidamente dei sistemi raffreddati ad aria, ma sono più difficili da progettare perché devi pensare a come controllare il flusso d'acqua e fermare la corrosione.
I condensatori raffreddati ad acqua sono spesso utilizzati in grandi ambienti industriali perché funzionano bene e possono raffreddare molto calore.
Ma hanno bisogno di una fornitura costante di acqua di raffreddamento e del modo giusto di trattare l'acqua per evitare che si sporchino, si incrostino e si arrugginiscano.
In conclusione, i condensatori barometrici sono un modo rapido ed economico per eliminare aria, vapore di scarico e altri vapori dalle apparecchiature a vuoto.
Quando si tratta di scegliere un tipo di condensatore, non esiste una risposta valida per tutti.
Invece, ogni tipo dovrebbe essere scelto in base alle esigenze specifiche dell'applicazione.
Le cose a cui pensare sono la disponibilità di acqua di raffreddamento, la sua efficienza, il costo, l'ingombro, il consumo di energia, il livello di rumore e il risparmio idrico.
Parlare con un ingegnere qualificato o un produttore di condensatori può aiutare a garantire che venga scelto il condensatore giusto per il lavoro.
Materiali utilizzati per la costruzione del condensatore barometrico
I condensatori barometrici vengono utilizzati per eliminare l'aria e altri vapori dalle apparecchiature a vuoto.
Hanno due parti principali: il corpo del guscio e il/i dispositivo/i di spruzzatura.
I condensatori barometrici sono costituiti da una serie di elementi diversi, come ad esempio:
- Ghisa in ghisa.
- Acciaio al carbonio.
- Plastica con fibra di vetro dentro.
- Haveg.
- Grafite.
- Tutte le leghe saldabili.
Selezione dei materiali
La scelta del materiale per un condensatore barometrico dipende da una serie di fattori, come il tipo di refrigerante utilizzato nella refrigerazione o la disponibilità di acqua.
I condensatori a contatto sono spesso realizzati in acciaio al carbonio, mentre gli scambiatori di calore sono generalmente realizzati in rame, ottone, alluminio o acciaio inossidabile.
Alcune delle cose che influenzano la scelta del materiale sono la quantità di non condensabili e la quantità di acqua disponibile.
Se c'è molta acqua disponibile a basso costo, un condensatore barometrico è la scelta migliore perché ha il design più semplice e non richiede alcuna attrezzatura aggiuntiva.
Quando l'acqua di raffreddamento è dura o vi è la possibilità di corrosione, è possibile utilizzare plastica rinforzata con fibra di vetro e altri materiali che non arrugginiscono.
Conclusione
In conclusione, il condensatore barometrico è un incredibile pezzo di ingegneria che ha cambiato il modo in cui facciamo le cose nel mondo industriale.
Utilizzando la potenza della pressione atmosferica, possiamo realizzare un sistema di raffreddamento molto efficace ed efficiente che può essere modificato per adattarsi a un'ampia gamma di utilizzi.
Mentre continuiamo a spingere i limiti di ciò che è possibile, è chiaro che il condensatore barometrico giocherà un ruolo sempre più importante nei nostri sforzi per costruire un futuro più sostenibile, efficiente e innovativo.
Quindi, impariamo tutti da questa straordinaria tecnologia e continuiamo a spingerci verso nuovi livelli di eccellenza ingegneristica, spinti dal desiderio di imparare e dal desiderio di rendere il mondo un posto migliore per tutti.
Link e riferimenti
Sistemi di vuoto a getto di vapore:
https://www.s-k.com/steam-jet-vacuum/barometric-condensers.cfm
Condividere su…
