19 diciembre 2013

Oportunidades para la recuperación de energía residual en la industria (6ª PARTE)




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Economizadores/intercambiadores de calor de tubos con aletas
Los intercambiadores de calor de tubo con aletas se usan para recuperar calor de los gases de escape de baja a media temperatura para calentamiento de líquidos. Las aplicaciones incluyen precalentamiento del agua de alimentación de las calderas, líquido de proceso caliente, agua caliente para el calentamiento del espacio, o agua caliente doméstica. El tubo con aletas consiste en un tubo redondeado con aletas fijadas que maximizan el área y las tasas de transferencia de calor. El líquido fluye a través de los tubos y reciben calor de los gases calientes que fluyen a través de los tubos.
Precalentamiento de carga

El precalentamiento de carga se refiere a cualquier esfuerzo para usar el calor residual dejando un sistema para precalentar la carga que entra en el sistema. El ejemplo más común es el precalentamiento del agua de alimentación de la caldera, donde un economizador transfiere calor desde gases de escape de la combustión caliente al agua entrando en la caldera. Otras aplicaciones utilizan transferencia de calor directa entre gases de escape de la combustión y materiales sólidos entrando en el horno. Por ejemplo, en la industria de fundición de aluminio, los stack melters pueden reemplazar hornos de reverberación para reducir el consumo energético. En los  stack melters, lingotes y chatarra se cargan a través de la parte superior del horno y precalentado por los gases de escape dejando el horno. Existen experiencias de éxito que han conseguido reducir alrededor de un 47 % del consumo energético respecto a los hornos convencionales.
Si bien el precalentamiento del agua de las calderas es una práctica común, el precalentamiento del material antes de la fusión en sistemas de ignición directa no son ampliamente usados. Esto se debe a una variedad de factores, incluyendo dificultades en controlar la calidad del producto, problemas relacionados con las emisiones ambientales, y la complejidad incrementada y coste de los sistemas avanzados de recuperación de calor/carga de hornos. Sin embargo, la recuperación de calor vía precalentamiento de carga ha recibido atención en los últimos años. Las tecnologías y barreras disponibles para diferentes hornos de precalentamiento de carga variarán sustancialmente dependiendo del tipo de horno y carga en cuestión.
Opciones y tecnologías de recuperación de energía a baja temperatura
Si bien la economía a menudo limita la factibilidad de la recuperación de calor residual a baja temperatura, hay varias aplicaciones donde el calor de los residuos de bajo grado ha sido efectivamente recuperado para uso en instalaciones industriales. Las grandes cantidades de calor residual disponibles en el rango de 38 – 200 ºC y el desafío inherente a su recuperación y uso garantizan una investigación independiente de la recuperación de calor residual.
Mucho calor residual está en el rango de baja temperatura. Por ejemplo, los sistemas de combustión tales como las calderas frecuentemente usan tecnologías de recuperación que extraen la energía de gases a temperaturas de 150 – 180 º y los desafíos inherentes a su recuperación y uso garantizan una investigación en profundidad de recuperación de calor residual a baja temperatura (150 – 180 ºC). Grandes cantidades de calor residual pueden encontrarse en el agua de refrigeración industrial y aire de refrigeración. Una acería en Japón instaló una planta de generación de energía de 3,5 MW de capacidad usando solamente agua de refrigeración a 98 ºC.
En el caso de gases de escape de la combustión, el calor sustancial puede ser recuperado si el vapor de agua contenido en los gases se refrigera a temperaturas inferiores. Los límites inferiores de temperatura son 120-150 ºC son frecuentemente empleados en orden de prevenir agua en los gases de escape debidos a la condensación y deposición de sustancias corrosivas en la superficie del intercambiador de calor. Sin embargo, el enfriamiento del gas de los humos más allá puede incrementar significativamente la recuperación de calor permitiendo recuperar el calor latente de la recuperación. El calor latente comprende una porción significativa de la energía contenida en los gases de escape. Las tecnologías que pueden minimizar el ataque químico mientras enfrían los gases de escape por debajo del punto de condensación pueden alcanzar un incremento significativo en la eficiencia energética vía recuperación del calor latente de evaporación.
Desafíos de la recuperación de calor residual a baja temperatura
Los sistemas de recuperación de calor a baja temperatura se enfrentan al menos a tres desafíos:
  • Corrosión de la superficie del intercambiador de calor: Cuando el vapor de agua contenido en el gas de escape se enfría, algunos condensarán y depositarán sólidos corrosivos y líquidos en la superficie de intercambio térmico. El intercambiador de calor debe ser diseñado para resistir la exposición a estos depósitos corrosivos. Esto generalmente requiere usar materiales avanzados, o sustituir frecuentemente componentes del intercambiador de calor, lo cual puede resultar costoso.
  • Superficies de intercambio de calor grandes para la transferencia de calor: Las tasas de transferencia de calor son una función de la conductividad térmica del material de intercambio, la diferencia de temperatura entra los dos chorros del fluido, y el área de la superficie del intercambiador de calor. Ya que el calor residual de baja temperatura implica un gradiente de temperatura más pequeño entre dos chorros, son requeridas para transferir calor áreas de superficie más grandes.
  • Encontrar un uso al calor a baja temperatura: La recuperación de calor en un rango de baja temperatura sólo tendrá sentido si la planta tiene un uso para el calor a baja temperatura. El uso final potencial incluye calentamiento de agua doméstica, y calentamiento de procesos a baja temperatura. Otra opción es calentar el calor para obtener una temperatura mayor para servir a una carga que requiera una temperatura de proceso mayor.

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