Ver 5ª PARTE
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.
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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