Sistemas de Recuperación de Calor
Aproximadamente 80-90% de la energía de compresión se convierte en calor. Recuperarlo es una de las mejores inversiones en eficiencia.
El Potencial de Recuperación
FLUJO DE ENERGÍA EN COMPRESOR DE 100 kW
ENTRADA SALIDA
─────── ──────
100 kW ┌─────────────────────────┐
Eléctricos │ │
──────────▶│ COMPRESOR │
│ │
└───────────┬─────────────┘
│
┌───────────────┼───────────────┐
│ │ │
▼ ▼ ▼
┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐
│ CALOR │ │ CALOR │ │ AIRE │
│ ACEITE │ │ RADIACIÓN │ │ COMPRIMIDO │
│ │ │ │ │ │
│ 72 kW │ │ 6 kW │ │ 10 kW │
│ (72%) │ │ (6%) │ │ (10%) │
│ │ │ │ │ │
│ RECUPERABLE │ │ PERDIDO │ │ TRABAJO │
│ ✓ │ │ ✗ │ │ ÚTIL │
└─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘
│ │ │
│ │ ▼
│ │ Al proceso
│ │
│ AFTERCOOLER
│ ┌─────────────┐
│ │ 12 kW │
│ │ (12%) │
│ │ RECUPERABLE │
│ └─────────────┘
│ │
└───────┬───────┘
│
▼
84 kW RECUPERABLES
(84% del total)
Tipos de Sistemas
Sistema Aire-Agua
RECUPERACIÓN AIRE-AGUA
COMPRESOR USO DEL CALOR
┌─────────────────┐ ┌─────────────────┐
│ │ │ AGUA CALIENTE │
│ ┌───────┐ │ Agua fría │ │
│ │ELEMENT│◄───┼────────────────┼──── 25°C │
│ │ │ │ │ │
│ │ OIL │ │ Agua caliente│ Aplicaciones: │
│ │COOLER │────┼────────────────┼───▶ 55-70°C │
│ │ │ │ │ │
│ └───────┘ │ │ • Calefacción │
│ │ │ • Proceso │
└─────────────────┘ │ • Agua sanitaria│
│ • Preheating │
└─────────────────┘
COMPONENTES:
• Intercambiador de placas (aceite → agua)
• Bomba de circulación
• Válvula de control (bypass cuando no hay demanda)
• Tanque de almacenamiento (opcional)
Sistema Aire-Aire
RECUPERACIÓN AIRE-AIRE
COMPRESOR CON DUCTO DE AIRE CALIENTE
Aire ambiente Aire caliente
(admisión) (70-80°C)
│ │
▼ ▼
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│ ┌─────────────────────────────┐ │
│ │ │─────────┼──▶ A NAVE
│ FAN ──┤ COMPRESOR │ │ (invierno)
│ │ │─────────┼──▶ EXTERIOR
│ └─────────────────────────────┘ │ (verano)
│ │
└─────────────────────────────────────────────────┘
│
DAMPER MOTORIZADO
(cambia según temporada)
VENTAJAS:
• Sistema más simple
• Menor inversión
• Ideal para calefacción de espacios
DESVENTAJAS:
• Solo útil en invierno
• Calor de baja calidad (<80°C)
Cálculo de Ahorro
Calor Disponible
Donde:
- = Potencia del compresor (kW)
- = Eficiencia de recuperación (0.70-0.90)
- = Factor de carga promedio
Ahorro Económico
Ejemplo:
- Compresor: 100 kW
- Recuperación: 75 kW térmicos
- Operación: 6,000 horas/año
- Costo gas natural: $0.04/kWh
- Eficiencia caldera: 85%
Aplicaciones del Calor Recuperado
CASCADA DE APLICACIONES (por temperatura)
TEMPERATURA APLICACIÓN
───────────────────────────────────────────────
70-90°C ┌─────────────────────────────┐
│ AGUA CALIENTE SANITARIA │
│ Duchas, lavado │
└─────────────────────────────┘
│
▼
55-70°C ┌─────────────────────────────┐
│ CALEFACCIÓN │
│ Radiadores, piso radiante │
└─────────────────────────────┘
│
▼
40-55°C ┌─────────────────────────────┐
│ PRECALENTAMIENTO │
│ Agua de caldera, proceso │
└─────────────────────────────┘
│
▼
25-40°C ┌─────────────────────────────┐
│ PISCINAS / BAJA TEMP │
│ Calentamiento de agua │
└─────────────────────────────┘
Precalentamiento de Agua de Caldera
PRECALENTAMIENTO AGUA DE MAKEUP
Agua fría de red
15°C
│
▼
┌─────────────────────┐
│ INTERCAMBIADOR │◄── Calor del
│ DE CALOR │ compresor
└──────────┬──────────┘
│
▼ Agua precalentada
45°C
│
▼
┌─────────────────────┐
│ CALDERA │
│ │
│ Menos combustible │
│ necesario │
└─────────────────────┘
AHORRO:
ΔT = 45 - 15 = 30°C de precalentamiento
~3.5% ahorro en combustible por cada 10°C
Total: ~10% ahorro en caldera
Diseño del Sistema
Componentes Principales
| Componente | Función | Consideraciones |
|---|---|---|
| Intercambiador | Transferir calor | Placas: eficiente, Shell&tube: robusto |
| Bomba | Circular agua | Dimensionar para flujo requerido |
| Válvula 3 vías | Bypass cuando no hay demanda | Automática, falla abierta |
| Tanque buffer | Almacenar calor | Tamaño según perfil de demanda |
| Controles | Optimizar operación | Temp, presión, flujo |
Diagrama P&ID Simplificado
P&ID - SISTEMA DE RECUPERACIÓN DE CALOR
Al proceso/calefacción
▲
│
┌─────────────────────┐ ┌──────┴──────┐
│ │ │ TANQUE │
│ COMPRESOR │ │ BUFFER │
│ │ │ 500L │
│ ┌───────────┐ │ └──────┬──────┘
│ │ ENFRIADOR│ │ │
│ │ DE ACEITE│◄────┼───┐ ┌───────┴───────┐
│ │ │ │ │ │ │
│ │ ──── │ │ │ │ BOMBA TT │
│ │ ──── │ │ │ │ ↓ │ │
│ │ ──── │────┼───│────│────○──────┴───│────▶
│ │ │ │ │ │ │
│ └───────────┘ │ │ └───────┬───────┘
│ │ │ │
│ ┌───────────┐ │ │ TCV │
│ │AFTERCOOLER│ │ │ ○ │
│ │ (aire) │ │ │ │ │
│ └───────────┘ │ │ ┌──┴──┐ │
│ │ └────┤ 3V ├─┘
└─────────────────────┘ └─────┘
│
Bypass a enfriador
original (verano)
ROI Típico
| Factor | Impacto en Payback |
|---|---|
| Costo de combustible alto | Menor payback |
| Horas de operación altas | Menor payback |
| Demanda de calor constante | Menor payback |
| Clima frío | Menor payback (más demanda) |
Payback típico: 1-3 años
ANÁLISIS DE PAYBACK
Inversión
│
│ ████████████████████████████ $25,000
│
│
Ahorro Año 1
│
│ ██████████████████████████████████████ $21,000
│
│
Ahorro acumulado
│
│ Año 1: $21,000 ═══════════════════════▶ 84%
│ Año 2: $42,000 ════════════════════════════════▶ 168%
│
│ PAYBACK: 1.2 años