30 junio 2013

Guía para plantear proyectos con sistemas de recuperación de energía térmica residual industrial (6ª PARTE)

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Factores de corrosión y fouling
El calor residual puede presentarse en numerosas formas, el aire caliente de bajo grado es un ejemplo típico de lo que se puede obtener de un equipo de calefacción, refrigeración o aire acondicionado. Sin embargo si los gases de los humos de una turbina de gas se usan para recuperación de calor residual, entonces puede haber partículas y contaminantes presentes que pueden ensuciar o corroer el equipo de intercambio de calor usado. Si se identifican correctamente y los contaminantes se reducen apropiadamente, entonces el debilitamiento del proceso de recuperación de calor residual puede ser evitado por el calor residual contaminado.
Presión del calor residual
Junto con la temperatura y cantidad de calor residual que está disponible, la presión del calor residual existente necesita ser tenido en cuenta cuando se considera el uso del calor residual.
Distancia de la fuente de calor al centro de demanda
La distancia desde la fuente de calor al centro de demanda es un factor adicional a considerar.
Si el destino potencial del calor residual no está directamente junto a la fuente de calor residual, se requerirán mecanismos de transporte para superar las distancias implicadas. Estas distancias de transmisión deben considerarse al evaluar la eficiencia de la captura de energía.
Las implicaciones para la eficiencia de captura de energía deben ser consideradas.
Eficiencia de la solución
¿Cuál es la eficiencia de la solución de recuperación de energía térmica residual propuesta?
Por ejemplo, la eficiencia de Carnot gobierna la eficiencia térmica máxima de cada proceso termodinámico. Lamentablemente algunos streams térmicos residuales, permitirán una eficiencia total baja de recuperación de energía, debido a las diferencias de temperatura relativamente pequeñas que están disponibles. Aunque esto puede sonar desalentador, la energía al menos puede recuperarse.
Fiabilidad de la tecnología
Aunque la recuperación de calor residual no es un área nueva, hay nuevas ideas y soluciones emergiendo en todo momento. Hay sin embargo problemas potenciales cuando se intenta introducir nuevas tecnologías no probadas.
Impacto en procesos primarios
Cualquier solución de recuperación de energía desalentarían los procesos industriales iniciales que proporcionan calor residual. Si hay un impacto en la reducción de pérdida de calor en un bucle de enfriamiento, entonces estas ineficiencias deben ser tomadas en consideración cuando se considera la cantidad de energía disponible, o ocurrirá la reducción en la eficiencia del proceso inicial.
ESTUDIOS DE CASOS
Planta de tratamiento de aguas residuales en Auckland, Nueva Zelanda
En una planta de tratamiento al sur de Auckland se propuso una instalación de ciclo de Rankine orgánico. Las fuentes de energía residual utilizadas son la refrigeración de un motor en el proceso de generación inicial y los gases del os humos del proceso de combustión primario.
Estas dos fuentes de calor residual calentarán un fluido de trabajo e impulsarán una turbina en un proceso de ciclo de Rankine orgánico.
Capturando energía térmica usando un proceso de ciclo de Rankine se incrementó la cantidad de energía generada para su uso en las propias instalaciones, con la consiguiente disminución del consumo eléctrico externo.
Resultados finales
Tras la ejecución del proyecto se consiguió producir el 60 % de la electricidad de los motores. Jenbacher.
Grado de energía
Hay actualmente cuatro motores de gas Jenbacher instalados en el lugar, los cuales normalmente están funcionando permanentemente. Cada uno de los motores tiene una eficiencia del 38 %, rechazando cada motor ~ 2,7 MW de calor al circuito de refrigeración de agua y a los gases de los humos. Con la primera fase del proyecto se consiguió recuperar ~ 1,3 MW de este calor. Sin embargo aún se emitían por los gases de los humos ~ 1 MW, o se tiraban al proceso de agua residual ~ 0,4 MW.
1 MW del gas de los humos deja los motores Jenbacher a 723 º K y hay suficientes intercambiadores de calor gas a líquido ya instalados para capturar la energía. Los 0,4 MW de calor que actualmente se desplazan del circuito de refrigeración a 308 ºK acaban en los procesos de agua residual.
La presión del sistema de agua de refrigeración es aproximadamente 3 bares. No se requiere vapor en las instalaciones. La presión del gas de los humos está entre 60 – 100 kPa y esto se debe a los compresores a la entrada de los motores de biogás.
Selección de la tecnología
La localización propuesta es junto a los generadores de combustión de biogás actualmente instalados, así que no se anticipan pérdidas de energía principales con las pequeñas distancias implicadas entre los procesos primarios y el equipo de recuperación de energía secundario. La localización propuesta de las instalaciones es en el mismo edificio donde se encuentran los motores de biogás.
Redes de distribución eléctrica a 400 V y 11 kV están ya disponibles para los generadores Jenbacher. Esto permite la distribución eléctrica eficiente a las cargas eléctricas.
La eficiencia del proceso propuesto se estima en el 8 % y el payback obtenido sería de diez años.
Centro de comunicaciones en East London
El segundo proyecto es un centro de comunicaciones en el distrito financiero en el East End en Docklands.
La principal consideración para incluir un sistema de recuperación térmica de residuos fue el aprovechamiento del calor desperdiciado en los sistemas de climatización del edificio.
El edificio requiere una carga de refrigeración mayor que la carga de calefacción debido a los equipos electrónicos operados en el interior.
La energía se recupera del calor residual por los siguientes métodos.
Dos intercambiadores de calor se sitúan en el circuito de las enfriadoras. Aquí el agua se usa como fluido de refrigeración, pasa a través de uno de los dos intercambiadores de calor en la planta superior y el lado secundario del intercambiador de calor es un segundo fluido de trabajo.
Grado de energía
Los dos intercambiadores de calor tienen una capacidad térmica de 4 MW, con agua usada tanto en los fluidos de trabajo primarios como secundarios en el sistema.
El calor a baja temperatura se produce en el centro, principalmente desde los equipos informáticos que se mantienen fríos.  La temperatura de operación del equipo en el centro no debe exceder los 300 ºK

Resultados finales
Para el centro de comunicaciones, el calor residual es un subproducto que mantiene el funcionamiento comercial del negocio. El centro de comunicaciones tendrá el potencial de incrementar su eficiencia total con retirada de calor adicional de las enfriadoras.

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