Recuperación de calor en la industria mediante el Ciclo de Rankine Orgánico

Una turbina de Ciclo de Rankine Orgánico puede ser empleada para convertir en energía eléctrica el calor de los residuos que se producen en muchos procesos industriales. En este artículo explicamos cómo funciona este sencillo sistema con el que se puede obtener energía directamente en planta. El Turboden ORC opera de acuerdo con el concepto ORC o Ciclo de Rankine Orgánico es similar al ciclo de una turbina de vapor convencional, con la única diferencia que el fluido que impulsa la turbina es un fluido orgánico de alta masa molecular. Los fluidos de trabajo seleccionados permiten explotar eficientemente fuentes de calor de baja temperatura para producir electricidad en un amplio rango de potencias (desde unos pocos kW a 3 MW de potencia eléctrica por unidad).7

El ciclo

El fluido de trabajo orgánico es vaporizado aplicando una fuente de calor en el evaporador. El vapor del fluido orgánico se expande en la turbina y luego es condensado usando flujo de agua en un intercambiador de calor de tubo y carcasa (también puede usarse enfriamiento por aire). El condensado se bombea nuevamente hacia atrás y se cierra de esta forma el ciclo termodinámico. Las fuentes de enfriamiento y calentamiento no están directamente en contacto con el fluido de trabajo ni con la turbina. Para las aplicaciones de alta temperatura (ej. Plantas de biomasa para producir calor y energía eléctrica, se utilizan aceites térmicos de alta temperatura para transportar el calor. Se añade también un regenerador para mejorar el rendimiento del ciclo.

Las ventajas de este ciclo son:

• Alta eficiencia del ciclo.
• Muy alta eficiencia de la turbina (hasta un 85 %).
• Bajas tensiones mecánicas de la turbina, debidas a la velocidad periférica.
• Bajas r.p.m. de la turbina, lo que permite la transmisión directa del generador eléctrico sin engranaje de reducción.
• Sin erosión en los álabes, debidas a la ausencia de humedad en las toberas de vapor.
• Larga vida.
• No se requiere operación.

El sistema tiene también ventajas prácticas, tales como procedimientos de arranque-parada simples, operación silenciosa, requerimientos de mantenimiento mínimos, buen rendimiento de carga de las piezas.

Procesos de recuperación de calor y ORC

Las corrientes de calor de los residuos están normalmente en forma de gas o líquido caliente. Este calor se transfiere al fluido de trabajo del ORC, ya sea directamente (intercambio directo entre el calor de los residuos y el fluido de trabajo) o indirectamente (con un bucle cerrado medio intermedio. Típicamente, la fluencia del líquido del calor de los residuos está directamente acoplada al ciclo OR, mientras que el ciclo del gas está acoplado indirectamente. En caso de intercambio directo, la fuente de calor está simplemente conectada al ORC que convierte parte del calor en electricidad. Cuando se emplea un esquema de recuperación indirecto, la fuente de calor intercambia calor con un medio intermedio (típicamente aceite térmico o agua presurizada), y después alimenta el ciclo de ORC. Dada la importancia del proceso industrial original sobre el sistema de recuperación de calor, la planta de recuperación de calor debe concebirse como un dispositivo de “fallo seguro” – si falla el sistema de recuperación de calor, el proceso primario no quedará afectado.

Campos de aplicación del sistema de recuperación ORC

El sistema de recuperación de calor ORC puede tener muchas aplicaciones en el sector industrial, pero está especialmente destinado a procesos en los que la energía tiene un impacto significativo en el proceso de producción. Entre los procesos específicos más beneficiados por estos proyectos podemos mencionar la industria del acero, del vidrio o del cemento. En una planta de cemento, por ejemplo, pueden conseguirse ahorros en la factura de la luz que van del 10 al 20 %

Bibliografía: ORC recovering industrial heat. Cogeneration & On-Site Power. March-april 2009. Palabras clave: Organic Rankine Cycle Turbine