Evaluación de un recuperador de calor en una industria frigorífica

Ingeniería Mecánica. Vol. 17. No. 1, enero-abril, 2014, p. 12-21 ISSN 1815-5944 Artículo Original Evaluación de un recuperador de calor en una industria frigorífica Evaluation of waste heat recovery in frigorific industry Josué Imbert‐González, Reinaldo Guillen‐Gordín Universidad de Oriente. Centro de Estudios de Refrigeración. Cuba Correo electrónico: Recibido: 15 de marzo de 2011 Aceptado: 25 de mayo de 2011 Resumen La recuperación de calor forma parte de las medidas propuestas para el empleo adecuado del amoniaco en países tropicales. Este artículo analiza un sistema de recuperación de calor instalado en una instalación de refrigeración industrial. En el análisis, que parte de las lecturas comparativas de parámetros de operación de la instalación, se determinó la efectividad del intercambio térmico, el incremento en la eficiencia del sistema de refrigeración, así como el combustible ahorrado por concepto de calentamiento del agua en la industria. Los resultados obtenidos reportaron que el diseño térmico basado en intercambio de calor en espacios anulares, permite un ahorro importante de recursos y un elevado índice de aprovechamiento térmico. Palabras claves: recuperación de calor, instalación frigorífica, ahorro de energía. Abstract The waste heat recovery by heat pipes is accepted as an excellent way of saving energy and preventing global warming. This article assesses the impact of the use of a heat exchanger used as a heat recovery in the refrigeration industry. Elements are evaluated from the point of view of heat transfer, evaluating the quality of heat exchange process. Is calculated increase in the efficiency of the cooling system. The heated water is used in the steam generation system of the industry. Is calculated fuel consumption savings resulting from this warming. The findings provide elements that show the enormous potential of this technique in the refrigeration industry. Key words: waste heat recovery, Industrial refrigeration, saving energy. Sitio web: http://www.ingenieriamecanica.cujae.edu.cu 12 Evaluación de un recuperador de calor en una industria frigorífica Introducción El ahorro de portadores energéticos es una de las principales fuentes de recursos. La toma de medidas para la disminución de los costos, es una necesidad y una responsabilidad para poder llevar adelante el aprovechamiento eficiente de las capacidades instaladas. A partir de la última década la recuperación de calor en el área de la refrigeración industrial se ha convertido en parte científica del objeto de trabajo de muchas empresas en el mundo. Esta visión se debe a la posibilidad de aumentar la eficiencia energética mediante esta vía, favoreciendo considerablemente al proceso de condensación del refrigerante e incidiendo en una reducción considerable de los costos de calentamiento de agua. Existen reportes de determinadas investigaciones del empleo de recuperadores de calor en el área de la refrigeración industrial. Abass A. y Olajire P [1], realizan una revisión de un grupo de casos de estudio en la industria cervecera, donde se aplican diferentes técnicas para propiciar el ahorro de energía y la reducción del impacto ambiental. Uno de los casos expuestos fue el de la aplicación de un recuperador de calor en el sistema de refrigeración en la cervecería Canadian Maritime, para calentamiento de agua. El ahorro reportado por este concepto estuvo en el orden de 45 000 $/año. Otras aplicaciones por concepto del empleo de recuperadores de calor [2], indican un incremento de la eficiencia por encima del 20 % en algunas aplicaciones industriales. Srimuang, W. y Amatachaya P. [3], realizan una revisión de la aplicación de recuperadores de calor, enfocada al ahorro de energía y a la efectividad en la transferencia de calor de los diferentes equipos que han sido diseñados y probados para varias aplicaciones. Por la naturaleza de estos procesos, existe en muchos casos inestabilidad en las fuentes generadoras de calor. Este elemento se introdujo en el análisis de la eficiencia de equipos recuperadores de calor [6], por medio del monitoreo de varios elementos de diferente naturaleza. El desarrollo de métodos de evaluación del calor recuperado que involucran la exergía transferida para cada componente del sistema [7], sirvieron de base a estudios recientes [4], que proponen estrategias de control para asegurar una respuesta estable en sistemas de recuperación de calor industrial, para alcanzar un rendimiento satisfactorio del proceso de recuperación de calor. En Cuba las medidas propuestas para el empleo adecuado del amoniaco en países tropicales, contemplan entre sus recomendaciones el empleo de recuperadores de calor [5]. En la propuesta se recomienda la recuperación de calor con la posibilidad del doble propósito de recuperar el calor mediante un intercambiador para la extracción del calor sensible, y al mismo tiempo recobrar parte del aceite que en forma de vapor abandona el compresor. A partir Del año 2000 se diseñaron, construyeron e instalaron equipos de recuperación de calor en varias industrias del oriente de Cuba. Estos equipos presentan beneficios que sustentan la propuesta en otras industrias frigoríficas. Sin embargo, a pesar de haber demostrado ventajas efectivas en el tiempo de explotación, no se conocen las potencialidades de estos sistemas de intercambio de calor, su efectividad térmica bajo diferentes condiciones de trabajo y en que medida un cambio de operación podría implicar una variación en los niveles de ahorro de combustible registrado. A partir de un conjunto de de lecturas comparativas de parámetros de operación de la instalación de refrigeración industrial y aplicando el método de evaluar el número de unidades térmicas transferidas por unidad de área en función de la efectividad (NTU- efectividad) [8], se obtienen los elementos necesarios para el desarrollo de esta investigación. Métodos utilizados y condiciones experimentales El ciclo de refrigeración instalado en una fábrica de helados, tiene como objetivo suplir las necesidades de refrigeración del proceso de elaboración y conservación del helado. La figura 1 presenta en el esquema la ubicación del recuperador de calor en el sistema de refrigeración de dos etapas de compresión. La instalación frigorífica objeto de análisis, está compuesta en lo fundamental por un banco de compresores, un condensador evaporativo enfriado por agua, un tanque recibidor de líquido, un tanque enfriador separador intermedio, un sistema de evaporadores a baja presión formado por las neveras, la máquina de paletas y el equipo congelador, así como un sistema de evaporación a presión intermedia donde están ubicados la nevera de saboreo, los tanques de guarda y el banco de hielo. Ingeniería Mecánica. Vol. 17. No. 1, enero-abril, 2014. ISSN 1815-5944 13 Josué Imbert-González, Reinaldo Guillen-Gordín Fig. 1. Ubicación del recuperador de calor en el sistema de refrigeración Recuperar el calor desde compresor en el enfri (...truncated)