Secado eléctrico de bajo consumo con vapor sobrecalentado
El proceso de secado permite ahorrar una cantidad considerable de energía y elimina la necesidad de utilizar gas natural
Los procesos de secado industrial consumen grandes cantidades de energía y tienen un impacto negativo en el clima, ya que queman combustibles fósiles para calentar el aire. Investigadores del Instituto Fraunhofer de Ingeniería Interfacial y Biotecnología (IGB) están trabajando con socios industriales en un nuevo enfoque para descarbonizar este proceso: en lugar de aire caliente, utilizan vapor sobrecalentado. En combinación con una bomba de calor y controles inteligentes, su proceso de secado con vapor sobrecalentado ahorra cantidades significativas de energía y elimina la necesidad de utilizar gas natural.
El secado es un proceso clave ampliamente utilizado en muchos sectores, entre ellos las industrias del papel, del cemento y química. Constituye un paso fundamental en la producción, el procesamiento y el tratamiento de minerales, alimentos o detergentes, por ejemplo. Innumerables materiales, productos y materias primas se secan para conservarlos, permitir su posterior procesamiento o mantener su calidad. Los procesos de secado actuales se basan en el aire caliente. Los investigadores del Fraunhofer IGB están adoptando ahora un enfoque diferente: en el proyecto LowCarbDry, están sustituyendo el aire caliente por vapor sobrecalentado a presión atmosférica, al tiempo que electrifican el proceso de secado mediante una bomba de calor. El equipo colabora estrechamente con Evonik Operations GmbH y Pergande Group en este desarrollo. El objetivo del proyecto es reducir significativamente el consumo de energía y favorecer la integración de los sistemas energéticos mediante la transición de combustibles fósiles, como el gas natural, a la electricidad renovable. Mediante el uso de vapor sobrecalentado generado con electricidad, los socios pretenden reducir la demanda energética del secado entre dos y cuatro veces, dependiendo del método de secado y del nivel de temperatura.
El vapor sobrecalentado reduce el consumo de energía
«El secado industrial consume una cantidad significativa de energía. Durante el secado con aire caliente, es necesario calentar el aire para que la humedad se evapore. Esto suele implicar la quema de gas natural, lo que aumenta drásticamente las emisiones de carbono. Pero lo más importante es que parte de la energía se pierde en la atmósfera a través del aire de escape caliente», explica Antoine Dalibard, investigador científico del Fraunhofer IGB. «En lugar de secar productos húmedos con aire caliente, utilizamos vapor seco sobrecalentado en un sistema de circuito cerrado. Cerrar el circuito de gas del proceso minimiza la pérdida de calor hacia el exterior, lo que hace que el proceso sea más eficiente energéticamente que los métodos tradicionales de secado con aire caliente», explica Dalibard. El exceso de vapor liberado durante el secado de los productos puede condensarse posteriormente. Esto genera calor de condensación a una temperatura de entre 90 y 100 °C, que puede reutilizarse para muchos otros procesos o inyectarse en una red de calefacción local.
Aumentar la proporción de electricidad verde y reducir aún más los costes operativos
Mediante el uso de una bomba de calor, el proceso puede electrificarse aún más, lo que permite ahorrar energía, aumentar la eficiencia energética y reducir los costes operativos. «La bomba de calor eleva la temperatura del vapor a baja temperatura procedente del proceso de secado, de modo que el calor puede reutilizarse en la siguiente fase del proceso de secado», explica Dalibard. La recuperación de calor de esta forma puede mejorar aún más la eficiencia energética de una planta industrial. El uso de vapor sobrecalentado como medio de secado también permite la integración de un tipo especial de bomba de calor abierta: un sistema basado en la recompresión mecánica de vapor. Los compresores aumentan la presión del exceso de vapor generado durante el proceso de secado. A continuación, el vapor comprimido se condensa y se reutiliza para proporcionar el calor necesario para el secado, lo que se traduce en una mejora significativa de la eficiencia energética.
Cuando se combina con un innovador sistema de control, la planta puede gestionar el proceso de secado de forma más flexible: el control predictivo por modelos permite que el sistema funcione únicamente cuando la electricidad es barata, gracias a la elevada disponibilidad de energía renovable. Esto aumenta la proporción de electricidad renovable, al tiempo que reduce aún más los costes operativos. En conjunto, estos tres enfoques innovadores —el secado con vapor, las bombas de calor y una mayor flexibilidad— reducen el consumo de energía hasta en un 80 %, lo que contribuye de manera significativa a la descarbonización de los procesos de secado industrial.
La tecnología de vapor sobrecalentado puede utilizarse en diversos tipos de secadores, incluidos los de cinta, de tambor y por pulverización. «Ya hemos probado nuestro proceso de secado en una amplia gama de aplicaciones. El proceso nos ha permitido secar materias primas minerales, materiales de construcción y residuos orgánicos, así como alimentos y piensos, al tiempo que se preserva la calidad del producto y se mantiene una alta eficiencia energética», afirma Dalibard. Los socios del proyecto ya han puesto en funcionamiento sistemas piloto de secado por pulverización con vapor sobrecalentado.
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