INTRODUCCINA partir de la ltima dcada la recuperacin de calor en el rea de la refrigeracin industrial se ha convertido en parte cientfica del objeto de trabajo de muchas empresas en el mundo. Esta visin se debe a la posibilidad de aumentar la eficiencia energtica mediante esta va, favoreciendo considerablemente al proceso de condensacin del refrigerante e incidiendo en una reduccin considerable de los costos de calentamiento de agua.Existen reportes de determinadas investigaciones del empleo de recuperadores de calor en el rea de larefrigeracin industrial. Abass A. y Olajire P, realizan una revisin de un grupo de casos de estudio en la industria cervecera, donde se aplican diferentes tcnicas para propiciar el ahorro de energa y la reduccin del impacto ambiental.Srimuang, W. y Amatachaya P., realizan una revisin de la aplicacin de recuperadores de calor, enfocada al ahorro de energa y a la efectividad en la transferencia de calor de los diferentes equipos que han sido diseados y probados para varias aplicaciones. Por la naturaleza de estos procesos, existe en muchos casos inestabilidad en las fuentes generadoras de calor. Este elemento se introdujo en el anlisis de la eficiencia de equipos recuperadores de calor, por medio del monitoreo de varios elementos de diferente naturaleza. El desarrollo de mtodos de evaluacin del calor recuperado que involucran la exerga transferida para cada componente del sistema, sirvieron de base a estudios recientes, que proponen estrategias de control para asegurar una respuesta estable en sistemas de recuperacin de calor industrial, para alcanzar un rendimiento satisfactorio del proceso de recuperacin de calor.Los recuperadores de calor aprovechan la energa trmica contenida en los gases de escape, producto de la combustin en cualquier proceso industrial. Dentro de estos equipos se tienen superficies extendidas de intercambio de calor en forma de bancos de tubos. En las centrales de ciclo combinado los gases de escape de la turbina de gas se utilizan para generar vapor en las calderas de recuperacin. En la industria rara vez se dispone de espacios grandes por lo que el tamao de la caldera de recuperacin debe ser el menor posible, lo cual nos lleva a un diseo de recuperadores de calor compactos. El diseo de recuperadores de calor requiere un clculo adecuado de los fenmenos de transferencia de calor y de la dinmica de fluidos. En la actualidad, existen dos mtodos principales de diseo; el que utiliza tcnicas de dinmica de fluidos computacional (CFD) y el que utiliza modelos semiempricos. El mtodo CFD proporciona informacin completa y detallada de las variables relevantes de los fenmenos termodinmicos y los evala con cierta precisin, dependiendo de los modelos usados. Sin embargo, esta tcnica requiere una buena infraestructura computacional, terica y de grandes tiempos de clculo, no siempre disponibles en el sector industrial. Los modelos semiempricos permiten una evaluacin rpida y sencilla de los fenmenos termodinmicos, con una infraestructura computacional mnima. Sin embargo, la informacin proporcionada no es detallada y la precisin de los resultados esta en funcin de las correlaciones utilizadas. Por lo tanto, se analizar el mtodo semiemprico para el anlisis de recuperadores de calor a nivel industrial.

MTODOS UTILIZADOS

Que son los recuperadores de calor?Los recuperadores de calor son equipos que realizan automticamente la ventilacin de las estancias aprovechando el calor del aire viciado que extraen para cedrselo al aire fresco que impulsan al interior. Y todo ello sin mezclar el aire del exterior con el aire del interior. De este modo ahorraremos energa.Como funciona un recuperador de calor?Para recuperar el calor del aire de extraccin se utiliza un intercambiador de placas metlicas por el que circulan los flujos de aire de extraccin y aire exterior. Las placas impiden la mezcla de los dos flujos de aire y permiten la trasferencia de calor entre estos, se produce unacesin de calordel aire ms caliente (el del interior del edificio o aire de extraccin) con el aire ms fro (aire del exterior).

Tipos de recuperador de calor.Intercambiador de Flujos CruzadosLos caudales de aire de impulsin y extraccin, se cruzan en el interior del intercambiador en sentido perpendicular uno del otro.La eficiencia media, estar comprendida entre un 50% a 85%, dependiendo de las condiciones de trabajo y fabricante.Intercambiador de Flujos Paralelos

Los caudales de aire de impulsin y extraccin circulan paralelos y a contracorriente en el interior del intercambiador, con lo que el tiempo y la superficie de intercambio es mayor, y por lo tanto, se incrementa la capacidad de recuperacin.Este tipo de intercambiador, es de alta eficiencia, consiguiendo valores cercanos al 90%, en las mejores condiciones de funcionamiento.Intercambiador Rotativo

Los intercambiadores rotativos, se componen de un rotor, que es la masa acumuladora de calor, un motor elctrico y una carcasa.La eficiencia de este tipo de intercambiador, est entre el 65%-70%.EVALUACIN DE UN RECUPERADOR DE CALOR EN UNA INDUSTRIA FRIGORFICAMTODOS UTILIZADOS Y CONDICIONES EXPERIMENTALESEl ciclo de refrigeracin instalado en una fbrica de helados, tiene como objetivo suplir las necesidades de refrigeracin del proceso de elaboracin y conservacin del helado. Lafigura 1presenta en el esquema la ubicacin del recuperador de calor en el sistema de refrigeracin de dos etapas de compresin.La instalacin frigorfica objeto de anlisis, est compuesta en lo fundamental por un banco de compresores, un condensador evaporativo enfriado por agua, un tanque recibidor de lquido, un tanque enfriador separador intermedio, un sistema de evaporadores a baja presin formado por las neveras, la mquina de paletas y el equipo congelador, as como un sistema de evaporacin a presin intermedia donde estn ubicados la nevera de saboreo, los tanques de guarda y el banco de hielo.

Recuperar el calor desde compresor en el enfriamiento de las camisas del compresor, considerando ademas considerar el vapor refrigerante que abandona el compresor en la descarga, es para criterio de los autores, la oportunidad ms importante para la recuperacin de calor en sistemas industriales de refrigeracin. El calor recuperado en el sistema industrial, depender no solamente de la tecnologa del compresor, sino tambin de los parmetros operacionales del sistema.El recuperador de calor instalado tiene caractersticas novedosas en su construccin y funcionamiento. Ambos flujos circulan en espacios anulares en contracorriente, con entrada axial tangencial para aumentar el tiempo de permanencia de los fluidos y elevar la turbulencia de su hidrodinmica (Fig. 2). No existen referencias en la literatura cientfica abierta del empleo en Cuba de esta tecnologa en sistemas derefrigeracin industriales de doble etapa, que empleen amoniaco como refrigerante.

Las dimensiones fundamentales del equipo diseado junto a las mediciones de su explotacin son de vital importancia para su evaluacin. El dimetro exterior e interior del anulo por el cual fluye el agua tiene medidas de de 0.057 m, 0.050 m respectivamente. El dimetro exterior del tubo ciego que corresponde al diseo fue de 0.042 m, quedando el dimetro interior del nulo por el cual circula el amoniaco en 0.068 m. La longitud de intercambio de calor fue de 2,7 m.Las mediciones de temperatura del agua a la entrada (TeH2O) y salida (TsH2O) y del amoniaco a la entrada (TeNH3) y salida (TsNH3), se llevaron a cabo mediante un termmetro digitalElectro-TermModelo SRH77A de un rango -40 C hasta 200 C, con una apreciacin de 0.01 C. La medicin del flujo del agua (mH2O) se realiz por el mtodo de aforo, utilizando para ello un recipiente graduado en mililitros y un cronmetro. Para efectuar las mediciones de presin en el sistema nos auxiliamos de los manmetros instalados en la industria. Apoyndose en un ampermetro de ganchoFluke337A Modelo 321 y un analizador de redFluke430 serie II, se pudo determinar el voltaje (V) y el amperaje por fase de los motores instalados en los compresores (Ip) y el factor de potencia (cos).Determinando el flujo de amoniaco, a partir del balance trmico, se puede corresponder a la aplicacin del mtodo NTU-efectividad.

Donde Cmin y Cmax son las capacidades calricas de cada fluido.

Conociendo la configuracin de flujo, la efectividad () y la relacin de capacidad calrica (Cr), es posible determinar el nmero de unidades trmicas transferidas por unidad de rea (NTU).

Sustituyendo (1) y (7) en (8) podemos encontrar:

Notando que el coeficiente NTU, puede ser calculado como:

Otro concepto que se introduce en la evaluacin y que tiene determinado valor prctico, a pesar de ser poco empleado, es el de la eficiencia de un intercambiador.

Este parmetro representa en que medida esta transferencia de calor se realiza a la mxima temperatura, por lo que nos puede conducir de manera directa a valorar el comportamiento de un equipo en funcin de la temperatura de los fluidos presentes en el intercambio.Para efectuar las mediciones se consider un funcionamiento estable del sistema de refrigeracin, realizando la toma de datos de manera comparativa en el intervalo de flujo de agua en que se encuentra operando el intercambiador. Las mediciones que se exponen en latabla 1y en latabla 2son una muestra comparativa de las realizadas para evaluar el impacto de esta modificacin. Ellos corresponden a los valores medios para la misma carga frigorfica en los tres meses antes de la puesta en funcionamiento del recuperador de calor y luego de su entrada en explotacin.

Analizando los parmetros anteriores se pudo determinar la potencia elctrica del motor del compresor que se encontraba operando:

Para valorar el impacto del equipo en el sistema de refrigeracin, se consider que el sistema trabaja adems con una bomba de circulacin, y que la potencia frigorfica en los intervalos analizados no experimenta variacin. Partiendo de estos criterios fue posible calcular:

En la industria existe un sistema de calentamiento de agua que emplea como combustible fuel oil. A partir de los resultados de la explotacin del recuperador de calor es posible determinar comparativamente la cantidad de combustible que es posible ahorrar en la instalacin.A partir de considerar que:

Estos clculos tuvieron en cuenta la presin de trabajo del generador de vapor de la instalacin 5,50 kgf/cm2, la eficiencia de la caldera es de= 0,80 y el poder calrico bajo del combustible esci= 41 800 kJ/kgRESULTADOS Y DISCUSINA partir de las ecuaciones desarrolladas anteriormente se pudo obtener la variacin de diferentes indicadores del comportamiento del intercambiador de calor. Para el anlisis fueron tomados los datos del sistema operando en rgimen estacionario, variando el flujo de agua dentro de determinado rango que permite la obtencin de temperaturas de salida del agua entre 45 C y 90 C, independientemente de la hidrodinmica del agua.En la grfica de lafigura 3, se puede observar que la efectividad del equipo se mantiene en valores por encima del 60 % en prcticamente todo el rango de operacin. Esto nos indica que el recuperador, se encuentra operando con una buena efectividad. Solo a partir de un flujo de agua superiores a 0,05 kg/s, se experimenta un descenso de este indicador.La cantidad de energa que es posible recuperar desde la descarga del compresor depender de la temperatura mnima del proceso a donde ser destinada. En el sistema objeto de estudio el calor es recuperado para el suministro del sistema de generacin de vapor, lo cual requiere temperaturas elevadas. Si el uso primordial del agua caliente agua no requiriera niveles tan elevados en la temperatura (limpieza, procesos industriales), el anlisis podra derivar en otros resultado ya que es posible mantener niveles elevados de efectividad empleando flujos agua cercanos a 0.05 kg/s.Se recomienda un anlisis del uso del agua caliente producto del proceso de recuperacin de calor, para indicar el flujo de agua al cual operar el sistema, realizando un anlisis trmico asociado que garantice una operacin eficiente del intercambiador de calor.Valorando una temperatura del agua a la salida del recuperador de 60 C, los ndices de calor recuperado de 0,15 kWtrmico/kWrefrigeracin, superior al reportado por Reindl D. T. (0,11 kWtrmico/kWrefrigeracin) [14], en la recuperacin de calor en sistemas de compresores de tornillo

CONCLUSIONESLos resultados obtenidos muestran que el desempeo del recuperador de calor instalado, se encuentra operando con ndices adecuados de efectividad (67 %), con una eficiencia superior al 35 %, para 68,9 C de temperatura de salida del agua. En el intervalo de flujo de agua evaluado, los parmetros trmicos de funcionamiento del sistema de intercambio de calor se encuentran en niveles adecuados. La incidencia de la temperatura del agua a la salida en la calidad del proceso de transferencia de calor, hace necesario un balance entre el nivel trmico al cual se requiere el agua y la eficiencia del recuperador de calor, para garantizar un adecuado funcionamiento del sistema desde el punto de vista trmico.La puesta en funcionamiento de la recuperacin de calor permite el incremento de la eficiencia del sistema de refrigeracin de doble etapa de compresin (COP) en un 0.43, respecto a su explotacin sin el sistema de recuperacin de calor. Esto fue provocado por la disminucin de la presin de condensacin y el menor consumo de los motores elctricos de los compresores de la instalacin frigorfica. Esto permite el ahorro de recursos y la explotacin ms estable del sistema de refrigeracin.El ahorro del combustible empleado en el calentamiento de agua para la generacin de vapor contabilizado luego de la puesta en marcha del recuperador de calor fue aproximadamente 0,2 kg/h teniendo en cuenta los flujos de agua empleados en la instalacin. Esto constituye un elemento muy importante ya que hace posible la reduccin del costo asociado a la produccin de la industria y la elevacin de la eficiencia industrial.Los ndices de aprovechamiento trmico (0,15kWtrmico/kWrefrigeracin), y de reduccin en la temperatura en la descarga (7,5 C/bar), son comparativamente superiores a los reportados en la literatura, lo que permite recomendar su uso en instalaciones frigorficas industriales.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/1254/Tesis%20Completa.pdf?sequence=1

http://scielo.sld.cu/scielo.php?pid=S1815-59442014000100002&script=sci_arttext (ingeniera mecnica)

http://carraldesign.blogspot.com/2014/05/el-articulo-del-mes-recuperadores-de_11.html http://madridvertical.eu/2013/12/29/recuperadores-de-calor-recuperadores-de-energia/