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CATÁLOGO WHG125 

 

El Generador de Calor Residual WHG125 de Calnetix Power Solutions ofrece: • Generador de alta velocidad • Cojinetes magnéticos • Electrónica compatible con la red • Posibilidad de velocidad variable • Módulo de potencia herméticamente sellado • Diseño modular • Sin engranajes • Sin lubrificación • Sin sistema de Lubricación 

Módulo de recuperación

Conjunto completo PAK

  

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Cómo usar este manual

Hay varias maneras de utilizar este manual, dependiendo de qué tipo de usuario se disponga a usarlo . Si se trata de una primera aproximación al mundo de los generadores de calor residual y al Ciclo Orgánico Rankine, se recomienda la lectura previa de la Guía de aplicación. Si se desea encontrar una solución de sistema completo, es preferible comenzar por la sección Conjunto Completo PAK. Si quien lo usa es un integrador de sistemas y su interés se centra en generadores básicos de calor residual prescindiendo de los necesarios intercambiadores de calor de evaporación y condensación, conviene empezar por la sección Módulo de Recuperación. Gracias por elegir Soluciones energéticas Calnetix NOTA: Este documento contiene datos preliminares. En general, hemos sido muy conservadores y proporcionamos estos datos para facilitar los correspondientes cálculos. Todos los datos están sujetos a verificación y revisión a corto plazo.

  

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Descripción general

Calnetix Power Solutions (CPS) fabrica el sistema WHG125, un generador de calor residual que convierte la energía calorífica en energía eléctrica utilizando el Ciclo Orgánico Rankine. La energía generada por el sistema WHG125 mejora la eficiencia energética sin costes de combustible y emisiones adicionales. Las fuentes de calor residual se encuentran ampliamente disponibles en prácticamente cualquier mercado, y muchas de ellas se encuentran perfectamente identificadas, tales como calderas, gases de escape de motores, chimeneas o antorchas de combustión de gases de vertederos y digestores. El sistema WHG125 integra tecnologías ampliamente conocidas en un diseño de generador único. Utilizando una turbina de expansión radial, junto con un alternador de alta velocidad, el sistema WHG125 convierte la energía más eficientemente que los sistemas que usan generadores convencionales. La eficacia de la WHG125 permite generar más unidades de energía por unidad de energía residual. El motivo principal de todas las mejoras en cuanto a eficiencia energética es ahorrar dinero mediante la reducción de la demanda de energía. En pocas palabras, cada unidad de energía residual equivale a una de unidad de dinero en mano. Cuanto más eficiente sea el proceso de conversión de calor residual a electricidad, más beneficio económico se obtendrá. Normalmente, la mejora de un sistema de generación de energía mediante el uso de un WHG125 supone un periodo de amortización de menos de 3 años. Debido a que muchos gobiernos consideran la generación de energía eléctrica a partir de calor residual como una forma de energía renovable las subvenciones por ahorro de carbón y energías renovables incidirán en la rentabilidad económica. Estos factores hacen de la instalación de los WHG125 una decisión responsable, tanto económica como ambientalmente.

  

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Índice de contenidos

Cómo usar este manual 2Descripción general 3Índice 4Principales componentes 5Módulo de recuperación – WHG125 7 Datos técnicos 7 Datos físicos 8 Opciones y accesorios 10 Datos eléctricos 11 Controles 12 Nomenclatura WHG125 13Conjunto completo PAK 13 Datos técnicos 14 Datos físicos 14 Opciones y accesorios 15 Datos eléctricos 15 Controles 15 Nomenclatura PAK 16Guía de Aplicación 17 Introducción 17 Información general 17 Información Ciclo Orgánico Rankine 18Componentes del Sistema 18 Generador de calor residual 18 Evaporador 19 Condensador 19 Modulo Energético Integrado (IMP) 19 Electrónica de energía (PE) 19 Descripción del ciclo 21 Fluido Operativo 22 Funcionamiento 22 Seleccionar una configuración 32 Guía de selección de Productos 39 Módulos de Evaporación 39 Módulos de Condensación 41 Instalación estándar en campo 44 Conexionado y cableado estándar 45 Esquema estándar de cableado 46Preguntas más frecuentes 47

  

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Principales Componentes Un sistema completo consta de cuatro componentes principales:

1. Un módulo de recuperación del generador de calor residual – WHG125 2. Evaporador 3. Condensador 4. Fluido operativo (R245fa)

Módulo de recuperación del generador de calor residual – WHG125 Tal como se observa en la imagen anterior, el módulo WHG125 contiene todos los principales componentes que aparecen dentro de la línea de puntos:

1. Bomba – aumenta la presión del fluido operativo a presión de evaporador 2. Economizador – ayuda en dos sentidos: 1) ahorra parte de la extracción de calor

en el condensador, y 2) se requiere menos calor en el evaporador gracias al precalentado del fluido

3. Módulo Energético Integrado (IPM) – reúne la turbina y el generador magnético de alta velocidad en una unidad hermética.

4. Contenedor – Almacena el fluido operativo en estado líquido 5. Controles

  

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Evaporador El evaporador es el componente donde el fluido operativo se ve expuesto al calor residual, el cual provoca la evaporación del fluido, que pasa a vapor a alta presión. Se dice que un evaporador es directo cuando transfiere la energía calorífica directamente de la fuente de calor residual al líquido operativo. En cambio los denominados evaporadores indirectos usan un medio de transferencia térmica entre la fuente de calor y el líquido operativo, por ejemplo aceite térmico, agua caliente o vapor). Condensador El condensador es el componente que extrae el calor del fluido operativo, el cual condensa hasta alcanzar el estado líquido. El condensador es directo cuando el fluido operativo pasa a través de un intercambiador de calor que expulsa el calor directamente a la atmósfera. En un condensador indirecto, se emplea un medio como por ejemplo agua, que pasa a través del intercambiador de calor y extrae el calor del fluido operativo. A continuación el medio transfiere el calor fuera del sistema. Los condensadores apropiados para trabajar con el sistema WHG125 son:

A. Torre de refrigeración B. Condensador evaporador C. Refrigerador líquido D. Agua subterránea E. Estanque o lago F. Aerocondensadores (Refrigerador en seco)

Fluido operativo (R245fa) El fluido operativo para el sistema WHG125 se suministra por separado en unidades de 1.000 y 100 libras (peso neto). Para los contenedores se abonará un depósito reembolsable. Los pedidos de R245fa deben ser incluidos en las solicitudes de compra de WHG125 citando la referencia adecuada e incluyendo el depósito:

Peso Referencia Depósito 1000lb 61418 US$1,500 100lb 61420 US$200

  

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Módulo de Recuperación del generador

Esta sección incluye datos del módulo de recuperación para ser usado por integradores de sistema apropiados para aplicar este sistema en armonía con el funcionamiento adecuado de la planta. Datos técnicos:

Agua Caliente Presurizada (entrada a 257,89°F) Producción bruta de electricidad 125 kWe

Condiciones de calor residual

Temperatura Entrada 257,89 °F 125,5 °CTemperatura Salida 242,89 °F 117,2 °C Energía aportada 3.042.846 BTU/hr 891,8 kW/hr Caudal medio 423,2 GPM 96,1 m3/hr

Condiciones de condensación

Temperatura 70 °F 21,1 °CCarga de condensación 2.639.647 BTU/hr 773,6 kW/hr 

Vapor Saturado

Producción bruta de electricidad 125 kWeTemperatura Presión Caudal

258 °F 34,3 psia 3.405 lbm/hr 126 °C 236,5 kPa 1.544 kg/hr

Condiciones operativas de calor residual: No se incluye sobrexceso en vapor. Temperatura de condensación de 70°F (21,1°C) y 95% de eficiencia del intercambiador de calor

Gases calientesProducción bruta de electricidad 125 kWe

Temperatura Entrada Caudal medio °F  °C  lbm/hr kg/hr

400 204,4 102.496 46.491 500 260,0 56.942 25.829 600 315,6 39.421 17.881 700 371,1 30.146 13.674 800 426,7 24.404 11.069 900 482,2 20.499 9.298

1) Condiciones de calor residual – Temperatura de gases residuales reducida a 275°F (135°C) con temperatura de condensación de 70°F (21,1°C) 2) Gas residual asumido Cp = 0.25 Btu/lbm-°F (1.05 kJ/kg-°C) 3) 95% de eficiencia del intercambiador de calor

  

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Datos físicos: DATOS DE LA UNIDAD WHG125 POTENCIA BRUTA (kWe) 125 PESO lb (kg) 7000 (3125) TIPO DE REFRIGERANTE R245fa CARGA OPERATIVA (lb)* 1000 * Se requerirá mayor carga en instalaciones de tubería de gran longitud

  

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Opciones y accesorios Panel de Distribución Opcional El módulo de recuperación del WHG125 se encuentra disponible en una versión con panel opcional de distribución eléctrica instalado en fábrica, que facilita la conexión en campo con la infraestructura de la planta. El panel contiene las siguientes prestaciones: Interruptor auxiliar de circuito principal (150A) Motor de arranque de la bomba del condensador (7.5hp) Motor de arranque de la bomba del evaporador (7.5hp) Motor de arranque auxiliar (7.5hp) Transformador reductor (5 kVA) Interruptor del circuito de Iluminación (15A) Interruptor del circuito de salida (20A) Interruptor del circuito del compresor de aire (20A) Interruptor del circuito de la bomba de agua (para refrigeración de la electrónica de potencia) (20A) Interruptor del circuito del ventilador de residuales (20A) Interruptor de circuito de repuesto (20A) Evaporadores adaptables Los siguientes evaporadores pueden ser solicitados para su instalación en campo, con el fin de completar la instalación de la planta: IW1 calor indirecto ‐ HPHW 150‐175 gpm IW2 calor indirecto ‐ HPHW 175‐200 gpm IW3 calor indirecto ‐ HPHW 200‐225 gpm IW4 calor indirecto ‐ HPHW 225‐250 gpm IW5 calor indirecto ‐ HPHW con envuelta de agua para enfriamiento IO1 calor indirecto ‐ aceite 100 ‐ 150 gpm IO2 calor indirecto ‐ aceite 150 ‐ 200 gpm IO3 calor indirecto ‐ aceite 200 ‐ 250 gpm IS1 calor indirecto ‐ vapor Condensadores adaptables Los siguientes condensadores pueden ser solicitados para su instalación en campo, con el fin de completar la instalación de la planta: IN1 Condensación indirecta mediante agua 500 gpm IN2 Condensación indirecta mediante agua 750 gpm IN3 Condensación indirecta mediante agua 1000 gpm

  

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Datos eléctricos PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD La producción bruta de electricidad del sistema WHG125 es de 125 kW. El voltaje de salida puede ser 400 VAC 50 Hz ó 480 VAC 60 Hz, dependiendo de la red eléctrica en campo. El voltaje y frecuencia del suministro eléctrico deben ser definidos antes de la instalación, para facilitar la información adecuada para la correcta puesta en marcha de la instalación. Las eventuales cargas parasitarias afectarán la producción neta de la unidad Especificación Parámetro Equipo a 400 V / 50Hz Equipo a 480 V / 60Hz Tensión de carga (bruta) 175 A 145 A

Pico de tensión de arranque (módulo de distribución) 64A 53A

Máxima caída de voltaje aceptada 40V 48V

PROTECCIÓN DE LA RED La protección de red utilizada por el sistema WHG125 ha sido diseñada para cumplir los requisitos de las normas de industria IEEE1547 & UL1741. La unidad se detendrá si cae la red energética. NOTA: En determinadas situaciones será preciso dotar la instalación de un relé de protección. En estos casos, el personal encargado de la puesta en marcha deberá conocer los parámetros que se utilizarán para garantizar que la protección de ambos dispositivos pueda funcionar simultáneamente. Parámetro Especificación Sobretensión (instantáneo) Máximo 200A rms. Desconexión

inmediata si se supera este valor Sobrevoltaje (instantáneo) 530V (480V red); 520V (400V red) Sobrecarga térmica Desconexión inmediata si el calor

disipado excede el valor de protección Proporción Voltaje / Frecuencia Software ajustable hasta 8V/Hz ± 30% Sobre/Infra frecuencia 50Hz Software ajustable hasta 50 Hz ± 18Hz Sobre/Infra frecuencia 60Hz Software ajustable hasta 60 Hz ± 18Hz Máximo valor de cortocircuito 250A

  

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(viene de la página anterior) Conexiones eléctricas para Equipos auxiliares - El Módulo de Recuperación puede incluir un panel de distribución con motores de arranque para bombas externas e interruptores de circuito de luces, tomas y ventiladores. Controles El Módulo de Recuperación WHG125 utiliza Control Programable Allen-Bradley MicroLogix 1400 PLC, configurado específicamente para su uso con sistemas de CPS. El sistema de control supervisa todas las condiciones de funcionamiento en la instalación, así como el control de las válvulas, bombas y demás dispositivos. También ofrece la posibilidad de comunicarse con otros sistemas de gestión y permite el control remoto a través de Internet. HMI (Interfaz Máquina Humana) Este panel de pantalla táctil industrial proporciona una excelente capacidad excelente y prestaciones ampliadas mediante la inclusión de software de programación gráfica, potente hardware, y los accesorios convenientes. A continuación se muestra un ejemplo de la apariencia de la pantalla del HMI a través de la monitorización remota característica:

  

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Módulo de Recuperación – Nomenclatura y número de modelo NOMENCLATURA Modelo: WHG125 01 OPCIONES DE SUMINISTRO:

00 Módulo sólo – Sin panel de distribución 01 Módulo sólo – Con panel de distribución

CONFIGURACIÓN DEL MÓDULO WHG125 WHG125E Estándar 125 kW para mercado europeo – 400 kW / 50 Hz WHG125U Estándar 125 kW para mercado U.S. – 480 kW / 60 Hz

Conjunto completo PAK

CONJUNTO WHG125E03IW5DEV00 – Conjunto con envuelta (<2.8MBTU)

• Indirecto / Directo • Envuelta de agua de refrigeración & Calor Residual • (2) Intercambiadores de calor integrados • (1) Bomba de fluido secundario • Control Integrado de derivación de fluido • Condensador refrigerado mediante ventilador

  

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CONJUNTO WHG125EIW4DAC00 – Conjunto con/sin envuelta (>2.8MBTU)

• Indirecto / Directo • Sólo Calor Residual • (1) Intercambiador de calor integrado • (1) Bomba de fluido secundario • Control Integrado de derivación de fluido • Condensador refrigerado mediante ventilador

CONJUNTO WHG125U03IW2DE00 – Caldera

• Indirecto / Directo • Sistema de Condensación de retorno integrado

Datos técnicos Véase los datos en el apartado del Módulo de Recuperación Datos físicos Los conjuntos completos PAK están disponibles en containers de 20 & 40 pies.

  

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Opciones y accesorios Opciones del Evaporador FUENTE DE CALOR DEL EVAPORADOR OOO Sin módulo de evaporación D01 Calor directo IW1 Calor indirecto ‐ HPHW 150‐175 gpm IW2 Calor indirecto ‐ HPHW 175‐200 gpm IW3 Calor indirecto ‐ HPHW 200‐225 gpm IW4 Calor indirecto ‐ HPHW 225‐250 gpm IW5 Calor indirecto ‐ HPHW con envuelta de agua para enfriamiento IW6 Calor indirecto ‐ Customizado IO1 Calor indirecto ‐ aceite 100 ‐ 150 gpm IO2 Calor indirecto ‐ aceite 150 ‐ 200 gpm IO3 Calor indirecto ‐ aceite 200 ‐ 250 gpm IS1 Valor indirecto ‐ vapor

Opciones del Condensador OOO Sin módulo de condensación DAC Condensación directa mediante aire refrigerado DEV Condensación directa mediante evap. refrigerado IN1 Condensación indirecta mediante agua 500 gpm IN2 Condensación indirecta mediante agua 750 gpm IN3 Condensación indirecta mediante agua 1000 gpm Opciones de Pintado Es posible solicitar los containers de los conjuntos PAK pintados en varios colores. Rogamos consulten para conocer precios y tiempo de entrega. Datos eléctricos Véase los datos en el apartado del Módulo de Recuperación Controles Véase los datos en la sección de controles del Módulo de Recuperación

  

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Conjuntos Completos PAK – Nomenclatura y número de modelo WHG125U 01 IW3 IN2 00

OPCIONES DE INSTALACIÓN EN FÁBRICA 00 Sin opciones 01 Container con pintura customizada 02 03 04 OOO MÉTODO DE CONDENSACIÓN D01 Condensación directa mediante aire refrigerado DEV Condensación directa mediante evap. refrigerado IN1 Condensación indirecta mediante agua 500 gpm

IN2 Condensación indirecta mediante agua 750 gpm

IN3 Condensación indirecta mediante agua 1000 gpm

FUENTE DE CALOR DE EVAPORACIÓN OOO Sin módulo de evaporación D01 Calor directo IW1 Calor indirecto ‐ HPHW 150‐175 gpm IW2 Calor indirecto ‐ HPHW 175‐200 gpm IW3 Calor indirecto ‐ HPHW 200‐225 gpm IW4 Calor indirecto ‐ HPHW 225‐250 gpm IW5 Calor indirecto ‐ HPHW con envuelta de agua para enfriamiento

IW6 Calor indirecto ‐ Customizado IO1 Calor indirecto ‐ aceite 100 ‐ 150 gpm IO2 Calor indirecto ‐ aceite 150 ‐ 200 gpm

IO3 Calor indirecto ‐ aceite 200 ‐ 250 gpm IS1 Valor indirecto ‐ vapor SUMINISTRO 00 Módulo sólo – Sin panel de distribución 01 Módulo sólo – Con panel de distribución 02 Módulo e intercambiadores de calor – Sin container 03 1 módulo en container de 20 pies 04 2 módulos en container de 40 pies CONFIGURACIÓN DEL MÓDULO DE RECUPERACIÓN WHG

WHG125E Estándar 125 kW para mercado europeo – 400 kW / 50 Hz

WHG125U Estándar 125 kW para mercado U.S. – 480 kW / 60 Hz

  

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Guía de Aplicación Introducción Calnetix Power Solutions proporciona al sector industrial la tecnología líder para conversión de calor residual en electricidad. Su generador de calor residual WHG125 utiliza un ciclo de fluidos conocido como Ciclo Orgánico Rankine (ORC). De forma parecida a la generación de energía con una turbina de vapor, este proceso calienta un fluido de trabajo (en este caso el R245fa) a alta presión hasta alcanzar el punto de evaporación y con el alimenta a continuación una turbina de alta velocidad. La energía es extraída mediante un generador montado sobre el mismo eje que la turbina. El sistema condensa de nuevo el fluido operativo y bombeado de nuevo a alta presión para comenzar otra vez el ciclo. La principal ventaja de esta tecnología, a diferencia de otros procesos como los ciclos Rankine de vapor, es que el calor puede ser recuperado a temperaturas tan bajas como 250°F (121°C). Esto le permite ser usada para aprovechar el calor de fuentes demasiado bajas para otros ciclos de generación de energía, es decir, aprovechando una energía que de lo contrario se perdería. Si el calor procede de una fuente que no genera energía, el sistema permite la producción de electricidad en campo, mientras que si el calor residual es consecuencia de una instalación productora de energía ya funcionando, proporciona una inmediata mejora de la eficiencia generadora, que incrementa la producción energética partiendo de la misma cantidad de combustible. Información general sobre aplicaciones Las aplicaciones del generador de calor residual son prácticamente ilimitadas en el entorno industrial actual. El sistema WHG125 puede ser integrado en la mayor parte de situaciones en las cuales el calor existente es expulsado, como en máquinas alternadoras o chimeneas de calderas. También es susceptible de ser aplicado allí donde se queme cualquier tipo de combustible, como en vertederos, estaciones de tratamiento de aguas residuales o plantas químicas. La principal razón por la que la mayor parte de los procesos con combustibles son tan ineficientes es porque se pierde una cantidad significativa de energía, precisamente la que el WHG125 es capaz de capturar y convertir en energía eléctrica útil. Una breve lista de posibles fuentes de calor residual: • Los motores de pistón (máquinas alternadoras) • Calderas • Procesos oxidantes • Chimeneas de humos industriales • Calor de proceso • Gases residuales de microturbina

  

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Información general sobre el Ciclo Orgánico Rankine

Componentes del sistema Un sistema completo consta de tres componentes principales más el fluido operativo

• Generador de calor residual - WHG125 • Evaporador • Condensador • Fluido operativo (R245fa)

Generador de calor residual WHG-125 El módulo de calor residual WHG125 contiene todos los componentes principales que en la imagen figuran dentro de los límites de la línea discontinua

1. Bomba – aumenta la presión del fluido operativo a presión de evaporador 2. Economizador – captura calor que hubiera ido al condensador, y lo reintroduce en el fluido

que va al evaporador, aumentando la eficiencia energética del ciclo. 3. Módulo Energético Integrado (IPM) – contiene la turbina y el generador magnético de alta

velocidad en una unidad hermética. Convierte en electricidad la energía calórica del fluido operativo

4. Contenedor – Almacena el fluido operativo en estado líquido 5. Electrónica y controles

  

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Evaporador El evaporador es el dispositivo donde el fluido operativo se evapora pasando a vapor a alta presión, como resultado de la exposición al calor residual. Los evaporadores directos son aquellos donde el calor se transfiere directamente de la fuente de calor residual al fluido operativo. En los condensadores indirectos de usa un medio térmico de transferencia, que actúa como paso intermedio entre el calor residual y el fluido operativo (aceite térmico, agua caliente, vapor). Condensador El condensador es donde el calor sobrante del sistema es transferido al entorno, y el fluido operático se condensa volviendo al estado líquido. Se considera que un condensador es directo cuando el fluido operativo pasa a través de un intercambiador de calor que extrae el calor directamente al entorno. En los condensadores indirectos existe un medio – agua, por ejemplo - que pasa a través de un intercambiador de calor y extrae el calor sobrante del fluido operativo. A continuación, el medio transfiere el calor a otra parte, por ejemplo una torre de refrigeración. Módulo Energético Integrado (IPM) El IPM se compone de un generador de alta velocidad directamente conectado a una turbina radial que hace girar un eje sujeto mediante cojinetes magnéticos. En el mismo eje se monta un generador bipolar de alta velocidad, dotado de una bobina de tierras raras, que permite alojar ambos componentes principales en una cápsula sellada. Esta solución tan sofisticada ofrece alta eficiencia y una prolongada vida útil del sistema sin virtualmente ninguna necesidad de mantenimiento. Electrónica de energía (PE) El IPM genera electricidad a alta frecuencia. La PE convierte dicha corriente alterna AC de alta frecuencia en corriente continua DC, y posteriormente de nuevo a alterna AC. La PE identifica el voltaje y la frecuencia de la red para alimentar energía y sincronizar el voltaje, la fase y la frecuencia de la energía generada para coincidir con los de la red. Puesto que la PE debe tener una fuente de energía para sincronizar, cuenta con una protección de seguridad inherente. Si por cualquier razón el suministro de red falla, sale de fase, una fase cae o la frecuencia o el voltaje se salen de los rangos predefinidos, la PE desconectará automáticamente la unidad. Dado que la PE convierte corriente DC a AC, el generador puede seguir la carga y trabajar a cualquier velocidad y aún seguir generando electricidad útil.

  

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Etapas del Ciclo Orgánico Rankine

Elemento Situación puntual

ID# Descripción ID# Temp. / Presión Estado físico A Contenedor 1 85°F / 25.8 psia

(29.5°C / 1.8 bar) Líquido saturado a baja presión

B Bomba 2 85°F / 260 psia (29.5°C / 17.9 bar)

Líquido subenfriado a alta presión

C Economizador 3 106°F / 257 psia (41°C / 17.7 bar)

Líquido subenfriado a alta presión

D Evaporador 4 250°F / 249 psia (121°C / 17.2 bar)

Vapor sobrecalentado a alta presión

E Amplificador 5 140°F / 34.8 psia (60°C / 2.4 bar)

Vapor sobrecalentado a baja presión

F Condensador 6 112°F / 33.3 psia (44.5°C / 2.3 bar)

Vapor sobrecalentado a baja presión

Figura 3

Tabla de situaciones puntuales

  

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Descripción del Ciclo En la Figura 3 se muestran las propiedades físicas del sistema en condiciones nominales. También se puede ver la localización de los diferentes estados puntuales en la Figura 2, ambas en la página anterior. En el punto 1, el fluido operativo es un líquido a presión y temperatura de condensación. El fluido de trabajo entra en la bomba "B" y su presión se eleva la presión de evaporación. En el punto 2, el fluido operativo es un líquido a alta presión y a temperatura de condensación. El fluido operativo pasa por el intercambiador de calor de "C" (denominado economizador o regenerador) que toma la energía térmica del vapor que va al condensador y la transfiere al fluido operativo que va al evaporador. Esto mejora la eficiencia del sistema. En el punto 3, el fluido operativo es un líquido de alta presión y a temperatura más elevada. El fluido operativo entra en el intercambiador de calor evaporador "D", donde absorbe el calor y se evapora el fluido líquido pasando a vapor a alta presión. El fluido al otro lado del intercambiador de calor puede ser aire caliente, aceite caliente u otros medios, dependiendo de la aplicación. En el punto 4, el fluido operativo es un vapor a alta presión. El fluido operativo entra en la turbina "E" y su presión decrece hasta alcanzar la presión de condensación, en el punto 5, haciendo girar la turbina que genera electricidad. La fuerza motriz que hace girar la turbina es la diferencia de presión a través de la misma. La presión de entrada queda establecida por la bomba, mientras que la de salida es creada por el condensador. A la salida de la turbina el fluido operativo sigue siendo un vapor sobrecalentado, pero a presión y temperatura más reducidas. El fluido operativo conserva aún una enorme cantidad de calor que se transfiere entonces al líquido bombeado al economizador "C". Esto aumenta la eficacia del sistema de dos maneras; primero, porque de lo contrario el calor de otra habría sido transferido al condensador y, en segundo lugar porque el evaporador requiere menos calor, ya que el líquido llega al mismo pre-calentado. El fluido operativo llega al condensador "F" donde el calor se transmite a la atmósfera y el vapor a baja presión condensa pasando a un líquido a baja presión en el punto 7, desde donde regresa de nuevo al contenedor "A". El fluido operativo recupera su estado líquido en el punto 1 desde donde repetirá el ciclo.

  

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Fluido Operativo El fluido operativo utilizado en el proceso descrito, R245fa o pentafluorpropano, es un refrigerante monoatómico. Sus propiedades lo hacen particularmente adecuado para ser usado en el Ciclo Orgánico Rankine de baja temperatura. El R245fa es un líquido incoloro, de olor ligeramente dulce. No es inflamable. La sobreexposición puede causar mareos y desorientación. R245fa presenta un bajo nivel de toxicidad y no es irritante. Más amplia información disponible en la MSDS 245fa Genetron (hoja de datos de seguridad) en la página web del fabricante, la compañía Honeywell. El Instituto Nacional de Normas y Tecnología dispone de un paquete de software denominado REFPROP que está disponible en (http://www.nist.gov/srd/nist23.htm) para descargar previo pago de una tarifa. REFPROP contiene información sobre todas las propiedades termo-físicas de R245fa a cualquier presión y temperatura, así como una serie de complementos en funciones de Excel que pueden ayudar a realizar los cálculos de ingeniería. El fluido operativo para WHG125 se suministra por separado en unidades de 1000 y 100 lb (peso neto). Por lo general los pedidos estándar de WHG-125 no incluyen la carga de refrigerante, pero es posible obtener un presupuesto para el mismo antes de formular el pedido. Para los contenedores se abonará un depósito reembolsable. Los pedidos de R245fa deben ser incluidos en las solicitudes de compra de WHG125 citando la referencia adecuada e incluyendo el depósito:

Peso Referencia Depósito 1000lb 61418 US$1,500 100lb 61420 US$200

Figura 4

Unidades de fluido operativo

Funcionamiento El WHG125 ha sido diseñado para convertir 3.042.846 btu/h (892 kW) de calor residual con una temperatura de condensación de 70°F (21,1°C), en 125 kW de producción eléctrica bruta medida en el generador. El sobrante de energía es expulsado a la atmósfera. La turbina del módulo energético integrado IPM funciona por efecto de la diferencia de presión entre el lado del evaporador y el del condensador. El funcionamiento de la turbina se optimiza a una proporción de presión de 8 :1. El calor residual se incorpora al ciclo en el evaporador. El fluido operativo a alta presión es bombeado hacia el evaporador donde absorbe energía térmica y pasa a vapor a alta presión.

  

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(viene de la página anterior) La temperatura a la cual se evapora el fluido operativo recibe el nombre de temperatura de evaporación, y depende de la presión a la que se encuentra el fluido. El calor sobrante (potencia calorífica menos energía eléctrica generada) es expulsado del ciclo mediante el condensador. La presión del fluido operativo aguas abajo del IPM queda determinada por la temperatura a la que el fluido operativo cede su calor a otra medio y condensa pasando de vapor a baja presión, a líquido a baja presión. La temperatura a la que ocurre esta transformación se denomina temperatura de condensación. La presión a la que el vapor se condensa se llama la presión de condensación. La temperatura de condensación depende de la del medio al que se transfiere el calor y de la eficacia del sistema de transferencia de calor. Si se extrae el calor directamente a la atmósfera que está a 70°F (21,1°C) y se diseña el intercambiador de calor de modo que la temperatura de condensación sea 10°F más alta que la ambiente, la temperatura de condensación correspondiente será de 80 ° F (26,7 ° C). A esta temperatura de 80°F (26,7°C) el fluido operativo tendrá una presión de condensación de 22,86 psia (1,57 bar-a). La presión de condensación tiene una incidencia significativa en el funcionamiento del sistema; cuanto más baja es la presión de condensación, mejor trabaja el equipo. En lo que se refiere al evaporador, cuanto más cercana sea la temperatura de condensación a la del ambiente, mayor superficie será precisa, y por tanto, más costoso resultará el condensador. El cálculo de las dimensiones del condensador acaba por convertirse en una cuestión económica. La turbina está diseñada para obtener un rendimiento máximo trabajando a una proporción de presión 8:1 entre ambos extremos de la turbina. Dado que la temperatura y presión de condensación / presión son conocidas, se puede calcular la presión de evaporación deseada. Cuando se calcula dicha presión de evaporación, su correspondiente temperatura de saturación también es un dato disponible. El vapor procedente del evaporador se calienta hasta alcanzar un aumento adicional de 10°F (5,6°C) para garantizar que el vapor que accederá a la turbina no contiene líquido alguno. Por ejemplo, supongamos que tenemos una temperatura ambiente de 70°F (26,7°C) y el condensador está diseñado para una diferencia de temperatura de 10°F (5,6°C). Esto proporciona una temperatura de condensación de 80°F (26,7°C), con su correspondiente presión de saturación de 22,86 psia. Teniendo en cuenta la caída de presión a través del sistema tenemos una presión en el lado de condensación de la turbina de 28,33 psia (1,95 bar-a). Si la proporción de presiones ha de ser de 8:1, esto significa que necesitamos por lo menos 226,64 psia (15.61bar-a) a la entrada del evaporador. Si además consideramos la pérdida de carga desde el evaporador a la turbina, la presión en el evaporador tiene que ser 243,81 psia (16,81 bar-a). La temperatura de saturación correspondiente a 243,81 psia (16,81 bar-a) es de 235.9°F (113,3°C). Si añadimos el sobrecalentamiento de 10°F significa que la temperatura de evaporación es 245.9°F (118,8°C). para conseguir la extracción del calor, será necesaria una diferencia de temperaturas tal que la de la fuente de calor sea más alta que la temperatura de evaporación, hecho que facilitará la transferencia de calor.

  

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Por lo tanto, la temperatura necesaria en la fuente de calor es en realidad una función de la temperatura de condensación. Cuanto mayor sea la temperatura de condensación, mayor deberá ser la de la fuente de calor para que el sistema funcione. Del mismo modo, cuanto más baja sea la temperatura de condensación es, menos temperatura de calor residual necesitará el sistema para poder funcionar. Véanse las tablas 5a y 5b a continuación:

Tabla 5a

  

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Tabla 5b

  

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La potencia eléctrica generada es también una función de la temperatura de condensación. La condición estándar para generar 125 kW es tener 70°F (21,1°C) de condensación y 242,9°F (117°C) de evaporación. La potencia obtenida con el sistema se reduce a medida que la temperatura de condensación sube; del mismo modo, la producción de energía eléctrica crece a medida que la temperatura de condensación desciende, pero este crecimiento está limitado por el IMP; por este motivo la potencia máxima queda fijada en 125kW. Las tablas 6a y 6b ilustran a continuación el impacto de la temperatura de condensación en la producción bruta máxima de electricidad.

Tabla 6a

  

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Tabla 6b

  

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El calor total necesario para alcanzar una producción eléctrica máxima también varía con la la temperatura de condensación, véanse las tablas 7a y 7b a continuación.

Tabla 7a

  

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Tabla 7b

  

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El sistema también funciona con valores variables de entrada de calor residual. El WHG125 mide la temperatura y la presión del vapor que sale del evaporador y calcula el grado de sobrecalentamiento en el flujo de vapor. El sistema de control ajusta el caudal de fluido operativo para mantener los 10°F (5,6°C) de sobrecalentamiento variando la velocidad de la bomba del fluido. A medida que el calor residual desciende, el sobrecalentamiento comienza a disminuir y el sistema de control desacelera el bombeo. Esto reduce el caudal de fluido operativo y aumenta el sobrecalentamiento. Véanse las tablas 8a y 8b que ilustran la curva de potencia a 70°F (21,1 ° C) y a 80° F (26,7°C) de condensación. El resto de curvas para diferentes condiciones de condensación se encuentra en el apéndice.

Tabla 8a

  

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Tabla 8b

  

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Seleccionar una Configuración El sistema generador de calor residual WHG 125 permite diferentes configuraciones. La elección dependerá de la fuente de calor, la particularidad de la instalación y las condiciones existentes en la ubicación del proyecto. En primer lugar, determinar la fuente de calor residual y la energía disponible. Con el fin de hacer funcionar una unidad de WHG125 a su capacidad máxima de aproximadamente 125 kW bruto, la fuente de calor de residuos debe ser capaz de transferir 3.042.846 BTU / hora al fluido operativo. Para ir sobre seguro se recomienda contar con un margen de seguridad razonable en el diseño de la instalación de la planta para garantizar que se alcance el calor suficiente. La fuente de calor podrá transferir su energía calórica de dos formas, sensible o latente. El calor sensible se da cuando cambia la temperatura del material, pero se mantiene en un estado. El agua caliente vertida sobre una superficie fría es un ejemplo de transferencia de calor sensible. El agua caliente se enfría, ya que transfiere el calor a la superficie fría y del mismo modo, calienta la superficie superior. Se usará la ecuación 1 mostrada a continuación para determinar el calor disponible. Ecuación 1

Q = C x m x cp x ΔT donde: Q = tasa de calor en BTU / h C = factor de conversión, 60 min / hr m = caudal del medio de calor residual (lb / min) cp = calor específico promedio a presión constante del medio de calor residual

( BTU/lb-°F) ΔT = previsible pérdida de temperatura del medio de calor residual (°F) Para calcular el calor disponible en una fuente de calor residual, debemos encontrar la tasa de caudal. Para su cálculo se deberá medir el caudal volumétrico. Este dato puede ser expresado ya sea en ACFM o SCFM. La diferencia entre ambas unidades ACFM (Pies cúbicos reales por minuto) es el volumen de caudal a una temperatura específica, mientras que SCFM (pies cúbicos estándar por minuto) es el caudal volumétrico en condiciones normales. Se puede usar la tabla 1 para calcular en ACFM la tasa de caudal de gases residuales calientes conociendo la temperatura. Estos pueden ser usados también usando la tabla 1, junto con la ecuación 2 para determinar la tasa de flujo de masa del calor residual teniendo en cuenta la densidad. Para calcular el caudal en SCFM se debe en primer lugar asegurar que se conoce la definición de “condiciones normales”, y luego obtener la densidad del aire a dicha temperatura. En EE.UU., la definición más común de "condiciones normales" es de 68°F (20°C) a 1 atmosfera mientras que en Europa suele ser de 59°F (15°C).

  

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Ecuación 2

m = V x p donde:

m = caudal del medio de calor residual (lb / min) V = caudal volumétrico ACFM p = densidad del fluido a determinada temperatura (lb/ft3)

Temperatura °C

Flujo de calor residual

Densidad / Aire

del calor residual (kg/m3)

Calor

especifico del calor residual

(kJ/kg-°C)

Temperatura °F Flujo de

calor residual

Densidad / Aire del calor

residual (lb/ft3)

Calor

especifico del calor residual (btu/lbm-°F)

Tabla 1

El caudal puede ser determinado con la Ecuación 2 usando: m = caudal del medio de calor residual (lb / min) V = caudal volumétrico SCFM p = 0,0752 (lb/ft3) Se podrá determinar el calor específico (Cp) del gas residual a partir de la tabla 1, a falta de una información más exacta. Se hablará de calor latente cuando un material cambia el estado físico, cuando pierde o gana calor. Hervir el agua es una transferencia de calor latente, donde la temperatura del agua permanece constante mientras absorbe el calor pasando de estado líquido a vapor. En segundo lugar, se deberá determinar la Configuración de la Instalación. Existen cuatro configuraciones básicas de WHG125, dos para absorber el calor residual y dos para condensación. La configuración para absorción de calor residual puede ser directa e indirecta. La absorción directa de calor residual ocurre cuando el intercambiador de calor transfiere energía directamente de la fuente de calor residual al fluido operativo y hace que el fluido cambie de estado líquido a vapor (evaporación). Un ejemplo de esto sería un evaporador a la salida de gases residuales de

  

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una máquina alternadora. El calor de los gases calientes se transfiere directamente al fluido operativo. La transferencia de calor directo es la más eficiente, porque no requiere un aporte secundario de calor. La evaporación directa se ve limitada a temperaturas de fuentes de calor de 600°F (315,6°C), y la fuente se calor deberá estar ubicada a menos de 50 ft (15 m) de la unidad WHG125. Si la fuente de calor no reúne estas características, precisará el uso de transferencia indirecta de calor. La transferencia de calor indirecta ocurre cuando se utiliza un medio de transferencia térmica entre la fuente de calor y el fluido operativo. Aceite térmico, agua caliente a alta presión, o vapor pueden ser utilizados para la transferencia de calor desde la fuente al fluido operativo. Una aplicación típica de configuración indirecta se efectúa con fuentes de calor de alta temperatura de calor, tales como gases residuales a 1000°F (538°C). Esta temperatura es demasiado alta para el intercambio de calor directo con el fluido operativo, por lo que se instala un colector de aletas en el flujo de escape para pasar el calor a un medio de transferencia, como por ejemplo aceite térmico. El aceite absorbe parte del calor, de manera que la temperatura del colector queda en torno a los 375°F (190,5°C) y vuelve a la bobina a alrededor de 290°F (143°C) con caudal suficiente para proporcionar 2.85 MMbtu/h de calor. A continuación la energía es transferida del aceite caliente al fluido operativo mediante otro intercambiador de calor. La condensación directa se consigue pasando el vapor a baja presión a través de un intercambiador que extrae el calor directamente al entorno. Esta es la forma de condensación más eficiente porque no requiere otros pasos adicionales de transferencia de calor. Existen dos tipos de condensadores directos: refrigerados por aire, o por evaporación. Los condensadores refrigerados por aire son como radiadores. El fluido operativo en forma de vapor caliente pasa a través de una bobina, mientras que el aire ambiente pasa por fuera de la bobina para absorber el calor sobrante y condensar el vapor a líquido. Con condensadores de aire frío, la eliminación del calor provoca un sensible calentamiento, haciendo que el límite de la temperatura de condensación dependa de la temperatura ambiente. En un local con 90°F (32°C) de ambiente, y un condensador refrigerado por aire diseñado para una diferencia de temperatura de 10°F (5,5°C), el fluido de trabajo se condensará a 100°F (37,5°C) y 33,8 psia (2,3 bar). Los condensadores de evaporación usan el aire de la atmósfera que sopla a través de la bobina en una dirección y el agua pulverizada sobre la bobina en dirección opuesta. Como el agua absorbe el calor del fluido operativo, se evapora. Este efecto de la evaporación es mucho más eficiente que el calentamiento del aire ambiente, y el límite de condensación depende de la temperatura de ambiente húmedo, no del ambiente seco. Si la aplicación se lleva a cabo en un espacio que tiene unos 90°F (32°C) de ambiente seco 60°F (15,5°C) ambiente húmedo, el condensador de evaporación permitirá que la temperatura de condensación sea unos 30°F (16,7°C) grados más baja que la que permitiría un condensador refrigerado por aire Además los condensadores de evaporación son también más pequeños, y requiere menor potencia del ventilador. Sin embargo, el condensador evaporativo precisa una fuente fiable de agua, así como un tratamiento que prevenga la calcificación en el condensador. Dependiendo de la calidad del agua, un condensador evaporativo para este tipo de aplicación puede evaporar hasta 6 gpm (22,7

  

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lt / hora). A medida que el agua se evapora, deja impurezas de tipo mineral. La concentración en aumento de las impurezas, conlleva el riesgo de incrementar la contaminación de la superficie de transferencia de calor. La forma de mantener las impurezas controladas consiste en drenar el agua hacia un desagüe. Dependiendo del nivel de evaporación, un condensador puede llegar a necesitar un total de 12 gpm (45,4 l / hora) de agua limpia. Para ilustrar cómo la temperatura de condensación afecta la de evaporación, considérense las siguientes condiciones ambientales de 80°F (26,7°C) en ambiente seco y 70°F (21°C) en húmedo. Una temperatura de condensación realista, utilizando en este caso un condensador evaporativo sería de 80°F (26,7°C), correspondientes a 23 psia (1,6 bar) de presión de condensación. Según la anterior tabla 5, la temperatura de evaporación es 246,76°F (119,31°C). Para las mismas condiciones, un condensador refrigerado por aire proporcionaría 90°F (32°C) de temperatura de condensación, y de nuevo según la tabla 5, la temperatura de evaporación se convierte entonces en 251,12°F (121,73°C). La condensación indirecta ocurre cuando un medio ajeno al sistema, agua por ejemplo, pasa a través de un intercambiador de calor y extrae el calor del fluido operativo, facilitando la condensación de este último que pasa a líquido. A continuación el medio, transfiere el calor en algún otro lugar. Una de las aplicaciones más comunes de esta tecnología consiste en disponer de una torre de refrigeración situada en el exterior, donde el aire de la atmósfera pueda ser conducido a través de un medio con agua de la torre de enfriamiento vertida en dirección contraria. Una parte del agua se evapora, mientras que el resto rebaja algunos grados la temperatura en húmedo. El agua enfriada se bombea de nuevo al intercambiador de calor de condensación para absorber el calor sobrante y transferirlo de nuevo a la torre de enfriamiento. Esto también podría hacerse tomando agua de río y pasándola a través del intercambiador de calor de condensación y devolviéndola al río acto seguido La condensación indirecta no suele ser tan eficiente como la directa, puesto que requiere dos pasos adicionales de transferencia de calor, uno del fluido operativo al agua, transferencia de calor, el primero del fluido de trabajo al agua y el segundo, del agua de la torre de refrigeración a la atmósfera. La combinación de estos procedimientos genera las cuatro configuraciones básicas del sistema WHG125. Son las siguientes:

  

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Directa / Directa Los intercambiadores de calor de evaporación y condensación interactúan directamente con la fuente de calor residual y la atmósfera.

Directa / Indirecta El intercambiador de calor del evaporador interactúa directamente con la fuente de calor residual. El intercambiador de calor del condensador utiliza un fluido secundario entre el fluido operativo y la atmósfera, a menudo agua de torre de refrigeración.

  

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Indirecta / Indirecta Los intercambiadores de calor del evaporador y del condensador utilizan un fluido secundario entre el fluido operativo y la atmósfera, respectivamente.

Indirecta / Directa El intercambiador de calor del evaporador utiliza un fluido secundario entre la fuente de calor y el fluido operativo. El intercambiador de calor del condensador interactúa directamente con la atmósfera.

  

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La tabla 2 facilita una guía rápida de elección de configuración Evaporador Condensador Directa / Directa La temperatura de la fuente de calor

no supera los 600°F (316,6°C) y se encuentra a menos de 50 ft. (15 m) del WHG125

El intercambiador de calor atmosférico se encuentra a menos de 50 ft. (15 m) del WHG125

Directa / Indirecta La temperatura de la fuente de calor no supera los 600°F (316,6°C) y se encuentra a menos de 50 ft. (15 m) del WHG125

Las condiciones de instalación obligan a que el intercambiador de calor atmosférico se encuentre a más de 50 ft. (15 m) del WHG125, o bien se encuentra disponible una torre de refrigeración in situ

Indirecta / Directa La temperatura de la fuente de calor supera los 600°F (316,6°C) o se encuentra a más de 50 ft. (15 m) del WHG125

El intercambiador de calor atmosférico se encuentra a menos de 50 ft. (15 m) del WHG125

Indirecta / Indirecta La temperatura de la fuente de calor supera los 600°F (316,6°C) o se encuentra a más de 50 ft. (15 m) del WHG125

Las condiciones de instalación obligan a que el intercambiador de calor atmosférico se encuentre a más de 50 ft. (15 m) del WHG125, o bien se encuentra disponible una torre de refrigeración in situ

Tabla 2

Guía rápida de configuración

Una vez determinada la configuración se podrán seleccionar los productos estándar para la aplicación. Los productos estándar son los siguientes:

a. Generador de calor residual b. Evaporador indirecto c. Condensador indirecto

Se deberá usar la guía de selección de productos para escoger los módulos apropiados para la instalación. Para la configuración Directa / Directa, será necesario sólo el módulo WHG125, mientras que el evaporador de calor residual y el condensador directo deberán ser calculados para la aplicación específica. Esta es una solución que involucra ingeniería y se puede solicitar la colaboración de Calnetix. Todas las demás configuraciones contemplarán al menos dos módulos estándar. El intercambiador de calor entre la fuente de calor residual y el fluido operativo o el fluido secundario, así como la que se instale entre el fluido operativo o secundario y la atmósfera será siempre una elección personalizada, dependiendo de las condiciones de la instalación específica.

  

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Guía de selección de Productos Una vez se haya determinado el caudal de la fuente de calor residual y su configuración, se utilizarán las siguientes tablas para seleccionar los productos más apropiados para la aplicación. En primer lugar, se elegirá el módulo de generador de calor residual (WHG125) módulo que encaje con la aplicación. La selección se realiza en base a la tensión y a la frecuencia del suministro en el sitio de la instalación. Cada aplicación requiere la selección de un WHG125 concreto. CONFIGURACIÓN DEL MÓDULO WHG125 WHG125E Estándar 125 kW para mercado europeo – 400 kW / 50 Hz WHG125U Estándar 125 kW para mercado U.S. – 480 kW / 60 Hz Tanto si el evaporador o el condensador son indirectos, es necesario elegir el/los módulo/s a partir de la información que se incluye a continuación. Están específicamente diseñados para coincidir con cada módulo WHG125. Este enfoque de "bloque de construcción" facilita que se pueda utilizar el sistema WHG125 en numerosas y diversas aplicaciones usando productos estándar. Módulos de Evaporación Los módulos estándar de evaporación se encuentran disponibles en nueve configuraciones, para tres tipos diferentes de fluido transmisor de calor. Para los modelos con aceite térmico, se suministra el pack completo, incluyendo la bomba de aceite para alta temperatura, intercambiador de calor con placas broncesoldada, sensor temperatura / presión y panel de control. El panel de control se completa con el motor de arranque de la bomba, y sensores I/O de temperatura y presión en comunicación con el WHG125. Las unidades de vapor vienen equipadas con control de condensados, control de temperatura, válvula de regulación de presión de vapor, y con el mismo panel de control que las unidades de aceite térmico, pero sin motor de arranque. El módulo de alta presión de agua caliente se suministra con los mismos controles y bombas que la unidad de aceite térmico.

FUENTE DE CALOR DEL EVAPORADOR IW1 Calor indirecto ‐ HPHW 150‐175 gpm IW2 Calor indirecto ‐ HPHW 175‐200 gpm IW3 Calor indirecto ‐ HPHW 200‐225 gpm IW4 Calor indirecto ‐ HPHW 225‐250 gpm IW5 Calor indirecto ‐ HPHW con envuelta de agua para enfriamiento IW6 Calor indirecto ‐ Customizado IO1 Calor indirecto ‐ aceite 100 ‐ 150 gpm IO2 Calor indirecto ‐ aceite 150 ‐ 200 gpm IO3 Calor indirecto ‐ aceite 200 ‐ 250 gpm IS1 Valor indirecto ‐ vapor

  

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Si el fluido requerido no se encuentra en la lista, por favor contacten con el Distribuidor para una selección personalizada.

Figura 8 Módulo evaporador de agua caliente a alta presión

  

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Módulos de Condensación El módulo de condensación comprende un intercambiador de calor con placa broncesoldada, incluyendo manguitos de conexión de tubería y sensores de presión y temperatura, cableados al panel de control, que comunica con el controlador del WHG125. MÉTODOS DE CONDENSACIÓN IN1 Condensación indirecta mediante agua 500 gpm IN2 Condensación indirecta mediante agua 750 gpm IN3 Condensación indirecta mediante agua 1000 gpm Si el fluido requerido no se encuentra en la lista, por favor contacten con el Distribuidor para una selección personalizada.

Figura 9 Módulo condensador

  

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Cuando se combinan los dos módulos indirectos, la unidad tendrá este aspecto:

Figura 10 Módulo evaporador – condensador unido al WHG125

Sugerencias para el diseño de la instalación en la planta:

1. Todos los sistemas deberán ser diseñados por ingenierías cualificadas, de acuerdo con los reglamentos y normas vigentes en el territorio de instalación

2. Condensación directa:

a. El líquido pasa del condensador al receptor por gravedad. Si la aplicación incluye

condensador refrigerado por aire o condensadores de evaporación, el condensador deberá estar situado por encima del desagüe que conecta con el receptor.

b. Se recomienda que la conexión para drenar el líquido del condensador sea del

mismo diámetro que la conexión en el condensador con un codo de 90° dirigido hacia el colector principal que devuelve el líquido al contenedor. Esto permite que cualquier líquido que se acumula en el condensador abandone el mismo

  

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inmediatamente y que se mantenga la superficie de transferencia de calor libre del líquido acumulado. El líquido acumulado reduciría la capacidad del condensador.

3. Evaporador directo o indirecto

a. Si el cliente proporciona los evaporadores, deberá instalar válvulas de alivio en

el evaporador para proteger el sistema. Como mínimo, las válvulas deberían tener un tamaño suficiente para permitir la eliminación de 641 lb/hr de aire.

b. No se instalarán válvulas de aislamiento entre el evaporador y el módulo WHG125. Si existieran dichas válvulas, será preciso instalar una segunda válvula de alivio entre la de aislamiento y el módulo WHG125

c. Si el cliente aporta el evaporador, éste deberá ser ubicado por encima de la

conexión de entrada del depósito. Esto evita que el evaporador se llene de líquido que dificultaría el arranque.

d. Los sistemas de agua caliente a alta presión tienen dispositivos que permiten

mantener continuamente el agua a una presión que evite la ebullición. Esta presión deberá estar controlada por un sistema de alta seguridad, porque la temperatura del agua dentro del evaporador que está en contacto con el medio de transferencia puede ser mucho más alta que la del agua del sistema. De nuevo la ingeniería que asuma la instalación del sistema deberá aportar las seguridades apropiadas.

Ejemplo de proyecto: El proyecto está ubicado en Milán, Italia. La fuente de calor es una caldera de biomasa con agua caliente a alta presión. El agua tiene una tasa de caudal de **** gpm (). 1º Paso: Recabar información sobre las condiciones climatológicas promedio en Milán. Temperatura ambiente (seca) 85.8°F (29.9°C) y 74.86°F (23.8°C) (húmeda). 2º Paso: Véase la figura siguiente:

  

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Instalación estándar en campo

  

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Conexionado y cableado estándar

  

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Esquema estándar de cableado

  

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Preguntas más frecuentes ¿Cómo funciona? Se basa en hacer pasar un fluido operativo de líquido a vapor por acción de una fuente de calor. El de vapor hace girar una turbina de expansión que a su vez gira un alternador con bobina de tierras raras a 30.000 rpm, generando electricidad. El vapor se condensa y el ciclo de se repite. La electricidad creada pasa a través de un sistema rectificador inversor diseñado para adecuarse a la señal de la red eléctrica local. ¿Qué cantidad de energía térmica necesita el sistema para funcionar? Cada fuente de calor residual tendrá características diferentes. La energía puede ser en forma de agua caliente, vapor o gas de escape. La transferencia de la energía al WHG125: se efectúa en dos etapas: en primer lugar de la fuente de calor inicial, y segundo, al fluido operativo. La eficiencia de cada fase del intercambiador de calor determinará la cantidad de energía necesaria para que el WGH125 funcione a plena potencia. La cantidad de energía necesaria depende directamente de la turbina de expansión. En el caso del WHG125, el sistema requiere 2.85MMTBU / h en el evaporador. Se requerirá energía adicional, dependiendo del tipo de energía térmica, la ubicación de la fuente de calor y la configuración de los intercambiadores de calor. Nuestra ingeniería puede proporcionar servicios de experto asesoramiento para identificar la mejor solución para cada proyecto. ¿Cuál son las temperaturas mínima y máxima de la fuente de calor, necesarias para que el sistema pueda funcionar? El generador de calor residual utiliza el refrigerante R245fa como “fluido operativo”. Así como un generador de vapor utiliza agua para generar vapor, el fluido operativo necesita ser vaporizado para hacer girar la turbina de expansión. Esto se consigue mediante presurización y calor. La temperatura máxima del fluido operativo es de 300°F (149°C). Cada aplicación aportará una fuente de calor residual a diferente temperatura. Algunas pueden alcanzar altas temperaturas de 1100°F (594°C). Las temperaturas más altas requerirán un intercambiador de calor diseñado para mantener el fluido operativo por debajo de su temperatura máxima. El límite inferior de la temperatura necesaria para alcanzar el poder total es generalmente de unos 250°F (121°C). La temperatura exacta depende del tipo de de calor residual, el flujo de la corriente de calor residual, la temperatura y condiciones de la aplicación en particular. ¿Se puede instalar este sistema sin ser conectado a la red local? Con el sistema WHG125 se pretende optimizar la eficiencia energética de instalaciones que poseen fuentes de calor residual. Por ello la electrónica del sistema está diseñada para operar en paralelo con la fuente de alimentación eléctrica, siguiendo los protocolos UL 1741 y IEEE 1547.

  

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Cada proyecto requerirá las homologaciones locales para su interconexión. El sistema estándar WHG125 no ha sido diseñado para funcionar como un generador independiente. Este tipo de aplicación requeriría una adaptación personalizada. Pónganse en contacto con el Distribuidor para obtener una información más detallada. ¿Cómo consigue este sistema ahorrar dinero? Cuando trabaja en paralelo con la alimentación eléctrica, el sistema WHG125 genera electricidad que normalmente podrá ser adquirida por la compañía suministradora. Dado que el "combustible" es un flujo de energía residual, el consumo es un factor de poco o ningún valor, y por tanto no supone costo alguno. En general el factor de mayor incidencia en el coste de generación de energía primaria es el coste del combustible. Ya que este factor no afecta al sistema de generación de calor residual, el sistema WHG125 es capaz de generar electricidad por una mínima parte del precio habitualmente pagado a la compañía de suministro eléctrico. El períodos de amortización promedio simple se suele situar en alrededor de dos años. ¿Dónde es posible instalar el sistema? Una vez instalado, el sistema WHG125 incluye tres componentes principales: el generador WHG125, el evaporador y el condensador. Los sistemas estándar WHG125 han sido diseñados para ser instalados al aire libre. Si fuera preciso, el fabricante puede suministrar un sistema personalizado de protección para exteriores, compatible con la mayoría de proyectos. Si el lugar de instalación dispone de energía que supera los 125 kW, ¿es posible instalar múltiples sistemas en paralelo? SÍ, las unidades de WHG125 pueden ser instaladas individualmente o en grupos. Nuestras ingenierías se encuentran en condiciones de confeccionar una propuesta para cada aplicación específica.