Recuperación de calor: la mejor forma de reducir consumos y emisiones de gases invernadero

Se pueden instalar recuperadores de calor en todos los canales de humos de escape procedentes de un proceso productivo donde sea necesario aire de combustión, siendo los más clásicos los siguientes: 1) industria del esmalte (en hornos de fusión de frita); 2) industria del vidrio (en hornos de fusión, ya sea partiendo de tierras, vidrio troceado o mixtos); 3) industria siderúrgica (hornos de recalentamiento, hornos de forja, hornos de tratamiento, etc.).

Hay además otro tipo de instalaciones en las cuales no solo es interesante, sino en ocasiones necesario, acoplar un recuperador, tales como: oxidación térmica de residuos sólidos, líquidos o gaseosos; hornos de fusión de metales; hornos de calcinación; calderas de producción de vapor y aceite térmico, etc.

El límite de aplicación de los recuperadores de Kalfrisa está normalmente en unas temperaturas de entrada de los humos de hasta 1.500 °C. Las máximas temperaturas de aire caliente alcanzadas, trabajando continuamente, son de unos 800 °C, aunque en algunos casos están limitadas por el tipo de combustible utilizado en el proceso.

La fabricación de Kalfrisa en este campo abarca los recuperadores de radiación (de tubos y de doble camisa); los recuperadores de convección; y la combinación de ambos tipos.

La posibilidad de realizar para cada proceso un diseño específico acorde con las necesidades, hace posible conseguir una recuperación de energía con un ahorro en muchos casos muy importante, ya sea en nuevas instalaciones o en sistemas de recuperación ya instalados, optimizándolos con nuevas superficies de intercambio o sustituyéndolos por otros más eficaces.

Los cinco parámetros que condicionan el diseño de un recuperador

1. La composición de los humos y su contenido de polvo.

2. Temperatura de humos a la entrada del recuperador y temperatura a que se desea calentar el aire.

3. Caudales de humos y aire que van a pasar por el recuperador.

4. Presión de trabajo de la instalación.

5. Lugar donde se desea instalar el recuperador.

En estos recuperadores la transferencia de energía calorífica entre el fluido primario y el secundario se realiza principalmente por radiación y su instalación se realiza siempre en una chimenea vertical.

Este tipo de intercambio está fuertemente favorecido por la temperatura, de tal forma que estos recuperadores son especialmente indicados en los siguientes casos:

- Cuando la temperatura de humos es superior a 1.000 – 1.050 °C.

- Cuando los componentes de los humos son agresivos o con un alto contenido en materia particulada.

Existen dos tipos de recuperadores de radiación, el de doble camisa y de cesta de tubos.

El recuperador de doble camisa está fabricado mediante dos cilindros concéntricos en los que el fluido secundario circula a través de la corona circular bien paralelamente al eje del recuperador o bien helicoidalmente, en contracorriente o en corrientes paralelas. Está indicado para presiones de trabajo de hasta 2.000 mm. C.A.

Sus principales ventajas son las siguientes:

- Disminución del consumo de combustible que en determinadas circunstancias puede superar el 40% por precalentamiento del aire de combustión.

- Ausencia de pérdidas de presión en los humos como consecuencia del diseño geométrico de este tipo de recuperadores.

- Diseño compacto que facilita su instalación en la chimenea de humos.

Este tipo de recuperadores son indicados en hornos de fusión de frita, hornos de vidrio, hornos de aluminio, hornos de forja de la industria siderúrgica, etc.

En los recuperadores de radiación de cesta de tubos se sustituye la camisa interior por una cesta de tubos dispuestos anularmente, por la que circula el aire, con el objetivo que la transferencia de calor se siga realizando por radiación.

Entre sus principales ventajas estarían las siguientes:

- Mejor reparto del aire que da como resultado una temperatura homogénea de los tubos de la cesta.

- Mayor resistencia a la corrosión por una elección más adecuada del material.

- Mantenimiento idóneo ya que el elemento de intercambio (cesta de tubos) es independiente del armazón.

- Mayores presiones de trabajo que podrían llegar hasta 6000 mm. C.A.

Este tipo de recuperadores se instalan habitualmente en hornos de fusión de la industria del vidrio.

Las instalaciones mixtas se utilizan en aquellos casos en los que se pretende realizar un aprovechamiento térmico de los humos máximo, es aconsejable la utilización de instalaciones constituidas por dos o más recuperadores conectados en serie.

Con este sistema se evita la utilización de un único recuperador de grandes dimensiones lo que daría lugar a unos mayores problemas de funcionalidad y mantenimiento así como a un mayor coste en su fabricación.

Como indica su nombre, en estos recuperadores la transferencia de calor entre el fluido primario y el secundario se realiza fundamentalmente por convección.

Se caracterizan por un contacto total entre los gases y los tubos que constituyen el recuperador, por lo que son especialmente indicados para los siguientes casos:

- Para temperaturas de trabajo inferiores a 1000 - 1050 °C.

- Para corrientes gaseosas o de humos, moderadamente limpias (ausentes de materia particulada) y sin componentes especialmente corrosivos.

Pueden ser de dos tipos:

- Haces tubulares sueltos para introducir en un canal de humos horizontal (subterráneo o aéreo) o vertical (chimenea).

- Haces tubulares con armazón metálico incorporado en los casos en que la temperatura de los humos no es muy elevada y se prefiere un conjunto compacto para facilitar el montaje. Estos pueden también montarse vertical u horizontalmente.

Un dimensionamiento térmico exacto permite lograr la mejor relación entre la superficie de intercambio y la pérdida de presión así como entre la superficie de intercambio y el espacio ocupado. Todo ello, junto con la toma en consideración del riesgo de corrosión y el conocimiento de las instalaciones donde van a ser ubicados, garantiza el uso del equipo más adecuado a las necesidades de los clientes.

Además, la óptima selección de los materiales empleados aseguran una durabilidad del equipo, con una ventajosa relación calidad / precio / rendimiento.

Por último, señalar que la selección y cálculo de cada recuperador de forma específica permite conseguir una recuperación de energía óptima, con un ahorro económico que en un gran número de casos permite amortizar la inversión para la adquisición del equipo en un breve periodo de tiempo.