Un recuperador es un intercambiador de calor de recuperación de energía de contraflujo de propósito especial colocado dentro de las corrientes de aire de suministro y escape de un sistema de tratamiento de aire, o en los gases de escape de un proceso industrial, con el fin de recuperar el calor residual . Generalmente, se usan para extraer calor del escape y usarlo para precalentar el aire que ingresa al sistema de combustión. De esta manera, utilizan la energía residual para calentar el aire, compensando parte del combustible y, por lo tanto, mejoran la eficiencia energética del sistema en su conjunto.
Descripción
En muchos tipos de procesos, la combustión se utiliza para generar calor y el recuperador sirve para recuperar, o recuperar este calor, con el fin de reutilizarlo o reciclarlo. El término recuperador se refiere también a los intercambiadores de calor líquido-líquido a contracorriente utilizados para la recuperación de calor en las industrias química y de refinería y en procesos cerrados como el ciclo de refrigeración por absorción de amoníaco-agua o LiBr-agua.
Los recuperadores se utilizan a menudo en asociación con la parte del quemador de un motor térmico , para aumentar la eficiencia general. Por ejemplo, en un motor de turbina de gas , el aire se comprime, se mezcla con combustible, que luego se quema y se utiliza para impulsar una turbina. El recuperador transfiere parte del calor residual del escape al aire comprimido, precalentando así antes de entrar en la etapa de quemador de combustible. Dado que los gases se han precalentado, se necesita menos combustible para calentar los gases hasta la temperatura de entrada de la turbina. Al recuperar parte de la energía que normalmente se pierde como calor residual, el recuperador puede hacer que un motor térmico o una turbina de gas sean significativamente más eficientes.
Proceso de transferencia de energía
Normalmente, la transferencia de calor entre las corrientes de aire proporcionada por el dispositivo se denomina " calor sensible ", que es el intercambio de energía o entalpía , lo que resulta en un cambio en la temperatura del medio (aire en este caso), pero sin cambios en la humedad. contenido. Sin embargo, si la humedad o los niveles de humedad relativa en la corriente de aire de retorno son lo suficientemente altos como para permitir que se produzca condensación en el dispositivo, esto hará que se libere " calor latente " y el material de transferencia de calor se cubrirá con una película de agua. . A pesar de la correspondiente absorción de calor latente, dado que parte de la película de agua se evapora en la corriente de aire opuesta, el agua reducirá la resistencia térmica de la capa límite del material del intercambiador de calor y, por lo tanto, mejorará el coeficiente de transferencia de calor del dispositivo y, por lo tanto, aumentar la eficiencia. El intercambio de energía de tales dispositivos comprende ahora la transferencia de calor tanto sensible como latente; además de un cambio de temperatura, también hay un cambio en el contenido de humedad de la corriente de aire de escape.
Sin embargo, la película de condensación también aumentará ligeramente la caída de presión a través del dispositivo y, dependiendo del espaciado del material de la matriz, esto puede aumentar la resistencia hasta en un 30%. Si la unidad no se deja caer y no se permite que el condensado se drene correctamente, esto aumentará el consumo de energía del ventilador y reducirá la eficiencia estacional del dispositivo.
Uso en sistemas de ventilación.
En los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado , los recuperadores de HVAC se utilizan comúnmente para reutilizar el calor residual del aire de escape que normalmente se expulsa a la atmósfera . Los dispositivos generalmente comprenden una serie de placas paralelas de aluminio , plástico , acero inoxidable o fibra sintética , pares alternos de los cuales están encerrados en dos lados para formar conjuntos gemelos de conductos en ángulos rectos entre sí, y que contienen el suministro y el aire de extracción. arroyos. De esta manera, el calor del flujo de aire de escape se transfiere a través de las placas de separación y al flujo de aire de suministro. Los fabricantes afirman eficiencias brutas de hasta el 80%, dependiendo de la especificación de la unidad.
Las características de este dispositivo son atribuibles a la relación entre el tamaño físico de la unidad, en particular la distancia de la trayectoria del aire, y la separación de las placas. Para una caída de presión de aire igual a través del dispositivo, una unidad pequeña tendrá un espaciado de placa más estrecho y una velocidad de aire más baja que una unidad más grande, pero ambas unidades pueden ser igual de eficientes. Debido al diseño de flujo cruzado de la unidad, su tamaño físico determinará la longitud de la trayectoria del aire y, a medida que aumenta, la transferencia de calor aumentará, pero la caída de presión también aumentará, por lo que el espacio entre placas aumenta para reducir la caída de presión, pero esto a su vez reducirá la transferencia de calor.
Como regla general, un recuperador seleccionado para una caída de presión de entre 150-250 pascales (0.022-0.036 psi) tendrá una buena eficiencia, mientras que tendrá un pequeño efecto en el consumo de energía del ventilador, pero a su vez tendrá una mayor eficiencia estacional que esa. para recuperadores de caída de presión físicamente más pequeños, pero más altos.
Cuando no se requiere recuperación de calor, es típico que el dispositivo se desvíe mediante el uso de amortiguadores dispuestos dentro del sistema de distribución de ventilación. Suponiendo que los ventiladores están equipados con controles de velocidad inverter, configurados para mantener una presión constante en el sistema de ventilación, entonces la caída de presión reducida conduce a una ralentización del motor del ventilador y, por lo tanto, reduce el consumo de energía y, a su vez, mejora la eficiencia estacional del sistema. .
Uso en hornos metalúrgicos
Los recuperadores también se han utilizado para recuperar el calor de los gases residuales para precalentar el aire de combustión y el combustible durante muchos años mediante recuperadores metálicos para reducir los costos de energía y la huella de carbono de la operación. En comparación con las alternativas como los hornos regenerativos, los costos iniciales son menores, no hay válvulas para cambiar de un lado a otro, no hay ventiladores de tiro inducido y no requiere una red de conductos de gas repartidos por todo el horno.
Históricamente, los ratios de recuperación de los recuperadores en comparación con los quemadores regenerativos eran bajos. Sin embargo, las recientes mejoras en la tecnología han permitido que los recuperadores recuperen el 70-80% del calor residual y el aire precalentado hasta 850–900 ° C (1,560–1,650 ° F) ahora es posible.
Turbinas de gas
Los recuperadores se pueden utilizar para aumentar la eficiencia de las turbinas de gas para la generación de energía, siempre que el gas de escape esté más caliente que la temperatura de salida del compresor. El calor de escape de la turbina se utiliza para precalentar el aire del compresor antes de calentarlo más en la cámara de combustión, lo que reduce la entrada de combustible requerida. Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura entre la salida de la turbina y la salida del compresor, mayor será el beneficio del recuperador. [1] Por lo tanto, las microturbinas (<1 MW), que normalmente tienen relaciones de presión bajas, son las que más pueden ganar con el uso de un recuperador. En la práctica, es posible duplicar la eficiencia mediante el uso de un recuperador. [2] El mayor desafío práctico para un recuperador en aplicaciones de microturbinas es hacer frente a la temperatura de los gases de escape, que puede superar los 750 ° C (1380 ° F).
Otros tipos de intercambiadores de calor de gas a gas
- Tubo de calor
- Bobina rodante
- Rueda térmica o intercambiador de calor rotativo (incluida la rueda de entalpía y la rueda desecante)
- Recuperador de convección
- Recuperador de radiación
Ver también
- Aire acondicionado
- Ventilación de recuperación de energía
- Ventilación de recuperación de calor
- HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado)
- Calidad del aire interior
- Intercambiador de calor regenerativo
- Comodidad térmica
Referencias
enlaces externos
- Intercambiador de calor de recuperación de energía