Un condensatore di superficie è un tipo di scambiatore di calore spesso utilizzato per condensare il vapore sotto vuoto come parte di una centrale termica. Il condensatore a tubi e mantello converte il vapore dalla sua fase gassosa in liquido come parte di un ciclo termodinamico che include un generatore di vapore, una pompa e una turbina. Il vapore si condensa sulla superficie esterna dei tubi attraverso i quali passa l’acqua di raffreddamento. L’acqua può provenire da un sistema a circuito chiuso o da un sistema aperto a una sorgente esterna. La configurazione di un condensatore di superficie è indicata dal numero di passaggi, dalla suddivisione del sistema e dalla forma del guscio.
Il ciclo termodinamico che utilizza un condensatore di superficie incorpora un generatore in cui l’acqua viene riscaldata per creare vapore ad alta pressione. La pressione del vapore aziona una turbina per produrre energia. Il sistema fa passare lo scarico del vapore nel condensatore a superficie a una pressione inferiore. Il condensatore riconverte il vapore in liquido. Una pompa riporta l’acqua di condensa al generatore di vapore in modo che il ciclo possa ripetersi.
La forma fisica del condensatore è un guscio attraversato da un fascio di tubi. L’acqua di raffreddamento scorre attraverso i tubi. Lo scambio termico avviene quando l’acqua di raffreddamento assorbe calore dal vapore attraverso la superficie dei tubi. La perdita di calore fa sì che il vapore si trasformi in acqua liquida, nota come condensa, e cada sul fondo del condensatore. L’acqua di raffreddamento può essere riciclata in un circuito chiuso o può essere prelevata da una fonte esterna come un lago o un fiume e scaricata dopo aver attraversato il condensatore.
La pressione del vuoto è importante per l’efficienza del sistema. Il guscio del condensatore di superficie viene mantenuto sotto vuoto mantenendo la temperatura in un punto sufficientemente basso da far sì che la pressione di vapore dell’acqua sia inferiore alla pressione ambiente. Questo livello abbassato aiuta ad aumentare la caduta di pressione attraverso la turbina, migliorando così l’uscita. La pressione del vuoto tende ad aspirare gas non condensabili, come l’aria, nel condensatore. Questi gas devono essere rimossi per evitare una riduzione di efficienza causata dai gas incondensabili che circondano i tubi e che interferiscono con lo scambio termico. La rimozione è necessaria anche per prevenire la corrosione dovuta alla presenza di ossigeno nel sistema.
Il design dell’unità può prevedere che l’acqua di raffreddamento passi attraverso i tubi una volta oppure può avere più fasci di tubi in modo che l’acqua scorra da un’estremità all’altra dell’involucro due o più volte, oppure passi. Un condensatore a superficie divisa avrà sezioni separate e fasci di tubi in modo tale che una parte dell’unità possa essere spenta per la manutenzione mentre un’altra parte è ancora in funzione. Un’unità indivisa con un unico fascio tubiero deve essere completamente spenta per qualsiasi manutenzione o problema. I gusci del condensatore di superficie possono avere forme rettangolari o cilindriche a seconda della posizione dell’apparecchiatura e della capacità del sistema.