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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Aprovechamiento y recuperación de calor. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía Antes de hablar de aprovechamiento y recuperación de calor, es necesario definir estos conceptos similares. La utilización (uso) implica el uso de calor para varios propósitos. La recuperación (retorno) se refiere al retorno de calor a una vivienda, proceso de producción, etc. Por mucho que mejoremos los generadores de calor, por mucho que aislamos y sellamos nuestras casas, el 100% del calor producido tarde o temprano saldrá de la vivienda. El proceso de respiración, que requiere ventilación, tiene la culpa de todo. Durante la ventilación, junto con el aire usado, el calor también sale de nuestra vivienda. La idea de utilizar de alguna manera las emisiones de calor no es nueva. El dispositivo más simple que permite aprovechar la disminución de la densidad de los gases cuando se calientan es la conocida chimenea. Este, como dicen los especialistas en energía térmica, es un enderezador fijo que proporciona tiro en el horno, lo que, a su vez, permite lograr una mayor temperatura de combustión del combustible. Un ejemplo de ventilación de una habitación es una chimenea. Hoy se considera erróneamente un generador de calor. Pero el generador de calor de la chimenea, francamente, es inútil: en términos de eficiencia, este dispositivo ocupa el último lugar entre todos los generadores de calor conocidos. Particularmente relevante es la idea de recuperación de calor en metalurgia. Más de la mitad de la energía consumida por la industria, y más de un tercio del carbón extraído, se destina precisamente a las necesidades de la metalurgia. Los intercambiadores de calor permiten utilizar el calor de los procesos metalúrgicos para calentar la voladura. Dichos dispositivos también se pueden utilizar para la recuperación de calor en locales residenciales [1]. El esquema de ventilación forzada con intercambio de calor entre el aire entrante y saliente se muestra en la Fig.1.
El ventilador eléctrico impulsa el aire usado a través del intercambiador de calor. Al mismo tiempo, el aire fresco ingresa a la habitación calentada. Para aumentar el grado de este calentamiento, es necesario aumentar la presión del aire de escape descargado al exterior. A menudo utilizados para la recuperación de calor, los gases (aire, vapor, humo) contienen varios contaminantes que obstruyen los intercambiadores de calor. Para evitar esto, nuevamente, es necesario aumentar la presión de los gases utilizados para calentar en el intercambiador de calor. Esto se puede hacer con la ayuda de un acelerador, un orificio de pequeño diámetro que impide el libre movimiento de los gases. Al aumentar la presión del aire a 30-40 atm., puede calentarlo a más de 700°C. La propiedad de los gases de aumentar su temperatura cuando se comprimen se utiliza en motores diesel, acondicionadores de aire, al licuar gases, etc. Pero es energéticamente poco práctico usar un estrangulador para concentrar el calor. Para aumentar la eficiencia de los dispositivos de recuperación de calor y recuperación de calor, en lugar de un acelerador, es necesario usar expansores, preferiblemente basados en una turbina tangencial (turbina de vórtice) Fig. 2, donde 1 es un suministro de gas en espiral, 2 es una dirección aparato de boquilla, 3 es un rotor, 4 es un difusor de salida.
En esencia, los expansores no son más que motores neumáticos en los que el gas, al expandirse, trabaja y se enfría mucho. Hoy en día, los turboexpansores se utilizan donde son casi indispensables: para licuar gas hidrógeno, que, al pasar por el acelerador, no se enfría, sino que, por el contrario, se calienta. Hoy en día, los expansores se cargan con frenos de agua enfriados especialmente. El calor del agua hirviendo resultante se utiliza por medio de una torre de enfriamiento, una tubería vertical de un diámetro muy grande (Fig. 3).
En una torre de enfriamiento, el calor se usa para enfriar el agua por hiperconvección del aire atmosférico. Estos aparatos se inventaron hace cientos de años y hoy en día ya están moralmente obsoletos, están siendo sustituidos por bombas de calor más eficientes y compactas que permiten utilizar el calor de bajo potencial al 100%. También hay que recordar que las torres de refrigeración son una de las mayores fuentes de contaminación térmica de la atmósfera. Si los expansores no se cargan con frenos, sino con compresores, generadores eléctricos o se usan como motores, entonces se puede devolver parte de la energía gastada en comprimir el gas, mientras aumenta la eficiencia de las unidades de intercambio de calor. Para ahorrar electricidad para calentar el calor, es posible utilizar varios tipos de bombas de calor, pero las más interesantes son las unidades en las que la recuperación de calor se combina con el movimiento o la recuperación de electricidad. La figura 4 muestra un intercambiador de calor que realiza las funciones de unidad de ventilación y generador de calor.
Como fluido de trabajo, se utiliza aire de una habitación ventilada y calentada por este motor térmico. La carga (compresor) se distribuye por medio de un diferencial entre el motor eléctrico y el expansor. Los conductores están familiarizados con el funcionamiento de un diferencial en el eje motriz de un vehículo. El diseño de la unidad de turbocompresor, que consta de un compresor y un expansor, también es conocido por muchos. El uso de turboalimentación en acondicionadores de aire aumentó su eficiencia en 2 veces. Si se utiliza turboalimentación en el recuperador (Fig. 5), desaparecerá la necesidad de un diferencial.
Pero lo más tentador es la idea de utilizar una turbina-expansor tangencial para accionar un generador eléctrico (Fig. 6).
La velocidad de operación del turbo expansor es enorme (decenas e incluso cientos de miles de revoluciones por minuto), lo que permite el uso de generadores con alta densidad de potencia y eficiencia. Con un intercambiador de calor suficientemente potente se puede obtener aire sobreenfriado a la salida del expansor, lo que permitirá utilizar generadores eléctricos basados en superconductores. Hoy en día, los escolares ya están fabricando superconductores [2]. Para ello se sinteriza una mezcla de óxidos de itrio, bario y cobre durante 8 horas en una proporción de 1:2:3. Tal material exhibe superconductividad ya a la temperatura del nitrógeno líquido (77°K). Hoy, más que nunca, es importante pensar en ahorrar calor y electricidad. Las bombas de calor y los recuperadores basados en ellas ayudarán mucho en la implementación de ahorros de casi el 100%. El uso de estos dispositivos reducirá drásticamente la pérdida de electricidad y calor en nuestros hogares. Pero lo que es más importante, los recuperadores reducirán significativamente las emisiones nocivas, que ya hoy provocan cambios impredecibles y catastróficos en la naturaleza. Literatura:
Autor: Y. Barbudo
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