Soluciones eficientes para reducir consumos energéticos

La industria papelera es un gran consumidor de energía, una característica ligada a la producción de este material tan común. En el contexto de la lucha contra el cambio climático y la competitividad empresarial, es importante para el sector de la industria papelera encontrar soluciones para reducir sus consumos energéticos gracias a tecnologías eficientes. Una de esas tecnologías especialmente interesante son las enfriadoras por absorción de bromuro de litio.

Más adelante en este artículo se detalla el funcionamiento de esta tecnología y se da una comparativa de consumos eléctricos para una enfriadora de 1000 kW de potencia de frío.

La industria del papel suele tener un consumo importante de vapor, usado para varios procesos productivos. Además, muchas papeleras cuentan con sistemas de cogeneración para la producción combinada de calor y energía eléctrica.

El calor recuperado puede provenir tanto de los sistemas de refrigeración de la cogeneración como de algún retorno de vapor después de haber sido usado en la producción.

Otra característica de la industria papelera es la generación de ambientes corrosivos debido a distintos procesos de sulfurizado con las consecuentes emisiones atmosféricas. Requieren salas eléctricas bien protegidas, con filtros especiales, y climatizadas para mantener todos los armarios de control en un estado óptimo y minimizar las graves consecuencias en la producción de eventuales paradas por fallos eléctricos. Por lo tanto, la climatización de las salas es un uso muy interesante para este tipo de enfriadoras.

Otro uso interesante del agua fría producida con las enfriadoras por absorción es el enfriamiento de entrada en las turbinas de gas (conocido por las siglas TIAC en inglés (“Turbine inlet air cooling”). Gracias al calor recuperado de la propia turbina, se puede enfriar el aire de entrada y de esa manera mantener las mejores condiciones de temperatura de ese aire para aumentar de forma significativa la producción eléctrica de la turbina.

La empresa Kromschroeder S.A., desde su departamento de eficiencia energética, se especializa en estos tipos de solución.

Las enfriadoras por absorción son la mejor alternativa a las enfriadoras eléctricas de tipo aire/agua o agua/agua cuando hay posibilidad de recuperar un calor térmico perdido o a muy bajo coste. Producen por lo tanto agua fría a una temperatura mínima de 4/5°C.

En vez de realizar una compresión eléctrica de un refrigerante, el principio de funcionamiento se basa en un conjunto generador/absorbedor y en un ciclo termodinámico de enfriamiento por absorción. En general se usa una solución de Bromuro de Litio por su gran afinidad a absorber vapor de agua. La enfriadora por absorción usa por lo tanto una solución diluida de agua con Bromuro de Litio como absorbente, agua de red para la refrigeración y una fuente de calor térmico.

En la figura 1 se puede ver el funcionamiento simplificado de la enfriadora.

Fig. 1: Ciclo de refrigeración por absorción (fuente: Shuangliang Eco-energy).

Los equipos están equipados con un PLC que regula todos los parámetros de funcionamiento, y ajusta el aporte de calor con una válvula de vapor equipada con un servomotor, los arranques y paradas de la torre de refrigeración, los arranques y paradas de la bomba de solución, y de la bomba de vacío.

La enfriadora Shuangliang Eco Energy, distribuida por Kromschroeder, está equipada con las últimas novedades desarrolladas por el fabricante Shuangliang.

Shuangliang ha desarrollado varias patentes y cuenta con importantes centros de investigación y desarrollo en China y Alemania. Entre sus características principales, cabe destacar que la bomba de solución del sistema está dotada de la tecnología Inverter, que permite regular de manera precisa el aporte de este flujo, mejorando la eficiencia y reduciendo el tiempo de arranque y el consumo energético. La configuración doble absorbedor-evaporador-absorbedor mejora su rendimiento.

Gracias a su tecnología doble efecto (dos generadores), la enfriadora consigue llegar a un COP más elevado (1,45).

La potencia de frío producido es modulante en función de la demanda, entre un 20% y el 100% (plena carga), y se puede conectar a internet para visualizar de forma remota los parámetros de funcionamiento permitiendo un control preventivo de posibles fallos.

Enfriadora por absorción de BrLi con agua caliente (marca Shuangliang Eco Energy).

Puede recuperarse el calor procedente de vapor, o de agua caliente, o de gases de escape. Además, pueden combinarse varias fuentes de energía en un solo equipo. Por ejemplo, puede instalarse una enfriadora que recupera por un lado gases de escape, y por otro lado agua caliente residual.

En caso de que la fuente de calor no sea suficiente, puede también complementarse, en un solo equipo, con el aporte de calor proveniente de una combustión de gas natural para llegar a producir la potencia de frío que se precisa conseguir.

En cualquier caso, las fuentes de las que se recupera calor, deben tener las temperaturas mínimas que podemos ver en la figura 2.

Considerando una potencia eléctrica nominal de sólo 8,7 kW para la enfriadora por absorción, contra 285 kW para una enfriadora eléctrica de EER 3.5, se puede estimar un ahorro en los consumos eléctricos con la enfriadora por absorción de unos 236.000 euros al año. (usando un factor de corrección del 80% de la potencia nominal, un coste de kWh eléctrico de 0,12 kWh y un cómputo de 8500 horas/año, habitual en la industria papelera).

Además de ese ahorro, por supuesto, habría que considerar y compensar el coste de la energía residual recuperada, en caso de que sea de muy bajo coste, y no totalmente residual.

Esta reducción de consumo eléctrico implica también una reducción de las emisiones de CO₂ de unas 1.468 toneladas/año.

Además, el refrigerante usado por la enfriadora es simplemente agua. Por lo tanto, no hay ninguna emisión de gases de efecto invernadero, como es el caso para la mayoría de los gases refrigerantes de las enfriadoras eléctricas.

Al realizar los cálculos de retorno de la inversión, también conviene remarcar que los costes de mantenimiento de una enfriadora por absorción pueden llegar a ser hasta un 60% inferiores a los costes de mantenimiento de una enfriadora eléctrica de potencia equivalente.

Considerando que las enfriadoras por absorción tienen una vida útil alrededor de los 25 años, queda demostrado el gran potencial de ahorro energéticos y de reducción de emisiones de CO₂ que esta tecnología tiene para la industria papelera en particular, pero también para cualquier industria que puede recuperar calor residual de algún proceso térmico.

Enfriadora por absorción con vapor (doble efecto) ST-331 1000 kW Shuangliang Eco Energy instalada en una industria papelera en España.