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HEAT PIPE TECHNOLOGY FOR THERMAL ENERGY RECOVERY IN INDUSTRIAL APPLICATIONS

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El calor reciclado de las fábricas beneficia a las industrias y el medio ambiente

Los procesos industriales representan más de una cuarta parte del consumo de energía primaria de Europa y producen una enorme cantidad de energía. Una investigación financiada con fondos europeos está cerrando el círculo con sistemas novedosos que recuperan el calor residual y lo devuelven para su reutilización en las líneas de procesos industriales.

Energía

La mayor parte del calor de los procesos industriales se emite al medio ambiente como corrientes de gas escape o efluentes. Recuperar y reutilizar este calor reduce el consumo de energía, las emisiones y los polutantes. Además, permite a las industrias reducir costes, cumplir con las normativas y mejorar su imagen corporativa con repercusiones mayores en su competitividad. Uno de los grandes retos de este proceso consiste en lidiar con la inmensa variedad de temperaturas y componentes de los gases de escape, lo que dificulta el empleo de intercambiadores de calor comerciales. El equipo del proyecto ETEKINA, financiado con fondos europeos, ha desarrollado nuevos intercambiadores de calor basados en caloriductos (HPHE, por sus siglas en inglés) a medida, que se han probado satisfactoriamente en industrias como la siderúrgica, la del aluminio y la de la cerámica.

Su amplia variedad de diseños satisface las necesidades de corrientes de gases de escape complejas.

Los caloriductos son tubos sellados en ambos extremos y que contienen un fluido de trabajo saturado, lo que significa que cualquier aumento de temperatura hará que se vaporice. Se utilizan para la gestión térmica en aplicaciones que van desde ordenadores hasta satélites y naves espaciales. En un HPHE, los caloriductos se instalan en haces unidos a una placa y se colocan en una carcasa. Una fuente de calor, como un gas de escape, fluye hacia la sección inferior. El fluido de trabajo se vaporiza y asciende por los tubos, donde un disipador de calor, como el aire frío, fluye hacia la parte superior de la carcasa y absorbe el calor. La estructura cerrada ayuda a disminuir las pérdidas mientras que la placa reduce la contaminación cruzada entre los gases de escape y el aire. Los HPHE requieren superficies más pequeñas para lograr una mayor transferencia de calor en comparación con los métodos convencionales, lo que los hace muy eficientes y mitiga las incrustaciones. El reto consiste en seleccionar los parámetros de modo que se recupere la mayor cantidad posible de calor de las corrientes de gases de escape. Hay muchos parámetros, incluido el número, el diámetro, la longitud y el material de los caloriductos, así como su configuración de montaje y el fluido de trabajo.

De los modelos a las fábricas

Dada la inmensa variedad de parámetros, se realizaron simulaciones de dinámica de fluidos computacional y modelos de simulación de sistemas transitorios (TRNSYS) para ayudar a los científicos a diseñar HPHE a medida para tres aplicaciones industriales. Por ejemplo, el HPHE de flujo cruzado, con aletas y resistente a las incrustaciones —las aletas aumentan el área de superficie para aumentar la transferencia de calor—, diseñado para recuperar el calor residual de un horno con solera de rodillos de cerámica, fue el primero con esta configuración empleado en la industria de la cerámica. Las carcasas de los caloriductos eran de acero al carbono y el fluido de trabajo era el agua. «Hemos superado el objetivo del proyecto de lograr un mínimo del 40 % de recuperación de calor residual de las corrientes de gases de escape. Nuestros HPHE también son mucho más compactos que los intercambiadores de calor convencionales, lo que permite ahorrar un valioso espacio en la fábrica. Además de su eficiencia, que reduce los costes y las emisiones, también tienen un retorno de la inversión corto», comenta Hussam Jouhara, de la Universidad Brunel de Londres y coordinador técnico y científico del proyecto ETEKINA. Los sistemas recuperaron satisfactoriamente el calor sin contaminación cruzada y lo canalizaron de regreso a la fábrica para ser utilizado en otros procesos. El concepto de HPHE desarrollado en el marco del proyecto ETEKINA es altamente escalable y puede adaptarse a cualquier tipo de escape industrial en un amplio rango de temperatura y para una variedad de disipadores de calor, incluidos el aire, el agua y el aceite. Una nueva herramienta de replicación ayudará a evaluar rápidamente el potencial de recuperación de calor residual de futuros clientes.

Palabras clave

ETEKINA, HPHE, gases de escape, recuperación de calor residual, aluminio, cerámica, acero, dinámica de fluidos computacional, modelos TRNSYS, intercambiador de calor basado en caloriductos, caloriducto, intercambiador de calor, industria de gran consumo de energía, eficiencia energética, eficiencia energética en la industria

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