Recuperador - Enciclopedia

Un recuperador es un intercambiador de calor de contracorriente de propósito especial colocado dentro de las corrientes de aire de suministro y evacuación de un sistema de manejo del aire, o en los gases de escape de un proceso industrial, con el fin de recuperar el calor desperdiciado. Generalmente, se utilizan para extraer calor de los gases de escape y utilizarlo para precalentar el aire que entra en el sistema de combustión. De esta manera, utilizan la energía desperdiciada para calentar el aire, compensando parte del combustible y, por lo tanto, mejorando la eficiencia energética del sistema en su conjunto.

Descripción
En muchos tipos de procesos, se utiliza la combustión para generar calor, y el recuperador sirve para recuperar o recobrar este calor, con el fin de reutilizarlo o reciclarlo. El término recuperador también se refiere a intercambiadores de calor de contracorriente líquido-líquido utilizados para la recuperación de calor en las industrias químicas y de refinación y en procesos cerrados como el ciclo de absorción refrigerante de amoniaco-agua o LiBr-agua. Los recuperadores se utilizan a menudo en asociación con la parte de la quemadora de un motor de calor, 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 accionar una turbina. El recuperador transfiere parte del calor desperdiciado en los gases de escape al aire comprimido, precalentándolo antes de entrar en la etapa de quemador de combustible. Dado que los gases han sido precalentados, se necesita menos combustible para calentar los gases hasta la temperatura de entrada de la turbina. Al recuperar parte de la energía generalmente perdida como calor desperdiciado, el recuperador puede hacer que un motor de calor o turbina de gas sea significativamente más eficiente.

Proceso de transferencia de energía
Normalmente, la transferencia de calor entre las corrientes de aire proporcionadas por el dispositivo se denomina "calor sensible", que es el intercambio de energía o entalpía que resulta en un cambio en la temperatura del medio (aire en este caso), pero sin cambio en la humedad. Sin embargo, si los niveles de humedad o humedad relativa en la corriente de aire de retorno son suficientemente altos para permitir la condensación en el dispositivo, esto causará la liberación de "calor latente" y el material de transferencia de calor se cubrirá con una película de agua. A pesar de una absorción correspondiente de calor latente, ya 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, en consecuencia, aumentará la eficiencia. El intercambio de energía de tales dispositivos ahora comprende tanto la transferencia de calor sensible como la latente; además de un cambio en la temperatura, también hay un cambio en la 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 de la separación del material de la matriz, esto puede aumentar la resistencia en un 30%. Si el dispositivo no se coloca en caída y el condensado no se permite drenar adecuadamente, esto aumentará el consumo de energía del ventilador y reducirá la eficiencia estacional del dispositivo.

Uso en sistemas de ventilación
En sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado, HVAC, los recuperadores se utilizan comúnmente para reutilizar el calor desperdiciado de los gases de escape que se expulsan generalmente al aire atmosférico. Los dispositivos típicamente consisten en una serie de placas paralelas de aluminio, plástico, acero inoxidable o fibra sintética, pares alternos de las cuales están cerradas en ambos lados para formar conjuntos dobles de conductos a ángulos rectos entre sí, y que contienen las corrientes de aire de suministro y extracción. De esta manera, el calor de la corriente de aire de escape se transfiere a través de las placas separadoras y entra en la corriente de aire de suministro. Los fabricantes afirman una eficiencia bruta del 95% o más, dependiendo de la especificación del dispositivo. Las características de este dispositivo son atribuibles a la relación entre el tamaño físico del dispositivo, en particular la distancia del camino del aire, y la separación de las placas. Para una caída de presión de aire igual a través del dispositivo, un dispositivo pequeño tendrá una separación de placas más estrecha y una velocidad del aire más baja que un dispositivo más grande, pero ambos dispositivos pueden ser igualmente eficientes. Debido al diseño de contracorriente del dispositivo, su tamaño físico dictará la longitud del camino del aire, y a medida que aumenta, la transferencia de calor también aumenta, pero también aumenta la caída de presión, por lo que se aumenta la separación de las placas para reducir la caída de presión, pero esto a su vez reduce la transferencia de calor.

Como regla general, un recuperador seleccionado para una caída de presión entre 150-250 pascalas (0.022-0.036 psi) tendrá una buena eficiencia, mientras que tendrá un efecto pequeño en el consumo de energía del ventilador, pero tendrá una eficiencia estacional mayor que la de un recuperador físicamente más pequeño pero con una caída de presión mayor.

Cuando no se requiere recuperación de calor, es típico que el dispositivo se evite mediante el uso de tapones colocados dentro del sistema de distribución de ventilación. Suponiendo que los ventiladores estén equipados con controles de velocidad de inversor, configurados para mantener una presión constante en el sistema de ventilación, la reducción de la caída de presión lleva a una ralentización del motor del ventilador y, por lo tanto, a una reducción del consumo de energía, y a su vez mejora la eficiencia estacional del sistema.

Uso en hornos metalúrgicos
Los recuperadores también se han utilizado durante muchos años para recuperar calor de los gases de escape para precalentar el aire de combustión y el combustible mediante recuperadores metálicos para reducir los costos de energía y la huella de carbono de la operación. En comparación con alternativas como los hornos regenerativos, los costos iniciales son menores, no hay válvulas que se enciendan y apaguen, no hay ventiladores de succión forzada y no requiere una red de conductos de gas distribuidos por todo el horno.

Históricamente, las relaciones de recuperación de los recuperadores en comparación con las quemadoras regenerativas eran bajas. Sin embargo, las recientes mejoras en la tecnología han permitido que los recuperadores reciban del 70 al 80% del calor desperdiciado y precalienten el aire hasta 850-900 °C (1,560-1,650 °F).

Turbinas de gas
Los recuperadores se pueden utilizar para aumentar la eficiencia de las turbinas de gas para la generación de energía, siempre que los gases de escape sean más calientes 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 adicionalmente en el combustor, reduciendo 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. Por lo tanto, las microturbinas (<1 MW), que típicamente tienen ratios de presión bajos, tienen más que ganar con el uso de un recuperador. En la práctica, es posible duplicar la eficiencia mediante el uso de un recuperador. El principal desafío práctico para un recuperador en aplicaciones de microturbinas es manejar la temperatura de los gases de escape, que puede superar los 750 °C (1,380 °F).

Otros tipos de intercambiadores de calor gas-a-gas
Tubo de calor
Bobina de paso
Rueda térmica o intercambiador de calor giratorio (incluidos el cilindro entalpico y el cilindro desecante)
Recuperador de convección
Recuperador de radiación

Véase también

Referencias

Enlaces externos