Bomba de calor de alta temperatura para calefacción de vapor sobrecalentado en un proceso de secado de biomasa

Abstract

[Resumen]: En este proyecto se lleva a cabo el diseño de una bomba de calor de alta temperatura, por lo que se evaluará el potencial termodinámico de una bomba de calor transcrítica por compresión de vapor para calentar vapor sobrecalentado a 115 ºC. Una pequeña fracción de este vapor, el obtenido como exceso del proceso de secado servirá como fuente térmica de la bomba de calor. Este calor será absorbido por el fluido de trabajo de la bomba de calor. El restante será calentado hasta 197ºC con el calor absorbido. Además, también se llevará a cabo el dimensionamiento de los componentes del ciclo en términos de potencia y áreas de intercambio de calor. El intercambiador de calor es un intercambiador de carcasa y tubos con dos pasos por carcasa y dos por tubo. Su finalidad es la de aprovechar el calor del refrigerante ya turbinado para precalentar el refrigerante que será turbinado y así obtener un COP mayor. El evaporador es un intercambiador de carcasa y tubos con un paso por carcasa y dos pasos por tubo. Su finalidad es la de mantener la temperatura del refrigerante realizando un cambio de fase en este y que el vapor se enfríe cambiando de fase. Por el interior de los tubos circula el refrigerante y por la carcasa el vapor. El condensador es un intercambiador de carcasa y tubos que se dividirá en tres intercambiadores distintos en función de sus tramos, los dos últimos dispondrán de dos pasos por carcasa mientras que el primero dispondrá de tres pasos por carcasa, y en cuanto al número de pasos por tubo, el primero con cuatro pasos por tubo, el segundo con cuatro pasos por tubo y el último con seis pasos por tubo. Su finalidad es la de enfriar el refrigerante turbinado a costa de ceder calor al vapor para que se caliente.[Resumo]: Neste proxecto levase a cabo o deseño dunha bomba de calor de alta temperatura polo que se evaluará o potencial termodinámico da bomba de calor transcrítica por compresión do vapor para quentar vapor sobrequentado a 115ºC. Unha pequena fracción do vapor, o obtido como exceso do proceso de secado servirá como fonte térmica da bomba de calor. Este calor será absorbido polo fluído de traballo da bomba. O restante será quentado ata 197ºC coa calor absorbida. Ademais, tamén se levará a cabo o dimensionamento dos compoñentes do ciclo en termos de potencia e áreas de intercambio de calor. O intercambiador de calor é un intercambiador de carcasa e tubos con dous pasos por carcasa e dous pasos por tubo. A súa finalidade é a de aproveitar á calor do refrixerante turbinado para prequentar o refrixerante que será turbinado e así obter un COP maior. O evaporador é un intercambiador de carcasa e tubos con un paso por carcasa e dous pasos por tubos. A súa finalidade é a de manter a temperatura do refrixerante realizando un cambio de fase neste e que o vapor se arrefríe cambiando de fase. Polo interior dos tubos circula o refrixerante e pola carcasa o vapor. O condensador é un intercambiador de carcasa e tubos que se dividirá en tres intercambiadores distintos en función dos seus tramos, os dous últimos dispoñen de dous pasos por carcasa mentres que o primeiro dispón de tres pasos por carcasa, en canto ao número de pasos por tubo, o primeiro contará con catro pasos por tubo, o segundo con catro pasos por tubo e o terceiro con seis pasos por tubo. A súa finalidade é a de arrefriar o refrixerante turbinado a costa de ceder calor ao vapor para que se quente.[Abstract]: In this project, the design of a high-temperature heat pump will be carried out. Therefore, the thermodynamic potential of a transcritical vapor compression heat pump to heat superheated steam to 115ºC will be evaluated. A small fraction of steam, the excess obtained from the drying process, will serve as the heat source for the heat pump. This heat will be absorbed by the heat pump’s working fluid. The remainder will be heated to 197ºC with the absorbed heat. In addition, the cycle components will also be sized in terms of power and heat exchange areas. The heat exchanger is a shell-and-tube heat exchanger with two passes per shell and two passes per tube. Its purpose is to utilize the heat from the turbine-assisted refrigerant to preheat the refrigerant that will be turbined, maintain the refrigerant and obtain a higher COP. The evaporator is a shell-and-tube heat exchanger with one pass per shell and two pass per tube. Its purpose is to maintain the temperature of the refrigerant by performing a phase change in the refrigerant and to cool the vapor by changing the phase. The refrigerant circulates inside the tubes, and the vapor circulates through the shell. The condenser is a shell-and-tube heat exchanger, this will be divide into three heat exchanger depending on their sections, the last two have two passes per shell while the first has three passes per shell and as for the number of passes per tube, the first will have four passes per tube, the second one will have four passes per tube and the last one will have six passes per tube. Its purpose is to cool the turbined refrigerant while transferring heat to the vapor so that it warms up.