United Slates
0*5* H Environmental Protecbcn
L¦ I n Agency
CONDENSADORES REFRIGERADOS
PARA EL CONROL DE EMISIONES
ORGANICAS DE AIRE
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EPA-456/R-03-004
Octubre 2004
CONDENSADORES REFRIGERADOS PARA
EL CONTROL DE EMISIONES ORGANICAS
DE AIRE
Preparado por
The Clean Air Technology Center (CATC)
(Centro de Tecnologia Aire Limpio)
U.S. Environmental Protection Agency (E 143-03)
(Agencia de Protection Ambiental de EE. UU.)
Research Triangle Park, North Carolina, USA 27711
U.S. Environmental Protection Agency
(Agencia de Protection Ambiental de EE. UU.)
Office of Air Quality Planning and Standards
(Oficina de Calidad Aire, Planificacion y Normas)
Information Transfer and Program Integration Division
(Division de Transferencia de Information y el Programa de Integration)
Research Triangle Park, North Carolina, USA 27711
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ADVERTENCIA SOBRE LA REVISION DE LA U.S. EPA
Este informe se ha sido revisado por la Information Transfer and Program Integration
Division (division de transferencia de information y el programa de integration) de la Office of
Air Quality Planning and Standards of the U.S. Environmental Protection Agency - U.S. EPA
(oficina de calidad aire, planificacion y normas de la agencia de protection ambiental de EE.UU)
y aceptado para su publication. Esta aprobacion no significa que el contenido de este informe
refleja los puntos de vistas y politicas de la Agencia de la Protection ambiental de EE. UU. La
mention de nombres comerciales o de productos comerciales no constituye endoso o
recomendacion para su uso. Las copias de este informe estan disponibles en el National
Technical Information Service, U.S. Department of Commerce, 5285 Port Royal Road,
Springfield, Virginia, USA 22161, (servicio de information tecnico national, section americana
de comercio) en el numero del telefono (800) 553-6847.
-li-
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PROLOGO
EL Clean Air Technology Center (CATC, centro de tecnologia para el aire limpio), sirve como un
recurso en todas las areas emergentes y existentes de prevention de contamination de aire y tecnologias
del control, y proporciona el acceso publico a datos e information sobre su uso, efectividad y costo.
Ademas, el CATC proporcionara soporte tecnico, incluyendo el acceso a la base de conocimiento de la
U.S. EPA, las agendas gubernamentales u otros, de acuerdo a como los recursos lo permitan, relacionados
a la viabilidad tecnica y economica, funcionamiento y mantenimiento de estas tecnologias.
Acceso Publico y Transferencia de Informacion
INTERNET/ Worlld Wide Web Home Page (Sitio Web)
http://www.epa.gov/ttn/catc (ingles)
Contactos e Informacion
CATC linea de informacion: (919) 541-0800 (solo ingles)
Fax: (919) 541-0242 (espanol/ingles)
E-Mail (correo electronico): catcmail@epamail.epa.gov (ingles/espanol)
Recursos de datos
RACT/BACT/LAER Clearinghouse (RBLC, centro de distribution de datos)
Responde a preguntas especificas y transmite datos que usted selecciona:
a. Aplicaciones Especificas de Tecnologia de una Fuente
b. Requisitos Reguladores de Contamination aerea
Productos de CATC
Transmite informes tecnicos e informacion sobre costo de control de contamination y Programas
de Computadora
Programas Relacionados y Centros
Centro de Informacion sobre Contaminacion de Aire (CICA)
para la Frontera entre EE. UU. y Mexico
Telefono: (919) 541-1800 (espanol)
Fax: (919) 541-0242 (espanol/ingles)
Home Page (Sitio Web)(espanol/ingles): http://www.epa.gov/ttn/catc/cica/
E-Mail (correo electronico): catcmail@epamail.epa.gov (espanol/ingles)
Small Business Assistance Program (SBAP)
(Programa de Ayuda Comercial para los negocios pequenos)
International Technology Transfer Center for Global Greenhouse Gases
(Centro de Traslado de Tecnologia International para Gases del Invernadero Global)
-in-
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RECONOCIMIENTOS
Este boletin tecnico fue hecho posible a traves de los esfuerzos diligentes y persistentes
de Lyndon Cox, Empleado Medioambiental con Antigiiedad de el Clean Air Technology Center
(CATC, centro de tecnologia del aire limpio). Lyndon hizo un trabajo excepcional identificando
las fuentes de informacion, recogiendo los datos relativos y desarrollando este boletin. Jaime
Mendieta, Empleado Medioambiental con Antiguedad de CATC y el Centro de Informacion de
Contamination de Aire (CICA) para la Frontera entre EE.UU.- Mexico, tambien hizo un trabajo
excelente al traducir este boletin al espanol. La labor dura y constante de Jaime para lograr esta
tarea fueron meritorias. CATC tambien agradece a Paul Almodovar de la Coatings and
Consumer Products Group, Emissions Standards Division, Office of Air Quality Planning and
Standards, Office of Air and Radiation, U.S. EPA, al proporcionar una revision editorial de la
version en espanol de este boletin tecnico, CATC tambien aprecia los comentarios utiles y
oportunos y cooperation de los siguientes companeros criticos:
Randy McDonald, Organic Chemicals Group, Emissions Standards Division, Office of Air
Quality Planning and Standards, Office of Air and Radiation, U.S. EPA
Dr. Cynthia L. Gags, Atmospheric Protection Branch, National Risk Management Research
Laboratory, Office of Research and Development, U.S. EPA
Ademas, CATC agradece a las personas, companias e instituciones que proporcionaron la
informacion sobre la tecnologia de condensadores refrigerados usada para preparar este Boletin
Tecnico. Estos contribuyentes son nombrados en la section de Referencias de este Boletin.
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TABLA DE CONTENIDO
TEMA Pagina
ADVERTENCIA SOBRE LA REVISION DE LA U.S. EPA ii
PROLOGO iii
RECONOCIMIENTOS iv
TABLA DEL CONTENIDO v
FIGURAS vi
(,QI E ES UN CONDENSADOR REFRIGERADO? 1
^POR QUE ES LA CONDENSACION REFRIGERADA IMPORTANTE? 1
^,DONDE USTED PUEDE USAR UN CONDENSADOR REFRIGERADO? 2
(,QI L ES I.A REFRIGERACION? 3
6COMO LA REFRIGERACION HA CAMBIADO CON EL TIEMPO? 3
^QUE HACE FUNCIONAR EL CONDENSADOR REFRIGERADO? 5
Sistemas de Refrigeracion por Compresion Mecanica 5
Sistemas de Ciclo Inverso Brayton 7
Enfriamiento Criogenico 9
(,Ql L NIVEL DE CONTROL SE PUEDE LOGRAR? 10
^QUE FACTORES AFECTAN LA OPERACION DE
CONDENSADORES REFRIGERADOS? 11
Temperatura Versus Razon de Corriente 12
Compatibilidad de Material 14
Contaminantes 14
Funcionamiento Seguro 15
^QUE PRECAUCIONES DE SEGURIDAD DEBEN OBSERVARSE? 15
Sistemas de Refrigeracion por Compresion Mecanica 16
Sistemas de Ciclo Inverso Brayton 16
Enfriamiento Criogenico 17
-v-
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TABLA DE CONTENIDO (continuacion)
TEMA Pagina
(,ci:amo cuestan ESTOS SISTEMAS? 19
(,Ql H NOS TRAE EL FUTURO? 20
CONCLUSIONES 20
REFERENCIAS (Ingles Solamente) 22
FIGURAS
Figura 1: Sistema de Refrigeration por Compresion Mecanica 6
Figura 2: Condensador por Contacto 7
Figura 3: Sistema de Refrigeration de Ciclo Inverso Brayton 8
Figura 4: Enfriamiento Criogenico 10
Figura 5: Corriente a Traves de Permutador Termico Pre-enfriado 13
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Condensadores Refrigerados para
Control de Emisiones Organicas de Aire
Este Boletin Tecnico describe condensadores y refrigeration y que juntos forman una tecnologia
de control para emisiones organicas. Estas emisiones pueden resultar de la evaporation de:
Volatile Organic Compounds (VOC, compuestos organicos volatiles) los cuales contribuyen a la
formation de ozono en el troposfera; los Hazardous Air Pollutants {HAP, contaminantes
peligrosos del aire) que pueden tener un impacto directo en nuestra salud y seguridad; o
compuestos volatiles que reducen el ozono estratosferico. Los terminos como VOC y HAP son
usados en las definiciones reguladoras para indicar los compuestos quimicos especificos y las
emisiones relacionadas que estan sujetas a una regla. Las razones para regular los grupos
especificos de compuestos organicos pueden ser muy diferentes. Sin embargo, pueden usarse los
condensadores refrigerados para controlar los vapores de la mayoria de las emisiones organicas
que pueden ser incluidas en cualquiera de estas definiciones reguladoras.
Los tipos de refrigeration discutidos son:la refrigeration de absorcion; la refrigeration de
compresion mecanica (usando el dioxido de azufre (S02), los cloro-floro-carbones (CFC) y
hidro-floro-carbones (HFC)); El Sistema de Refrigeration de Ciclo Inversa Brayton; y El
Enfriamiento Criogenico (nitrogeno liquido enfriado). Este Boletin Tecnico tambien discute
como un condensador opera, las ventajas y las limitaciones para cada tipo de sistema de
refrigeration, las precauciones de seguridad que deben tomarse, y el costo para cada tipo de
sistema de refrigeration.
iQUE ES UN CONDENSADOR REFRIGERADO?
Un condensador refrigerado es un dispositivo de control que se usa para enfriar una corriente de
emision que contiene vapores organicos en el, y cambiar los vapores a un estado liquido. Un
condensador refrigerado condensa los vapores organicos justamente cuando la humedad es
condensada o convertida en agua en un sistema de aire acondicionado. Sin embargo, mientras el
agua condensada de un sistema de aire acondicionado es desechada por medio de un desagiie, los
vapores organicos condensados pueden recuperarse, refinarse, y podrian ser re usados,
previniendo su descarga al aire del medio ambiente.
^POR QUE ES LA CONDENSACION REFRIGERADA IMPORTANTE?
Los oxidos de nitrogeno (NOx, la "x" se usa porque hay cinco oxidos) y VOC reaccionan entre si
en la luz ultravioleta (UV) del sol para producir el ozono troposferico. El ozono en la troposfera
(section de la atmosfera por debajo de la estratosfera) es el componente principal del smog
(mezcla de humo y neblina) y es danino a la salud publica. Los condensadores refrigerados
pueden reducir las emisiones de VOCs, las cuales reducen el ozono, potential generador de
NOx. La tecnicas reducciones de NOx son discutidas en un el Boletin Tecnico separado del
CATC.
Muchos compuestos organicos han sido designados como reactivos depreciables con respecto a
1
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la formation de ozono y estan exentos de las regulaciones de VOC, a pesar de que algunos VOC
pueden ser HAP, algunos compuestos exentos de las regulaciones de VOC, tambien pueden ser
HAP y necesitan ser controlados. Ademas, los quimicos que reducen el ozono estratosferico no
son considerados VOC o HAP, pero aun necesitan ser controlados. El ozono estratosferico nos
protege de los rayos daninos en la luz solar.
^DONDE USTED PUEDE USAR UN CONDENSADOR REFRIGERADO?
Un condensador refrigerado trabaja mejor en corrientes de emision que contienen
concentraciones altas de emisiones organicas volatiles. Estos son menos eficaces en corrientes
diluidas (es decir, donde hay mucho mas corriente de aire que de vapor organico). Por ejemplo,
una cabina de rociar pintura requiere una cantidad sustancial de corriente de aire a traves de ella
para proteger la salud del obrero y su seguridad. Como resultado, la mayoria del calor quitado
por un condensador refrigerado vendria del aire. El vapor organico contenido en la corriente de
emision de una cabina de pintura podria ser recuperado usando un condensador refrigerado,
pero seria muy costosa la tonelada de compuesto organico recuperada. Ademas, al re-usar el
compuesto organico, probablemente la condensation de humedad necesitaria ser removida.
Un condensador refrigerado podria ser una option de control viable para cualquier fuente de las
emisiones organicas evaporables si:
hay una corriente de aire minimo transportando las emisiones organicas (es decir, la
corriente de aire esta saturada con el compuesto organico)
el sistema de contention de vapor organico limita la corriente de aire
la corriente de aire requerido no recarga excesivamente un sistema de refrigeration
con calor
solo un compuesto organico es emitido (o el sistema esta disenado para el compuesto que
es el mas dificil de controlar)
Los condensadores refrigerados son usados en las siguientes aplicaciones:
La Industria de Lavado en Seco - acostumbraba a re-procesar el liquido de lavado en seco
(per-cloro-etileno o solventes a base de petroleo) virtualmente sin ninguna corriente de
aire. Los vapores son generalmente condensados sin que el aire sea usado para
transportarlos a ellos.
Desengrasantes usando VOC o Solventes Halogenados - algun aire esta mezclado con
vapores porque el solvente esta descubierto (es decir, expuesto a la atmosfera). La
preparation (desengrasar/limpiar) de las partes antes de el revestimiento con polvo es un
ejemplo de esto.
Transferir Liquido Organico Volatil (LOV) y Productos de Petroleo (i.e., las plantas de
volumen, estaciones terminates a granel, y las operaciones de traslado similares).
Vapores de los Recipientes de Almacenamiento / Tanques
2
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iQUE ES LA REFRIGERACION?
Todas las unidades de refrigeration son basicamente "bombas de calor," absorbiendo calor en el
"lado frio"del sistema y descargando el calor en el, "lado caliente" del sistema. Todos los
sistemas de refrigeration tienen un lado caliente y un lado frio. Algunos tienen un compresor.
La diferencia entre los sistemas de refrigeration es si el refrigerante realmente esta en estado
liquido dentro del aparato y que tan baja temperatura puede alcanzar el "lado frio."
^COMO LA REFRIGERACION HA CAMBIADO CON EL TIEMPO?
El sistema de refrigeration mas primitivo era cortar el hielo en el invierno y guardarlo en
aislamiento de aserrin para enfriar articulos en el verano. Ha habido una evolution con el
tiempo en la refrigeration, y cada tipo tiene capacidades y limitaciones diferentes. Algunos
bombean el calor directamente del material a ser enfriado. Otros tipos usan un material
intermedio, como salmuera o nitrogeno en forma liquida, para mover la bomba de calor a un
localization mas remota. Esto requiere hacer entregas de el material intermedio enfriado por
uno de los dos, tuberia o camion. Si la entrega es por camion, esto hace el condensador en cierto
modo como la nevera de nuestros bisabuelos, una caja de hielo, o un cajon enfriador de comidas
campestres - excepto que es a menudo mas frio.
Se invento la refrigeration de absorcion hacia el ano 1850. En este sistema de refrigeration, el
amoniaco era hervido del amoniaco acuoso, licuado por enfriamiento bajo presion alta, y luego
se le permite hervir para generar una temperatura baja antes de ser de nuevo absorbido por el
agua. El lado frio frecuentemente fue usado para enfriar la salmuera. La salmuera se uso
entonces como una intermediaria para intercambiar el calor entre el material siendo enfriado y el
refrigerante. A causa de que el amoniaco estaba bajo presion alta, y porque el amoniaco causa
inflamacion de los pulmones y pulmonia a 25 partes por millon en el aire, se usaron otros
refrigerantes cuando ellos llegaron a estar disponibles. Aun existen vendedores de unidades de
refrigeration de absorcion, solamente, estos tipos de unidades de refrigeration se venden
principalmente para el uso como aires acondicionados o refrigeration en las casas rurales o
cabanas que no tienen electricidad. Porque los sistemas de refrigeration de absorcion raramente
son, si alguna vez, usados para control de vapores organicos, no seran discutidos mas alia en este
Boletin.
La refrigeration de compresion mecanica uso el dioxido de azufre inicialmente como un
refrigerante. El dioxido de azufre es otro quimico nocivo. Sin embargo, puede ser comprimido
mecanicamente, condensado bajo presion alta (al lado caliente), y entonces hervido en un vacio
partial para producir una temperatura baja (al lado frio). El dioxido de azufre fue reemplazado
por cloro-fluoro-carbonos (CFC tales como el Freon que no es toxico e inerte en la atmosfera
mas baja) en mas unidades de refrigeration en los anos 1930 y 1940. Porque el dioxido de
azufre raramente es, si alguna vez, fue usado para el control de vapores organicos, igualmente,
no se discutira de nuevo en este Boletin Tecnico.
La compresion mecanica de CFC llego a ser casi el sistema de refrigeration universal de los anos
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1940 a los 1980. Estas unidades tenian un compresor mecanico que dirigia la energia al lado
caliente donde el refrigerante era enfriado y licuado bajo presion, antes de ser descargado por
una valvula de admision al lado frio donde el refrigerante era hervido a temperaturas bajas.
Las turbinas de Ciclo Inverso Brayton, tambien llamadas maquinas de ciclo-aire, han sido usadas
como sistemas de refrigeracion desde los anos 1940, y ellas usan un refrigerante benigno al
medio ambiente. El ciclo es diferente porque el refrigerante (aire) no se vuelve un liquido. Las
turbinas de Ciclo Inverso Brayton, siempre perdieron las batallas economicas con el CFC, en la
cual la refrigeracion de compresion mecanica basada en la eficacia contra una temperatura
controlada. La eficacia era exacta cuando las temperaturas de los lados calientes y frios eran la
misma, pero el Ciclo Inverso Brayton no podia asegurar lo que las temperatura del lado frio
serian. La maquina de Ciclo Inversa Brayton llego a ser una ganadora en los 1990 cuando CFC,
dejo de ser fabricado domesticamente, un cambio de temperatura grande llego a ser deseable, y
el uso de un refrigerante no contaminante llego a ser necesario.
La refrigeracion criogenica tambien llego a ser una option despues de los anosl960. La
refrigeracion criogenica no usa ninguna maquinaria, por lo menos ninguna de las plantas donde
el nitrogeno liquido se usa para enfriar. La maquinaria esta en una planta de separation de aire
central, y el nitrogeno liquido se entrega en la forma de liquido frio. Este liquido frio es un
fragmento licuado de aire (nitrogeno el cual es 79-80% de aire) que hierve a -195.8 C(-352.44
F). Cuando el nitrogeno liquido se usa, el proceso es llamado enfriamiento Criogenico. La
descarga de nitrogeno a la atmosfera no es considerada contamination.
En los anos 1980 llego a ser evidente que el ozono en la estratosfera estaba siendo destruido por
la descomposicion de CFC. Su misma "inercia" causa que los CFC, no se de-compusieran
molecularmente hasta que ellos recibieran intensa radiacion ultravioleta despues de difundirse en
la estratosfera. El ozono estratosferico nos protege de los efectos adversos de ionizar la
radiacion (UV, radiografias, y los rayos gamma). Esta radiacion ionizada penetra la troposfera
(el aire que nosotros respiramos) cuando el ozono estratosferico es insuficiente. La ionization
de la radiacion causa efectos de salud adversos. Como resultado, la fabrication de CFC se ha
descontinuado en el mundo desarrollado, y el uso de CFC ha sido descontinuado mundialmente.
Los Hidrofluorocarbonos (HFC) fueron desarrollados para reemplazar CFC como refrigerantes
en los anos 1990. Los CFC han sido reemplazados, en parte, por HFC reactivos los cuales son
menos estable y algunos incluso son inflamables. Los HFC no persisten el tiempo suficiente en
la atmosfera para propagarse en ella. Sin embargo, algunos CFC reciclados todavia estaban
usandose en el ano 2000 porque la maquinaria de refrigeracion requiere cambios costosos para
poder usar HFC. La refrigeracion mecanica con HFC opera en el mismo ciclo que los sistemas
de CFC lo hacen, pero debe usar diferente partes elastomeras como (mangueras, empaques, etc.).
El uso de HFC con las mismas partes elasticas como las usadas con CFC causarian ya sea la
degradation, o hacerlas quebradizas, o disolucion del elastomero resultando en un goteo
subsecuente.
Al buscar por un ciclo de refrigeracion que pudiera remplazar los CFC de refrigeracion de
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compresion mecanica como refrigerantes en los anos 1970 con refrigerantes ambientalmente
seguros. Se encontro que la compresion mecanica en la refrigeration con los HCF; las maquinas
de Ciclos Inversos Brayton y la Criogenia (nitrogeno liquido), eran, alternativas ambientales
factibles y deseables.
iQUE HACE FUNCIONAR EL CONDENSADOR REFRIGERADO?
Cada tipo de sistema de refrigeration enfria una superficie del permutador termico de calor en un
condensador, y el vapor organico se condensa en la superficie fria del permutador termico de
calor (i.e. tranferencia de calor). La condensation de vapor organico causa la perdida de
volumen. Esta perdida de volumen produce una concentration mas baja de vapor cerca de la
superficie del permutador termico (i.e., condensation). Esto produce una concentration
gradiente causante de el flujo de la corriente de la emision hacia la superficie de el permutador
termico. La condensation es ayudada por la turbulencia en la corriente de emision la cual
tambien trae bastante cerca la emision a la transferencia de calor y la condensation subsecuente
de los vapores organicos. Generalmente, solo un fragmento despreciable de un porcentaje
escapa esta action combinada cuando el condensador es lo suficientemente grande para
transferencia de calor y la temperatura del refrigerante es bastante baja. Una presion de vapor
finita esta siempre presente lo cual permite que un poco de vapor permanezca a todo momento
en el caudal de la descarga.
Sistemas de Refrigeracion por Compresion Mecanica
La refrigeracion por compresion mecanica tiene compresores que son manej ados por motores
electricos. Ellos usan la circulation de un refrigerante para enfriar el vapor organico a traves de
una superficie de trasferencia de calor. Sin embargo, algunas unidades todavia usan la salmuera
(discutido abajo) para transferir calor de la corriente de emision al refrigerante. Pueden usarse
ventiladores en el lado caliente para ayudar en la transferencia de calor. La bombas de salmuera
y los ventiladores tambien son energizados normalmente por motores electricos.
La refrigeracion por compresion mecanica usa un compresor para forzar una presion baja en los
"serpentines de enfriamiento" para reducir el punto de ebullition del refrigerante y entonces
subir la presion de salida del compresor para condensar (licuar) el refrigerante sobre la
temperatura del cuarto. Como es ilustrado en la Figura 1, el refrigerante en un sistema de
refrigeracion por compresion mecanica pasa por un "permutador termico de calor lateral"
caliente (llamado un condensador de refrigerante) para enfriar y condensar el refrigerante antes
de ser pasado por un ciclo a traves de una valvula de admision y el ser expuesto a la presion baja
en los "serpentines de enfriamiento.El "lado frio" tiene "serpentines de enfriamiento" que pueden
ser ambas cosas, un evaporador del refrigerante o un condensador de vapor organico. Los
"serpentines de enfriamiento" pueden ser un serpentin de tuberia de cobre, un condensador de
superficie, o un condensador de envoltura-y-tubo.
La valvula que permite la entrada de refrigerante en el "lado frio" es termostaticamente
controlada para mantener la corriente de refrigerante para manteniendo la temperatura tan
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vapor
ealiente ^ condensador del
refrigerante
liquido
compresor
vapor frio
aire + VOC
evaporator del
aire afuera refrigerante /
condensador de VOC
valvula
VOC
VOC
Figura 1: Sistema de Refrigeration por Compresion Mecanica
constante como sea posible y tan cercana a la optima como sea posible para la condensation
deseada de vapor organico. El refrigerante apropiado, CFC o HFC es seleccionado para
satisfacer las necesidades de condensado.
Todos los vapores organicos se condensan y coleccionan en el "lado frio" de la superficie del
permutador termico y entonces drenados ya sea para el re-proceso inmediato, la posterior
separation, la purification, la disposition, o venta.
Pre-enfriamiento de emision es algunas veces usado para quitar la humedad. Pre-enfriamiento
puede usar un refrigerante diferente, el refrigerante saliendo de los serpentines de enfriamiento, o
fria de descarga del condensador. Para pre-enfriamiento, la valvula de expansion termostatica es
puesta a una temperatura mucho mas alta (~1 0°C o ~34°F) las cuales no seran eficaces para el
mismo tipo de refrigerante que se usa para la condensation de un vapor organico.
Algunos tipos de CFC y HFC tienen puntos de ebullition mas bajos que otros. Aquellos con los
puntos de ebullition mas bajos son capaces del condensar el vapor organico de -30°F to -100°F.
El CFC o HFC deben tener un punto de ebullition mas bajo que el punto de rocio del vapor
organico. La temperatura a la cual algunos vapores organicos se condensan puede ser tan baja
como -100°F.
Cuando la salmuera de agua sal es usada, el condensador es conocido como un enfriador de
salmuera. Los enfriadores de salmuera son de dos tipos: condensadores de contacto, en que la
salmuera se rocia directamente en la corriente de gas; y condensadores de superficie, en que la
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salmuera esta separada de la corriente de gas por una superficie de intercambio de calor metalica.
Los condensadores de contacto, como estan ilustrados en la Figura 2, no son usados para la
condensation de vapor organica porque el vapor organico se contaminaria por la sal en la
salmuera.
I Descarga de
corriente de aire
Salmuera fria
aire + vapor
entrada
Bandeja de la
distribution
liquido afuera
Figura 2: Condensador por Contacto
Se usan los condensadores de superficie para recuperar los vapores organicos. En estos
condensadores, el refrigerante esta separado de los vapores organicos y de la atmosfera por una
superficie de metal de un inter cambiador de calor. Estas superficies del inter cambiador se
necesitan para mantener la pureza del refrigerante y el compuesto organico, y para mantener las
diferencias de presion entre el refrigerante y corriente de emision. En los enfriadores de
salmuera, hay una superficie de intercambio de calor para transferir el calor del vapor organico a
la salmuera, mientras una segunda superficie de intercambio de calor transfiere este calor de la
salmuera al refrigerante, y una tercera superficie de intercambio de calor se usa para rechazar el
calor del refrigerante a la atmosfera.
Sistemas de Ciclo Inverso Bravton
Las maquinas Ciclo Inverso Brayton deben ser energizadas externamente por un motor electrico,
una turbina de gas, o una maquina de combustion interna (piston). Es mas facil de alcanzar la
velocidad rotatoria de la turbina con un motor electrico o una turbina de gas que con una
maquina de piston.
Las Turbinas de Ciclo Inverso Brayton operan inversamente del ciclo de operation normal para
7
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las turbinas de gas. En lugar de convertir el calor a caballo de fuerza del eje, el sistema de Ciclo
Inverso Brayton usa caballos de fuerza del eje para remover el calor y desecharlo en la
atmosfera. Como se muestra en la Figura 3, esto se hace primero, comprimiendo el aire
refrigerante, entonces desechando el calor de compresion a una temperatura elevada, y
finalmente expandiendo el aire refrigerante a traves de una turbina para lograr el trabajo util de
el. Como resultado de la falta de entrada de calor, la temperatura sube por compresion, seguida
por la dispersion de calor, y el trabajo que el flujo de aire refrigerante hace sobre la turbina de
expansion, el escape de la turbina de expansion es muy frio, alcanzando aproximadamente -73°C
(-100°F). La turbina de expansion ayuda a la fuente de energia externa que hace girar la turbina
del compresor.
aire
aire de
retorno
separador
de VOC o
condensador
aire + VOC
aire frio
'drenage de VOC
poder rotatorio
de entrada
aire
caliente
calor t
Figura 3: Sistema de Refrigeration de Ciclo Inverso Brayton
El aire refrigerante nunca se licua en este ciclo. Los vapores organicos pueden pasar por el Ciclo
Inverso Brayton junto con el aire refrigerante y ninguna superficie del permutador termico de
calor entonces seria requerido. Las maquinas de Ciclo Inverso Brayton enfrian el aire
refrigerante (y vapores organicos si ellos estan contenidos en el aire refrigerante) a una
temperatura muy baja en lo que parece ser un solo paso, aun cuando realmente pueden ser varios
los pasos en la turbina de expansion. Todo los vapores se condensan esencialmente juntos. Si el
aire refrigerante frio se usa para enfriar un permutador termico de calor (condensador de
superficie) como en la Figura 3, el vapor organico puede ser condensado sin pasar por el ciclo.
Cuando el vapor organico es expuesto solamente a una superficie del inter cambiador de calor,
este puede ser como cualquier otro condensador refrigerado.
El aire refrigerante en un Ciclo Inverso Brayton no contamina el compuesto organico, pero
pueden mezclarse varios compuestos organicos en estado de vapor y por consiguiente pueden ser
condensados juntos y mezclados en un liquido condensado o en una pasta aguada.
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Las maquinas de Ciclo Inverso Brayton no tienen una peculiaridad de pre-enfriamiento para
separar la humedad. Hasta el punto que la humedad esta presente en el vapor, ella estara
presente en el Hquido organico condensado. Algunos compuestos organicos pueden ser
separados desnatando, otros requieren la destilacion fraccionada para la purification.
Despues de completar el Ciclo Inverso Brayton, el aire refrigerante puede re-procesarse o puede
descargarse a la atmosfera. Porque algunos compuestos organicos estan actualmente congelados
ellos deben separarse como particulas solidas. A1 punto que el aire refrigerante recupera algo de
su calor antes de ser de nuevo comprimido, o para algunos componentes con bajo punto de
fundicion, estos compuestos organicos tambien pueden recuperarse como un Hquido. Canales
con filtros multiples pueden permitir que un compuesto sea calentado para recuperarlo, mientras
el otro es enfriado al limpiar el flujo de aire de refrigerante frio. Mientras las particulas
organicas congeladas deben ser capturadas por un filtro, las gotas organicas pueden ser
capturadas por el impacto inercial o en un separador de ciclon. En ambos casos el limite de
particula / tamano de la particula dependen del diseno.
Enfriamiento Criogenico
Los enfriadores criogenicos no usan ninguna energia en la planta donde se usan para enfriar,
pero la planta de la separacion de aire que normalmente genera el nitrogeno Hquido es
energizada electricamente. El camion usado para entregar el nitrogeno Hquido a la planta del
usuario tambien usara combustible. La distribution del nitrogeno Hquido en una planta se
auto-impulsa por la presion del nitrogeno gaseoso que es resultado del escape de calor que hace
hervir el nitrogeno Hquido.
Enfriamiento criogenico empieza en una planta de separacion de aire. El aire es comprimido,
enfriado y entonces expandido a la presion atmosferica. Esta expansion enfria algun fragmento
del aire comprimido para hacerlo Hquido. El aire que ha llegado a ser Hquido entonces se le
permite hervir para emitir el Argon, Nitrogeno, Oxigeno, etc. a sus respectivas temperaturas del
punto de ebullition. Cada gas es entonces re-colectado y condensado de nuevo por compresion
y expansion tal como el aire lo era originalmente. Esto produce nitrogeno Hquido relativamente
puro que es usado por el enfriador criogenico. Un sistema de enfriamiento criogenico se muestra
en la Figura 4.
En un sentido muy real, el sistema de refrigeracion esta en la planta de separacion de aire que
puede estar en una planta totalmente diferente a la que condensa el vapor organico. Se entrega el
nitrogeno Hquido a la planta condensadora como un Hquido muy frio guardado en un frasco de
Dewar (un botella grande de acero inoxidable, doble-pared al vacio, similar a una botella
Termo). El nitrogeno Hquido tiene mucho en comun con la fabrication comercial de hielo. Los
dos ocurren en una planta central con un sistema de refrigeracion que es demasiado grande para
ser portatil y es demasiado costosa para los usuarios mas pequenos.
9
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nitrogeno
gaseoso
~
nitrogeno
liquido
aire
condensador
valvula termostatica
Figure 4: Enfriamiento Criogenico
El enfriamiento criogenico simplemente hierve fuera de el sitio el nitrogeno liquido. La
corriente de nitrogeno liquido esta en respuesta a una valvula termostatica que controla su flujo.
El nitrogeno liquido fluye y hierve para enfriar una envoltura y tubo u otro tipo de condensador
de superficie. Una valvula de descarga de presion para el nitrogeno puede ser necesaria en
varios puntos para permitirle al nitrogeno gaseoso escapar, a una presion segura, en caso de que
el paso de salida principal llegue a ser bloqueado. El vapor organico se condensara como una
pelicula en la parte interior de los tubos en un condensador de envoltura-y-tubo tipico.
Los sistemas de condensation criogenicamente enfriados tienen a menudo un pre-refrigerador
antes del condensador. Ellos pueden ser enfriados por un sistema de refrigeracion separado, una
corriente de nitrogeno gaseoso frio saliendo del condensador, o el aire descargado de el
condensador principal. Al establecer etapas de las temperaturas del condensador, mas vapor de
agua puede colectarse separadamente.
iQUE NIVEL DE CONTROL SE PUEDE LOGRAR?
La Destruction/Removal Efficiency (DRE; tambien conocido como, destruicion, o eficacia de
control) es una medida de la efectividad de un dispositivo de control. La DRE refleja el
porcentaje de compuesto organico recuperado por un condensador refrigerado. Cuando las
emisiones de vapores organicos se controlan por refrigeracion con compresion mecanica con el
condensador enfriado por medio de un permutador termico de calor con salmuera, un DRE en la
escala de 50 a 90% puede esperarse. Esta amplia escala ocurre porque la salmuera no puede
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circularse por debajo de -14°C (0° F). CFC o HFC en sistemas de refrigeration de compresion
mecanicos que enfrian un condensador directamente pueden lograr una temperatura de -53°C
(-65°F) los cuales pueden dar un DRE de 90% al condensador o bien para compuestos organicos
que condensan sobre esta temperatura. Los sistemas especiales refrigeration CFC pueden lograr
-73°C (-100°F), pero no son muy eficaces a esta temperatura. El Ciclo Inverso Brayton puede
aumentar el DRE de un condensador a 98% teniendo una temperatura lateral fria de -73°C
(-100°F). La refrigeration criogenica puede levantar el limite superior del DRE de un
condensador a 99+% teniendo una temperatura del lado frio tan baja como -195°C (-352°F). El
DRE de condensadores refrigerados puede ser o mas alto o mas bajo que muchas otras
tecnologias del control en competencia (ej., Adsorbedores, incineradores, etc.), dependiendo de
la temperatura mas baja en el condensador, y por consiguiente la presion de vapor mas baja
lograda por el compuesto organico.
iQUE FACTORES AFECTAN LA OPERACION
DE CONDENSADORES REFRIGERADOS?
Cualquier refrigerante puede ser usado para enfriar la superficie de un Permutador termico de
calor. Los unicos requisitos son; que la temperatura sea bastante baja y que la capacidad de
enfriamiento sea suficiente. Cuando los compuestos organicos se recuperan junto con la
humedad y otro contaminantes, un compuesto organico impuro puede exigir demasiado esfuerzo
para purificar y podria ser destruido por combustion. Sin embargo, la recuperation y el
re-proceso del compuesto organico es el resultado preferido.
Cada compuesto organico llega a ser liquido por debajo de su punto de rocio, y se vuelve una
escarcha "solida" por debajo de su punto de congelation. Esta "escarcha" debe quitarse
periodicamente de un condensador para permitir el flujo libre de la corriente de emision que
contiene vapor, sobre todo en los condensadores criogenicos porque ellos estan tan frios, para
permitir un flujo libre de de emisiones conteniendo vapor organico y para permitir que
transferencia de calor ocurra como disenada. La "escarcha" puede ser removida por un flujo
repentino del condensador con el compuesto organico condensado en su fase liquida. Sin
embargo, los compuestos organicos liquidos estan siempre mezclados con la escarcha y la pasta
aguada, a medida que los vapores organicos fueron mezclados.
Los condensadores criogenicos pueden ser los mas frios y por consiguiente pueden ser capaces
de un DRE mas alto. Las fluctuaciones en la carga de calor causada por las fluctuaciones en el
flujo de la corriente de emision y la concentration de vapor organica son compensadas por una
valvula controlada termostaticamente que modula el flujo de nitrogeno. Sin embargo, si el
enfriamiento criogenico opera bien a una temperatura mas arriba del punto de ebullition del
nitrogeno liquido, habra sitios dentro del condensador que estaran algo mas calientes que el
ajuste del termostato, porque el nitrogeno gaseoso tiene un calor especifico bajo y se esta
calentando a medida que pasa a traves de la envoltura del condensador.
El DRE esta limitado por la cantidad de vapor organico que escapa con la descarga del
condensador. La cantidad de vapor organico que escapa es determinada por ambas; la presion de
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vapor del Hquido condensado (es decir, la presion parcial de los vapores organicos en la
corriente de emision) y la cantidad de aire presente en la corriente de emision. Nosotros no
siempre podemos eliminar el aire de la corriente de emision, pero podemos reducir ambos; la
cantidad de aire en la corriente de emision y la presion del vapor de compuestos organicos. Por
lo cual, la tecnologia de la condensacion necesita:
1. Aumentar al maximo la portion del vapor organico que es afectado por la superficie fria en el
condensador (i.e., hacer el tiempo de residencia lo suficientemente largo y el flujo lo
suficientemente turbulento).
2. Reduzca la presion parcial del vapor organico despues de que entra en contacto con el
permutador termico de calor (i.e., hacer el condensador lo suficientemente frio y la capacidad de
refrigeracion suficientemente grande).
3. Reduzca la temperatura de los compuestos organicos por debajo del punto de congelation, si
es posible, porque la presion de vapor llega a ser un minimo cuando los compuestos organicos
estan congelados. (Esto debera hacerse aun cuando los compuestos organicos congelados deban
ser removidos periodicamente.)
4. Reduzca la cantidad de aire en de emision que contiene los vapores organicos. La carga de
calor es mayor cuando usted debe enfriar mucho aire. Reduciendo la cantidad de aire mezclada
con los vapores organicos reduciran la carga de calor y aumentaran el enfriamiento util (i.e., el
enfriamiento disponible para la condensacion). Reduciendo la carga de calor reducira el costo
de refrigeracion. Aumentando la cantidad de enfriamiento eficaz mejorara el DRE.
Temperatura Versus Razon de Corriente
Paralelamente con el tamano del condensador, debe mantenerse la capacidad de enfriamiento
adecuada para el maximo volumen de emision a ser enfriada. Si el aire es mezclado con de
vapor organico, mucha de la capacidad de enfriamiento se usara para enfriar el aire que no se
condensa (excepto a las temperaturas de nitrogeno liquidas). Poniendo un adsorbedor antes de el
condensador puede separar las corrientes de aire y el vapor organico y permitir el volumen de la
corriente de emision a traves del condensador sea reducida. Esto diminuye la carga de calor y
aumenta el enfriamiento util lo cual aumenta el DRE.
Como es mostrado en la Figura 5, un permutador termico pre-enfriado puesto antes del
condensador principal en la corriente de emision puede enfriarla y puede remover la humedad
antes de que esta llegue al condensador principal. El hecho que el condensador principal tiene
que enfriar menos de emision y no tiene que condensar la humedad, hace que de emision fluya
menos a un factor menos dominante al determinar el tamano de el condensador principal. En
efecto, el pre-enfriamiento aisla el condensador principal de las fluctuaciones de humedad. Es
por eso que la mayoria del agua se condensa en el permutador termico pre-enfriado. El interes
principal es de que el permutador termico pre-enfriado tenga la suficiente eficiencia y capacidad
de flujo para manejar los flujos requeridos.
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corriente
de emision
aire de descarga
corriente de
emision enfriada
sin agua
aire frio
sin VOC
refrigerante
vapor del
refrigerante
al compresor
vavula
de control
temporal
VOC
permutador de calor
pre-enfriado
condensador principal
Figura 5: Corriente a Traves de Permutador Termico Pre-enfriado
Los condensadores refrigerados vienen en varias escalas de temperatura, areas de transferencia
de calor, y capacidades de traslado de calor, como es requerido por varios sistemas de
refrigeracion o enfriamiento. La temperatura lograda debera ser lo suficiente baja para que el
vapor organico sea condensado, y la refrigeracion y capacidad de traslado de calor deben ser
suficientes para ambos; la condensation de compuestos organicos volatiles y para enfriar la
corriente total de emision. A veces se pasa por alto que la refrigeracion o la capacidad de
enfriamiento deben ser capaces de manejar la carga de calor del aire presente en la corriente de
emision asi como tambien en la carga de calor de los vapores organicos en la corriente de
emision.
Algunas veces las proporciones de flujo son hechas artificialmente may ores de lo necesario tan
solo para diluir los vapores organicos. Esto puede ser hecho para cumplir con los requisitos de la
Occupational Safety and Health Administration (OSHA, seguridad ocupacional y administration
de salud) con respecto al Permissible Exposure Limit {PEL, limite de la exposition permisible;
i.e., la concentration que los obreros pueden respirar sin peligro) para un compuesto organico.
Donde tales flujos de aire tan grandes no son completamente necesarios, el vapor organico
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debera ser capturado antes de que se diluya en el aire. Esto puede hacerse por conductos que
traen el vapor organico directamente de los puntos de emision. Esto permitiria la condensation
de vapores organicos sin enfriar cantidades excesivas de aire. La consecuencia de eliminar una
gran portion de la carga de calor seria reducir el costo de energia consumido como tan bien el
costo de mas capacidad de refrigeration.
Compatibilidad de Material
La compatibilidad material a veces puede ser un problema. Los serpentines de enfriamiento son
a menudo hechos de aluminio o aleaciones de cobre. Todo lo que reaccione con cualquiera de
estos metales, le da una indication que usted no debera usar ese tipo de condensador. Algunos
condensadores son hechos de acero inoxidable que normalmente no presenta ningun problema de
material. Algunos condensadores son hecho de acero del carbono que pueden estar sujetos al
oxido y reaccionan con los compuestos organicos o caracter quebradizo por debajo de la
temperatura de la transicion quebradiza. Los enfriadores de salmuera normalmente requieren un
metal que no reaccione con la salmuera (el cloruro normalmente de sodio, cloruro de potasio,
cloruro del calcio, o una mezcla de estos en el agua). Si un enfriador de salmuera se usa, los
compuestos organicos deben ser compatibles con el monel o metales similares.
Las maquinas de Ciclo Inverso Brayton tienen paletas de turbina que son hechas de aleaciones
de alta resistencia. Parte del "ciclo de aire" debe experimentar temperaturas ligeramente altas en
el "lado caliente" del permutador termico. Estas aleaciones, el permutador termico de calor, las
temperaturas, y los compuestos organicos todos deben ser mutuamente compatibles. La
separacion o filtration de cristales y gotas de compuestos organicos deben ocurrir
adecuadamente si el aire del refrigerante sera re-procesado. Ambas, turbinas de compresion o
expansion llegan a corroerse cuando el vapor organico se condensa y las gotas o particulas del
solido chocan con las paletas del rotor.
El acero inoxidable es rutinariamente usado para la tuberia y envoltura del condensador en el
servicio criogenico. Los aceros de carbono no se adaptan a las temperaturas criogenicas porque
todos los aceros del carbono tienen una temperatura de falla quebradiza de temperatura mas
arriba del margen de temperatura del nitrogeno liquido. Porque la mayoria de los aceros
inoxidables evitan esta transicion quebradiza, y los compuestos organicos son compatibles con
casi todos los aceros inoxidables, no hay virtualmente ningun asunto de compatibilidad de
material con el enfriamiento criogenico usando un condensador de acero inoxidable.
Contaminantes
Cualquier compuesto organico individual no puede recuperarse con alta pureza de una mezcla de
vapores organicos al condensarlos, porque todos los compuestos organicos se condensan y se
recolectan juntos. Esta es una limitation de todos los condensadores. Subsecuente la
purification por otro proceso como la destilacion fraccionaria, desnatado, o la separacion de
membrana deben realizarse antes de re-procesar o vender los compuestos organicos recuperados.
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Si hay muchas particulas solidas o fibras en la corriente de emision que formaria el lodo cuando
es recuperado, junto con el vapor organico condensado, las particulas deberan ser filtradas antes
de que ellas lleguen al condensador. Cuando se han filtrado suficientes particulas, cualquiera de
las dos, la mezcla no formara un lodo en los "serpentines de enfriamiento" o el compuesto
organico condensado lavara las particulas (fuera de los tubos del condensador). La corriente de
emision esta bastante limpia para la condensacion cuando las particulas y fibras en la corriente
de emision no formaran un lodo en los serpentines de enfriamiento.
Funcionamiento Seguro
Los sistemas de refrigeration de compresion mecanica que usan CFC o HFC tienen una vida
bastante larga entre reparaciones generates. 6Cuanto tiempo?, depende en el tipo de compresor
usado. Los compresores de paleta rotatorios exceden a menudo diez-mil horas mean-time-
between-failure (MTBF, tiempo promedio entre fallas). Los compresores de piston, solo pueden
tener aproximadamente mil horas MTBF.
Las maquinas de Ciclo Inverso Brayton, son competitivas aproximadamente hasta 2,000 cubic
feet per minute (cfm, pies cubicos por minuto). Los cristales o gotas que no son capturados antes
de la entrada del compresor re-procesando el aire refrigerante, o son creadas antes de salida de la
turbina, corroeran las paletas de la turbina. Esto limitara la vida de servicio de las maquinas de
Ciclo Inverso Brayton entre reparaciones generates. A pesar de esto, el MTBF de Las maquinas
de Ciclo Inverso Brayton, de una turbina de Ciclo Inverso Brayton esta bien por encima de las
mil horas, y dependiendo en la cantidad de particulas en la corriente de emision, los MTBF
podrian extenderse de diez mil horas a cien mil horas.
El enfriador criogenico es principalmente aplicable a las corrientes de emision mas pequenas de
10,000 cfm, sin embargo el se ha aplicado a flujos mas grandes. Plantas que ya usan el nitrogeno
liquido para otros propositos encontraran que usandolo como un refrigerante es barato. Porque
el nitrogeno es inerte y constituye aproximadamente 80% de aire, liberando el nitrogeno a la
atmosfera no es considerado contamination. La preocupacion mayor es que el nitrogeno sea
devuelto a la atmosfera mezclado en una corriente con aire. Si el nitrogeno es devuelto sin
mesclar, podria ocurrir asfixia, sin ninguna alerta para la gente que pueda ser expuesta a ese
corriente. El funcionamiento seguro se extiende a un tiempo muy largo e indeterminado porque
los fracasos han sido tan raros. Sin embargo, obstruction de la ventilation ha ocurrido donde
fueron ignoradas las normas de seguridad.
iQUE PRECAUCIONES DE SEGURIDAD DEBEN OBSERVARSE?
Consulte con un higienista industrial y un funcionario de seguridad, y repase el Material Safety
Data Sheets (MSDS, el material de las hojas de datos de seguridad ) para el compuesto organico
y el refrigerante antes de seleccionar cualquiera de las tecnologias de condensacion refrigerada.
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Sistemas de Refrigeracion por Compresion Mecanica
El uso extendido de CFC en la refrigeracion fue basado principalmente en ser no-toxico o inerte.
Los CFCs y sus sustitutos, los HFCs, han llegado a ser la norma para la refrigeracion en las casas
por mas de sesenta anos. Como resultado, estas normas de seguridad han llegado a ser conocidas
por casi todo mundo. Las precauciones de seguridad son:
1. No respire el vapor, o la nube de aerosol si usted puede verla.
2. No permita que un CFC/HCf liquido entre en sus ojos, boca, nariz, o toque su piel.
3. No toque las superficies muy frias con su piel. No toque nada en la cual la escarcha se forma.
4. Asegurese que la ropa no sea atrapada por la maquinaria rotatoria.
El permitir en cualquier forma contacto de los refrigerantes liquidos con el cuerpo puede
conducir a la perdida de la piel por congelamiento. El tocar las superficies frias puede resultar
en una perdida inmediata de el tejido de piel. El dejar atrapar su ropa por una maquinaria en
rotation podria causarle muy pronto heridas o la muerte.
Si usted es rociado por un liquido con CFC o HFC, una persona expuesta tambien esta sujeta a
respirar el aerosol del aceite del compresor (aceite de silicona) el cual estaba disuelto en el
refrigerante escapado. Este aceite del compresor formara un aerosol de gotas diminutas en el
CFC o el HFC, o el aire. El respirar la nube de aerosol significa, poner el aceite del compresor
(un aceite del silicona que esta mezclado con el refrigerante), como un aerosol en sus pulmones.
Tambien, el respirar el CFC, o vapor de HFC pueden producir efectos que van desde la euforia, a
la inconsciencia, o aun la asfixia.
Este aerosol indica donde se localiza un escape, porque el CFC y el HFC son incoloros. Evite
respirar el aerosol y apague los motores de los compresores, porque sin refrigerante para llevar el
aceite a los compresores operaran sin aceite - conduciendo a un dano y posiblemente fuego.
Rapidamente evacue el area despues de apagar los compresores. Permanezca en una area bien
ventilada fuera del edificio hasta que el vapor del refrigerante se haya dispersado.
Sistemas de Ciclo Inverso Bravton
La seguridad con esta turbina de gas energizada externamente requiere a lo siguiente:
1. No respire el aire frio, toque el trabajo del conducto frio, o permitalo el toque aereo
frio su piel.
2. No toque el "permutador termico de calor lateral" caliente o trabajo del conducto.
3. Mantenga alejada la ropa de ser atrapada por maquinaria rotante.
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4. No permita las turbinas operar en seco (sin aceite).
Contacto con el aire frio o el conducto de metal que dirige el flujo pueda llevar quemadura por
frio y/o perdida de tejido. Contacto con el lado caliente del Permutador termico o el conducto de
metal pueda causar quemaduras o ampollas. Permitiendo que la ropa sea atrapada por
maquinaria rotatoria podrian causar una lesion inmediata o la muerte. Permitiendo que las
turbinas operar en seco (i.e., sin aceite) podria llevar ya sea a un dano de las turbinas o un fuego.
Enfriamiento Criogenico
El enfriamiento por nitrogeno liquido tiene unas normas de precaution algo mas detalladas. Esto
es solamente porque el enfriamiento criogenico es la tecnologia mas reciente, y las precauciones
de seguridad son desconocidas por muchas personas. Normalmente el nitrogeno es licuado en la
planta de un proveedor y entregada en un firasco de Dewar para almacenamiento en el sitio. Es
muy frio, y congelara las cosas instantaneamente. Sin embargo, si el nitrogeno liquido es usado
actualmente en una planta, los obreros deben encontrar estas reglas de seguridad faciles de
seguir:
1. En las condiciones de tiempo humedo, el tope del frasco de Dewar debe ser chequeado para
asegurarse que esta libre del hielo, y que las rutas de ventilacion no estan obstruidas. El hielo
pudria bloquear las valvulas de seguridad, las cuales operan a una presion dentro del frasco de
Dewar de 1 pounds per square inch (psi, Jaime needs to describe this) y 10 psi o el disco de la
ruptura el cual esta ajustado para actuar a 80 psi.
2. Rapidamente evacue todo el personal cuando un disco de ruptura actue. Esto se indica
claramente por el ruido y la escape de aerosol (actualmente esta es la humedad en el aire siendo
condensada) que parece estar viniendo del frasco Dewar. Cuando un disco de ruptura actua, el
ruido ahogara las ordenes verbales, por lo tanto. haga todos los arreglos para la evacuation antes
de que esta ocurra. Evacue para evitar inhalacion excesiva de nitrogeno. Usted no puede ver o
puede oler el nitrogeno. Los efectos de inhalacion de nitrogeno pueden ir de inofensivo, al
adormecimiento, dolor de cabeza, vertigo, la excitation, vomito, incomodidad respiratoria
moderada, o incluso a la muerte por asfixia. El nitrogeno no da ninguna serial de alarma.
Establezca una zona de seguridad alrededor de la ventilacion y mantenga todo el personal fuera
de ella. Permita entrar a las personas en la zona de seguridad solamente si ellos estan equipados
con una mascara suministrada ya sea con oxigeno respirable o aire respiratorio. Solamente
admita a las personas sin el aparato respiratorio despues de que el escape se ha detenido y el
ventilacion adecuada se ha reasumido.
3. Asegure la ventilacion adecuada fuera de la zona de seguridad. Aun cuando, el nitrogeno no
es toxico, el puede producir la muerte por asfixia si no es mezclado con bastante aire. El
nitrogeno liquido se extiende a 3700 veces su volumen liquido cuando se vuelve un gas y debe
diluirse por lo menos en diez veces el volumen de aire, para alcanzar una concentration y una
temperatura que causen los efectos de salud minimos. Un pie cubico de nitrogeno liquido exige
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el espacio de una casa grande para diluirse lo suficiente para que este pueda tener efectos de
salud menos severos. Aun asi los efectos de salud todavia serian notorios.
4. Un riesgo de fuego puede estar presente en el aire congelado en las tuberias en la presencia de
combustibles (tales como la pintura). El fuego puede ocurrir cuando el nitrogeno hierve primero
(este tiene un punto de ebullition mas bajo que el oxigeno), dejando atras el oxigeno congelado
el cual se evapora y reacciona con el material combustible. Esto requiere que el personal de
planta y los bomberos planifiquen de antemano, como ellos van a responder, cuando una ruptura
de disco pone en action el escape del frasco de Dewar.
5. Todos los intentos de salvar el inventario restante de nitrogeno liquido debera abandonarse,
porque hay posibilidad de asfixia, congelacion, quemadura por hielo, o perdida de tejido a
superficies que no estan normalmente frias. La razon para la actuation de disco de ruptura
probablemente es una bloqueo, ya que el flujo continuo habria relevado la presion. Este
obstaculo puede ser removido una ves descongelado.
6. Equipo adecuado de seguridad adecuado (caretas, gafas protectoras, delantales, y guantes,
etc.) debe llevarse por cada uno lo suficientemente cerca del alcance de salpicaduras o
derramamientos al manejar nitrogeno liquido (como al transferirlo entre recipientes). Cada
persona que esta suficientemente cerca del Dewar puede ser salpicada o experimentar helarse o
"quemaduras" frias de la piel, tejidos delicados, y ojos si el equipo de seguridad no es usado
adecuadamente. Las gotas de nitrogeno liquido pueden volar distancias inesperadamente largas
como si fueran disparadas por una arma, por lo cual la distancia de seguridad puede ser mucho
mas alia de lo esperado.
7. No permita que el oxigeno en el flujo de emision se congele en el condensador. El oxigeno y
los compuestos organicos congelados juntos podrian reaccionar violentamente al descongelarse.
La otra restriction unica en los compuestos organicos apropiados para la condensation
enfriadora criogenica es que el punto de congelacion del compuesto debe estar por debajo de
-30°C, para evitar el aumento excesivo de "escarcha" en el condensador. Esta "escarcha"
consiste en cualquier vapor de agua que paso por la etapa del pre-refrigerador, mas cualquier
compuesto organico con un punto de congelacion mas alto que la temperatura a ese punto en el
condensador. Si no es reunida (o removida) esta escarcha podria bloquear el traslado de calor y
podria bloquear el flujo de la corriente de emision que contiene vapores organicos. El diametro
de los tubos es importante al definir el plan de limpieza. Esta limpieza puede hacerse vaciando
los tubos con el compuesto organico liquido.
8. Cual qui era que recibe una quemadura por frio o se hiela debe buscar rapida mente la
asistencia medica apropiada. El Manejar gases a alta presion o materiales a las temperaturas
criogenicas requieren entrenamiento especial. Tambien tan importante, el manejo seguro el
requiere ambos; que el entrenamiento se mantenga al dia y que el entrenamiento sea usado.
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iCUANTO CUESTAN ESTOS SISTEMAS?
El U.S. EPA Air Pollution Control Cost Manual (Sixth Edition, EPA 452/B-02-001; el manual de
costo de control de aire) y las hojas COST-AIR (disponibles en la CICA sitio pagina Web
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iQUE NOS TRAE EL FUTURO?
6Que surgira proximamente? Hay gases distintos al nitrogeno, como el anhidrido carbonico que
podria ser mas economico de licuar, e incluso pudria usarse como un solido. Anhidrido
carbonico liquido o "hielo seco" podria ser una option que cuesta menos que el nitrogeno
liquido.
Un uso mas importante para los condensadores refrigerados hoy en dia, esta en los limpiadores
en seco para capturar los vapores fluidos del petroleo o el per-chloro-etileno. Un uso
normalmente menos conocido esta en el remediar o proteger suelos.
En situaciones como las plantas de imprimir u operaciones de pintura, grandes cantidades de aire
mezcladas con los vapores organicos han hecho el uso de los condensadores refrigerados
prohibitivamente costoso. El uso de adsorbentes para concentrar los vapores organicos puede
permitir que los condensadores refrigerados sean mas baratos donde la corriente de emision esta
diluida. El lado caliente de un condensador refrigerado podria usarse para bombear el calor en la
cama de un adsorber para ayudar a remover sustancias adsorbidas de el compuesto organico para
la recuperacion en el lado frio del condensador.
En otras situaciones, usando un condensador refrigerado en un corriente de emision que contiene
una mezcla de resultados de vapores organicos de una mezcla de liquidos organicos que requiere
un proceso posterior de separacion. Podrian usarse ad-sorbedores para separar cada compuesto
organico selectivamente en su propia corriente de recuperacion. El lado caliente de un
condensador refrigerado podria usarse para bombear el calor dentro de la cama de un adsorber
para ayudar a remover sustancias ad-sorbidas de el compuesto organico para la recuperacion en
el lado frio del condensador. Alternativamente, tales mezclas podrian ser reducidas en su
mayoria al usar condensadores separados a progresivamente mas bajas temperaturas para
compuestos organicos diferentes que se condensan mas ampliamente a temperaturas separadas
que las variaciones de temperatura en cualquier condensador unico. Esta separacion podria
proporcionar los compuestos organicos de pureza adecuada para re-proceso inmediato.
Los Compuestos Organicos Semi-volatiles (S VOC) son liquidos o solidos a la temperatura del
cuarto. El uso de condensadores refrigerados en S VOC ha probado ser dificil porque los "S VOC
congelado" se adhieren al condensador. Quizas el proximo paso sera el usar temperaturas
intermedias mas altas que condensaran S VOC sin congelarlos y/o se remover lavando el S VOC
congelado con S VOC liquido.
Cualquier que sea el paso proximo, nosotros podemos esperar que se dirigira y quizas resuelva -
al menos uno de las areas problema de hoy.
CONCLUSIONES
La refrigeration ha ido desde ninguna parte mecanica movil excepto los ventiladores y las
bombas de salmuera, a piston reciproco, a compresores de paletas rotatorias, a turbinas rotantes
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de gas, y entonces volver a ninguna parte mecanica movible (en el sitio) excepto las valvulas de
estrangulacion. El funcionamiento seguro, la toxicologia, las regulaciones, y el costo eran los
factores principales impulsando cada uno de estos cambios. Cada uno de estas opciones tienen
ventajas y desventajas, y todas ellas deben ser consideradas al seleccionar una de estas opciones.
Usted debe estar alerta de materiales que son incompatible con los compuestos organicos en las
temperaturas involucradas, y usted debera evitarlos. Usted tambien debe estar alerta de las
propiedades de los materiales.
Mientras hay riesgos asociados con el uso de este tipo de equipo, el manejo de CFCs, HFCs,
maquinaria rotatoria, aerosoles de aceite, y el nitrogeno liquido son muy bajos en riesgo, con tal
de que el entrenamiento apropiado sea dado y usado, el empleado esta adecuadamente equipado,
y las precauciones de seguridad apropiadas sean tomadas. Ninguna de estas tecnologias de
control habrian sido puestas alguna vez en uso si el riesgo al usar cualquiera de ellas fuera
demasiado grande.
Con personal especializado, vigilancia apropiada, y precauciones adecuadas, cada una de las
tecnologia de la condensacion refrigerada puede ser muy segura. La condensacion refrigerada
puede ser entonces una tecnologia del control eficaz y barata.
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REFERENCIAS (Ingles Solamente)
Note: The references provided below differ from those found in the original English version of
this document (EPA-456/R-01-004) because some of the referenced Web pages have been
changed or removed. As a result, additional information was added and minor changes were
made to the references in the original English version to facilitate the search for reference
material in this Spanish version.
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Condensadores Refrigerados para el Control
de Emisiones Organicas de Aire
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6. PERFORMING ORGANIZATION CODE
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8. PERFORMING ORGANIZATION REPORT NO.
9. PERFORMING ORGANIZATION NAME AND ADDRESS
Clean Air Technology Center (E 143-03)
Information Transfer and Program Integration Division
Office of Air Quality Planning and Standards
U.S. Environmental Protection Agency
Research Triangle Park, NC 27711
10. PROGRAM ELEMENT NO.
11. CONTRACT/GRANT NO.
12. SPONSORING AGENCY NAME AND ADDRESS
Office of Air Quality Planning and Standards
Office of Air and Radiation
U.S. Environmental Protection Agency
Research Triangle Park, NC 27711
13. TYPE OF REPORT AND PERIOD COVERED
Final
14. SPONSORING AGENCY CODE
EPA/200/04
15. SUPPLEMENTARY NOTES
For more information, call the Clean Air Technology Center (CATC) Information Line at (919) 541-0800 or access the CATC
Web page at .
16. ABSTRACT
This is the Spanish version of EPA-456/R-01-004. The purpose of this document is to provide information on refrigerated
condensers as a control technology to reduce organic air pollution emissions. Several types of refrigerated condensation
systems are discussed, including mechanical compression, Reverse Brayton Cycle, and cryogenic cooling. This document
describes the different systems, how they work, where they can be used, how effective they are, safety precautions, and how
much they cost.
17. KEY WORDS AND DOCUMENT ANALYSIS
a. DESCRIPTORS
b. IDENTIFIERS/OPEN ENDED TERMS
c. COSATI Field/Group
refrigeration
condensers
mechanical compression
Reverse Brayton Cycle
cryogenic cooling
air pollution control
volatile organic compounds
VOC
refrigerated condensers
18. DISTRIBUTION STATEMENT
Release Unlimited
19. SECURITY CLASS (Report)
Unclassified
21. NO. OF PAGES
23
20. SECURITY CLASS (Page)
Unclassified
22. PRICE
EPA Form 2220-1 (Rev. 4-77)
PREVIOUS EDITION IS OBSOLETE
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United States Office of Air Quality Planning and Standards Publication No. EPA-456/R-03-004
Environmental Protection Information Transfer and Program Integration Division October 2003
Agency Research Triangle Park, NC
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