Sistemas de recuperación de energía – Economizadores

Los sistemas de recuperación de energía son equipos industriales diseñados para rescatar calor no aprovechado en los procesos; esto es, el de corrientes de desecho, gases de chimenea, aguas residuales, etc. El hecho de recuperar parte de esta energía reduce los costos operativos de las empresas, así como su huella ambiental; en otras palabras, aumenta la ecoeficiencia de los procesos industriales. En este artículo, se proveerá una breve introducción a un tipo de sistemas de recuperación de energía: los economizadores.

Diagrama de implementación de un economizador - Fuente: Recursos Naturales de Canadá

Para empezar, este es el tipo más simple de sistemas de recuperación de energía, el cual consiste en intercambiadores de calor que aprovechan la energía calorífica de los gases de chimenea. Existen dos tipos de economizadores: los convencionales y los de condensación (Ahmed, y otros, 2019).

Los economizadores convencionales consisten en un intercambiador de calor a través del cual transita algún fluido por tubos: los gases de chimenea pasan por fuera de los tubos y transmiten calor a la corriente que pasa por dentro de estos (Ahmed, y otros, 2019). Un ejemplo de este tipo de economizadores es el Boiler Stack Economizer (Economizador apilado en caldera, en español), el cual se instala directamente encima de la caldera (Natural Resources Canada, 2020).

Boiler Stack Economizer - Fuente: Recursos Naturales de Canadá

De manera similar, los economizadores de condensación se instalan a la salida de los gases, pero estos tienen mayor capacidad de recuperación de energía ya que se diseñan para operar a una temperatura igual o menor al punto de rocío del agua. Esto es, con este tipo de equipos es posible recuperar el calor sensible del vapor, y el calor latente de la condensación.

No obstante, para diseñar o escoger correctamente estos equipos se deben de considerar dos factores: las temperaturas de rocío del agua y del ácido. La primera es la temperatura a la cual la presión parcial del agua (el producto de la fracción molar de agua en el gas de chimenea y la presión total de operación), es igual a la presión de saturación del vapor de agua puro (Ahmed, y otros, 2019).

El segundo factor, el punto de rocío ácido, está definido de manera similar: se trata de la temperatura a la cual la presión parcial de la mezcla de vapor ácido (vapor de agua y trióxido de azufre (SO3)), es igual a la presión de vapor de la mezcla ácida; la cual se estima asumiendo que se trata de ácido sulfúrico puro (H2SO4). Este punto de rocío depende del contenido de azufre del combustible empleado en la caldera (Ahmed, y otros, 2019).

Es importante tener en cuenta estos factores por al menos dos razones. Un motivo es diseñar un economizador de condensación; para el cual se necesita una temperatura de operación menor a la temperatura de rocío del agua en los gases. La segunda finalidad es averiguar si el equipo operará a por debajo del punto de rocío ácido, ya que la generación de este tipo de compuestos resulta dañina para los materiales convencionales. Es decir, el operar por debajo de este punto ocasiona que se deban hacer mayores inversiones en los materiales de construcción del economizador (Ahmed, y otros, 2019).

Para continuar, los sistemas economizadores de energía térmica han sido probados con éxito en diversas industrias. En una planta carbonífera de generación de electricidad en China, se empleó un economizador de condensación a baja presión a la salida de los gases del quemador, antes del proceso de desulfuración. Los investigadores encontraron que la implementación de esta tecnología resultó en ahorros de 25 a 35 toneladas de agua por hora, y entre 2 y 4 gramos de carbón por kilowatt-hora de energía producido; además de que incrementó la eficiencia de la remoción de azufre de los gases de chimenea debido a la condensación del vapor de agua (Wang, y otros, 2012).

También, en el centro acuático de Vancouver, Canadá; se implementó un economizador convencional a la salida de los gases de combustión emanados por la caldera de la alberca. Según los reportes de Recursos Naturales de Canadá, este sistema genera ahorros anuales $8,100 CAD (Natural Resources Canada, 2020).

En conclusión, los economizadores son el método más sencillo de recuperación de energía térmica. Existen dos clasificaciones de estos equipos y para escogerlos correctamente hay que prestar atención a las temperaturas de rocío del ácido y del vapor de agua. Finalmente, tienen aplicaciones en diversos sectores y su implementación resulta en ahorros, reducción de consumos energéticos y materiales, mayor eficiencia, y menor impacto ambiental.

Referencias:

• Ahmed, S., Schmalzer, D., Essendelft, D., Shadle, L., Siefert, N., Link, D., . . . Dees, D. (2019). Energy Resources, Conversion and Utilization. En D. Green, & M. Southard, Perry's Chemical Engineers' Handbook. Estados Unidos: McGraw-Hill.

• Natural Resources Canada. (2020). Heat Recovery with Boiler Stack Economizers. Obtenido de Government of Canada: https://natural-resources.canada.ca/maps-tools-and-publications/publications/energy-publications/energy-efficiency-publications/heat-recovery-boiler-stack-economizers/5931

• Wang, C., Boshu, H., Shouyang, S., Wu, Y., Yan, N., Yan, L., & Pei, X. (2012). Application of a low-pressure economizer for waste heat recovery from the exhaust flue gas in a 600 MW power plant. Energy, 196-202.