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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

Qdisponible=Pcompresor×ηrecuperacioˊn×FcargaQ_{disponible} = P_{compresor} \times \eta_{recuperación} \times F_{carga}

Donde:

  • PcompresorP_{compresor} = Potencia del compresor (kW)
  • ηrecuperacioˊn\eta_{recuperación} = Eficiencia de recuperación (0.70-0.90)
  • FcargaF_{carga} = Factor de carga promedio

Ahorro Económico

Ahorro=Qrecuperado×Hoperacioˊn×Ccombustibleηcaldera\text{Ahorro} = Q_{recuperado} \times H_{operación} \times \frac{C_{combustible}}{\eta_{caldera}}

Ejemplo:

  • Compresor: 100 kW
  • Recuperación: 75 kW térmicos
  • Operación: 6,000 horas/año
  • Costo gas natural: $0.04/kWh
  • Eficiencia caldera: 85%
Ahorro=75×6000×0.040.85=$21,176/an~o\text{Ahorro} = 75 \times 6000 \times \frac{0.04}{0.85} = \$21,176/año

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

ComponenteFunciónConsideraciones
IntercambiadorTransferir calorPlacas: eficiente, Shell&tube: robusto
BombaCircular aguaDimensionar para flujo requerido
Válvula 3 víasBypass cuando no hay demandaAutomática, falla abierta
Tanque bufferAlmacenar calorTamaño según perfil de demanda
ControlesOptimizar operaciónTemp, 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

FactorImpacto en Payback
Costo de combustible altoMenor payback
Horas de operación altasMenor payback
Demanda de calor constanteMenor payback
Clima fríoMenor 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