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El proceso de compresión de aire tiene asociado un uso energético elevado con muy poco aprovechamiento, pues se generan grandes pérdidas y con gran potencial de recupero de calor y de energías utilizadas en el aire comprimido mediante diagnósticos energéticos del sistema.

Recuperación de calor en compresores a tornillos rotativo

Los compresores generan principalmente calor. Aunque esta afirmación pueda parecer increíble, la verdad es que casi el 100% de la entrada de energía eléctrica a un compresor se convierte en calor. La acción de la compresión carga el aire en el compresor con energía potencial. Esta energía es cedida en el punto de uso por el aire comprimido que se expande, enfría y extrae calor del entorno. En el caso de compresores con inyección de aceite, la mayor parte de la energía recuperable en forma de calor (hasta un 76%) se encuentra en el aceite refrigerante. Esto representa el 80 % de la potencia del eje del compresor. Aproximadamente el 10% de la energía está en el propio aire comprimido y hasta el 5% adopta la forma de calor emitido por el motor de accionamiento.

Figura 1: Calor aprovechable en los compresores de aire a tornillos lubricados

En un compresor de tornillo refrigerado por líquido totalmente encapsulado, incluso las pérdidas de energía del motor eléctrico pueden recuperarse como energía térmica. Esto eleva la proporción total de energía de entrada disponible como calor hasta un 96%. Del calor restante, el 2% se irradia desde el compresor y el 2% permanece en el aire comprimido.

El aire de refrigeración de escape que se lleva el calor del compresor se puede utilizar en invierno para la calefacción directa de espacios o, combinado con sistemas de intercambiador de calor, para calentar agua (p. ej., con un sistema de intercambiador de calor de placas). Este sistema también ofrece buenas opciones de ahorro energético en verano.

Calefacción de espacios con calor residual por equipos refrigerados por aire

Recuperación de calor para compresores de aire enfriados por aire

La refrigeración por aire ofrece muchas oportunidades, especialmente la recuperación de calor. Los compresores de aire a tornillos rotativo enfriados por lubricante se prestan particularmente a una recuperación de energía efectiva en forma de aire caliente con hasta un más del 90% de la potencia del motor en unidades de calor disponible en la corriente de aire de enfriamiento.

Figura 2: Ducterías para la recuperación de calor

Si se aplica el aire caliente para la recuperación de calor, se deben seguir algunas pautas:
• Tener presente la contrapresión permitida en los ductos.
• Según la marca y el modelo, la contrapresión permitida puede variar entre 30 a 100 Pascales.
• Asegurar de que el ducto de descarga tenga la configuración adecuada y una sección transversal lo suficientemente grande.
• Si el aire de entrada se canaliza y filtra, el diseño y el mantenimiento son críticos para no afectar el rendimiento.
• Normalmente, canalizar el aire hacia el compresor de aire y hacia afuera no será suficiente ventilación para controlar la acumulación de temperatura en la habitación.
• También se debe considerar el calor irradiado a la sala por los equipos y tuberías de aire comprimido (25-30% potencial), el cual variará dependiendo del diseño de la maquinaria y otros equipos en la sala como bombas, controles, tableros eléctricos, etc.

Reglas fundamentales para ductos

Consejos

• Los ductos de aire deben mantenerse lo más cortos posible.
• La velocidad del aire debe ser lo más baja posible, ideal entre 2-3 m/s, no debe exceder los 6 m/s.
• Siempre agregar un factor de seguridad al dimensionar los conductos.
• Caída de presión en los accesorios de la ductería
– Regla de conversión: 1 mmWS » 10 Pa
– Valores genéricos para compresores a tornillos lubricados, consultar datos suministrados con el fabricante.

Figura 3: Tabla de caída de presión en los ductos de aire caliente

• Caída de presión – subconjuntos de accesorios
– Regla de conversión: 1 mmWS » 10 Pa
– Valores genéricos para compresores a tornillos lubricados, consultar datos suministrados con el fabricante.

Figura 4: Tabla de caída de presión en los sub conjuntos de aire caliente

Figura 5: Ejemplo de entrada y ductos de aire de refrigeración en sala

Procedimiento de cálculo de ductos

Designación de la caída de presión total para todos los conductos y partes integradas de los conductos Dp:
• Cuando Dp total – Dp ductos > 0 (es decir, con reserva), entonces no se necesita ventilador de empuje adicional
• Cuando Dp total – Dp conductos ≤ 0, entonces se debe instalar un ventilador de empuje adicional en la línea de ductos.
El empuje del ventilador debe diseñarse con una reserva:
Dp ventilador ≥ (Dp conductos – Dp total + 1 mm columna de agua)

Conversión: 1 mm de columna de agua equivale a unos 10 Pa
Ejemplo 1
• Máximo empuje permisible del compresor 5 mm columna de agua
• Pérdida de presión en la línea de aire = 2 mm de columna de agua
• Pérdida de presión en el aire de escape = 2 mm de columna de agua S
• Pérdida de carga total = 4 mm de columna de agua = 1 mm de columna de agua de reserva

Ejemplo 2
• Máximo empuje permisible del compresor 5 mm columna de agua
• Pérdida de presión en la línea de aire = 2 mm de columna de agua
• Pérdida de presión en el aire de escape = 4 mm de columna de agua
• Pérdida de presión total = 6 mm de columna de agua
• Los ductos de aire de entrada y/o salida de aire están diseñados incorrectamente, respectivamente, se requiere ventilador adicional en el ducto.

Potenciales ahorros de costos de calefacción por recuperación de calor de descarga de aire caliente de enfriamiento

Figura 6: Potenciales ahorros de costos de calefacción por recuperación de calor

Aplicaciones para agua caliente en la recuperación de calor edilicio y general

El calentamiento de agua en edificios se realiza a una temperatura entre 30°C (sistema de calefacción de baja temperatura) y 90°C. El agua se bombea a través del sistema de tuberías dentro de radiadores, calentadores de piso o calentadores de pared que emiten calor.

Figura 7: Aplicaciones para agua caliente en la recuperación de calor edilicio

Las aplicaciones de la recuperación de calor para agua caliente puede ser para:
• Calefacción por medio de aire caliente para oficinas
• Aire caliente para procesos de secado
• Creación de compartimientos herméticos
• Pre-calentador de quemadores de aire
• Calefacción interna
• Sistemas centrales de calefacción
• Calentamiento de duchas en vestuarios
• Limpieza de piezas
• Proceso de galvanizado
• Calentamiento de tanques y piletas de proceso
• Agua de servicio para cocinas y lavandería
• Agua de limpieza en industria alimenticia

Figura 8: Aplicación para agua caliente en la recuperación de calor en duchas y radiadores

Ejemplos de aplicaciones para la recuperación de calor en las diferentes industrias

• Alimentos y bebidas: Requieren agua caliente para limpieza y cocción de alimentos.
• Automotriz: El agua caliente se utiliza para tareas de desengrasado. También el aire caliente se emplea para calentamiento de hornos de cabinas de pintura.
• Farmacéutica: Los procesos requieren agua de limpieza en las áreas productivas.
• Productos químicos: El agua caliente de los compresores se utiliza para complementar las pérdidas de condensados en el sistema de vapor.
• Pasta y papel: La industria de la pasta y papel requiere importantes volúmenes de aire comprimido y la recuperación de ese calor es importante para sus procesos de fabricación.
• Componentes electrónicos: El agua caliente del compresor de aire puede precalentar el agua de suplemento y reducir el consumo de energía de la caldera para la humidificación de salas limpias de montajes.

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