Elementos técnicos clave que inciden en la eficiencia energética

Comprender la recuperación de energía en intercambiadores de calor rotativos: elementos técnicos clave que afectan la eficiencia energética

Los sistemas de recuperación de calor se pueden dividir en dos categorías según los parámetros térmicos del sistema: Sistemas de recuperación de energía y conversión de calor residual con parámetros térmicos altos (por encima de 70^oC) y sistemas de recuperación y conversión de energía a partir de calor residual con parámetros térmicos bajos (por debajo de 70^oC).

Sistemas de recuperación de calor y conversión de energía por encima de 70^oC se utilizan en procesos tecnológicos que tienen lugar en las industrias energética, alimentaria, química y otras industrias basadas en procesos donde se liberan grandes cantidades de calor residual.Este calor residual con altos parámetros térmicos se puede utilizar para mejorar la eficiencia energética y económica de las empresas calentando directamente el aire en los sistemas de ventilación o aumentando los procesos tecnológicos que requieren temperaturas más altas (por ejemplo, la fuente de calor para las bombas de calor utilizadas para la pasteurización en la industria alimentaria, o para la producción de electricidad en los sistemas orgánicos de Ciclo Rankine o Ciclo Kalina).El calor residual con parámetros térmicos tan elevados también se puede utilizar para procesos de refrigeración y aire acondicionado (p. ej., convertir energía térmica en agua enfriada mediante enfriadores de absorción o adsorción).

Sistemas de recuperación de calor y conversión de energía por debajo de 70^oC se utilizan con mayor frecuencia para fines de calefacción en edificios residenciales (p. ej., calefacción por suelo radiante con el uso de bombas de calor) o edificios comerciales (p. ej., en unidades de tratamiento de aire (AHU) para calentar aire "fresco" o "exterior" mediante la recuperación del calor de ” o aire de “escape”).Este artículo se centrará en las aplicaciones de edificios comerciales.

Los sistemas de recuperación de calor en unidades de tratamiento de aire se basan en dos sistemas que, dependiendo del tipo de solución adoptada en el diseño de la unidad, consumen energía eléctrica (sistemas activos) o no (sistemas pasivos).Los sistemas activos de recuperación de calor en unidades de tratamiento de aire incluyen, por ejemplo, sistemas basados ​​en intercambiadores de calor rotativos o bombas de calor reversibles.Los sistemas pasivos de recuperación de calor incluyen intercambiadores de calor cruzados y hexagonales.La característica de la recuperación de calor en los sistemas de ventilación es que el calor se recupera a pequeñas diferencias de temperatura entre la corriente de aire a temperatura más alta y la corriente de aire a temperatura más baja, y el aire a temperatura más alta rara vez supera los 30^oC (en edificios comerciales, la recuperación de calor tiene lugar incluso a temperaturas del aire más bajas).

En la mayoría de los casos, la recuperación de calor en las unidades de ventilación y aire acondicionado se lleva a cabo mediante intercambiadores de calor rotativos o de flujo cruzado (hexagonal), y con menos frecuencia mediante bombas de calor.Los intercambiadores de calor rotativos se utilizan en AHU donde se permite el intercambio de masa entre el aire de entrada y salida en la AHU (generalmente son edificios públicos).Los intercambiadores de calor de flujo cruzado y hexagonales se utilizan en unidades de tratamiento de aire en las que no se puede permitir el intercambio de masa entre el aire fresco y el usado (p. ej., hospitales).Las bombas de calor reversibles se utilizan cuando se requiere aire de suministro a alta temperatura para fines de calefacción.

Balance de masa y energía en intercambiadores de calor utilizados en unidades de tratamiento de aire

Al calcular el rendimiento del intercambiador de calor rotatorio para la recuperación de calor en unidades de tratamiento de aire, además del balance de energía, se requiere un balance de masa adecuado.Las siguientes son ecuaciones de balance de masa y energía para condiciones de flujo en estado estacionario con la siguiente suposición.Los cambios periódicos de parámetros resultantes del movimiento de rotación del intercambiador se promedian en el balance general de energía y humedad, es decir, los cambios locales periódicos de temperatura y humedad en la superficie de la rueda giratoria son insignificantes y, por lo tanto, se omiten en los cálculos.

a) Balance de masa, concentración y energía para intercambiadores de calor rotativos: