Condensatore (scambiatore di calore)

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1leftarrow blue.svgVoce principale: Scambiatore di calore.

Un condensatore è un particolare scambiatore termico che ha lo scopo di condensare una sostanza o una miscela, ovvero portarla dallo stato gassoso allo stato liquido, in genere per raffreddamento (diminuzione della temperatura).

Il condensatore è attraversato da un fluido refrigerante, che ha il compito di sottrarre calore latente alla sostanza che si vuole condensare.

I condensatori possono avere delle dimensioni, e quindi delle superfici di scambio, molto variabili, e trovano impiego in molti campi: vengono utilizzati in ambito domestico e veicolare (ad esempio nei congelatori e nei climatizzatori), in ambito industriale (ad esempio nelle operazioni di distillazione e in generale nella termoregolazione industriale) e in laboratorio.

Impiego industriale[modifica | modifica wikitesto]

Le apparecchiature utilizzate con le funzioni di condensatore possono essere di 3 tipi:[1]

  • Condensatori convenzionali
  • Condensatori refrigerativi
  • Condensatori criogenici.

Condensatori convenzionali[modifica | modifica wikitesto]

Condensatore a superficie (del tipo a fascio tubiero e mantello) di un motore a vapore del XIX secolo.
Schema di funzionamento di un condensatore a superficie

Nei condensatori convenzionali vengono utilizzati in genere come fluidi refrigeranti acqua o aria, a causa della loro reperibilità e del loro basso costo.[2]

Le apparecchiature impiegate come condensatori possono essere di due tipi:[2]

Con questo tipo di condensatori si possono raggiungere in genere temperature fino a 4 °C.[2]

Dimensionamento per la generazione elettrica[modifica | modifica wikitesto]

Per le centrali termoelettriche e nucleari che generano tramite turbina a vapore si adottano condensatori a superficie dimensionati in base al rendimento termodinamico η, alla potenza complessa P sviluppata, alla velocità del vapore in ingresso vs e la sua decelerazione all'uscita Δvs, alla temperatura Twi e velocità vw di ingresso dell'acqua di raffreddamento e al massimo salto di temperatura permesso dall'impatto ambientale ΔTw, alla pressione di condensazione ps raggiungibile e il titolo del vapore in ingresso xs caratteristiche del ciclo Hirn impiegato, al diametro interno d e spessore Δd dei tubi dello scambiatore e allo spessore medio dello strato di condensa che li ricopre Δds, alla loro distanza a, angolazione reciproca θ, e fattore di ingombro w. I parametri di interesse per un condensatore a fascio tubiero e mantello sono il numero dei tubi: [3]

la lunghezza dello scambiatore a fascio tubiero e mantello (di poco inferiore a quello dell'intero condensatore): [3],

dove [3], è la resistenza specifica termica dei tubi;

il suo diametro (di poco inferiore a quello dell'intero condensatore): [3],

i diametri della tubazione del vapore in ingresso: [3],

quello dell'uscita della condensa: [3],

e quello sia di ingresso che di uscita dell'acqua di raffreddamento (che non subisce significative variazioni di densità né perdite di carico):

.[3]

Esempio[modifica | modifica wikitesto]

Con i dati: η=39.3%, P=110 MVA, vs=280 m/s, Δvs=279 m/s, Twi=16 °C, vw=2 m/s, ΔTw=12 °C, ps=5 kPa, xs=0.90, d=20 mm, Δd=2 mm, Δds=0,10 mm, a=35 mm, θ=π/3 rad, w=0.85:

=7,5 kW/m2K
0,229 m2K/kW
5395
10,68 m
2,92 m
3,03 m
0,315 m
1,47 m

Condensatori refrigerativi[modifica | modifica wikitesto]

Questo tipo di condensatori fa uso di refrigeranti compressi, e possono arrivare a temperature prossime ai -60 °C.[4]

In questo caso vengono impiegati sempre scambiatori a superficie.[4]

Condensatori criogenici[modifica | modifica wikitesto]

Fanno impiego di gas liquefatti come azoto o biossido di carbonio. Si possono raggiungere temperature prossime ai -160 °C.[5]

Impiego in laboratorio[modifica | modifica wikitesto]

Condensatore da laboratorio

Nell'uso di laboratorio, il condensatore è in genere di piccole dimensioni, e molto spesso è in vetro, materiale fragile ma estremamente resistente alla corrosione (con alcune eccezioni). In figura è mostrato uno di questi apparecchi, dalla forma tipica. Molto usato in laboratorio è il condensatore a ricadere in cui il condensato, in genere proveniente da un pallone - ma anche da una colonna - ricade nel pallone stesso; configurazione spesso usata quando si vogliano estrarre incondensabili ad esempio mediante un eiettore. Il condensatore in figura è adatto a questo scopo, come si vede dal largo bocchello inferiore (scarico del condensato) e dal più piccolo superiore (estrazione incondensabili). I bocchelli laterali sono destinati ad ingresso ed uscita del liquido di raffreddamento.

Condensatore barometrico[modifica | modifica wikitesto]

Il condensatore barometrico è un'apparecchiatura chimica utilizzata per operazioni sottovuoto, costituito da una camera in cui viene convogliata una corrente gassosa e un getto di acqua (allo stato liquido). Il getto d'acqua viene spruzzato da un eiettore, e acquista calore dalla corrente gassosa, che condensa.[6]

L'apparecchiatura viene installata ad almeno 10,4 metri dal suolo, per cui la miscela acqua-condensato che viene a formarsi viene poi inviata attraverso una tubazione verticale lunga almeno 10,4 metri (chiamata "gamba barometrica"), che ha lo scopo di creare una differenza di pressione tra l'uscita della corrente dal basso del tubazione e l'ingresso della corrente gassosa.[7]

In questa maniera si riesce a creare una pressione minore di quella atmosferica nell'apparecchiatura collegata a monte del condensatore barometrico (ad esempio un evaporatore), e la corrente in uscita dal condensatore barometrico può essere movimentata attraverso una pompa.

I vapori non-condensabili sono spillati dall'alto del condensatore barometrico.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Condensazione
  2. ^ a b c Condensatori convenzionali
  3. ^ a b c d e f g par. 9.4 del Negri di Montenegro, Bianchi, Peretto, Sistemi energetici, Pitagora editore, Bologna, 2009, ISBN 8837117612
  4. ^ a b Condensatori refrigerativi
  5. ^ Condensatori criogenici
  6. ^ L'apparecchiatura funge quindi anche da "scambiatore di calore per contatto".
  7. ^ Technical Q & A Database

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Altri progetti[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

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