Economizadores de escape: un colaborador silencioso de la tecnología verde

Por Sveinung Odegard • 29 marzo 2018

Esas pérdidas dolorosas

No puede ignorar los sistemas de recuperación de energía residual si desea participar en discusiones sobre diseños marinos eficientes. Esa afirmación se basa en el hecho de que la mayoría de los motores diesel a bordo de un buque todavía operan en una escala de eficiencia en el rango del 30 por ciento. El 60-70 por ciento restante representa pérdidas, convertidas en calor. Habiendo dicho eso; también hay motores que tienen factor de eficiencia en los años 40. Los motores más grandes y los motores de velocidad lenta a media tienen tasas de eficiencia en los 40 grados superiores, pero solo en escenarios de carga óptima y constante. Y ese es un desafío para cualquier barco.

Los números de eficiencia conducen a la dolorosa regla empírica de que por cada 1 kW de potencia utilizable, también se crean otros 1.5-2 kW de pérdidas de calor. Resulta claro que no se recomienda utilizar energía diésel para calefacción eléctrica desde el punto de vista de la eficiencia. Por lo tanto, la calefacción eléctrica es práctica solo en el muelle, conectada a la toma de puerto. Por otro lado, la reutilización activa de energía desperdiciada mientras se está en el mar puede mejorar significativamente la eficiencia global del buque.

Captura y reutilización

Las pérdidas de calor pueden capturarse y reutilizarse como energía para muchos tipos de aplicaciones. Pero todavía hay más motores en el mar sin sistemas de recuperación que aquellos que los tienen. Entre aquellos con sistemas instalados, la mayoría de ellos se basan en sistemas de enfriamiento de agua de la chaqueta, a pesar de que el calor del escape típicamente representa más energía potencial.

Hay tecnologías para recuperar el calor del escape. Ulmatec Pyro es una compañía que comenzó a fabricar economizadores de escape ya a principios de los 80. Se ha demostrado que los economizadores son confiables y de larga duración, ya que tienden a permanecer operativos durante toda la vida del barco. Un diseño robusto, eficiente y simple con pocas piezas móviles ha sido la receta para una vida útil extraordinaria de las unidades. Muchas de las unidades pasan por un ciclo de vida completo de más de 30 años sin ninguna modificación importante, lo que probablemente explica por qué los productos no reciben necesariamente la atención que merecen.

Cómo funciona

La tecnología es bastante simple; el escape se distribuye y se permite que fluya libremente a través de múltiples tuberías sumergidas en agua. El agua que circula alrededor de las tuberías absorbe el calor del escape y lo transporta al sistema de recuperación de calor residual. A pesar del deseo de simplicidad, se necesita un sistema de control para garantizar un motor saludable. La unidad administrará la contrapresión, las temperaturas de salida del escape y garantizará que todas las condiciones estén dentro de los requisitos del OEM. Los economizadores de escape de Ulmatec Pyro también tienen una función de derivación, que permite el flujo libre cuando las condiciones del motor lo requieren, o si no hay necesidad de más calor. Recientemente se lanzó una nueva generación del economizador. Una de las nuevas características integradas incluye un bypass. Esto facilitará significativamente el trabajo de instalación en el astillero, en comparación con el bypass externo instalado en las generaciones anteriores. Más allá de esto, el bypass incorporado reducirá la huella total de la unidad.

Doblar

Cuando se recupera el calor de la refrigeración y el escape de agua de la camisa, se pone a disposición una enorme cantidad de energía con prácticamente cero aumento en el consumo de combustible. La cantidad total de calor recuperado tendría en ese caso potencial para ser mayor que la potencia extraída del motor. Eso se puede llamar 'doble abajo'. Y hay tipos de vasos que en realidad son capaces de utilizar esta enorme cantidad de calor. Los buques pesqueros que operan en agua fría son excelentes ejemplos de embarcaciones con gran demanda de energía. El calor se utiliza para la producción de agua dulce, el procesamiento del pescado, el alojamiento, la descongelación, el agua sanitaria, el calentamiento del tanque y muchos otros propósitos. Pero los barcos de pesca no son los únicos. Cualquier embarcación que opere en zonas de clima templado, que tenga un alojamiento grande, que produzca agua dulce o que por cualquier otro motivo requiera calor a bordo verá los beneficios.

Tiempos de amortización cortos

Un sistema de recuperación de calor residual bien diseñado tendrá un tiempo de amortización corto. Eso, sin embargo, depende en gran medida del diseño del buque, los tipos de motor y el perfil operativo. En muchos casos, la amortización de este costo llevará de uno a dos años de operaciones. Si se necesita más calor del que puede proporcionar un sistema de recuperación de calor residual, un quemador diésel directo representa una mejor alternativa que el calentamiento eléctrico.

"No tenemos un recuento exacto de las primeras unidades", dice Palmar Bjornoy, Director General de Ulmatec Pyro, y agrega: "Si incluimos las unidades que hemos entregado para las plantas costeras y otras unidades hechas a medida, hemos superado 500. Las primeras unidades se hicieron a principios de los años ochenta. Y muchas de esas unidades todavía están funcionando. Por lo general, suelen permanecer a bordo produciendo calor durante toda la vida útil de los buques ".

Ulmatec también ha entregado unidades a la industria offshore y onshore también. El centro de investigación Troll en la Antártida es la unidad más meridional, y Kings Bay en Nueva Alesund el más septentrional. Para los proyectos costa afuera, las nuevas plataformas de perforación de Statoil, Askeladden y Askepott, son buenos ejemplos de sistemas de recuperación de calor. Tienen cuatro economizadores de escape instalados en cada plataforma.

Workboats: un buen ajuste

El concepto es ideal para aplicaciones, especialmente en los mercados de workboat. De hecho, el uso de esta tecnología se puede dimensionar en una capacidad bastante baja, siempre que haya un recipiente que necesite calor. El transporte por aguas interiores y los transbordadores más pequeños, por ejemplo, pueden beneficiarse especialmente. Por otro lado, los motores de baja velocidad normalmente se utilizan en portacontenedores más grandes y los cruceros más grandes están por encima del alcance de Ulmatec.

El F / T Northern Glacier, construido en 1983, todavía funciona a plena capacidad. Con sede en Seattle, pasa la mayor parte del tiempo en aguas de Alaska. El economizador de escape original todavía está a bordo, lo que contribuye a un importante ahorro de combustible. Por separado, el guardacostas noruego NoCGV Svalbard utiliza el calor para descongelar, fabricantes de agua, alojamiento y agua sanitaria, entre otras cosas. Este buque fue construido en 2001 y aún patrulla aguas noruegas.

De cara al futuro, el nuevo buque de investigación británico RRS Sir Attenborough tendrá a bordo no menos de cinco economizadores de escape, junto con un sistema completo de recuperación de calor residual. Como el barco está planeado para la investigación en áreas polares, el calor ambientalmente amigable es esencial.

Sistema de calefacción centralizada

La configuración típica de recuperación de calor para múltiples motores es un sistema de recuperación de calor centralizado que automáticamente toma el calor de los motores. También puede usar la energía para precalentar los motores en modo de espera, lo que permite un inicio rápido. El control de flujo inteligente se gestiona a través de un sistema de control patentado que supervisa a los consumidores y contribuyentes de calor. A medida que aumenta la demanda de calor, el sistema aumentará el flujo para transportar más energía de la fuente al lado del consumidor del sistema.

¿Más calor de lo necesario?

Con un sistema de recuperación total, ese podría ser el caso para algunos. Pero a medida que continúa el impulso hacia naves más eficientes, constantemente surgen nuevos productos enfocados en reutilizar las pérdidas de calor. A medida que estos productos se vuelvan más comunes, muchos buques tendrán oportunidades reales para ahorrar aún más combustible y mejorar la eficiencia de sus buques.

Uno de estos productos es producido por Climeon, una compañía que convierte el calor en electricidad limpia. Otro, Gadcooler, tiene un sistema de absorción que utiliza el calor residual para generar todo o parte de la refrigeración que necesita un barco de pasajeros. Los sistemas de recuperación de calor Pyro de Ulmatec se centran en identificar, capturar y recuperar las pérdidas de calor. La energía capturada se distribuirá a cualquier consumidor capaz de aprovechar el calor.

Ulmatec tiene aproximadamente 500 economizadores de escape en su lista de referencia, y tiene casi 100 embarcaciones con su sistema completo de recuperación de calor residual. Es un producto que encaja bien, desde OSV, rompehielos, crucero de expedición y hacia abajo, o en otras palabras, su barco de trabajo.

El autor

Sveinung Odegard es el representante norteamericano de Ulmatec Pyro. Se graduó de la Academia Marítima de Bergen en Noruega con una especialización en Ingeniería Eléctrica Marina. Trabajando en proyectos marítimos en todo el mundo a lo largo de su carrera, se mudó a Seattle en 1993.

(Según publicado en la edición de marzo de 2018 de Marine News )