El inter­cam­bia­dor de calor E‑Plate per­mi­te un fun­cio­na­mien­to más efi­cien­te de las plan­tas de tra­ta­mien­to de efluentes

El inter­cam­bia­dor de aguas resi­dua­les garan­ti­za el fun­cio­na­mien­to segu­ro de una plan­ta de tra­ta­mien­to de aguas resi­dua­les y le per­mi­te recu­pe­rar el calor del flu­jo pro­ve­nien­te de las aguas resi­dua­les. El inter­cam­bia­dor de calor E‑Plate ofre­ce muchas ven­ta­jas fren­te a los sis­te­mas con­ven­cio­na­les y apor­ta una solu­ción muy efi­cien­te para aguas resi­dua­les alta­men­te contaminadas.

Trans­fe­ren­cia de calor de las aguas resi­dua­les a las aguas de proceso

Muchas empre­sas nece­si­tan agua de pro­ce­so calien­te en sus pro­ce­sos de pro­duc­ción. Con el sis­te­ma inno­va­dor de DAS EE aho­ra es posi­ble la trans­fe­ren­cia de calor des­de las aguas resi­dua­les has­ta el agua de proceso.

Esto ayu­da a opti­mi­zar las tem­pe­ra­tu­ras de los flu­jos de agua, lo que aumen­ta con­si­de­ra­ble­men­te la efi­cien­cia en el uso de la ener­gía y tam­bién en el tra­ta­mien­to de aguas residuales.

Inter­cam­bia­dor de calor en la indus­tria del papel

Schu­ma­cher Pac­ka­ging GmbH expe­ri­men­tó con este tipo de inter­cam­bia­do­res de calor en su plan­ta de Sch­war­zen­berg. La empre­sa se espe­cia­li­za en solu­cio­nes de emba­la­je a medi­da en car­tón corru­ga­do y compacto.

Schu­ma­cher Pac­ka­ging GmbH pro­du­ce car­tón en Sch­war­zen­berg, en las mon­ta­ñas de Ore, en Ale­ma­nia. Su tra­ba­jo con­sis­te en repro­ce­sar papel usa­do. Para este pro­ce­so se requie­re gran can­ti­dad de agua, que se extrae del río Große Mitt­wei­da. En invierno, el agua entran­te es rela­ti­va­men­te fría, apro­xi­ma­da­men­te de 5°C. Esta se some­ti­da a un pro­ce­so pre­vio de lim­pie­za y lue­go se debe aumen­tar su tem­pe­ra­tu­ra con fuen­tes de calor externas.

La empre­sa Schu­ma­cher Pac­ka­ging GmbH amplió en 2013 la capa­ci­dad de la máqui­na de papel. Esto gene­ró tam­bién un aumen­to de la tem­pe­ra­tu­ra de has­ta 55°C – que es dema­sia­do alta para el tra­ta­mien­to bio­ló­gi­co de aguas resi­dua­les, ya que los micro­or­ga­nis­mos mue­ren, cuan­do el agua está dema­sia­do calien­te. El resul­ta­do: la plan­ta de tra­ta­mien­to ya no fun­cio­na­ría a esas tem­pe­ra­tu­ras. Otra res­tric­ción es la tem­pe­ra­tu­ra lími­te esta­ble­ci­da por las auto­ri­da­des de 30°C para la des­car­ga direc­ta de aguas residuales.

Por ello, Schu­ma­cher Pac­ka­ging GmbH bus­ca­ba una solu­ción inge­nio­sa para enfriar las aguas resi­dua­les, a fin poder ase­gu­rar el fun­cio­na­mien­to del sis­te­ma de tra­ta­mien­to bio­ló­gi­co de aguas resi­dua­les, y al mis­mo tiem­po usar la ener­gía tér­mi­ca recu­pe­ra­da para pre­ca­len­tar el agua fría del río.

DAS MBBR Kläranlage bei Schumacher Packaging
DAS MBBR Kläranlage bei Schumacher Packaging

Trans­fe­ren­cia de calor con míni­ma per­di­da de pre­sión y bajos cos­tos de mantenimiento

Las con­di­cio­nes que deben cum­plir los clien­tes para el uso del inter­cam­bia­dor de calor eran muy exigentes:

  • Inte­gra­ción a la tube­ría por gra­ve­dad exis­ten­te con míni­ma pér­di­da de presión
  • Redu­ci­da pro­pen­sión a la acu­mu­la­ción de sucie­dad y los atas­cos → bajo  mantenimiento

 

Es por ello, que los dise­ños de inter­cam­bia­do­res de calor con­ven­cio­na­les no eran ade­cua­dos para este caso en particular.

For­mas de cons­truc­ción de los inter­cam­bia­do­res de calor convencionales

Des­de hace déca­das, los inter­cam­bia­do­res de calor con­ven­cio­na­les fue­ron uti­li­za­dos de mane­ra exi­to­sa y efi­caz en dife­ren­tes cam­pos de apli­ca­ción. Sin embar­go, has­ta aho­ra, no se han iden­ti­fi­ca­do solu­cio­nes téc­ni­cas satis­fac­to­rias en el sec­tor de las aguas resi­dua­les. En con­tac­to con las aguas resi­dua­les, las super­fi­cies de trans­fe­ren­cia se ensu­cian con rela­ti­va rapi­dez, lo que lle­va a la crea­ción de una bio­pe­lí­cu­la que cre­ce rápi­da­men­te si el equi­po no se lim­pia con regularidad.

Este pro­ce­so se lla­ma bio­co­rro­sión y pro­du­ce una reduc­ción en el ren­di­mien­to de la trans­fe­ren­cia de calor y, por lo tan­to, un dete­rio­ro drás­ti­co en el nivel de efec­ti­vi­dad del sis­te­ma. Por con­si­guien­te, con el equi­po están­dar, las super­fi­cies de trans­fe­ren­cia se deben lim­piar con un pro­ce­so com­ple­jo de lim­pie­za in situ (CIP, en inglés), o al aire libre —en el caso de los inter­cam­bia­do­res de calor de pla­cas, inclu­so ser des­man­te­la­das para su pos­te­rior lim­pie­za exhaustiva.

El resul­ta­do que se obtie­ne con pro­ce­sos mecá­ni­cos de lim­pie­za es con fre­cuen­cia insu­fi­cien­te. La razón de este mal resul­ta­do es, por ejem­plo, el poco alcan­ce que tie­ne el cho­rro de agua para rea­li­zar la lim­pie­za inter­na a alta pre­sión, espe­cial­men­te cuan­do se tra­ta de inter­cam­bia­do­res de calor de mayo­res dimensiones.

E-Plate Wärmetauscher

Inter­cam­bia­do­res de calor auto­lim­pian­tes para aguas residuales

La solu­ción halla­da por Schu­ma­cher Pac­ka­ging se basa en un inter­cam­bia­dor de calor con un sis­te­ma de cepi­llos gira­to­rios y las deno­mi­na­das ter­mo­pla­cas. Esto mini­mi­za la acu­mu­la­ción de sucie­dad y opti­mi­za el ren­di­mien­to de la trans­fe­ren­cia de calor. Los cepi­llos gira­to­rios no solo ase­gu­ran que las super­fi­cies de trans­fe­ren­cia de calor se man­ten­gan siem­pre lim­pias, sino que tam­bién pro­pi­cian una alta velo­ci­dad del flu­jo y, con ello, un nivel de trans­fe­ren­cia de calor más alto.

El movi­mien­to gira­to­rio de los cepi­llos tam­bién hace que la cir­cu­la­ción de las aguas resi­dua­les siga una tra­yec­to­ria en espi­ral. Esto pro­du­ce el efec­to de un inter­cam­bia­dor de calor a con­tra­co­rrien­te. Este prin­ci­pio de cons­truc­ción per­mi­te la ins­ta­la­ción en la des­car­ga de las plan­tas de tra­ta­mien­to de fluen­tes exis­ten­tes sin nece­si­dad de usar bom­bas adi­cio­na­les para aumen­tar la pre­sión. Tam­po­co se requie­re para ello de una cos­to­sa tec­no­lo­gía de medi­ción y regulación.

Prin­ci­pio de fun­cio­na­mien­to del inter­cam­bia­dor de calor E‑Plate

El agua (lim­pia) de enfria­mien­to se dis­tri­bu­ye uni­for­me­men­te por todas las ter­mo­pla­cas y flu­ye en for­ma de ani­llo den­tro de estas pla­cas una vez por el inter­cam­bia­dor de calor. Las ter­mo­pla­cas están com­pues­tas por dos pla­cas inter­cam­bia­do­ras de calor de metal uni­das com­ple­ta­men­te en los bor­des y a tra­vés de pun­tos de sol­da­du­ra en el área pla­na. Las pla­cas de metal sol­da­das de esta mane­ra se expan­den a con­ti­nua­ción hidráu­li­ca­men­te y se pro­veen con pun­tos de cone­xión para la entra­da y sali­da del agua de enfriamiento.

Para per­mi­tir la lim­pie­za per­ma­nen­te median­te un sis­te­ma de cepi­llos gira­to­rios, a estas ter­mo­pla­cas se les debe dar for­ma de ani­llo. Una serie de ani­llos de diá­me­tro en aumen­to se inser­tan uno den­tro de otro y se conec­tan a un con­te­ne­dor. La ter­mo­pla­ca exter­na fun­cio­na ade­más como pared exter­na del contenedor.

Las aguas resi­dua­les sucias son con­du­ci­das al inter­cam­bia­dor de calor des­de aba­jo y flu­yen hacia arri­ba entre las ter­mo­pla­cas has­ta el tan­que, para ser des­car­ga­das hacia afue­ra en la par­te supe­rior. El movi­mien­to gira­to­rio de los cepi­llos tam­bién gene­ra que la cir­cu­la­ción de las aguas resi­dua­les siga una tra­yec­to­ria en espi­ral (inter­cam­bia­dor de calor en espi­ral). Esto pro­du­ce el efec­to de un inter­cam­bia­dor de calor a con­tra­co­rrien­te.

Ins­ta­la­ción de un sis­te­ma de tra­ta­mien­to de aguas resi­dua­les en Schu­ma­cher Pac­ka­ging en Schwarzenberg

En el caso de Schu­ma­cher Pac­ka­ging se ins­ta­la­ron dos inter­cam­bia­do­res de calor. Se pue­den ope­rar indi­vi­dual­men­te, en serie o en para­le­lo. Así se garan­ti­za un alto gra­do de fle­xi­bi­li­dad en el fun­cio­na­mien­to del sis­te­ma. Esto es impor­tan­te, ya que, si las aguas resi­dua­les están muy frías, enton­ces se vería afec­ta­do tam­bién el meta­bo­lis­mo de los micro­or­ga­nis­mos del sis­te­ma del tra­ta­mien­to bio­ló­gi­co de aguas residuales.

Datos sobre el ren­di­mien­to de los inter­cam­bia­do­res de calor instalados

Kate­goryOut­put
Poten­cia térmica1 MW
Cau­dal de las aguas residuales65 m³/h
Cau­dal de las aguas de enfriamiento55 m³/h
Per­di­da de pre­sión (aguas residuales)0,01 bar
Pér­di­da de pre­sión (aguas de enfriamiento)0,40 bar
3D Darstellung des Abwasserwärmetauschers

Datos sobre el ren­di­mien­to de los inter­cam­bia­do­res de calor instalados

Los inter­cam­bia­do­res de calor han sido dise­ña­dos para una pre­sión de fun­cio­na­mien­to per­mi­si­ble de 10 bares en el lado del agua de enfria­mien­to. Están fabri­ca­dos en ace­ro inoxi­da­ble 1.4404. En este sen­ti­do, exis­te una gran varie­dad de otros mate­ria­les dis­po­ni­bles, por lo que se pue­de selec­cio­nar el ade­cua­do según el caso y la com­po­si­ción espe­cí­fi­ca de las aguas resi­dua­les. La for­ma de cons­truc­ción de estos inter­cam­bia­do­res de calor varía mucho y se ade­cúa para una gran can­ti­dad de apli­ca­cio­nes. Para los cana­les de ángu­lo rec­to, las ter­mo­pla­cas rec­tas se amal­ga­man en paque­tes y se pue­den pro­por­cio­nar como auto­lim­pian­tes o indi­vi­dual­men­te extraí­bles, según se desee.

Todas las varian­tes de dise­ño tam­bién se pue­den sus­pen­der en los con­te­ne­do­res exis­ten­tes; por lo tan­to, se redu­ce con­si­de­ra­ble­men­te el espa­cio reque­ri­do para la ins­ta­la­ción y para las tube­rías. Los inter­cam­bia­do­res de calor sus­pen­di­dos libre­men­te están dise­ña­dos sin base cerra­da y fun­cio­nan como un pro­ce­so de cir­cu­la­ción ascen­den­te o descendente.

Ven­ta­jas en com­pa­ra­ción con inter­cam­bia­do­res de calor convencionales:

  • Auto­lim­pie­za permanente
  • Ade­cua­dos para aguas resi­dua­les que con­tie­nen sólidos
  • Bajo nivel de pér­di­da de presión
  • Ins­pec­ción sencilla
  • Altos índi­ces de tur­bu­len­cias debi­do a los cepi­llos gira­to­rios, que gene­ran bue­na trans­fe­ren­cia de calor

Estos inter­cam­bia­do­res de calor ya se uti­li­zan en los siguien­tes sec­to­res e industrias:

Ven­ta­jas adi­cio­na­les de uso del inter­cam­bia­dor de calor

Ade­más del efec­to de aho­rro de ener­gía deri­va­do de la recu­pe­ra­ción direc­ta de calor, el uso de inter­cam­bia­do­res de calor de este tipo abre nue­vas posi­bi­li­da­des para el dimen­sio­na­mien­to y fun­cio­na­mien­to de la tec­no­lo­gía de efluentes.

Calen­ta­mien­to de aguas resi­dua­les para reac­to­res anaerobios

En pri­mer lugar cabe seña­lar la posi­bi­li­dad de usar reac­to­res anae­ro­bios que fun­cio­nan con­ve­nien­te­men­te a una tem­pe­ra­tu­ra entre 35 y 38 °C. Las eta­pas bio­ló­gi­cas anae­ro­bias se carac­te­ri­zan por el hecho de que los mate­ria­les noci­vos se desin­te­gran ante la ausen­cia del sumi­nis­tro de oxígeno.

Si las aguas resi­dua­les en cues­tión no se encuen­tran a la tem­pe­ra­tu­ra reque­ri­da, enton­ces con una com­bi­na­ción inte­li­gen­te de recu­pe­ra­ción de calor en la sali­da y el pre­ca­len­ta­mien­to simul­tá­neo de las aguas resi­dua­les muy frías, con solo un con­su­mo míni­mo de ener­gía, es posi­ble man­te­ner la tem­pe­ra­tu­ra ópti­ma para el reac­tor anaerobio.

El tra­ta­mien­to anae­ro­bio está espe­cial­men­te indi­ca­do para aguas resi­dua­les indus­tria­les con alta car­ga con­ta­mi­nan­te. Las ven­ta­jas fren­te a los aero­bios, es decir, los pro­ce­sos que fun­cio­nan con ayu­da de oxí­geno, son la redu­ci­da deman­da de ener­gía, la menor can­ti­dad de resi­duos for­ma­dos (exce­so de lodos), el alto ren­di­mien­to logra­do y las for­mas de cons­truc­ción com­pac­tas ade­más de la gene­ra­ción de biogás.

Una por­ción del bio­gás se pue­de usar para man­te­ner la tem­pe­ra­tu­ra ópti­ma de fun­cio­na­mien­to en el reac­tor anae­ro­bio. La mayor par­te de este bio­gás se pue­de usar tan­to para el calen­ta­mien­to como para la gene­ra­ción de elec­tri­ci­dad en cen­tra­les ter­mo­eléc­tri­cas en bloque.

Ren­di­mien­to mejo­ra­do para la tec­no­lo­gía aero­bia de aguas residuales

Inclu­so en las fases bio­ló­gi­cas aeró­bi­cas pue­de lograr­se una tem­pe­ra­tu­ra de fun­cio­na­mien­to ópti­mo inter­ca­lan­do un inter­cam­bia­dor de calor. De este modo se pue­de aumen­tar el ren­di­mien­to de ins­ta­la­cio­nes exis­ten­tes. En el caso de cons­truc­cio­nes nue­vas de plan­tas de tra­ta­mien­to bio­ló­gi­co de aguas resi­dua­les pue­den tener un tama­ño más redu­ci­do y compacto.

La efi­cien­cia ener­gé­ti­ca es tam­bién un aspec­to muy impor­tan­te para las plan­tas de tra­ta­mien­to de aguas resi­dua­les domés­ti­cas. Es por ello, que des­de hace ya algún tiem­po se inten­ta recu­pe­rar calor de las aguas resi­dua­les. Muchos son los fac­to­res que has­ta aho­ra han fre­na­do una imple­men­ta­ción téc­ni­ca a gran escala.

  • Rápi­da for­ma­ción de capas sobre las super­fi­cies de transferencia.
  • Rápi­da dis­mi­nu­ción del ren­di­mien­to y altos cos­tos de man­te­ni­mien­to aso­cia­do a ello.
  • Equi­po de bom­beo adi­cio­nal para com­pen­sar la pér­di­da de presión.

 

Este últi­mo pun­to es de par­ti­cu­lar impor­tan­cia, ya que en la sali­da de des­car­ga de muchas plan­tas de tra­ta­mien­to de efluen­tes (tan­to indus­tria­les como domés­ti­cas), la dife­ren­cia de altu­ra entre la des­car­ga del sis­te­ma de tra­ta­mien­to de aguas resi­dua­les y el nivel de la super­fi­cie de la desem­bo­ca­du­ra es muy leve.

Sis­te­ma adi­cio­nal de tra­ta­mien­to de aguas resi­dua­les es en gran medi­da innecesaria

La ins­ta­la­ción de estas bom­bas adi­cio­na­les podría redu­cir con­si­de­ra­ble­men­te (o inclu­so anu­lar) el efec­to posi­ti­vo de mejo­rar la efi­ca­cia ener­gé­ti­ca por la recu­pe­ra­ción de calor. La pre­sión per­di­da con los inter­cam­bia­do­res de calor con­ven­cio­na­les es oca­sio­na­da por los altos cau­da­les reque­ri­dos para un fun­cio­na­mien­to efi­caz. Al mis­mo tiem­po, los cana­les de flu­jo se man­tie­nen lo más peque­ños posi­ble, a fin de lograr un alto nivel de trans­fe­ren­cia de calor. Esto, a su vez, lle­va a un atas­ca­mien­to más rápi­do e inclu­so a pér­di­das mayo­res de pre­sión. Los valo­res nor­ma­les de pér­di­da de pre­sión se hallan alre­de­dor de 0,5 bares a 1,0 bar —que corres­pon­den a 5 a 10 metros en tér­mi­nos de pre­sión diferencial.

Es pre­ci­sa­men­te en este pun­to  que el sis­te­ma de inter­cam­bia­do­res de calor auto­lim­pian­tes pre­sen­ta­do se dife­ren­cia sig­ni­fi­ca­ti­va­men­te de los otros sis­te­mas. El valor típi­co para la pér­di­da de pre­sión es de alre­de­dor de 0,01 bar —que corres­pon­de a una pre­sión dife­ren­cial de 0,1 metro.

Ade­cua­do para aguas resi­dua­les que con­tie­nen sólidos

En resu­men, se pue­de decir que estos inter­cam­bia­do­res de calor repre­sen­tan una solu­ción de mayor efi­ca­cia para las aguas resi­dua­les que con­tie­nen sóli­dos, don­de las aguas resi­dua­les son dema­sia­do frías o dema­sia­do calien­tes o si el sis­te­ma de tra­ta­mien­to de efluen­tes no está fun­cio­nan­do de for­ma eficaz.

En el caso de Schu­ma­cher Pac­ka­ging GmbH la ins­ta­la­ción del inter­cam­bia­dor de calor pro­du­jo un aho­rro del  40 % del gas natu­ral que con­su­mía ante­rior­men­te. Esto hizo que la inver­sión se amor­ti­za­ra en el pri­mer año.

DAS EE Headquarter

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