Sistemas de Recuperación
Existen dos enfoques principales para recuperar el calor de compresores: recuperación de aire caliente y recuperación mediante agua.
Recuperación por Aire
Principio
El aire de enfriamiento del compresor se dirige a espacios que requieren calefacción:
SALA DE COMPRESORES ÁREA A CALENTAR
┌─────────────────┐ ┌─────────────────┐
│ │ │ │
│ ┌───────────┐ │ Ducto │ │
│ │Compresor │══════════════════════► │
│ │ │ │ aislado │ Aire │
│ └───────────┘ │ │ caliente │
│ │ │ 50-60°C │
│ Aire 20°C ←───────────────────────────────────│
│ (retorno) │ │ │
│ │ │ │
└─────────────────┘ └─────────────────┘
Componentes
Sistema de ductos:
┌────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ Damper Damper Ventilador Compressor │
│ exterior interior centrífugo │
│ │ │ │ │ │
│ ▼ ▼ ▼ ▼ │
│ ═══════════════════════════════════════════════ │
│ ↑ ↑ ↑ ↑ │
│ Exterior Interior Impulso Aire caliente │
│(verano) (invierno) forzado del compresor │
│ │
└────────────────────────────────────────────────────┘
| Componente | Función |
|---|---|
| Campana captadora | Captura aire caliente del compresor |
| Ductos | Transportan el aire |
| Dampers | Dirigen el flujo |
| Ventilador booster | Vence resistencia de ductos largos |
| Filtro | Limpia aire de retorno |
| Termostato | Control automático |
Cálculo de Capacidad
Calor disponible (BTU/h):
Donde:
- = Flujo de aire (CFM)
- = Densidad (0.075 lb/ft³)
- = Calor específico (0.24 BTU/lb·°F)
- = Elevación de temperatura (°F)
Ejemplo (compresor 100 HP):
- CFM (ventilador del compresor)
- (de 70°F a 110°F)
Dimensionamiento de Ductos
| CFM | Diámetro Ducto | Velocidad |
|---|---|---|
| 1,000 | 12" | 1,300 fpm |
| 2,000 | 16" | 1,400 fpm |
| 3,000 | 20" | 1,400 fpm |
| 5,000 | 24" | 1,600 fpm |
Regla: Mantener velocidad entre 1,000-2,000 fpm para bajo ruido.
Recuperación por Agua
Sistema Básico
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ SISTEMA AGUA CALIENTE │
│ │
│ Aceite ┌──────────────┐ Agua │
│ 90°C ═══════│Intercambiador│═══════► 55°C │
│ │ de placas │ │
│ 50°C ◄══════│ │◄═══════ 15°C │
│ └──────┬───────┘ (entrada) │
│ │ │
│ │ Control │
│ │ │
│ ┌──────┴───────┐ │
│ │ Válvula │ │
│ │ 3 vías │ │
│ └──────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
Tipos de Intercambiadores
| Tipo | Ventajas | Desventajas |
|---|---|---|
| Placas | Compacto, eficiente, limpiable | Costo medio |
| Carcasa y tubos | Robusto, económico | Grande, menos eficiente |
| Doble tubo | Simple, bajo costo | Baja capacidad |
Intercambiador de Placas
Aceite caliente entrada
│
┌─────────▼─────────┐
│ ║ ║ ║ ║ ║ │
│ ║ ║ ║ ║ ║ │◄── Placas corrugadas
│ ║ ║ ║ ║ ║ │
│ ║ ║ ║ ║ ║ │
└─────────┬─────────┘
│
Aceite frío salida
Agua fría ──────────────► Agua caliente
Especificaciones típicas:
| Parámetro | Valor |
|---|---|
| Approach temperatura | 5-10°C |
| Caída de presión aceite | 0.5-2 bar |
| Caída de presión agua | 0.3-1 bar |
| Factor de ensuciamiento | 0.0001-0.0002 |
Control del Sistema
Termostato
│
▼
┌──────────────────────────────────────┐
│ │
│ Aceite ══════╗ │
│ caliente ║ │
│ ║ │
│ ┌───╨───┐ │
│ │ Válv. │ │
│ │ 3-vías│ │
│ └───┬───┘ │
│ │ │
│ ┌──────────┼──────────┐ │
│ │ │ │ │
│ ▼ ▼ ▼ │
│ Bypass Intercamb. Mezcla │
│ (si agua (demanda (control │
│ muy fría) de calor) proporcional)│
│ │
└──────────────────────────────────────┘
Aplicaciones Específicas
Precalentamiento de Caldera
Caldera
│
Agua de ────────────┤
alimentación │
15°C │
│
┌───────────────────┴───────────────────┐
│ │
│ Con recuperación: │
│ │
│ Agua 15°C ──► Intercambiador ──► 60°C ──► Caldera
│ ▲ │
│ │ │
│ Aceite del Ahorro:
│ compresor 40-60%
│ combustible
│ precalentamiento
└────────────────────────────────────────────┘
Agua Caliente Sanitaria
┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ Agua fría Intercambiador Tanque │
│ municipal ──► (HX) ──► almacenamiento │
│ │ │ │ │
│ │ │ │ │
│ │ Aceite del │ │
│ │ compresor │ │
│ │ ▼ │
│ │ Agua caliente │
│ │ para uso │
│ │ (duchas, lavado) │
│ │ │ │
│ │ │ │
│ └────── Recirculación ◄────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────┘
Calefacción por Piso Radiante
Intercambiador ──► Bomba ──► Colector ──► Serpentines
│ │ en piso
│ │ │
│ │ │
Aceite del Control Confort
compresor por zona 40-45°C
Comparación
| Aspecto | Recuperación Aire | Recuperación Agua |
|---|---|---|
| Costo inicial | Bajo | Medio-Alto |
| Instalación | Simple | Compleja |
| Distancia transporte | Limitada (30-50m) | Larga (100m+) |
| Temperatura | 40-60°C | 55-70°C |
| Almacenamiento | No | Sí (tanque) |
| Uso en verano | Difícil | Posible (agua caliente) |
| Mantenimiento | Mínimo | Medio |
| Eficiencia | 70-85% | 80-95% |
Ejemplo de Proyecto
Datos del Sistema
| Parámetro | Valor |
|---|---|
| Compresor | 150 HP (112 kW) |
| Operación | 6,000 h/año |
| Calor recuperable | 80% = 90 kW |
| Combustible actual | Gas natural |
| Costo gas | $12/MMBTU |
| Eficiencia caldera | 85% |
Cálculo de Ahorro
Energía térmica anual:
Q = 90 kW × 6,000 h = 540,000 kWh/año
= 1,843 MMBTU/año
Costo equivalente del gas:
= 1,843 MMBTU × $12 / 0.85
= $26,014/año
Inversión (sistema agua):
= $25,000
Payback simple:
= $25,000 / $26,014
= 0.96 años ≈ 12 meses
Evaluación Previa
Antes de invertir, verifique:
- Coincidencia entre disponibilidad de calor y demanda
- Distancia entre compresor y punto de uso
- Requerimientos de temperatura del proceso
- Operación en verano (si aplica)