CATÁLOGO WHG125

Transcripción

CATÁLOGO WHG125

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
1 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.
2 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.
3 Índice de contenidos
Cómo usar este manual
Descripción general
Índice
Principales componentes
Módulo de recuperación – WHG125
Datos técnicos
Datos físicos
Opciones y accesorios
Datos eléctricos
Controles
Nomenclatura WHG125
Datos técnicos
Datos físicos
Opciones y accesorios
Datos eléctricos
Controles
Nomenclatura PAK
Guía de Aplicación
Introducción
Información general
Información Ciclo Orgánico Rankine
Componentes del Sistema
Generador de calor residual
Evaporador
Condensador
Modulo Energético Integrado (IMP)
Electrónica de energía (PE)
Descripción del ciclo
Fluido Operativo
Funcionamiento
Seleccionar una configuración
Guía de selección de Productos
Módulos de Evaporación
Módulos de Condensación
Instalación estándar en campo
Conexionado y cableado estándar
Esquema estándar de cableado
Preguntas más frecuentes
2
3
4
5
7
7
8
10
11
12
13
13
14
14
15
15
15
16
17
17
17
18
18
18
19
19
19
19
21
22
22
32
39
39
41
44
45
46
47
4 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
5 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
1000lb
100lb
Referencia
61418
61420
6 Depósito
US$1,500
US$200
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
257,89 °F
125,5 °C
Temperatura Entrada
242,89
°F
117,2 °C
Temperatura
Salida
Condiciones de
calor residual
3.042.846 BTU/hr
891,8 kW/hr
Energía aportada
423,2 GPM
96,1 m3/hr
Caudal medio
70
°F
21,1 °C
Temperatura
Condiciones de
773,6 kW/hr condensación
Carga de condensación 2.639.647 BTU/hr
Vapor Saturado
Producción bruta de electricidad 125 kWe
Temperatura
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 calientes
Producción bruta de electricidad 125 kWe
Temperatura Entrada
Caudal medio
°F °C 400
500
600
700
800
900
204,4
260,0
315,6
371,1
426,7
482,2
lbm/hr
102.496
56.942
39.421
30.146
24.404
20.499
kg/hr
46.491
25.829
17.881
13.674
11.069
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
7 Datos físicos:
DATOS DE LA UNIDAD
POTENCIA BRUTA (kWe)
PESO lb (kg)
TIPO DE REFRIGERANTE
CARGA OPERATIVA (lb)*
WHG125
125
7000 (3125)
R245fa
1000
* Se requerirá mayor carga en instalaciones de tubería de gran longitud
8 9 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
IW2
IW3
IW4
IW5
IO1
IO2
IO3
IS1
calor indirecto ‐ HPHW 150‐175 gpm
calor indirecto ‐ HPHW con envuelta de agua para enfriamiento
calor indirecto ‐ aceite 100 ‐ 150 gpm
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
10 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
Tensión de carga (bruta)
Equipo a 400 V / 50Hz Equipo a 480 V / 60Hz
Pico de tensión de arranque
(módulo de distribución)
Máxima caída de voltaje
aceptada
175 A
145 A
64A
53A
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
Sobretensión (instantáneo)
Sobrevoltaje (instantáneo)
Sobrecarga térmica
Proporción Voltaje / Frecuencia
Sobre/Infra frecuencia 50Hz
Sobre/Infra frecuencia 60Hz
Máximo valor de cortocircuito
Especificación
Máximo 200A rms. Desconexión
inmediata si se supera este valor
530V (480V red); 520V (400V red)
Desconexión inmediata si el calor
disipado excede el valor de protección
Software ajustable hasta 8V/Hz ± 30%
Software ajustable hasta 50 Hz ± 18Hz
Software ajustable hasta 60 Hz ± 18Hz
250A
11 (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:
12 Módulo de Recuperación – Nomenclatura y número de modelo
NOMENCLATURA
Modelo: WHG125 01
OPCIONES DE SUMINISTRO:
00
01
Módulo sólo – Sin panel de distribución
Módulo sólo – Con panel de distribución
CONFIGURACIÓN DEL MÓDULO WHG125
WHG125E
WHG125U
Estándar 125 kW para mercado europeo – 400 kW / 50 Hz
Estándar 125 kW para mercado U.S. – 480 kW / 60 Hz
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
13 CONJUNTO WHG125EIW4DAC00 – Conjunto con/sin envuelta (>2.8MBTU)
• 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
• 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.
14 Opciones y accesorios
Opciones del Evaporador
FUENTE DE CALOR DEL EVAPORADOR
OOO
D01
IW1
IW2
IW3
IW4
IW5
IW6
IO1
IO2
IO3
IS1
Sin módulo de evaporación
Calor directo
Calor indirecto ‐ HPHW 150‐175 gpm
Calor indirecto ‐ HPHW con envuelta de agua para enfriamiento
Calor indirecto ‐ Customizado
Calor indirecto ‐ aceite 100 ‐ 150 gpm
Valor indirecto ‐ vapor
Opciones del Condensador
OOO
DAC
DEV
IN1
IN2
IN3
Sin módulo de condensación
Condensación directa mediante aire refrigerado
Condensación directa mediante evap. refrigerado
Condensación indirecta mediante agua 500 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
15 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
IN1
Condensación directa mediante evap. refrigerado
IN2
IN3
FUENTE DE CALOR DE EVAPORACIÓN
OOO
Sin módulo de evaporación
D01
Calor directo
IW1
IW2
IW3
IW4
IW5
IW6
IO1
IO2
IO3
IS1
SUMINISTRO
00
Módulo sólo – Sin panel de distribución
01
02
03
Módulo sólo – Con panel de distribución
Módulo e intercambiadores de calor – Sin container
1 módulo en container de 20 pies
04
2 módulos en container de 40 pies
WHG125E
CONFIGURACIÓN DEL MÓDULO DE RECUPERACIÓN WHG
WHG125U
16 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
17 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
18 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.
19 Etapas del Ciclo Orgánico Rankine
Elemento
ID#
Descripción
A
Contenedor
Situación puntual
ID#
Temp. / Presión
1
85°F / 25.8 psia
B
Bomba
2
C
Economizador
3
D
Evaporador
4
E
Amplificador
5
F
Condensador
6
(29.5°C / 1.8 bar)
85°F / 260 psia
(29.5°C / 17.9 bar)
106°F / 257 psia
(41°C / 17.7 bar)
250°F / 249 psia
(121°C / 17.2 bar)
140°F / 34.8 psia
(60°C / 2.4 bar)
112°F / 33.3 psia
(44.5°C / 2.3 bar)
Estado físico
Líquido saturado
a baja presión
Líquido subenfriado
a alta presión
Líquido subenfriado
a alta presión
Vapor sobrecalentado
a alta presión
a baja presión
a baja presión
Figura 3
Tabla de situaciones puntuales
20 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.
21 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
1000lb
100lb
Referencia
61418
61420
Depósito
US$1,500
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.
22 (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.
23 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
24 Tabla 5b
25 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
26 Tabla 6b
27 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
28 Tabla 7b
29 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
30 Tabla 8b
31 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
C
m
cp
ΔT
= tasa de calor en BTU / h
= factor de conversión, 60 min / hr
= caudal del medio de calor residual (lb / min)
= calor específico promedio a presión constante del medio de calor residual
( BTU/lb-°F)
= 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).
32 Ecuación 2
m =Vxp
donde:
m
V
p
= caudal volumétrico ACFM
= 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
V
p
= caudal volumétrico SCFM
= 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
33 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
34 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:
35 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.
36 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.
37 La tabla 2 facilita una guía rápida de elección de configuración
Directa / Directa
Directa / Indirecta
Evaporador
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
no supera los 600°F (316,6°C) y se
encuentra a menos de 50 ft. (15 m)
del WHG125
supera los 600°F (316,6°C) o se
encuentra a más 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
Indirecta / Directa
Condensador
El intercambiador de calor
atmosférico 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
El intercambiador de calor
atmosférico 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
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.
38 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
WHG125U
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
IW2
IW3
IW4
IW5
IW6
IO1
IO2
IO3
IS1
39 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
40 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
IN2
IN3
Si el fluido requerido no se encuentra en la lista, por favor contacten con el Distribuidor para una
selección personalizada.
Figura 9
Módulo condensador
41 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
42 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:
43 Instalación estándar en campo
44 Conexionado y cableado estándar
45 Esquema estándar de cableado
46 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.
47 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.
48

CATÁLOGO WHG125

Transcripción

Documentos relacionados

Presentación de PowerPoint

Ciao Green

Como reemplazar los condensadores

Teoria Nº2 Archivo

Ciao Green - Magserveis.com