Recuperación de Calor

Un compresor de aire convierte aproximadamente 85-94% de la energía eléctrica en calor. Este calor normalmente se desperdicia al ambiente. La recuperación de calor captura esta energía para usos útiles.

El Potencial

Balance Energético del Compresor

De cada 100 kW consumidos por un compresor, solo 4 kW se convierten en trabajo útil. El 96% restante se disipa como calor — energía que, sin un sistema de recuperación, se pierde completamente.

Energía Disponible

Tamaño Compresor	Calor Disponible	Equivalente
50 HP (37 kW)	120,000 BTU/h	Calentar 250 m²
100 HP (75 kW)	240,000 BTU/h	Calentar 500 m²
200 HP (150 kW)	480,000 BTU/h	Precalentar caldera
500 HP (375 kW)	1.2 MMBTU/h	Proceso industrial

Fuentes de Calor

Compresor Lubricado

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                 COMPRESOR LUBRICADO                      │
│                                                          │
│   Aire de entrada ───────────────────────────► Aire     │
│        25°C           Compresión                salida  │
│                          ↓                      85°C    │
│                    ┌───────────┐                ↓       │
│                    │           │          Aftercooler   │
│                    │  Aceite   │ ◄───────     ↓        │
│                    │  80-100°C │         Condensado    │
│                    │           │                        │
│                    └─────┬─────┘                        │
│                          │                              │
│                    Enfriador de                         │
│                      aceite                             │
│                          │                              │
│                    ┌─────▼─────┐                        │
│                    │  CALOR    │ ◄── 80-90% de energía │
│                    │RECUPERABLE│     de entrada        │
│                    └───────────┘                        │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

Ubicación del Calor

Fuente	% de Calor Total	Temperatura
Aceite	72-80%	80-100°C
Aftercooler	10-15%	40-50°C
Motor	4-8%	40-60°C
Radiación	2-4%	-

Aplicaciones

1. Calefacción de Espacios

Invierno:                          Verano:

    ┌─────────────┐                    ┌─────────────┐
    │ Compressor  │                    │ Compressor  │
    └──────┬──────┘                    └──────┬──────┘
           │                                  │
     ┌─────▼─────┐                     ┌─────▼─────┐
     │ Ducto de  │                     │  Aire al  │
     │aire caliente│                   │ exterior  │
     └─────┬─────┘                     └───────────┘
           │
     ┌─────▼─────┐
     │  Espacio  │
     │ de trabajo│
     └───────────┘

ROI típico: 6-18 meses

2. Precalentamiento de Agua

                    ┌─────────────────────┐
                    │   Intercambiador    │
    Aceite ═════════│   de placas         │═════════► Aceite
    caliente 90°C   │                     │           enfriado
                    │   ┌─────────────┐   │
                    │   │             │   │
    Agua fría ──────│───│             │───│──────► Agua caliente
    15°C            │   │             │   │        60-70°C
                    │   └─────────────┘   │
                    └─────────────────────┘

Aplicaciones:

• Agua para procesos
• Precalentamiento de caldera
• Agua sanitaria
• Lavado industrial

3. Procesos Industriales

Proceso	Temperatura	Aplicación
Secado	50-80°C	Madera, granos, pintura
Lavado	40-60°C	Piezas, botellas
Calentamiento tanques	40-70°C	Químicos, alimentos
Descongelamiento	40-50°C	Alimentos

Sistemas de Recuperación

Recuperación de Aire

El método más simple:

                Compressor
                    │
              ┌─────┴─────┐
              │ Ventilador│
              │   │       │
              │   ▼       │
              │ ┌───────┐ │
              │ │Radiador│ │
              │ └───┬───┘ │
              └─────┼─────┘
                    │
         ┌──────────┼──────────┐
         │          │          │
    Damper      Damper     Damper
    invierno    verano     mezcla
         │          │          │
         ▼          ▼          ▼
    Al espacio  Al exterior  Proporcional

Componente	Función
Damper invierno	Dirige aire caliente al interior
Damper verano	Expulsa aire caliente al exterior
Damper mezcla	Control de temperatura
Termostato	Control automático

Recuperación de Agua

                      ┌──────────────────┐
                      │ Intercambiador   │
    Aceite ═══════════│    aceite/agua   │═══════════► Aceite
    85°C              │                  │              50°C
                      │ ┌──────────────┐ │
                      │ │              │ │
    Agua ─────────────│─│              │─│────────────► Agua
    entrada 15°C      │ │              │ │             salida 70°C
                      │ └──────────────┘ │
                      └────────┬─────────┘
                               │
                         Bomba agua

Componentes:

• Intercambiador de placas (aceite/agua)
• Bomba de circulación
• Válvula de control
• Tanque de almacenamiento (opcional)

Cálculos

Energía Recuperable

$$Q = kW_{\text{compresor}} \times \eta_{\text{recuperación}} \times \text{horas} \times 3{,}412 \text{ BTU/kWh}$$

Donde:

• $Q$ = Energía recuperable (BTU/año)
• $\eta$ = Eficiencia de recuperación (0.5-0.9)

Ejemplo:

• Compresor: 100 HP (75 kW)
• $\eta$: 70%
• Horas: 8,000/año

$$Q = 75 \times 0.70 \times 8{,}000 \times 3{,}412 = 1{,}433 \text{ MMBTU/año} = 420{,}000 \text{ kWh térmicos/año}$$

Ahorro Económico

$$\text{Ahorro} = \frac{Q \times \text{Costo combustible}}{\text{Eficiencia caldera}}$$

Ejemplo:

• $Q = 1{,}433$ MMBTU/año
• Gas natural: $10/MMBTU
• Eficiencia caldera: 80%

$$\text{Ahorro} = \frac{1{,}433 \times 10}{0.80} = \$17{,}912\text{/año}$$

ROI Típico

Sistema	Inversión	Ahorro Anual	Payback
Ductos aire (simple)	$2,000-5,000	$3,000-8,000	6-12 meses
Agua potable	$5,000-15,000	$5,000-15,000	12-18 meses
Proceso industrial	$10,000-50,000	$15,000-60,000	12-24 meses
Sistema integrado	$20,000-100,000	$30,000-150,000	18-36 meses

Consideraciones

Limitaciones

Factor	Impacto
Demanda variable de calor	Puede no coincidir con operación
Distancia al uso	Pérdidas en transporte
Temperatura requerida	Límite ~70°C para agua
Operación de verano	No hay demanda de calefacción

Requisitos

Sistema	Requisito
Espacio para intercambiador	Cerca del compresor
Tuberías	Aisladas
Control	Termostatos, válvulas
Mantenimiento	Limpieza periódica

Evaluación Rápida

Si su planta gasta más de $20,000/año en calefacción y tiene compresores de más de 50 HP operando más de 4,000 horas/año, la recuperación de calor probablemente es rentable.