Funcionamiento del RTO: ciclos, autotermia y optimización del rendimiento

El oxidador térmico regenerativo (RTO) es una solución eficiente para la eliminación de compuestos orgánicos volátiles (COVs) y otros contaminantes. Su éxito radica en un diseño ingenioso que maximiza la eficiencia térmica y minimiza el consumo energético. En este artículo, exploramos el funcionamiento del RTO, desde sus ciclos operativos hasta el concepto de auto termia y las estrategias para optimizar su rendimiento.

Principio de funcionamiento

El funcionamiento del RTO se basa en un ciclo continuo de acumulación y cesión de calor, que permite mantener la temperatura necesaria para la oxidación térmica de los contaminantes. Este proceso implica tres etapas clave: entrada, salida y purga.

Descripción del ciclo de funcionamiento

• Entrada de gases contaminados:
  Los gases a tratar ingresan al RTO a través del ventilador, dirigiéndose a una de las torres designada como torre de entrada. Aquí, los gases atraviesan el medio cerámico que ha sido precalentado durante el ciclo anterior, aumentando su temperatura progresivamente.
  Al salir del medio cerámico, los gases alcanzan una temperatura cercana a los 760 ºC, lo que representa el 95% de la energía necesaria para el proceso.
• Cámara de oxidación:
  Los gases calentados fluyen hacia la cámara de oxidación, donde un quemador adicional, si es necesario, eleva la temperatura hasta los 800 ºC, asegurando la oxidación completa de los COVs.
  En esta etapa, los contaminantes se convierten en agua (H2O), dióxido de carbono (CO2) y energía térmica.
• Salida de gases depurados:
  Los gases ya tratados son redirigidos hacia otra torre, la torre de salida, donde ceden su calor al medio cerámico, enfriándose antes de ser expulsados por la chimenea.

Ciclos de entrada, salida y purga

Para evitar emisiones no tratadas durante el cambio de ciclo, el RTO cuenta con una torre de purga que elimina los gases residuales de la torre de entrada antes de que esta se convierta en torre de salida. Este sistema garantiza que ningún contaminante escape al ambiente, incluso durante la conmutación.
El ciclo completo suele durar entre 90 y 120 segundos, dependiendo del diseño del equipo y el caudal de gases a tratar. Este tiempo se determina cuidadosamente para equilibrar la eficiencia térmica con las limitaciones operativas.
 

Autotermia en el RTO

El concepto de auto termia es clave para el funcionamiento eficiente de un RTO. Este estado se alcanza cuando la energía generada por la oxidación de los COVs es suficiente para mantener la temperatura de operación, eliminando la necesidad de combustible adicional.

Concepto de autotermia

La reacción de oxidación de los COVs es exotérmica, lo que significa que genera calor. Cuando la concentración de COVs en los gases a tratar es adecuada, este calor puede sostener el proceso sin necesidad de aporte energético externo. Este escenario es altamente deseable, ya que reduce significativamente los costos operativos y el impacto ambiental del equipo.

Concentración de COVs necesaria

Para alcanzar la auto termia, es necesario que la concentración de COVs en el caudal de gases esté dentro de un rango específico, generalmente entre 14 y 20 g/Nm³, dependiendo de la composición química de los contaminantes. Si la concentración es demasiado baja, el quemador debe suplementar la energía necesaria, mientras que si es demasiado alta, pueden surgir problemas de sobrecalentamiento, como se discutió en artículos anteriores.
 

Optimización del rendimiento

Para garantizar un funcionamiento eficiente y cumplir con las normativas ambientales, es fundamental optimizar los parámetros operativos del RTO.
 

Parámetros termodinámicos

El diseño y operación del RTO deben considerar cuidadosamente los siguientes factores termodinámicos:

• Tiempo de residencia: Los gases deben permanecer en la cámara de oxidación durante un tiempo suficiente para garantizar la destrucción completa de los contaminantes. Generalmente, este tiempo es de 0,8 segundos.
• Temperatura de operación: Mantener la temperatura en torno a los 800 ºC es crucial para asegurar la oxidación completa de los COVs sin sobrecalentar los materiales del equipo.
• Velocidad de los gases: La velocidad del flujo debe ser lo suficientemente baja para permitir un contacto efectivo con el medio cerámico, pero no tan lenta como para causar pérdidas de eficiencia.
   

Diseño de torres y tiempos de conmutación

El diseño de las torres y el medio cerámico juega un papel crucial en la eficiencia del RTO:

• Número y disposición de torres: Los sistemas con tres torres (entrada, salida y purga) ofrecen un equilibrio óptimo entre eficiencia térmica y control de emisiones. Equipos con más torres pueden ser necesarios para tratar mayores caudales o cumplir con normativas más estrictas.
• Tiempos de conmutación: La duración de cada ciclo debe optimizarse para maximizar la transferencia de calor y minimizar las emisiones durante el cambio de torres. Esto se logra ajustando el volumen del medio cerámico y la capacidad del sistema.

El funcionamiento del oxidador térmico regenerativo (RTO) combina un diseño inteligente con principios termodinámicos bien estudiados para maximizar la eficiencia y minimizar el consumo energético. Desde los ciclos de entrada, salida y purga hasta el concepto de auto termia y la optimización de parámetros clave, cada aspecto del RTO está diseñado para garantizar un rendimiento fiable y sostenible.
Envit se especializa en la instalación y mantenimiento de RTOs personalizados, ayudando a las industrias a reducir sus emisiones y mejorar su eficiencia operativa.

ENVIT