Unidad de recuperación de calor residual

Una unidad de recuperación de calor residual ( WHRU , por sus siglas en inglés) es un intercambiador de calor que recupera energía y transfiere el calor de los productos de un proceso a alta temperatura a otra parte del mismo, generalmente para aumentar la eficiencia. La WHRU es un componente clave en la cogeneración . El calor residual puede extraerse de fuentes como los gases de combustión calientes de un generador diésel, el vapor de las torres de refrigeración o incluso las aguas residuales de procesos de refrigeración, como la refrigeración de la industria siderúrgica .

El calor residual presente en los gases de escape de diversos procesos, o incluso en el flujo de escape de una unidad de acondicionamiento, puede utilizarse para precalentar el gas entrante. Este es uno de los métodos básicos para la recuperación del calor residual. Muchas plantas siderúrgicas utilizan este proceso como método económico para aumentar la producción con menor consumo de combustible. Existen diversas unidades de recuperación comerciales para la transferencia de energía de un espacio caliente a uno más frío: ^{[ 1 ]}

• Recuperadores : Este nombre se aplica a diferentes tipos de intercambiadores de calor por los que pasan los gases de escape. Estos intercambiadores constan de tubos metálicos que transportan el gas de entrada, precalentándolo así antes de que ingrese al proceso. Un ejemplo es la rueda térmica , que funciona según el mismo principio que una unidad de aire acondicionado solar .
• Regeneradores : Se trata de una unidad industrial que reutiliza el mismo flujo después del procesamiento. En este tipo de recuperación de calor, el calor se regenera y se reutiliza en el proceso. ^{[ 2 ]}
• Intercambiador de tubos de calor : Los tubos de calor son uno de los mejores conductores térmicos. Tienen la capacidad de transferir calor cien veces más que el cobre. En la tecnología de energías renovables, los tubos de calor son conocidos principalmente por su uso en colectores de tubos de vacío . Se utilizan principalmente en calefacción de espacios, procesos o aire, y el calor residual de un proceso se transfiere al entorno gracias a su mecanismo de transferencia .
• Rueda térmica o intercambiador de calor rotativo: consiste en una matriz circular de panal de abeja de material absorbente de calor, que gira lentamente dentro de las corrientes de aire de suministro y escape de un sistema de tratamiento de aire.
• Economizador : En el caso de las calderas de proceso, el calor residual de los gases de escape se transfiere a un recuperador que transporta el fluido de entrada a la caldera, disminuyendo así la absorción de energía térmica de dicho fluido.
• Bombas de calor : El uso de un fluido orgánico que hierve a baja temperatura permite regenerar energía a partir de fluidos residuales.
• Serpentín circular : consta de dos o más serpentines de tubos aleteados de varias filas conectados entre sí por un circuito de tuberías con bomba.
• Los filtros de partículas diésel (DPF) capturan las emisiones manteniendo temperaturas más altas cerca del convertidor catalítico y los tubos de escape para reducir la cantidad de emisiones del sistema de escape.

Una caldera de recuperación de calor residual (WHRB, por sus siglas en inglés) se diferencia de un generador de vapor de recuperación de calor ( HRSG, por sus siglas en inglés) en que el medio calentado no cambia de fase.

Según un informe elaborado por Energetics Incorporated para el DOE en noviembre de 2004 titulado Technology Roadmap ^{[ 3 ]} y otros elaborados por la Comisión Europea , la mayor parte de la producción de energía a partir de recursos convencionales y renovables se pierde en la atmósfera debido a pérdidas in situ (ineficiencia de los equipos y pérdidas por calor residual) y fuera de las instalaciones (pérdidas por cables y transformadores), lo que suma alrededor del 66% de pérdida en valor de electricidad. ^{[ 4 ]} El calor residual de diferentes grados puede encontrarse en los productos finales de un proceso determinado o como subproducto en la industria, como la escoria en las plantas siderúrgicas . Las unidades o dispositivos que pueden recuperar el calor residual y transformarlo en electricidad se denominan WHRU o unidades de conversión de calor en energía .

• Un ciclo Rankine orgánico (ORC) utiliza un fluido orgánico como fluido de trabajo . Este fluido tiene un punto de ebullición más bajo que el agua, lo que le permite hervir a baja temperatura y formar un gas sobrecalentado que puede impulsar las palas de una turbina y, por lo tanto, un generador.
• Las unidades termoeléctricas ( efectos Seebeck , Peltier y Thomson ) también pueden denominarse WHRU, ya que utilizan la diferencia de calor entre dos placas para producir energía de corriente continua (CC).
• Las aleaciones con memoria de forma también pueden utilizarse para recuperar el calor residual de baja temperatura y convertirlo en acción mecánica o electricidad. ^{[ 5 ]}

• Tradicionalmente, el calor residual de baja temperatura (0-120  °C, o normalmente por debajo de 100  °C) no se ha utilizado para la generación de electricidad a pesar de los esfuerzos de las empresas ORC, principalmente porque la eficiencia de Carnot es bastante baja (máximo 18 % para calentamiento a 90 °C y enfriamiento a 20 °C, menos las pérdidas, lo que suele resultar en un 5-7 % de electricidad neta).  
• El calor residual de temperatura media (100-650  °C) y alta (>650  °C) podría utilizarse para la generación de electricidad o trabajo mecánico mediante diferentes procesos de captura.
• El sistema de recuperación de calor residual también puede utilizarse para cubrir las necesidades de refrigeración de un remolque (por ejemplo). Su configuración es sencilla, ya que solo requiere una caldera de recuperación de calor residual y un enfriador de absorción . Además, solo es necesario manejar bajas presiones y temperaturas.

El proceso de recuperación aumentará la eficiencia del proceso y, por lo tanto, disminuirá los costos de combustible y consumo de energía necesarios para dicho proceso. ^{[ 6 ]}

• El costo de capital para implementar un sistema de recuperación de calor residual puede ser mayor que el beneficio obtenido en calor recuperado. Es necesario asignar un costo al calor que se compensa. ^{[ 7 ]}
• A menudo, el calor residual es de baja calidad (temperatura). Puede resultar difícil aprovechar eficientemente la cantidad de calor de baja calidad que contiene un medio de almacenamiento de calor residual.
• Los intercambiadores de calor suelen ser de mayor tamaño para recuperar cantidades significativas, lo que aumenta el coste de capital.
• Mantenimiento de equipos: Los equipos adicionales requieren costos de mantenimiento adicionales.
• Las unidades adicionales aumentan el tamaño y la masa de la unidad de potencia total. Esto es especialmente importante en el caso de las unidades de potencia móviles de los vehículos.

• El motor de calor residual Cyclone está diseñado para generar electricidad a partir de la energía térmica residual recuperada mediante un ciclo de vapor. ^{[ 8 ]}
• International Wastewater Heat Exchange Systems es otra empresa que se dedica a los sistemas de recuperación de calor residual. Centrada en edificios residenciales multifamiliares, edificios de uso público, aplicaciones industriales y sistemas de energía de distrito, sus sistemas utilizan la energía de las aguas residuales para la producción de agua caliente sanitaria, la calefacción y la refrigeración de edificios. ^{[ 9 ]}
• La Fórmula Uno, categoría del automovilismo deportivo , introdujo en 2014 unidades de recuperación de calor residual bajo el nombre de MGU-H .

• Cogeneración o producción combinada de calor y electricidad (CHP)
• Generador de vapor con recuperación de calor y ciclo Rankine orgánico
• Turbocompuesto eléctrico
• Sistema de recuperación de calor de escape
• Oxidador térmico
• Análisis de pellizco
• Planta de conversión de residuos en energía

• Guía para el cálculo del ahorro energético mediante la recuperación de calor en la industria: una explicación técnica de cómo estimar el calor recuperable, el ahorro energético y el retorno de la inversión (ROI).

https://www.prometheanenergy.com/blog/calculate-heat-recovery-savings/