01 febrero 2010

Sistemas de recuperación de calor en compresores

(Artículo actualizado)

La presión para optimizar el uso de energía en la industria nunca ha sido tan intensa – la elevación de los precios de la electricidad, la presión ambiental y el clima económico actual están todos contribuyendo a duras condiciones comerciales para todos los negocios.
Un proyecto actualmente en auge, tanto en compresores existentes como en nuevas instalaciones es la recuperación de calor.

Disponibilidad de energía para recuperación

Si bien el efecto útil en un compresor es obtener un fluido en un estado de presión superior, lo cierto es que el proceso de compresor tiene un efecto indirecto, y es que toda la energía empleada en el proceso de compresor se transforma en calor. Los pequeños compresores pueden usar aletas para disipar calor en la carcasa del compresor, pero en los grandes compresores el aire normalmente se enfría mediante intercambiadores de calor. Enfriando el aire comprimido se reduce el volumen específico y ello permite reducir el tamaño de las tuberías y/o reducir las pérdidas por fricción. Toda esta energía puede normalmente recuperarse utilizando intercambiadores, denominados intercooler o aftercooler, y usarlo como fuente para otros propósitos útiles.

Recuperación de calor

La recuperación de calor ofrece a los usuarios de aire comprimido la oportunidad de redirigir el calor generado por el compresor a otros espacios o usos que requieran calor. Haciendo esto, el usuario puede reducir sus costes de de producción de energía térmica. La forma de calcular el calor recuperable es sencilla, pues basta multiplicar la energía generada por la eficiencia del intercambiador utilizado.

¿Por qué es rentable esta operación?

Casi todo el consumo neto de un compresor estándar se convierte en calor. Usando como ejemplo un compresor de tornillo lubricado en aceite, aproximadamente el cuatro por ciento del calor queda en el aire comprimido como calor residual mientras que el dos por ciento se pierde a la atmósfera a través de radiación. Es importante indicar que la recuperación de energía es una de las formas más efectiva de rentabilizar el consumo energético, y el motivo es que en los procesos de compresión el 94 % de la energía queda disponible para recuperar calor. Este porcentaje puede variar ligeramente dependiendo de la eficiencia del motor, lo cual afecta la cantidad de calor emitida.

Para hacernos una idea de qué cifras estamos barajando, podríamos indicar que un compresor enfriado con aire de 38 kW y equipado con aire enfriado podría tener un potencial de recuperación de calor de 68,4 MJ/h.

El valor de la energía recuperada se convierte en ahorro cuando la energía se usa para desplazar una fuente de energía que tiene un coste. El ahorro conseguido está afectado por el coste unitario de la fuente de energía.

¿Cuándo surgen las mejores oportunidades?

La recuperación de calor es ideal donde el compresor en cuestión se encuentra dentro de la vecindad inmediata de un área que requiera calor. Esto no siempre es práctico, en cuyo caso el calor debe transportarse por conducciones. Si el punto de consumo de calor está situado lejos del compresor o si es necesario acumularlo para usarlo posteriormente, el payback de la inversión será menos atractivo. Como resultado, el coste de inversión para un sistema de recuperación de calor variará dependiendo de la localización del compresor y la localización del área que requiere calor.

Cálculo de la rentabilidad de la inversión
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Para determinar la energía potencial y el ahorro en costes de implementación del sistema de recuperación de calor, primero debemos valorar la demanda de calor en el área rodeando la instalación del compresor. Esta valoración se comparará con las horas de operación promedio del sistema de aire comprimido existente. De esta forma podremos calcular el payback obtenido con la implementación de la recuperación de calor en términos de las reducciones inmediatas en costes de combustible y gas.

Usos del calor

Cuando se trata de compresores de aire acondicionado, el calor del aire de enfriamiento puede usarse en muchos sectores de la industria para procesos de secado, mientras que la utilización del intercambiador de calor en el sistema del compresor para suplementar el calentamiento de agua puede usarse para calentamiento del espacios, o bajo ciertas circunstancias, en para otras etapas del proceso.

Retrofit

Otra cuestión interesante es que la recuperación de calor de los compresores puede también instalarse en los compresores existentes. Para determinar la viabilidad, es necesario acometer un análisis que valore el calor rechazado. Este análisis puede derivarse del tiempo de funcionamiento promedio del compresor. Realizando esta comparación se demostrará el valor actual de implementación del sistema de recuperación de calor.

Como conclusión, la recuperación y redireccionamiento del calor generado por el compresor para el calentamiento de espacios y agua reducirá los costes asociados con el suministro de energía y optimización del compresor. No obstante, la rentabilidad del a inversión será mayor o menor en función de una serie de variables de proceso que debemos estudiar. .


Bibliografía:
  • Heat-recovery system optimizes compressors. Engineeringtalk June 2009
  • Compressors and turbines. Energy Management Series. Energy, Mines and Resources Canada
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