El calor residual que se encuentra en los gases de escape de varios 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 de fabricación de acero utilizan este proceso como un 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 un espacio de medio caliente a uno de menor temperatura: [1]
Recuperadores : Se denomina así a distintos tipos de intercambiadores de calor por los que pasan los gases de escape, constituidos por tubos metálicos que conducen el gas de entrada y, de este modo, lo precalientan antes de entrar en el proceso. La rueda de calor es un ejemplo que funciona según el mismo principio que un equipo de aire acondicionado solar .
Regeneradores : Se trata de una unidad industrial que reutiliza la misma corriente después de su procesamiento. En este tipo de recuperación de calor, el calor se regenera y se reutiliza en el proceso.
Intercambiador de calor por tubos : Los tubos de calor son uno de los mejores conductores térmicos. Tienen la capacidad de transferir calor cien veces más que el cobre. Los tubos de calor se conocen principalmente en la tecnología de energía renovable por su uso 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 rotatorio: consiste en 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 manejo de aire.
Economizador : En el caso de calderas de proceso, el calor residual de los gases de escape pasa a través de un recuperador que transporta el fluido de entrada a la caldera y, de esta manera, disminuye el consumo 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 de circulación : comprende dos o más serpentines de tubos con aletas de varias filas conectados entre sí mediante un circuito de tuberías bombeadas.
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) es diferente de un generador de vapor de recuperación de calor ( HRSG ) en el sentido de que el medio calentado no cambia de fase.
Unidades de calor para energía
Según un informe realizado por Energetics Incorporated para el DOE en noviembre de 2004 titulado Technology Roadmap [2] y varios otros realizados 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 pérdidas in situ (ineficiencia de los equipos y pérdidas debido al calor residual) y fuera de las instalaciones (pérdidas de cables y transformadores), lo que suma una pérdida de alrededor del 66% del valor de la electricidad. [3] El calor residual de diferentes grados se puede encontrar en los productos finales de un determinado proceso o como un subproducto en la industria, como la escoria en las plantas de fabricación de acero . Las unidades o dispositivos que podrían recuperar el calor residual y transformarlo en electricidad se denominan WHRU o unidades de calor a energía :
Una unidad de ciclo Rankine orgánico (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 y formar un gas sobrecalentado que puede impulsar las aspas de una turbina y, por lo tanto, un generador.
Las aleaciones con memoria de forma también se pueden utilizar para recuperar calor residual de baja temperatura y convertirlo en acción mecánica o electricidad. [4]
Aplicaciones
Tradicionalmente, el calor residual de baja temperatura (0-120 °C, o típicamente por debajo de 100 °C) no se ha utilizado para la generación de electricidad a pesar de los esfuerzos de las empresas ORC, [ cita requerida ] principalmente porque la eficiencia de Carnot es bastante baja (máximo 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 aprovecharse para la generación de electricidad o trabajo mecánico a través de diferentes procesos de captura.
El sistema de recuperación de calor residual también se puede utilizar para satisfacer las necesidades de refrigeración de un remolque (por ejemplo). La configuración es sencilla, ya que solo se necesita una caldera de recuperación de calor residual y un enfriador de absorción . Además, solo es necesario manejar presiones y temperaturas bajas.
Ventajas
El proceso de recuperación aumentará la eficiencia del proceso y, por lo tanto, reducirá los costos de combustible y consumo de energía necesarios para ese proceso. [5]
Reducción de tamaños de equipos: A medida que se reduce el consumo de combustible, se reducen los equipos de control y seguridad para el manejo del combustible. Además, ya no se necesitan equipos de filtrado del gas en grandes tamaños.
Reducción del consumo de energía auxiliar: La reducción del tamaño de los equipos supone otra reducción en la energía suministrada a esos sistemas como bombas, filtros, ventiladores,...etc.
Desventajas
El costo de capital para implementar un sistema de recuperación de calor residual puede ser mayor que el beneficio obtenido con el calor recuperado. Es necesario calcular un costo para el calor que se está compensando.
A menudo, el calor residual es de baja calidad (temperatura). Puede resultar difícil utilizar de manera eficiente la cantidad de calor de baja calidad que contiene 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: Equipos adicionales requieren un costo de mantenimiento adicional.
Las unidades agregan tamaño y masa a la unidad de potencia general. Esto es especialmente importante en el caso de las unidades de potencia móviles de los vehículos.
Ejemplos
El motor de calor residual ciclónico está diseñado para generar electricidad a partir de la energía térmica residual recuperada utilizando un ciclo de vapor. [6]
International Wastewater Heat Exchange Systems es otra empresa que se dedica a los sistemas de recuperación de calor residual. Sus sistemas, que se centran en viviendas multifamiliares, edificios públicos compartidos, aplicaciones industriales y sistemas de energía urbana, utilizan la energía de las aguas residuales para la producción de agua caliente sanitaria y la calefacción y refrigeración de espacios en edificios. [7]
La serie de deportes de motor Fórmula Uno introdujo las unidades de recuperación de calor residual en 2014 bajo el nombre MGU-H .
^ Sistemas de recuperación de calor, DAReay, E & FNSpan, 1979
^ Energetics Incorporated (noviembre de 2004), Hoja de ruta tecnológica para la reducción y recuperación de pérdidas de energía (PDF) , Departamento de Energía de los Estados Unidos, Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable , 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®”.
^ "El aprovechamiento del calor residual industrial podría reducir la demanda de combustibles fósiles". ScienceDaily . Consultado el 17 de marzo de 2024 .
^ "Sitio web de Cyclone Power Technologies". Archivado desde el original el 19 de enero de 2012. Consultado el 17 de noviembre de 2011 .
^ "Waste Wattage: Cities Aim to Flush Heat Energy Out of Sewers" (Vatios residuales: las ciudades aspiran a eliminar la energía térmica de las alcantarillas). news.nationalgeographic.com. 11 de diciembre de 2012. Archivado desde el original el 12 de diciembre de 2012. Consultado el 21 de julio de 2014 .
