Comprensión de la recuperación de energía en intercambiadores de calor rotativos

Elementos técnicos clave que afectan a la eficiencia energética

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

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

Sistemas de recuperación de calor y conversión de energía por encima de 70^oLos sistemas de refrigeración por calor (C) se utilizan en procesos tecnológicos de las industrias energética, alimentaria, química y otras industrias basadas en procesos, donde se generan grandes cantidades de calor residual. Este calor residual, con altos parámetros térmicos, puede utilizarse para mejorar la eficiencia energética y económica de las empresas, ya sea calentando directamente el aire en los sistemas de ventilación o potenciando procesos tecnológicos que requieren temperaturas más elevadas (por ejemplo, como fuente de calor para bombas de calor utilizadas en la pasteurización de 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 puede utilizarse en procesos de refrigeración y climatización (por ejemplo, para convertir la energía térmica en agua fría mediante enfriadores de absorción o adsorción).

Sistemas de recuperación de calor y conversión de energía por debajo de 70^oLos colectores de aire se utilizan con mayor frecuencia para calefacción en edificios residenciales (por ejemplo, calefacción por suelo radiante con bombas de calor) o en edificios comerciales (por ejemplo, en unidades de tratamiento de aire (UTA) para calentar aire exterior recuperando el calor del aire de escape). Este artículo se centrará en las aplicaciones en edificios comerciales.

Los sistemas de recuperación de calor en las unidades de tratamiento de aire se basan en dos tipos de sistemas que, según la solución adoptada en el diseño de la unidad, consumen electricidad (sistemas activos) o no (sistemas pasivos). Los sistemas activos de recuperación de calor en las 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 con pequeñas diferencias de temperatura entre la corriente de aire de mayor temperatura y la de menor temperatura, siendo la temperatura del aire de mayor temperatura rara vez superior a 30 °C.^oC (en edificios comerciales, la recuperación de calor se produce incluso a temperaturas del aire más bajas).

La recuperación de calor en las unidades de ventilación y aire acondicionado se realiza generalmente mediante intercambiadores de calor rotativos o de flujo cruzado (hexagonales), y con menos frecuencia mediante bombas de calor. Los intercambiadores de calor rotativos se utilizan en unidades de tratamiento de aire (UTA) donde se permite el intercambio de masa entre el aire de entrada y el de salida (generalmente en edificios públicos). Los intercambiadores de calor de flujo cruzado y hexagonales se utilizan en unidades de tratamiento de aire donde no se permite el intercambio de masa entre el aire fresco y el aire usado (por ejemplo, en hospitales). Las bombas de calor reversibles se utilizan cuando se requiere aire de suministro a alta temperatura para calefacción.

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

Al calcular el rendimiento de un intercambiador de calor rotatorio para la recuperación de calor en unidades de tratamiento de aire, además del balance energético, se requiere un balance de masa adecuado. A continuación, se presentan las ecuaciones de balance energético y de masa para condiciones de flujo estacionario, bajo la siguiente suposición: Los cambios periódicos de parámetros resultantes del movimiento de rotación del intercambiador se promedian en el balance energético y de humedad global; 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: