Cogeneración y Eficiencia Energética en Procesos Industriales: Optimización y Ventajas

Cogeneración: Maximizando la Eficiencia Energética Industrial

Los procesos industriales, con sus altas demandas de energía eléctrica (o mecánica) y térmica (vapor, aire caliente, etc.), requieren soluciones energéticas eficientes. Tradicionalmente, las industrias satisfacen estas necesidades mediante la combustión de combustibles para el calor y la adquisición de electricidad de la red. Sin embargo, este enfoque no siempre es el más óptimo.

¿Qué es la Cogeneración?

La cogeneración emerge como una alternativa superior. Se define como el proceso de producción simultánea de energía eléctrica/mecánica y energía térmica. Su principal ventaja reside en el incremento significativo del rendimiento energético global, lo que se traduce en un ahorro considerable de energía primaria (combustibles).

Ventajas de la Cogeneración

Los beneficios de implementar sistemas de cogeneración son múltiples y se extienden a varios niveles:

• Beneficios para la Nación:
  • Ahorro sustancial de energía primaria.
  • Reducción de la dependencia energética del exterior.
  • Mejora del medio ambiente: La disminución del consumo de combustible conlleva una reducción de las emisiones contaminantes.
  • Fomento del uso de combustibles más limpios, como el gas natural.
  • Electrificación de zonas con alta demanda de electricidad y calor.
• Beneficios para la Industria:
  • Ahorro económico significativo.
  • Mayor independencia del suministro eléctrico externo.
  • Reducción del impacto ambiental.

Desafíos de la Cogeneración

• Inversión inicial: La implementación de sistemas de cogeneración requiere una inversión adicional en infraestructura.

Sistemas de Generación y Distribución de Vapor

Algunas consideraciones clave para optimizar estos sistemas:

• Operar con vapor a la menor presión posible.
• El sobrecalentamiento ayuda a compensar las pérdidas durante la distribución.
• Mientras que el líquido requiere energía mecánica para el bombeo, el vapor se mueve por diferencia de presiones en la red.
• Las instalaciones con necesidades térmicas a diferentes presiones y temperaturas requieren sistemas de vapor adecuados.
• La producción de energía mecánica y eléctrica se realiza tradicionalmente con vapor.

Proceso de Generación de Vapor en Calderas

El dispositivo central para la generación de vapor es la caldera. El proceso que experimenta el agua dentro de la caldera hasta convertirse en vapor se describe a continuación:

1. Economizador: El agua ingresa al economizador.
2. Precalentamiento: El líquido alcanza la temperatura aproximada del vapor húmedo.
3. Circulación: El líquido desciende por los tubos debido a la diferencia de densidades entre las columnas de líquido y líquido-vapor (aumento de presión, pero no de temperatura).
4. Ebullición Nucleada: La temperatura aumenta hasta que se forman burbujas en puntos específicos de la pared, seguidas de rápidas condensaciones.
5. Formación de Burbujas: Se acelera la formación de burbujas, y la mezcla líquido-vapor se dirige hacia el calderín.
6. Separación de Fases: En la interfase líquido-vapor, las burbujas de vapor se separan.
7. Sobrecalentador: El vapor saturado se envía a un sobrecalentador para aumentar su temperatura.

Características Clave de una Caldera Eficiente

Para garantizar un rendimiento óptimo, una caldera debe cumplir con las siguientes características:

• Construcción robusta y con capacidad para compensar dilataciones.
• Tambor para la recogida de impurezas.
• Suficiente capacidad de agua y vapor.
• Relación adecuada entre la superficie de vaporización del calderín y la capacidad de vaporización para evitar la formación de espumas.
• Juntas de dilatación protegidas de la acción directa del fuego.
• Cámara de combustión diseñada para una combustión completa antes de que los gases pasen a los recuperadores.
• Facilidad de limpieza de las superficies.
• Flexibilidad en el funcionamiento.
• Equipos auxiliares para medición, seguridad y control.

Tratamiento del Agua de Alimentación: Un Factor Crítico

El agua bruta, proveniente de pozos, ríos o lagos, contiene sustancias disueltas (sales de sodio, calcio, magnesio, hierro, sílice, óxidos de hierro y gases) que pueden generar problemas:

• Incrustaciones: Reducen la capacidad de producción de la caldera, disminuyen la refrigeración de los tubos (riesgo de rotura) y aumentan el consumo de energía.
• Gases Disueltos: Provocan corrosión por oxígeno y reducen el coeficiente de transmisión.
• Arrastre de Sílice.

Para contrarrestar estos efectos, se implementan las siguientes estrategias:

• Acondicionamiento del pH: Se utilizan reactivos como amoniaco, sosa o fosfato trisódico.
• Desgasificación:
  • Desgasificación Térmica: Calentar el agua hasta su temperatura de vaporización, agitarla para liberar las burbujas de gas y ventilar para eliminar el gas desprendido.
  • Desgasificación Química: Emplear sustancias oxidables que reaccionen con el oxígeno disuelto en el agua.

Recuperación del Calor de los Gases de Escape: Maximizando la Eficiencia

La recuperación de calor residual es una estrategia clave para mejorar la eficiencia energética. Se pueden implementar diferentes sistemas:

• Recuperación Gas/Líquido-Vapor: Economizadores de calderas, calderas de vapor de recuperación de calor, condensadores para vapores residuales, sistemas bi-transfer, tubos térmicos gas/líquido, calentadores de aire con aguas o vapores residuales calientes.
• Recuperación Gas/Gas: Calentadores de aire comburente y calentadores de aire de baja temperatura.