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En la estrategia de sostenibilidad de MAN Truck & Bus, la descarbonización representa uno de los ámbitos prioritarios más relevantes. Por ello, junto con el proveedor de energía N-ERGIE, se logró integrar la calefacción urbana, o red de calor, en el suministro térmico de la planta de Núremberg.
Las grandes fluctuaciones en los volúmenes de consumo, así como la problemática de la reducción del ruido, fueron desafíos que pudieron superarse con la ayuda de válvulas de control de Schubert & Salzer.
En el histórico emplazamiento de MAN Truck & Bus en Núremberg, la fabricación moderna se une a 100 años de historia industrial. Durante mucho tiempo, el desarrollo de sistemas de propulsión ultramodernos libres de CO2 y la producción en serie de paquetes de baterías de alto voltaje contrastaban con la generación de calor por la combustión de polvo de lignito y gas natural. Para alejarse de estos combustibles fósiles, MAN se puso en contacto con N-ERGIE, el proveedor local de energía de Núremberg.
Andreas Wunram, gestor de activos para el desarrollo de redes de tuberías en N-ERGIE Netz GmbH, recuerda aún las primeras conversaciones: "Conectar MAN a nuestra red de calor fue en aquel momento un tema delicado y muy debatido, porque el proyecto en principio no era compatible con las condiciones técnicas de conexión a la red (TAB en Alemania)".
El problema es fundamental: A menudo, los grandes clientes industriales no pueden garantizar las bajas temperaturas de retorno exigidas en las condiciones de los operadores de redes de calefacción urbana. Sin embargo, estas son necesarias para un funcionamiento eficiente de la red. "Aun así, queríamos conectar a MAN a nuestra red de calor, porque el potencial en términos de protección climática y desarrollo urbano es enorme. Este proyecto permitió crear redundancias en la red y abastecer con la red de calor de forma fiable a un nuevo barrio. Para ello fue necesaria una solución a medida que satisficiera por igual los intereses y necesidades del proveedor y del consumidor", comenta Wunram.
Se encargó a GEF Ingenieur AG la planificación y a Bilfinger Life Science GmbH los trabajos de construcción para llevar a cabo este proyecto. La lista de requisitos era extensa: En el momento de la puesta en servicio, la instalación debía ser capaz de suministrar una potencia acordada de 15 MW. Además, debía contemplarse desde el inicio un posible aumento de la potencia calorífica suministrada hasta 30 MW.
Las cantidades de exergía (energía utilizable) contenidas en las altas temperaturas de retorno de MAN debían mezclarse al suministro de la red de calor para abastecer a los clientes finales. Los desafíos asociados en este sentido eran cubrir un rango de control especialmente amplio y hacer frente a las fluctuaciones estacionales de las presiones diferenciales en la red primaria. Además, MAN otorgó gran importancia a la eficiencia energética de la instalación.
Basándose en sus experiencias positivas, Wunram confió en las válvulas Schubert & Salzer para cumplir estos requisitos en dos aspectos clave: el control del caudal en el flujo de suministro y el mantenimiento de la presión en el retorno: "Mi primera experiencia con válvulas de compuerta deslizante fue en un proyecto de acondicionamiento de biometano. A pesar de su gran diámetro nominal y amplio rango de control, las válvulas eran muy compactas y extremadamente ligeras. Eso dejó una impresión duradera en aquel entonces. Estas válvulas de compuerta deslizante llevan ya muchos años realizando un trabajo realmente excelente. Precisamente esta fiabilidad y compacidad eran necesarias para la instalación de MAN", explica Wunram.
Se emplean seis válvulas de compuerta deslizante DN100, con un peso de tan solo 24,9 kg cada una, para el control del caudal en el sistema de suministro principal. Estas controlan, en cascada, en dos grupos de tres válvulas, el caudal volumétrico de cada módulo de intercambiador de calor según el valor de consigna del sistema central de control de procesos.
Las válvulas pueden instalarse en espacios muy reducidos y sin soportes adicionales gracias a su reducido peso y diseño compacto. Son muy fáciles de aislar, minimizando así las pérdidas de calor. Los trabajos de mantenimiento necesarios pueden realizarse de forma sencilla, rápida y económica.
Dos factores son determinantes para el diseño compacto y el bajo peso de las válvulas de compuerta deslizante. Por un lado, las válvulas están diseñadas con una construcción tipo wafer, por lo que la carcasa es significativamente más pequeña en comparación con otros tipos de válvulas de control. Por otro lado, se emplean actuadores más pequeños, ya que las válvulas de compuerta deslizante requieren únicamente alrededor del 10% de la fuerza de ajuste de una válvula de asiento comparable.
Este rendimiento se consigue gracias al principio de funcionamiento subyacente: dos discos de sellado ranurados que se desplazan uno sobre otro para abrir la sección de paso. El actuador solo debe superar la baja fricción estática y de deslizamiento entre los discos de sellado y una corta carrera de válvula de 6 a 9 mm. Esto garantiza tiempos de actuación cortos y permite una dinámica de control rápida.
Las válvulas de disco segmentado que se utilizan en la estación de realimentación del sistema de red de calor también ofrecen ventajas similares. Gracias al diseño tipo wafer y a las bajas fuerzas de accionamiento, son extremadamente compactas, con un peso de tan solo 38,4 kg cada una. A diferencia de las válvulas de compuerta deslizante, en las válvulas de disco segmentado los discos de sellado no se desplazan entre sí, sino que giran uno sobre otro.
De este modo se pueden alcanzar valores CVS aún más altos y un rango de control todavía más amplio. En cuanto al sellado, no solo se benefician de las altas presiones diferenciales que presionan los discos de sellado entre sí, sino que también sellan de forma fiable en sentido inverso gracias a un conjunto integrado de muelles.
Un elemento central de la ´solución a medida´ es el sistema de conexión de tres tuberías, que permite reconducir total o parcialmente el flujo de retorno al flujo de suministro de la red primaria mediante una estación de realimentación. De este modo pueden minimizarse los problemas derivados de las altas temperaturas de retorno en la red primaria y asegurar una mejor compatibilidad con las condiciones técnicas de conexión (TAB) de N-ERGIE.
Se utilizan tres válvulas de disco segmentado para mantener la presión de succión en cascada para que las bombas de retorno de la conexión de tres conductos puedan funcionar de manera óptima incluso con fuertes fluctuaciones de presión diferencial entre la salida y el retorno.
Dado que la planta se encuentra justo al lado del centro de control de MAN, aquí se aplican normas de emisión de ruido especialmente estrictas. Schubert & Salzer disipó rápidamente las dudas iniciales respecto al nivel de ruido derivado del control de caudales muy pequeños.
Los discos de sellado de las válvulas de disco segmentado dividen el flujo en varios flujos individuales más pequeños, reduciendo así la aparición de turbulencias intensas y ruidosas. En este caso, el efecto que normalmente se consigue usando placas perforadas es una parte inherente del sistema. El considerable espesor de las paredes de las carcasas de las válvulas de discos de segmentos amortigua adicionalmente el ruido generado. El resultado: Incluso en caso de mantenimiento, cuando durante un breve periodo solo dos de las tres válvulas están en funcionamiento, los límites de ruido rara vez se superan.
Gracias a la conexión a la red de calor, MAN Truck & Bus puede evitar alrededor de 20.000 toneladas de emisiones de CO2 al año. El objetivo autoimpuesto de reducir las emisiones de CO2 en sus plantas de producción a nivel mundial en un 70% para el año 2030 (en comparación con 2019) está cada vez más cerca. En el futuro también será posible la alimentación de calor residual de la planta de MAN a la red de calefacción urbana.
N-ERGIE se plantea conectar en el futuro a más clientes industriales a la red de calefacción urbana como ´prosumidores´ e integrar los flujos de calor residual industrial en el suministro de la red de calor. Andreas Wunram comenta al respecto: "En la actualidad se trata de aprovechar todos los potenciales energéticos. Para nosotros, se trata por tanto también de un proyecto piloto con el que hemos podido demostrar la viabilidad y el potencial de estas soluciones a medida".
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