El calor residual que se encuentra en los gases de escape de diversos procesos o incluso en la corriente de escape de una unidad de acondicionamiento se puede utilizar para precalentar el gas entrante. Este es uno de los métodos básicos para la recuperación del calor residual. Muchas plantas siderúrgicas utilizan este proceso como método económico para aumentar la producción de la planta con una menor demanda de combustible. Existen muchas unidades de recuperación comerciales diferentes para la transferencia de energía desde el espacio medio caliente al inferior: [1]
Recuperadores : Este nombre se le da a los distintos tipos de intercambiadores de calor por los que pasan los gases de escape, formados por tubos metálicos que transportan el gas de entrada y así precalentar el gas antes de entrar al proceso. La rueda térmica es un ejemplo que funciona según el mismo principio que una unidad de aire acondicionado solar .
Regeneradores : Es una unidad industrial que reutiliza el mismo flujo después del procesamiento. En este tipo de recuperación de calor, el calor se regenera y se reutiliza en el proceso.
Intercambiador de tubos de calor : Los tubos de calor son uno de los mejores conductores térmicos. Tienen la capacidad de transferir calor cien veces más que el cobre. En la tecnología de energías renovables, los heatpipes se utilizan principalmente en colectores de tubos de vacío . El tubo de calor se utiliza principalmente en la calefacción de espacios, procesos o aire, ya que el calor residual de un proceso se transfiere al entorno debido a su mecanismo de transferencia .
Rueda térmica o intercambiador de calor giratorio: consta de una matriz circular en forma de panal de material absorbente de calor, que gira lentamente dentro de las corrientes de aire de suministro y escape de un sistema de tratamiento de aire.
Economizador : en el caso de calderas de proceso, el calor residual de los gases de escape pasa a lo largo de un recuperador que transporta el fluido de entrada a la caldera y, por lo tanto, reduce la ingesta de energía térmica del fluido de entrada.
Bombas de calor : El uso de un fluido orgánico que hierve a baja temperatura permite regenerar energía a partir de fluidos residuales.
Serpentín Run Around : consta de dos o más serpentines de tubos con aletas de varias filas conectados entre sí mediante un circuito de tuberías de bombeo.
Filtros de partículas (DPF) para capturar las emisiones manteniendo temperaturas más altas junto al convertidor y los tubos de escape para reducir la cantidad de emisiones del escape.
Una caldera de recuperación de calor residual (WHRB) se diferencia de un generador de vapor con recuperación de calor ( HRSG ) en el sentido de que el medio calentado no cambia de fase.
Unidades de calor para alimentar
Según un informe realizado por Energetics Incorporated para el DOE en noviembre de 2004 titulado Technology Roadmap [2] y varios otros elaborados por la Comisión Europea , la mayor parte de la producción de energía a partir de recursos convencionales y renovables se pierde en la atmósfera debido a la ineficiencia del equipo. y pérdidas debidas al calor residual) y pérdidas fuera del sitio (pérdidas de cables y transformadores), que suman alrededor del 66% de pérdida en el valor de la electricidad. [3] El calor residual en diferentes grados podría encontrarse en los productos finales de un determinado proceso o como subproducto en la industria, como la escoria de las plantas siderúrgicas . Las unidades o dispositivos que podrían recuperar el calor residual y transformarlo en electricidad se denominan WHRU o unidades de calor para alimentar :
Una unidad de ciclo orgánico Rankine (ORC) utiliza un fluido orgánico como fluido de trabajo . El fluido tiene un punto de ebullición más bajo que el agua para permitirle hervir a baja temperatura, para formar un gas sobrecalentado que puede impulsar las palas de una turbina y, por tanto, un generador.
Las aleaciones con memoria de forma también se pueden utilizar para recuperar el calor residual a baja temperatura y convertirlo en acción mecánica o electricidad. [4]
Aplicaciones
Tradicionalmente, el calor residual de un rango de temperatura bajo (0-120 °C, o típicamente menos de 100 °C) no se ha utilizado para la generación de electricidad a pesar de los esfuerzos de las empresas ORC, [ cita necesaria ] principalmente porque la eficiencia de Carnot es bastante baja (máx. 18 % para calefacción a 90 °C y refrigeración a 20 °C, menos las pérdidas, lo que normalmente termina con un 5-7 % de electricidad neta).
El calor residual de temperatura media (100-650 °C) y alta (>650 °C) podría utilizarse para la generación de electricidad o trabajo mecánico mediante diferentes procesos de captura.
El sistema de recuperación de calor residual también se puede utilizar para cumplir con los requisitos de refrigeración de un remolque (por ejemplo). La configuración es sencilla ya que sólo se requiere una caldera de recuperación de calor residual y un refrigerador por absorción . Además, sólo era necesario manejar presiones y temperaturas bajas.
Ventajas
El proceso de recuperación aumentará la eficiencia del proceso y, por lo tanto, disminuirá los costos de combustible y el consumo de energía necesarios para ese proceso. [5]
Tamaños de equipos reducidos: A medida que se reduce el consumo de combustible, disminuyen los equipos de control y seguridad para el manejo del combustible. Además, ya no se necesitan equipos de filtrado del gas en tamaños grandes.
Reducción del consumo de energía auxiliar: La reducción del tamaño de los equipos supone otra reducción de la energía alimentada a aquellos sistemas como bombas, filtros, ventiladores,...etc. [6]
Desventajas
El costo de capital para implementar un sistema de recuperación de calor residual puede superar el beneficio obtenido en el calor recuperado. Es necesario poner un coste al calor que se compensa.
A menudo el calor residual es de baja calidad (temperatura). Puede resultar difícil utilizar de manera eficiente la cantidad de calor de baja calidad contenida en un medio de calor residual.
Los intercambiadores de calor tienden a ser más grandes para recuperar cantidades significativas, lo que aumenta el costo de capital.
Mantenimiento de equipos: Los equipos adicionales requieren un costo de mantenimiento adicional.
Las unidades añaden tamaño y masa a la unidad de potencia general. Una consideración especial se refiere a las unidades motrices móviles de los vehículos.
Ejemplos
El motor ciclónico de calor residual está diseñado para generar electricidad a partir de energía térmica residual recuperada mediante un ciclo de vapor. [7]
International Wastewater Heat Exchange Systems es otra empresa que se ocupa de los sistemas de recuperación de calor residual. Centrados en edificios residenciales de unidades múltiples, edificios públicos compartidos, aplicaciones industriales y sistemas de energía urbana, sus sistemas utilizan la energía de las aguas residuales para la producción de agua caliente sanitaria y la calefacción y refrigeración de espacios de edificios. [8]
La Fórmula Uno introdujo en 2014 unidades de recuperación de calor residual bajo el nombre MGU-H .
^ Sistemas de recuperación de calor, DAReay, E y FNSpan, 1979
^ Energetics Incorporated (noviembre de 2004), Hoja de ruta tecnológica, reducción y recuperación de pérdidas de energía (PDF) , Departamento de Energía de EE. UU., Oficina de Eficiencia Energética y Energías Renovables , consultado el 28 de mayo de 2012
^ "NREL: Tecnologías de energía térmica distribuida - Acerca del proyecto". www.nrel.gov . Archivado desde el original el 27 de noviembre de 2005.
^ "Exergyn®".
^ https://www.sciencedaily.com/releases/2009/04/090401102235.htm Aprovechar el calor residual industrial podría reducir la demanda de combustibles fósiles
^ "Alianza de auditores y gestores de energía".
^ "Sitio web de Cyclone Power Technologies". Archivado desde el original el 19 de enero de 2012 . Consultado el 17 de noviembre de 2011 .
^ "Potencia residual: las ciudades pretenden eliminar la energía térmica de las alcantarillas". noticias.nationalgeographic.com. 11 de diciembre de 2012. Archivado desde el original el 12 de diciembre de 2012 . Consultado el 21 de julio de 2014 .
