Ideas recién salidas del horno para usar la energía de baja temperatura procedente del alcantarillado y las aguas residuales industriales
La calefacción y la refrigeración de edificios y fábricas suponen la mitad del consumo energético de la Unión Europea. Según las cifras de 2019 de Eurostat, aproximadamente el 75 % de la calefacción y la refrigeración sigue utilizando combustibles fósiles. En el proyecto LOWUP, financiado con fondos europeos, en el que participan trece socios de siete países europeos, se han demostrado tecnologías innovadoras que capturan y reutilizan energía de baja temperatura. El calor residual es un recurso sin aprovechar que permite dar un paso más hacia una reducción significativa de las emisiones de CO2 y del consumo de energía primaria.
Extraer el calor valioso de las alcantarillas
Por sorprendente que parezca, bajo nuestros pies tenemos una fuente de energía oculta que ha pasado prácticamente desapercibida: las aguas residuales domésticas. Según unos estudios llevados a cabo en Alemania y Suiza, aprovechar el calor de las aguas residuales serviría para suministrar calor (o frío) al 3 % de los edificios. «Los sistemas de alcantarillado contienen aguas residuales cuya temperatura oscila entre los 10 °C y 25 °C. Dicha temperatura permite funcionar con economía a las bombas de calor destinadas a la calefacción (o la refrigeración) de edificios del sector terciario, como hospitales, hoteles, piscinas y centros comerciales», señala Rafael Socorro, coordinador del proyecto. En comparación con otras fuentes de energía tradicionales para las bombas de calor (aguas subterráneas, calor geotérmico, aire exterior), las aguas residuales de los sistemas de alcantarillado urbano son ideales para la recuperación de calor, ya que tienen temperaturas más altas. El reto consiste en combinar un intercambiador de calor de alto rendimiento (que extraiga el calor del alcantarillado) con una bomba de calor. La tecnología innovadora HEAT-LowUP se basa en un intercambiador de calor híbrido desarrollado por Wasenco, socio del proyecto. El sistema recupera entre un 20 y un 30 % del calor de las aguas residuales eliminadas a través de los desagües y lo aprovecha para calentar el agua que se utiliza en la cocina o para lavar la ropa. La aplicación de una tecnología pasiva permite que el consumo eléctrico requerido por el proceso sea casi nulo.
Recuperar el calor de las aguas residuales industriales
Los socios del proyecto también han presentado HP-LowUP, una tecnología que recupera el calor de las aguas residuales tibias industriales. La clave del éxito reside en un intercambiador de calor giratorio desarrollado por la empresa Pozzi Leopoldo Srl, socia del proyecto. «Este tipo de intercambiador de calor está diseñado específicamente para funcionar con vertidos sucios que contienen partículas mecánicas, sin perder eficacia. Al mantener en rotación constante las superficies de intercambio (los discos), se limpia automáticamente, por lo que apenas requiere mantenimiento», explica Socorro. «Por lo general, los intercambiadores de calor suelen atascarse u obstruirse al procesar fluidos sucios, lo que puede afectar en gran medida a la eficacia de las instalaciones de recuperación de energía de aguas residuales. En el peor de los casos, pueden provocar que el rendimiento de la transmisión térmica del intercambiador de calor sea incluso 2,5 veces inferior», añade Socorro. Además del nuevo diseño de intercambiador de calor, los investigadores mejoraron el control de la válvula de expansión, que ahora tiene un mayor coeficiente de transferencia de calor. También han introducido un nuevo sistema de control que proporciona información más precisa sobre el estado de la bomba de calor. Aunque aún no se ha puesto en práctica la tecnología HP-LowUP, los primeros resultados en una curtiduría han demostrado un gran potencial para su uso generalizado en un entorno industrial. Las descargas a baja temperatura (29 °C) se convirtieron en agua precalentada utilizable (40 °C). «La mayor parte de la energía térmica necesaria para la central de recuperación de calor (alrededor de 500 kW) se suministró consumiendo solo unos 50 kW (procedentes de los instrumentos auxiliares del sistema y de la bomba de calor), lo que dio lugar a un excelente coeficiente de rendimiento general. Suponiendo que el sistema funcione 168 horas a la semana durante 48 semanas al año, puede recuperar 3 792 MW al año y evitar la emisión de 1 250 t al año de CO2», concluye Socorro.
Palabras clave
LOWUP, aguas residuales, intercambiador de calor, alcantarillado, bomba de calor, calefacción y refrigeración, calor residual, energía de baja temperatura, eficiencia energética, eficiencia energética en la industria