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Los procesos industriales generan grandes cantidades de calor, pero cuando el aire o los productos necesitan enfriarse, se suele expulsar al medio ambiente como residuo.
La industria consume casi un tercio de la energía de la UE. Debido al encarecimiento de los combustibles y del carbono, los sistemas de recuperación de calor residual ofrecen un gran ahorro económico y podrían reducir de forma drástica las emisiones de carbono.
Los investigadores de ETEKINA, financiado con fondos europeos, crearon nuevos intercambiadores de calor basados en caloriductos (HPHE, por sus siglas en inglés): sistemas que usan conjuntos de tubos sellados y llenos de fluido para recuperar el calor de flujos residuales como los gases de escape.
El equipo los diseñó para tres pilotos industriales complejos. Aunque el proyecto finalizó hace tiempo, estos prototipos aún funcionan, dice Hussam Jouhara, coordinador técnico de ETEKINA.
Avances en la tecnología de caloriductos
Los caloriductos son una herramienta eficaz para recuperar el calor de procesos industriales. Al igual que un frigorífico o una unidad de aire acondicionado, se basan en un ciclo de ebullición/condensación que se produce dentro de un tubo metálico, cerrado herméticamente, para transferir energía térmica de un punto a otro.
Los HPHE usan múltiples caloriductos que trabajan juntos en un sistema sellado. Conforme los flujos de calor residual atraviesan el intercambiador, los caloriductos absorben el calor y lo transfieren a un fluido disipador de calor. El calor reciclado vuelve a fluir hacia un punto del proceso industrial donde se necesita.
El equipo de ETEKINA creó tres sistemas de intercambiadores de calor para tres empresas de sectores industriales distintos: una fábrica de piezas de aluminio para automóviles en España, una fundición de acero en Eslovenia y un fabricante de baldosas cerámicas en Italia.
«El proyecto se ejecutó como una colaboración entre los socios implicados y se estructuró para facilitar el apoyo directo a los usuarios finales por parte de los socios nacionales del proyecto», afirma Jouhara.
Los HPHE fueron diseñados y fabricados por el grupo de investigación Heat Pipe and Thermal Management de la Universidad Brunel de Londres, que dirige Jouhara, y el fabricante de intercambiadores de calor Econotherm, una actividad que contó con la colaboración directa de los socios de ETEKINA para garantizar la compatibilidad del sistema con los procesos previstos.
«Logramos implantar la tecnología de caloriductos en aplicaciones de recuperación de calor residual muy complejas, que se consideraban inabordables debido a la inestabilidad de los flujos, las altas temperaturas y la compatibilidad del control con el proceso», añade Jouhara.
Demostrar la viabilidad de la tecnología
Se comprobó que la tecnología de HPHE de ETEKINA reducía la pérdida de energía calorífica residual de todas las industrias implicadas en, al menos, un 40 %. El retorno de la inversión en esta tecnología fue de nueve meses en el caso de la fundición de acero, mientras que en las otras dos empresas fue de veinticuatro meses. Las unidades siguen funcionando y suponen un gran ahorro para las empresas participantes, sobre todo considerando el aumento de los costes energéticos en los dos últimos años.
«Estas instalaciones garantizaron una recuperación estable y eficaz de flujos de calor residual que son muy difíciles de devolver al proceso industrial», dice Jouhara; y añade que el proyecto demostró el valor de estas tecnologías de HPHE para la industria.
Cerrar el bucle de la calefacción y el agua
Los investigadores de ETEKINA mejoran sus tecnologías para crear otros sistemas de recuperación. Su plan es integrar estos sistemas en todas las industrias europeas en un futuro próximo.
«El intercambiador de calor ha sido objeto de un gran desarrollo en el marco de otro proyecto financiado con fondos europeos, iWAYS», explica Jouhara. Jouhara también es el director técnico de iWAYS e inventor de la tecnología de condensación que se demostrará en el proyecto en diferentes puntos de Europa. El objetivo es seguir descarbonizando las fábricas europeas y facilitar la recuperación de agua de los flujos de escape industriales.
«En ETEKINA se demostró que la tecnología de caloriductos constituye una opción viable para muchas otras industrias que no participaron en él —concluye Jouhara—. El proyecto fue un ejemplo notable de la contribución directa del programa europeo Horizonte 2020 a las industrias europeas».