Bombas de calor
Las bombas
de calor operan usando los mismos ciclos de refrigeración descritos en
apartados anteriores. El ciclo de compresión de vapor es la aplicación más
común.
La premisa
básica de operación es que las bombas de calor toman ventaja de las propiedades
de sus fluidos de trabajo en un sistema de bucle cerrado. Establecer un bucle
cerrado tiene el potencial para dos distintos modos de operación. El primer
modo de operación es mover energía de un lugar más frío a un lugar más caliente
y esto es la operación de la bomba de calor típica. El segundo modo de
operación (la inversa de la bomba de calor) es donde la energía térmica se
mueve desde el lugar más caliente a un lugar más frío. Para equipos de bomba de
calor, esto es conocido para aire acondicionado.
El rendimiento
de la bomba de calor se mide por el coeficiente de rendimiento o COP. Éste mide
el ratio entre la energía suministrada al fluido de trabajo (usualmente en
forma de energía eléctrica) y la energía térmica útil que se transmite a la
salida de la bomba de calor en el área que se está calentando o enfriando.
La ecuación
siguiente demuestra esto:
La fuente de
energía térmica para una bomba de calor puede venir de un fluido, por ejemplo
agua o aire, o la bomba de calor puede usar una fuente geotérmica, tal como el
suelo.
Una segunda
cuestión relativa a la operación de la bomba de calor es que las bombas de
calor de fuente aire tienen algunos problemas significativos a muy bajas
temperaturas, donde se intenta quitar energía del aire a temperaturas del aire
inferiores a 273 ºK ya que la humedad en el aire comenzará a congelarse y se
acumularán en el intercambiador de calor colocado en el exterior.
Generación eléctrica
La energía
eléctrica es el tipo más flexible de energía que puede producirse de una fuente
de calor residual.
Un ejemplo
de esta conversión es posiblemente el perfil más alto y por numerosas razones
puede ser el sistema principal para recuperar residuos. Mencionemos como
ejemplo en primer lugar las centrales de potencia con turbinas de gas de ciclo
combinado.
Las turbinas
de gas de ciclo combinado utilizan dos ciclos de ingeniería. El primero de
estos ciclos es típicamente un ciclo de Brayton trabajando en el interior de
una turbina de gas. El segundo ciclo es un ciclo de Rankine basado en agua
usando gas de los humos desde la turbina de gas en el ciclo inicial para elevar
a vapor.
Típicamente
una planta de ciclo combinado con turbina de gas consiste en lo siguiente. Una
turbina de gas es alimentada por aire y el combustible entrante. A esto sigue
el ciclo de Brayton del aire (o fluido de trabajo) que se comprime y luego se
mezcla con el combustible en la cámara de combustión para ser quemado. El
resultado del proceso de combustión entra en la turbina, para producir trabajo
mecánico, para hacer funcionar el compresor de aire y generar electricidad. Los
gases de humos, que en condiciones normales son tirados a la atmósfera, entran
en un intercambiador de calor para elevar el fluido de trabajo de agua a vapor
a alta presión y alta temperatura. Como la turbina emite gases de escape a
temperaturas relativamente altas – a alrededor de 900 ºK, puede elevarse
suficiente vapor ya que imita el ciclo de Rankine de una central nuclear
tradicional.
El segundo
ciclo, ve una eficiencia total de hasta un 60 % que puede alcanzarse
reutilizando el calor residual del equipo de escape de la turbina de gas. Sin
esta elevación de vapor, la eficiencia de una turbina de gas con parámetros de
operación estándar sería de hasta un 36 %.
Un segundo
ejemplo de generación de electricidad desde un recurso de calor residual viene
en forma de ciclo de Rankine orgánico. Esta situación tiene lugar donde no hay
bastante energía para elevar el agua para hacer funcionar una turbina de vapor
de alta presión convencional pero puede utilizarse otro fluido para hacer
funcionar la turbina.
CRITERIOS DE PROCESOS DE SELECCIÓN
Al
considerar un proyecto de recuperación de calor residual hay numerosos
criterios que deben considerarse desde un punto de vista comercial. Los
factores de selección potencial son explicados en los siguientes apartados.
Tipo de energía transmitido en procesos
secundarios
Con los
numerosos tipos de energía recuperable que están disponibles, tanto energía
eléctrica como térmica pueden en último término recuperarse y utilizarse como
se indica en los capítulos anteriores. Los criterios a considerar son los
siguientes:
Valor de la energía recuperada y reducción
en consumo
Un análisis
de sensibilidad básico es la herramienta ideal para comparación de un rango de
escenarios implicando fluctuaciones potenciales en el valor de la energía
recuperada vs el coste de la energía desde fuentes externas.
Cantidad de calor
Se define
como la cantidad de energía residual expendida del proceso primario, a la
salida del sistema inicial y se mide en kW.
Calidad del calor
Se define
como la temperatura del calor residual que puede transmitirse a la entrada de
la planta de recuperación de calor residual, después de ser expendido del
proceso inicial.
Disponibilidad de calor
Funciona
siempre el proceso que produce el calor residual u opera como una parte del sistema.
¿Cuáles son
los periodos del año en los que no hay energía por mantenimiento?
¿Hay garantías
del calor residual que se ofrece?
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