Publication: Recuperación y revalorización del calor residual de un motor alternativo para producción de frío
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Publication date
2014-07
Defense date
2014-07-24
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El presente proyecto parte de la creciente preocupación por el medio ambiente y por el uso responsable de la energía. En el marco actual, donde la demanda de energía a nivel mundial se ha incrementado rápidamente en los últimos años, se hace necesario aumentar el aprovechamiento de la energía producida.
Los motores térmicos son unas de las unidades de generación de energía más utilizadas. En su proceso de combustión, los gases de escape se llevan consigo alrededor de un tercio de la energía de entrada. Esta energía disponible en la corriente de salida puede ser reutilizada todavía para algún objetivo útil, lo que hace necesario la investigación y desarrollo de técnicas para la recuperación del calor residual.
Orientado en está dirección se desarrolla este trabajo, donde el sistema de recuperación de calor consistente en un intercambiador de calor de tubos y carcasa se ha diseñado para la recuperación de calor residual del escape de un motor alternativo de combustión interna de 60 kW térmicos y su aplicación en la producción de frío de una máquina de absorción de doble efecto condensada por aire. Los gases de escape del motor alternativo con una temperatura media de 450 ºC constituyen el primer fluido de trabajo del intercambiador, que va a circular por el interior de los tubos. El agua, el segundo fluido de trabajo en el lado exterior de los tubos, se utiliza como fluido de transferencia de calor para extraer el calor de los gases de escape, y posteriormente alimentar el generador de la máquina de absorción a una temperatura de servicio de 175 ºC.
Para realizar el diseño se analizaron varias propuestas y configuraciones eligiendo la más eficiente a través del método generalizado de cálculo basado en los parámetros medios de los fluidos de trabajo, consistente en un intercambiador de calor de tubos y carcasa, constituído por tres (3) tubos con un diámetro interno de 5 cm.
Una vez seleccionada la propuesta óptima, se implementaron los cálculos de transferencia de calor dentro de un proceso iterativo desarrollado con el programa comercial MathCad, comprobando y discutiendo la configuración seleccionada.
El siguiente paso, una vez definido el intercambiador de calor, se centró en la selección y cálculo del espesor de aislamiento para la instalación. Estos cálculos también se integraron dentro del programa informático, obteniéndose un espesor necesario de lana de roca de 20 mm para el aislamiento del equipo.
Luego de realizar la investigación y selección del equipo de recuperación, se analizó la viabilidad económica del sistema desarrollado, así como los beneficios aportados desde un punto de vista energético y medioambiental frente a la producción de la energía recuperada a través de tecnologías convencionales. Los resultados obtenidos arrojaron importantes ahorros energéticos de más de 200 MWh, reducciones de emisiones de CO2 de entre 42.000 y 53.500 kg y un ahorro económico de entre 5.400 y 25.000€ dependiendo de la tecnología comparada.
Description
Keywords
Motores térmicos, Transmisión de calor, Mecánica de fluidos, Calor residual