Propuesta de un sistema de aprovechamiento de energía térmica para su utilización en el Laboratorio de Operaciones Unitarias de la Universidad del Valle de Guatemala.

Abstract

Se realizó un análisis para el cálculo y dimensionamiento de un sistema de aprovechamiento de energía residual con una bomba de calor. Se usó una carga de calor específica en un rango de temperatura determinado, correspondientes a dos sistemas seleccionados en el Laboratorio de Operaciones Unitarias de la Universidad del Valle de Guatemala. Se seleccionó el tanque de ahogamiento de vapor de la caldera pirotubular y el evaporador semi industrial de simple efecto, como los equipos con mayor potencial para aprovechamiento de energía residual. Para el caso del tanque de ahogamiento, se evaluó específicamente el aprovechamiento del calor del agua después de ahogar vapor para aprovecharlo con la bomba de calor. En el caso del evaporador de simple efecto, se evaluó la posibilidad de sustituir el sistema de recirculación de agua de enfriamiento que va hacia la torre por uno que use la bomba de calor y con esta reducir la temperatura del agua que se utiliza en los condensadores del equipo. Se determinó que la bomba de calor diseñada para el tanque de ahogamiento de vapor de caldera tiene una capacidad de enfriamiento de 18 kW y una capacidad de calentamiento de 22 kW, mientras que la bomba de calor diseñada para el evaporador de simple efecto tiene una capacidad 12 kW y 15 kW, respectivamente. Ambas permiten alcanzar una temperatura de aplicación directa entre 50ºC a 55ºC, utilizando refrigerante R-134a que opera en un ciclo de evaporación/condensación de 5ºC y 50ºC. El coeficiente de desempeño estimado para las bombas de calor es de 4.6 para el COP de enfriamiento y 5.6 para el COP de calentamiento. El intercambiador de captación es un serpentín de 5 vueltas construido de tubería de cobre tipo M de 0.0254 m (1”) con agua fluyendo por un circuito cerrado a 1.5 m/s. Los sistemas de intercambiadores que incluyen al evaporador y condensador de la bomba de calor son serpentines de tubos concéntricos con tubería externa de polietileno de alta densidad de 0.0191 m (3/4”) y tubería interna de cobre tipo M de 0.0064 m (1/4”). Se calculó y seleccionó los compresores tipo “scroll”, las válvulas de expansión y las bombas de circulación necesarias para el funcionamiento de este sistema. Las bombas de calor diseñadas para ambos sistemas permiten retirar el calor del agua caliente de la fuente y aumentarle la temperatura, para su aprovechamiento directo en una aplicación o proceso dentro del Laboratorio de Operaciones Unitarias.