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.
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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 info@t-soluciona.com)
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.
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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.
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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
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−
−
−
−
−
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.
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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
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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
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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.
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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
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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.
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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.
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•
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
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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
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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.
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•
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.
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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.
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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.
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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 info@t-soluciona.com.
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.
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