O CITENI estuda como xerar máis electricidade coa calor residual da industria

Cada día, unha parte importante da enerxía que consome a industria termina perdéndose en forma de calor. Entre un 25 % e un 55 % disípase a temperaturas próximas aos 200 °C suficientemente elevadas como para aproveitar esa calor e convertela en electricidade. Recuperar ese potencial enerxético é un dos desafíos da industria para avanzar cara a procesos máis eficientes e sostibles.

Con este obxectivo, investigadores do Centro de Investigación en Tecnoloxías Navais e Industriais (CITENI) da Universidade da Coruña analizaron como mellorar o rendemento das tecnoloxías deseñadas para converter esta calor en electricidade. O estudo, publicado recentemente na revista científica Energy baixo o título “Impacto do sobrequecemento e o requecemento na eficiencia térmica do Ciclo Rankine Orgánico Rexenerativo (R-ORC) con condicións de funcionamento optimizadas”, forma parte da tese doutoral que está a desenvolver Ana Ortega baixo a supervisión do profesor Alberto Arce . Ambos somos investigadores do grupo SISTER (Sistemas Térmicos), con actividade científica baseada no Campus Industrial de Ferrol .

A investigación céntrase nos ciclos orgánicos de Rankine (ORC), unha tecnoloxía deseñada para transformar a calor residual en electricidade. A diferenza dos sistemas convencionais, os ORC empregan un fluído orgánico en lugar de auga, o que permite que se vaporice a temperaturas máis baixas. Este vapor acciona unha turbina conectada a un xerador eléctrico e, unha vez completado o ciclo, o fluído volve ao estado líquido para a súa reutilización.

Darlle unha “segunda vida” a esa calor residual

O estudo parte dunha pregunta sinxela: é posible aproveitar mellor a calor residual para xerar máis electricidade? Para a responder, as persoas investigadoras analizaron dúas estratexias orientadas a aumentar a eficiencia dos ciclos Rankine orgánicos.

A primeira consiste en elevar a temperatura do vapor antes de que chegue á turbina, para que poida transferir máis enerxía e xerar máis electricidade. A segunda vólveo a quentar antes de que se arrefríe por completo, o que permite seguir producindo electricidade antes de completar o ciclo. A combinación de ambas as dúas fai posible extraer máis enerxía útil a partir da mesma cantidade de calor.

Axuda dun “enxame” virtual

Introducir estas melloras non garante por si só un mellor resultado. O rendemento destes sistemas depende de numerosos factores, como a temperatura, a presión ou o fluído empregado. Axustar todas esas variables para obter o mellor resultado é un dos principais desafíos á hora de deseñar este tipo de instalacións.

Para solucionar isto, o equipo desenvolveu un modelo matemático da planta e empregou un algoritmo de optimización chamado Particle Swarm Optimization (PSO). O seu funcionamento está inspirado no comportamento dun enxame de abellas que buscan alimento; cada abella explora unha zona diferente e comparte a información co resto ata que o grupo localiza a mellor opción. Do mesmo xeito, o algoritmo explora miles de posibles combinacións de temperaturas, presións e fluídos para identificar aquelas que ofrecen os mellores resultados.

Grazas a esta metodoloxía, o persoal investigador optimizou de forma simultánea entre cinco e oito variables de funcionamento —un enfoque máis completo que o empregado habitualmente en estudos similares— e comparou dez fluídos de traballo para determinar cal ofrece mellores prestacións en cada configuración.

Mesma enerxía, máis electricidade

Os resultados poñen de manifesto que axustar as condicións de operación dos ciclos ORC permite sacar máis partido da calor dispoñible e xerar máis electricidade. A combinación das dúas estratexias analizadas alcanzou unha eficiencia térmica do 19,8 %, próxima ao 20 %, por encima das configuracións que incorporan unicamente unha das dúas melloras.

A análise tamén ten un impacto económico. Os sistemas que inclúen a etapa de sobrequecemento presentan períodos de recuperación do investimento inferiores a 7,5 anos, mentres que aqueles que non a incorporan poden tardar ata 16 anos en amortizarse.

Máis aló destas cifras, o traballo achega novas ferramentas para deseñar instalacións máis eficientes e economicamente viables para a recuperación de calor residual.

Investigación aplicada desde o Campus Industrial de Ferrol

Con traballos como este, o CITENI contribúe ao modelo de investigación aplicada que impulsa o Campus Industrial de Ferrol da Universidade da Coruña, orientado a desenvolver solucións tecnolóxicas para responder a retos concretos da industria, como a eficiencia enerxética, o aproveitamento de recursos e a descarbonización dos procesos produtivos.