Intercambiadores a cargas parciales - T
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Comportamiento de los intercambiadores de calor Alfa Laval a cargas parciales 1. OBJETIVO El presente estudio tiene como objetivo clarificar cuál es el comportamiento de un intercambiador de calor a placas cuando se somete a una variación del caudal de fluido que pasa por sus canales. Actualmente vivimos un aumento del interés en conocer los distintos rendimientos que ofrecen los equipamientos de climatización cuando éstos se ajustan a diferentes demandas, es decir, cuando funcionan ajustándose a las necesidades de cada momento. Esta técnica de ahorro energético contempla la reducción de caudales de los fluidos a mover, ya que las bombas de fluido son las responsables de una parte muy importante de consumo energético en una instalación de climatización. Los intercambiadores de calor son equipos indispensables en una instalación de estas características ya que se encargan de recuperar la energía de un fluido a otro, minimizando las pérdidas al ambiente y por lo tanto consiguiendo mejores rendimientos, convirtiéndose en un elemento clave a considerar. Actualmente no existen muchos estudios que aborden estos conceptos, hecho que nos ha motivado para realizar un breve documento de resumen con los datos más relevantes. Este estudio ha sido realizado por el equipo de T-Soluciona. Queda expresamente prohibido su modificación, publicación o uso sin el expreso consentimiento de la dirección de T-Soluciona. www.t-soluciona.com Comportamiento de los intercambiadores de calor Alfa Laval a cargas parciales César Fernández Achúcarro 2. INTRODUCCIÓN Para la elaboración de este estudio se ha utilizado el programa de selección de intercambiadores Alfa Select 2013 del fabricante Alfa Laval S.A. , un programa muy completo el cual permite distintas selecciones y conocer los distintos rendimientos en función de la variación de sus condiciones de funcionamiento gracias al modo de cálculo performance. (Si lo desea puede solicitarlo a través del correo [email protected]) Debido a que se trata de un estudio en el que se quiere comprender mejor el comportamiento de estos equipos en instalaciones de tamaño medio como son las de climatización, se ha elegido 4 modelos de intercambiadores los cuales se han sometido a diversas condiciones de funcionamiento. Estos modelos son: MODELO Nº PLACAS TIPO DE PLACAS MATERIAL M3-FG 19 H AISI 316 M6-FM 19 L AISI 316 M6 M-FM 23 L AISI 316 M10 M-FM 22 L AISI 316 Todos los intercambiador es del fabricante Alfa Laval han sido sometidos a una reducción de caudal del 25, 50 y 75%, tanto en ambos circuitos como independientemente en el primario (circuito caliente) como en el secundario (circuito frío), con el objetivo de abarcar todas las posibilidades de funcionamiento de estos equipos. Cabe indicar que, según la hipótesis de cálculo utilizada, no se han tenido en cuenta ningún tipo de material aislante sobre los intercambiadores o de chapas de protección externas, simulando su comportamiento en el interior de una sala cerrada, sin grandes diferencias térmicas con respecto al funcionamiento del intercambiador. www.t-soluciona.com Comportamiento de los intercambiadores de calor Alfa Laval a cargas parciales César Fernández Achúcarro Se han seleccionado unas condiciones de trabajo iniciales las que permitieran a los intercambiadores seleccionados trabajar con el mínimo margen de sobredimensionamiento posible evitando así datos de partida que pudieran dar lugar a resultados irregulares. Uno de los aspectos más importantes a tener en cuenta en el estudio de fluidos es si su régimen es turbulento o laminar. Es conocido que cualquier fluido en régimen turbulento es capaz de transferir mucha más energía que uno en régimen laminar, por ello vamos a considerar régimen laminar para valores de Reynolds menores de 2100, a pesar que por encima de este valor el fluido se encuentra en zona de transición turbulento-laminar. www.t-soluciona.com Comportamiento de los intercambiadores de calor Alfa Laval a cargas parciales César Fernández Achúcarro 3. RESULTADOS 19 PL H 100% 75% 50% 25% • M3 FG: REDUCCION DE CAUDAL EN PRIMARIO Y SECUNDARIO POTENCIA INTERCAMBIADA [Kw] 49 40,09 29,68 15,23 19 PL H 100% 75% 50% 25% 19 PL H 100% 75% 50% 25% Tª ENTRADA [ºC] 55 55 55 55 Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] 45 4,3 48,79 44 3,2 27,65 43,2 2,2 13,4 41,7 1 2,9 Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] Re in Re mid Re out 5190 3869 2660 1209 4770 3532 2411 1081 4362 3208 2171 959,6 Re in Re mid Re out 5190 3869 2660 1209 4770 3467 2298 960,6 4362 3150 2068 877,4 Re in Re mid Re out 5190 5199 5199 5199 4770 4854 4952 5108 4362 4460 4588 4847 Tª ENTRADA [ºC] 35 35 35 35 Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] 45 4,3 49 45,9 3,2 28,23 46,7 2,2 13,67 48,2 1 2,9 Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] Re in Re mid Re out 4394 3344 2333 1089 3998 3025 2096 966,2 3617 2720 1870 850,1 Re in Re mid Re out 4394 4340 4212 3967 3998 3963 3873 3736 3617 3665 3665 3655 Re in Re mid Re out 4394 3416 2447 1183 3998 3089 2210 1095 3617 2720 1870 850,1 REDUCCION EN PRIMARIO POTENCIA INTERCAMBIADA [Kw] 49 44,3 36,24 20,5 PERDIDA POTENCIA 0% 18% 39% 69% PERDIDA POTENCIA 0% 10% 26% 58% 55 55 55 55 45 42,9 40,06 37 4,3 3,2 2,2 1 48,79 27,6 13,43 2,9 35 35 35 35 45 43,9 42,3 39,1 4,3 4,3 4,3 4,3 49 50,05 50,1 50,2 REDUCCION EN SECUNDARIO POTENCIA INTERCAMBIADA [Kw] 49 44,5 36,67 20,93 www.t-soluciona.com PERDIDA POTENCIA 0% 9% 25% 57% 55 55 55 55 45 45,9 47,5 50,7 4,3 4,3 4,3 4,3 48,79 48,9 48,87 48,8 35 35 35 35 Comportamiento de los intercambiadores de calor Alfa Laval a cargas parciales 45 47,1 49,5 53,2 4,3 3,2 2,2 1 49 28 13,64 2,94 César Fernández Achúcarro 19 PL L 100% 75% 50% 25% • M6 FM: REDUCCION DE CAUDAL EN PRIMARIO Y SECUNDARIO POTENCIA INTERCAMBIADA [Kw] 350 274,2 196 106,8 19 PL L 100% 75% 50% 25% 19 PL L 100% 75% 50% 25% 0% 22% 44% 69% Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] 85 85 85 85 65 64,2 62,7 60,6 15,6 11,7 7,8 3,9 35,65 21,03 9,92 2,74 Re in Re mid Re out 12950 9736 6490 3245 11430 8562 5647 2787 9965 7405 4829 2343 Re in Re mid Re out 12950 9736 6490 3245 11430 8282 5192 2331 9965 7139 4461 2064 Re in Re mid Re out 12950 12980 12980 12980 11430 11810 12210 12710 9965 10370 10890 11740 Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] 50 50 50 50 70 71,4 72,5 74,6 15,3 11,2 7,6 3,8 36,53 20,47 9,96 2,749 Re in Re mid Re out 10710 7993 5508 2829 9270 6871 4698 2385 7894 5781 3923 1961 Re in Re mid Re out 10710 10350 9814 9008 9270 8976 8595 8156 7894 7897 7897 7897 Re in Re mid Re out 10710 8253 5915 3141 9270 7124 5161 2871 7894 5781 3923 1961 REDUCCION EN PRIMARIO POTENCIA INTERCAMBIADA [Kw] 350 306,8 241,7 142 PERDIDA POTENCIA PERDIDA POTENCIA 0% 12% 31% 59% 85 85 85 85 65 61,7 57,4 52,6 15,6 11,7 7,8 3,9 35,65 21,09 10 2,79 50 50 50 50 70 67,5 63,8 58,1 15,3 15,3 15,3 15,3 36,53 36,67 36,83 37,05 REDUCCION EN SECUNDARIO POTENCIA INTERCAMBIADA [Kw] 350 304,9 243,7 143,1 www.t-soluciona.com PERDIDA POTENCIA 0% 13% 30% 59% 85 85 85 85 65 67,6 71,1 76,9 15,6 15,6 15,6 15,6 35,65 35,73 35,62 35,47 50 50 50 50 Comportamiento de los intercambiadores de calor Alfa Laval a cargas parciales 70 73,8 78 82,9 15,3 11,2 7,6 3,8 36,53 20,4 9,879 2,7 César Fernández Achúcarro 23 PL L 100% 75% 50% 25% • M6M FM REDUCCION DE CAUDAL EN PRIMARIO Y SECUNDARIO POTENCIA INTERCAMBIADA [Kw] 500 403,6 291,5 162,7 19 PL L 100% 75% 50% 25% 19 PL L 100% 75% 50% 25% 0% 19% 42% 67% Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] 80 80 80 80 60 58,4 56,7 53,7 22,2 16,6 11,1 5,5 22,93 13,26 6,19 1,64 Re in Re mid Re out 14660 10970 7338 3636 12850 9527 6297 3054 11110 8138 5297 2503 Re in Re mid Re out 14660 10970 7338 3636 12850 9287 5863 2589 11110 7862 4849 2112 Re in Re mid Re out 14660 14680 14680 14680 12850 13160 13570 14140 11110 11500 12070 13010 Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] 35 35 35 35 55 56,5 58,4 61,2 21,7 16,3 10,8 5,4 23,62 13,7 6,27 1,68 Re in Re mid Re out 10330 7923 5411 2821 8709 6615 4461 2283 7186 5394 3574 1787 Re in Re mid Re out 10330 9937 9383 8528 8709 8433 8083 7618 7186 7181 7181 7181 Re in Re mid Re out 10330 8232 5923 3306 8709 6850 4895 2795 7186 5394 3574 1787 REDUCCION EN PRIMARIO POTENCIA INTERCAMBIADA [Kw] 500 444,8 359,5 223,9 PERDIDA POTENCIA PERDIDA POTENCIA 0% 11% 28% 55% 80 80 80 80 60 56,2 51,3 43,9 22,2 16,6 11,1 5,5 22,93 13,29 6,228 1,66 35 35 35 35 55 52,8 49,4 44 21,7 21,7 21,7 21,7 23,62 23,64 23,72 23,83 REDUCCION EN SECUNDARIO POTENCIA INTERCAMBIADA [Kw] 500 449,7 366,5 232,4 www.t-soluciona.com PERDIDA POTENCIA 0% 10% 27% 54% 80 80 80 80 60 62 65,4 72,4 22,2 22,2 22,2 22,2 22,93 22,95 22,9 22,84 35 35 35 35 Comportamiento de los intercambiadores de calor Alfa Laval a cargas parciales 55 59 64,5 72,4 21,7 16,3 10,8 5,4 23,62 13,67 6,23 1,66 César Fernández Achúcarro 22PL L 100% 75% 50% 25% • M10 FM: REDUCCION DE CAUDAL EN PRIMARIO Y SECUNDARIO POTENCIA INTERCAMBIADA [Kw] 800 661,3 478,9 270,5 22PL L 100% 75% 50% 25% 22PL L 100% 75% 50% 25% 0% 17% 40% 66% Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] 80 80 80 80 60 57,9 56 53 35,5 26,6 17,7 8,9 16,44 9,56 4,44 1,21 Re in Re mid Re out 16670 12500 8317 4182 14350 10620 6934 3379 12540 9199 5937 2846 Re in Re mid Re out 16670 12500 8317 4182 14350 10430 6623 3063 12540 8998 5631 2589 Re in Re mid Re out 16670 16680 16680 16680 14350 14600 14970 15610 12540 12840 13310 14210 Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] Tª ENTRADA [ºC] Tª SALIDA Q [m3/h] AP [Kpa] [ºC] 40 40 40 40 50 51 52 53,5 69,6 52,2 34,8 4541 53,01 30,75 14,3 3,86 Re in Re mid Re out 19730 14970 10140 5200 17860 13450 9012 4541 16390 12290 8193 4097 Re in Re mid Re out 19730 19220 18560 17680 17860 17560 17210 16790 16390 16390 16390 16390 Re in Re mid Re out 19730 15400 10950 6139 17860 13710 9537 5230 16390 12290 8193 4097 REDUCCION EN PRIMARIO POTENCIA INTERCAMBIADA [Kw] 800 703,6 544,1 326,6 PERDIDA POTENCIA PERDIDA POTENCIA 0% 12% 32% 59% 80 80 80 80 60 56,5 52,7 47,4 35,5 26,6 17,7 8,9 16,44 9,57 4,46 1,22 40 40 40 40 50 48,8 46,8 44,1 69,6 69,6 69,6 69,6 53,01 53,04 53,14 53,27 REDUCCION EN SECUNDARIO POTENCIA INTERCAMBIADA [Kw] 800 765,3 668,8 485,8 www.t-soluciona.com PERDIDA POTENCIA 0% 4% 16% 39% 80 80 80 80 60 60,9 63,3 67,9 35,5 35,5 35,5 35,5 16,44 16,44 16,41 16,36 40 40 40 40 Comportamiento de los intercambiadores de calor Alfa Laval a cargas parciales 50 52,8 56,7 64,3 69,6 52,2 34,8 17,4 53,01 30,7 14,23 3,81 César Fernández Achúcarro − − − − − Potencia perdida: Porcentaje de potencia perdida con respecto a la inicial. Re in: Nº de Reynolds a la entrada de la placa del intercambiador. Re mid: Nº de Reynolds a media altura de la placa del intercambiador. Re out: Nº de Reynolds a la salida de la placa del intercambiador. NOTA: En rojo se ha subrayado los valores de Reynolds que, según la hipótesis utilizada, pueden ser considerados como flujo laminar. www.t-soluciona.com Comportamiento de los intercambiadores de calor Alfa Laval a cargas parciales César Fernández Achúcarro 4. REPRESENTACIÓN Y CONCLUSIONES En esta sección es donde se manifestará los distintos comportamientos de los intercambiadores bajo las distintas demandas estudiadas. Para ello, utilizaremos la representación gráfica de los datos obtenidos, y mediante distintas gráficas compararemos cada situación. En primer lugar, el factor que más nos interesa conocer es la reducción de la potencia de intercambio en función de la reducción de caudal: • REDUCCION DE POTENCIA EN FUNCIÓN DEL CAUDAL M3 19 Placas: Reduccion de potencia / Caudal M6 19 Placas: Reduccion de potencia / Caudal 400 50 40 30 Reduccion en ambos circuitos 20 Reduccion en primario Reduccion en secundario 10 0 100% 75% 50% Caudal www.t-soluciona.com 25% Potencia intercambiada [Kw/h] Potencia intercambiada [Kw/h] 60 350 300 250 Reduccion en ambos circuitos 200 150 Reduccion en primario 100 Reduccion en secundario 50 0 100% 75% 50% 25% Caudal Comportamiento de los intercambiadores de calor Alfa Laval a cargas parciales César Fernández Achúcarro M6M 23 Placas: Reduccion de potencia / Caudal Potencia intercambiada [Kw/h] 600 500 400 300 Reduccion en ambos circuitos 200 Reduccion en primario 100 Reduccion en secundario 0 100% 75% 50% M10 22 Placas: Reduccion de potencia / Caudal 25% Caudal Potencia intercambiada [Kw/h] 900 800 700 600 500 Reduccion en ambos circuitos 400 Reduccion en primario 300 200 Reduccion en secundario 100 0 100% 75% 50% 25% Caudal Se puede observar claramente que la bajada de rendimiento del intercambiador cuando se le priva de un 25% de su caudal total, es decir, trabajando a un 75%, es muy pequeña, frente a la bajada que sufre dicho rendimiento cuando éste trabaja entre el 25 y el 50% del caudal para el que fue calculado, esto se identifica fácilmente por la mayor pendiente de la recta en este último tramo. Llama la atención que en todos los casos, si la reducción del caudal se produce en ambos circuitos a la vez, el descenso del rendimiento es mucho mayor que si se reduce en un circuito únicamente. Esto es lógico ya que estamos bajando la capacidad del intercambiador en ambos lados, el frio y el caliente. www.t-soluciona.com Comportamiento de los intercambiadores de calor Alfa Laval a cargas parciales César Fernández Achúcarro Observamos también que el descenso de rendimiento del intercambiador de placas es prácticamente el mismo si disminuimos el caudal en el circuito primario que en el secundario, siempre y cuando los caudales sean semejantes. En el caso del intercambiador M10 esto no se cumple ya que el circuito secundario parte del doble caudal del primario y por lo tanto no es equivalente, podemos considerarlo como un caso alternativo. De especial mención es el rendimiento en función del modelo del intercambiador. Se puede comprobar cómo al aumentar en tamaño de intercambiador, el descenso del rendimiento se convierte mucho más lineal, llegando a asemejarse a una línea completamente recta en el caso del M10 con reducción de caudales en ambos fluidos (línea amarilla). Concluimos pues que el comportamiento de los intercambiadores más pequeños frente a variaciones de caudal es mucho más inestable que en el caso de los intercambiadores de placas más grandes y que la reducción de la capacidad de intercambio se ve realmente mermada cuando funcionamos por debajo del 50% del caudal de diseño. • REDUCCIÓN DEL NÚMERO DE REYNOLDS EN FUNCIÓN DEL CAUDAL Otro aspecto interesante a tener en cuenta para comprender el comportamiento del intercambiador de placas es el número de Reynolds. Como ya se ha explicado anteriormente, este factor va a condicionar el intercambio térmico que se produzca en el alma del intercambiador, en las placas. El número de Reynolds es un número adimensional que relaciona la viscosidad, velocidad y dimensión típica de un fluido al paso por una sección. Existen diversas teorías de a partir de qué numero de Reynolds el fluido pasa de turbulento a laminar, pero nosotros vamos a apoyarnos en que ha sido más comúnmente utilizada en ámbitos universitarios que es la siguiente: − − − Régimen turbulento: Re > 10.000 Régimen laminar: Re < 2.100 Régimen de transición: 10.000 > Re > 2.100 www.t-soluciona.com Comportamiento de los intercambiadores de calor Alfa Laval a cargas parciales César Fernández Achúcarro Por lo tanto, la capacidad que tendrá el fluido para ceder y recibir energía será mayor si se encuentra en un estado de régimen turbulento que si se encuentra en un estado de régimen laminar. Los intercambiadores de placas corrugadas, como los del fabricante Alfa Laval, están especialmente diseñados para que en condiciones de diseño, el fluido sea siempre régimen turbulento y poder así obtener los mejores rendimientos, evitando a su vez el ensuciamiento en su interior. Gracias a los distintos tipos de canales (H,L y M) se consiguen distintos niveles de turbulencia: Placa tipo H (alta eficiencia) Placa tipo L (baja perdida de carga) El programa de cálculo de intercambiadores Alfa Select 2013 ofrece los valores del número de Reynolds a la entrada, en medio, y a la salida de las placas. Para hacer las comparativas hemos considerado el valor de Reynolds existente en medio de la placa ya que puede ser considerado como una buena aproximacion del comportamiento que existe en el interior del intercambiador. www.t-soluciona.com Comportamiento de los intercambiadores de calor Alfa Laval a cargas parciales César Fernández Achúcarro www.t-soluciona.com Comportamiento de los intercambiadores de calor Alfa Laval a cargas parciales César Fernández Achúcarro En primer lugar cabe destacar la linealidad que existe entre la reducción de caudal y la reducción en el número de Reynolds. Como se puede observar en el comportamiento de todos los intercambiadores, a medida que descendemos el caudal, desciende el número de Reynolds proporcionalmente, apareciendo líneas con pendientes muy constantes en todos los tramos. Vemos también que solamente en el caso del intercambiador M3-FG se llega al límite del régimen laminar de 2.100 Re al 50% de su caudal, produciéndose un descenso notable de rendimiento a partir de este punto. Podemos afirmar que en intercambiadores pequeños el límite de régimen laminar se consigue al bajar más de un 50% su caudal de diseño, en intercambiadores más grandes este límite aparece al bajar hasta un 25% su caudal aproximadamente, ya que no se han contemplado menores caudales para este estudio. Además se observa que para las condiciones de diseño del 100%, en intercambiadores a partir del M3, las condiciones de funcionamiento son siempre en régimen turbulento, Re > 10.000. www.t-soluciona.com Comportamiento de los intercambiadores de calor Alfa Laval a cargas parciales César Fernández Achúcarro • VARIACION DE LA TEMPERATURA DE SALIDA DEL LADO CALIENTE Un aspecto importante a la hora de tener en cuenta en el comportamiento de un elemento de intercambio de energía entre fluidos en un proceso industrial es cómo reaccionan las distintas temperaturas frente a las variaciones de caudal. Para ello se han medido las temperaturas de salida del circuito caliente de cada intercambiador en función del descenso de los caudales, manteniendo siempre constante la temperatura de entrada. M3 Temperatura salida lado caliente (primario) M6 Temperatura salida lado caliente (primario) 80 51 49 47 45 Reduccion en ambos circuitos 43 Reduccion en primario 41 39 Reduccion en secundario 37 35 100% 75% 50% Caudal www.t-soluciona.com 25% Temperatura salida caliente [ºC] Temperatura salida caliente [ºC] 53 75 70 65 Reduccion en ambos circuitos 60 Reduccion en primario 55 Reduccion en secundario 50 100% 75% 50% 25% Caudal Comportamiento de los intercambiadores de calor Alfa Laval a cargas parciales César Fernández Achúcarro M6 M Temperatura salida lado caliente (primario) M10 Temperatura salida lado caliente (primario) 70 70 65 60 55 Reduccion en ambos circuitos 50 Reduccion en primario 45 Reduccion en secundario 40 100% 75% 50% Caudal 25% Temperatura salida caliente [ºC] Temperatura salida caliente [ºC] 75 65 60 Reduccion en ambos circuitos 55 Reduccion en primario 50 45 Reduccion en secundario 100% 75% 50% 25% Caudal De estas gráficas se puede constatar lo que ya hemos comprobado en el análisis de los demás resultados, y es que, trabajando por debajo del 50% del caudal de diseño, los valores se disparan. El rendimiento sufre una variación importante pasando de existir unos incrementos de temperatura de apenas 1-2ºC para el funcionamiento entre el 100% y el 75% de caudal, a incrementos de 9ºC para el funcionamiento ente el 50% y el 25%. Como se puede comprobar, si reducimos el caudal del lado frío, la temperatura de salida del lado caliente aumenta, por el contrario, si reducimos el caudal en el circuito caliente, su temperatura de salida disminuye. Si esta disminución de caudales se produce en ambos circuitos, la temperatura de salida del circuito caliente disminuye, es decir, conseguimos temperaturas de retorno del primario más frías. www.t-soluciona.com Comportamiento de los intercambiadores de calor Alfa Laval a cargas parciales César Fernández Achúcarro • VARIACION DE LA TEMPERATURA DE SALIDA DEL LADO FRÍO Al igual que se ha mantenido la temperatura de entrada del circuito caliente, también se ha mantenido fija la temperatura de entrada del circuito frío. Esto es una hipótesis de mantener a temperatura constante las fuentes de calor existentes en la instalación, que puede ser válida para arrojar unos resultados aproximados del comportamiento de los intercambiadores a placas. M3 Temperatura salida lado frío (secundario) M6 Temperatura salida lado frío (secundario) 55 87 51 49 47 Reduccion ambos circuitos 45 Reduccion en primario 43 41 Reduccion en secundario 39 37 100% 75% 50% Caudal 25% Temperatura salida frío[ºC] Temperatura salida frío[ºC] 53 82 77 72 Reduccion ambos circuitos 67 Reduccion en primario 62 Reduccion en secundario 57 100% 75% 50% 25% Caudal El comportamiento de las temperaturas a la salida del circuito frío sigue el mismo patrón que el circuito caliente. A medida que disminuimos caudal del lado caliente, la temperatura del lado frío disminuye, si disminuimos caudal del circuito frío, la temperatura de salida aumenta. Por debajo del 50% del caudal las pendientes de las rectas aumentan considerablemente por lo que se disparan las temperaturas. Vemos que si la reducción es en ambos circuitos, ocurre lo contrario que con la salida del circuito caliente. En este caso la salida del frío aumenta su temperatura. www.t-soluciona.com Comportamiento de los intercambiadores de calor Alfa Laval a cargas parciales César Fernández Achúcarro M6 M Temperatura salida lado frío (secundario) M10 Temperatura salida lado frío (secundario) 67 72 67 62 Reduccion ambos circuitos 57 52 Reduccion en primario 47 Reduccion en secundario 42 37 100% 75% 50% 25% Caudal Temperatura salida frío[ºC] Temperatura salida frío[ºC] 77 62 57 Reduccion ambos circuitos 52 Reduccion en primario 47 42 Reduccion en secundario 100% 75% 50% 25% Caudal En este caso la mayor variación de temperaturas la observamos en el modelo M10, en la variación de temperatura del circuito secundario. Esto es debido a que, como se ha mencionado con anterioridad, este circuito lleva el doble del caudal que el primario, por lo que es lógico este comportamiento. En definitiva, si se produce un descenso de caudal en los fluidos de trabajo la temperatura de salida del circuito caliente disminuye y la temperatura de salida del circuito frío aumenta. Es primordial conocer este comportamiento a la hora de diseñar una instalación. • PÉRDIDA DE POTENCIA EN FUNCIÓN DEL CAUDAL Por último, para hacer una comparativa más directa entre los modelos de los intercambiadores de placas Alfa Laval, comparamos las pérdidas de potencia de cada equipo disminuyendo el caudal en ambos circuitos. Se observa cómo el comportamiento más lineal es el del M6 junto el M6M. Mientras que el M3 se ve sometido a unas pérdidas ajustadas al principio de la reducción de caudal, es el mayor afectado cuando se trabaja a bajas cargas, seguramente debido a su funcionamiento en régimen laminar. www.t-soluciona.com Comportamiento de los intercambiadores de calor Alfa Laval a cargas parciales César Fernández Achúcarro Pérdida de potencia en función del caudal 80% 70% Potencia perdida 60% 50% M3 40% M6 30% M6 M M10 20% 10% 0% 100% 75% 50% 25% Caudal El modelo mayor, en este caso el M10, es el que menores pérdidas de rendimiento sufre con las variaciones de caudal. Para concluir, podemos afirmar que la pérdida de energía de intercambio es proporcional al descenso de los caudales. No existe un punto en el cual haya un descenso de la energía transmitida preocupante, aunque si se debe tener en cuenta que la gran variación se da en las temperaturas de salida de los fluidos. Extrapolando los resultados, y contemplando la tendencia de los comportamientos, podemos afirmar a su vez que para caudales menores del 25% sí se producirá un descenso considerable de la potencia transmitida y por lo tanto, de los rendimientos de la instalación, no asegurándose el correcto funcionamiento de la instalación. Por ello, desde T-Soluciona, recomendamos no hacer uso de esta tipología de equipos por debajo de caudales inferiores al 25% para asegurar unos rendimientos óptimos y conseguir una instalación energéticamente eficiente. www.t-soluciona.com Comportamiento de los intercambiadores de calor Alfa Laval a cargas parciales César Fernández Achúcarro Si desea un estudio personalizado no dude en solicitárnoslo a través de nuestra página web www.t-soluciona.com o bien enviando un correo electrónico a [email protected]. Este estudio ha sido realizado por el equipo de T-Soluciona. Queda expresamente prohibido su modificación, publicación o uso sin el expreso consentimiento de la dirección de T-Soluciona. www.t-soluciona.com Comportamiento de los intercambiadores de calor Alfa Laval a cargas parciales César Fernández Achúcarro
