Un compresor produce aire comprimido, pero durante el proceso también genera calor. En la temporada de calefacción, ese calor puede tener un valor especialmente alto. En este artículo analizamos qué significa en la práctica la recuperación de calor del compresor, dónde puede aprovecharse el calor recuperado y qué datos se necesitan para tomar una decisión bien fundamentada.
En una planta industrial es natural vigilar el consumo energético del compresor, su fiabilidad operativa y sus necesidades de mantenimiento. Sin embargo, el destino del calor generado durante su funcionamiento suele recibir menos atención. Y merece la pena preguntarse: ¿adónde va ese calor y habría alguna tarea en la planta en la que pudiéramos aprovecharlo?
Según la guía técnica de Natural Resources Canada, organismo público canadiense, alrededor de cuatro quintas partes de la energía que consume un compresor se transforman en calor. Por ello, la guía destaca expresamente la posibilidad de recuperar ese calor: con la solución técnica adecuada, puede utilizarse en procesos, en la calefacción de espacios o en el calentamiento de agua.
Este dato ya invita a la reflexión. Pero su valor práctico surge cuando analizamos lo que significa en nuestra propia planta.
¿Qué significa en la práctica el 80 %?
Si un compresor consume 100 kWh de energía eléctrica en un periodo determinado, según la cifra orientativa anterior podrían generarse aproximadamente 80 kWh de calor. Esto no significa automáticamente que los 80 kWh sean aprovechables, ni que aparezca un ahorro equivalente en la factura de calefacción.
Hablamos de tres cantidades distintas:
- el calor generado,
- el calor técnicamente recuperable,
- y el calor realmente utilizado.
Puede que el equipo permita recuperar una cantidad importante de calor, pero que la planta solo necesite una parte. También puede ocurrir que la demanda de calor y el funcionamiento del compresor no coincidan en el tiempo. Además, llevar el calor hasta el punto de uso puede implicar pérdidas y costes. Por eso, la recuperación de calor debe evaluarse siempre a partir del sistema completo y de datos reales de funcionamiento.
¿Adónde va el calor del compresor?
El sistema de refrigeración del equipo evacúa el calor de los medios que se calientan durante la compresión. La forma en que lo hace depende del diseño del compresor, de su refrigeración y de los equipos asociados.
- En los sistemas refrigerados por aire, gran parte del calor sale con el aire de refrigeración. Si ese aire caliente se expulsa directamente al exterior, puede quedar sin aprovechar para la planta.
- En otros diseños, el calor puede transferirse a un circuito de agua mediante un intercambiador adecuado. En ese caso hay que analizar para qué tareas son adecuadas la temperatura y la potencia térmica disponibles.
El tipo de compresor, su carga y su estado técnico influyen en las posibilidades. Por ello, la idoneidad de cada solución debe comprobarse equipo por equipo.
¿Dónde puede aprovecharse el calor recuperado?
Apoyo a la calefacción de espacios
En la temporada de calefacción, un taller, un almacén o una nave de producción pueden necesitar precisamente el calor que el compresor genera de todos modos. Con un diseño adecuado, la conducción controlada del aire caliente de refrigeración puede contribuir a calentar el espacio. No obstante, aquí influyen la calidad del aire, el uso del local, los requisitos de ventilación y las condiciones de funcionamiento admisibles del compresor. No todo aire caliente puede conducirse a cualquier espacio.
Precalentamiento de agua
Un circuito de recuperación de calor bien diseñado puede apoyar tareas en las que se necesita calentar agua fría a una temperatura más alta. En ese caso, el calor recuperado puede reducir la demanda energética de la siguiente etapa de calentamiento.
Uso en procesos
También puede ser una opción, siempre que los requisitos de temperatura y de seguridad del proceso sean compatibles con el calor disponible.
La pregunta decisiva es siempre la misma: ¿existe una demanda real de calor, a la temperatura adecuada y en el momento adecuado?
¿Por qué es importante el tiempo de funcionamiento?
Dos compresores de la misma potencia pueden ofrecer posibilidades de recuperación de calor muy distintas. Uno funciona solo durante periodos cortos al día, con carga variable. El otro trabaja de forma continua en varios turnos. Aunque su potencia nominal sea similar, la cantidad de calor disponible a lo largo del año y su previsibilidad serán diferentes.
Además, que el compresor esté encendido no lo dice todo. La carga real y el modo de regulación también influyen en el consumo energético y en la generación de calor. Para el análisis conviene saber cuándo funciona el compresor, con qué carga trabaja y cómo varía a lo largo del día, la semana o el año. Cuanto mejor conozcamos su funcionamiento, más realista será el cálculo del calor aprovechable.
El momento importa tanto como la cantidad
Imaginemos una planta donde el compresor funciona los días laborables durante la producción. Si en ese mismo periodo se necesita agua caliente o precalentamiento para procesos, la coincidencia temporal puede ser favorable. La situación cambia si el calor se genera sobre todo de día y la demanda aparece de noche.
Lo mismo ocurre con las estaciones. El compresor también puede generar mucho calor en verano, cuando no se necesita calefacción. En ese caso hay que analizar si existe otro uso posible, si se justifica el almacenamiento térmico y cómo se evacúa de forma segura el calor no utilizado.
El sistema debe funcionar correctamente incluso cuando el lado consumidor no está absorbiendo energía. La refrigeración y la seguridad operativa del compresor son un requisito básico en cualquier situación.
¿Qué datos se necesitan para un análisis serio?
1. El funcionamiento actual:
- ¿Cuál es el consumo eléctrico real del compresor?
- ¿Cuántas horas funciona al año y cómo varía su carga?
- ¿Cómo está diseñado el sistema de refrigeración y existe una opción de recuperación de calor respaldada por el fabricante?
2. El lado de la demanda:
- ¿Dónde hay demanda de calor en la planta y qué temperatura se necesita?
- ¿Qué cantidad de calor se necesita y en qué periodos?
- ¿A qué distancia está el punto de uso de la sala de compresores?
3. El sistema de calefacción o de proceso existente:
- ¿Qué fuente de energía utiliza y con qué rendimiento produce el calor necesario?
- ¿Cómo podría integrar la nueva fuente de calor?
Con estos datos se puede elaborar un cálculo técnico y económico bien fundamentado.
La rentabilidad depende de la energía realmente sustituida
El valor de la recuperación de calor lo determina la cantidad de energía comprada que es capaz de sustituir. Para ello hay que tener en cuenta el coste de la generación de calor actual, la duración del aprovechamiento, las pérdidas de transferencia y la energía que necesita el nuevo sistema para funcionar.
En cuanto a la inversión, además del intercambiador pueden necesitarse tuberías, conductos de aire, bombas, sistemas de control, accesorios u otros elementos. Su coste varía según la instalación. También deben incluirse en la evaluación las tareas adicionales de operación y mantenimiento.
Por eso, una promesa genérica de rentabilidad puede resultar engañosa. La misma idea técnica puede ser una inversión favorable en una planta y una oportunidad de aprovechamiento limitado en otra. El cálculo basado en los datos propios muestra cuál es el caso.
La temperatura también es decisiva
Además de la cantidad de calor, su temperatura determina en qué puede utilizarse. Una fuente de calor de baja temperatura puede servir para precalentar, pero por sí sola no puede atender un proceso que requiere una temperatura más alta.
Por ello conviene definir con precisión qué se espera del sistema: el suministro completo de calor, un apoyo parcial o descargar una etapa de calentamiento previa. El precalentamiento puede ser una tarea valiosa en sí misma si se produce de forma regular y reduce realmente el consumo del generador de calor existente. Elegir el punto de uso adecuado suele requerir tanta atención como el propio equipo de recuperación de calor.
La función principal del compresor sigue siendo el suministro de aire
Al diseñar la recuperación de calor, hay que tener presente en todo momento la fiabilidad del suministro de aire comprimido. El sistema de aprovechamiento térmico no puede impedir la refrigeración necesaria ni crear condiciones de funcionamiento inadmisibles para el equipo.
En un diseño con conductos, por ejemplo, hay que comprobar la resistencia al flujo y el caudal de aire necesario. En un sistema por agua, coordinar el intercambiador, el circuito de agua y el control exige un diseño cuidadoso. El mantenimiento también es importante: la recuperación de calor se integra bien en la planta cuando los puntos de control son accesibles, las tareas están claras y los operarios conocen el funcionamiento del sistema. El diseño concreto debe adaptarse a las especificaciones del fabricante y a los requisitos de la instalación.
¿Cuándo merece la pena estudiar esta posibilidad?
Una sustitución de compresor, la reforma de la sala de compresores, la modernización del sistema de calefacción o la aparición de una nueva demanda de calor de proceso pueden ser buenas ocasiones. En esos momentos es más fácil coordinar el diseño de los distintos sistemas y tener en cuenta el aprovechamiento del calor desde la propia distribución.
También conviene analizarlo en instalaciones existentes, sobre todo si el compresor funciona muchas horas y hay una demanda de calor regular cerca. Aun así, la idoneidad técnica y la rentabilidad requieren siempre un análisis específico.
Junto con la recuperación de calor, también hay que cuidar el funcionamiento eficiente del sistema de aire comprimido. Reducir el consumo de aire innecesario, mantener el nivel de presión adecuado y una regulación bien planteada siguen siendo tareas importantes. La electricidad ahorrada y el calor aprovechado, juntos, pueden ofrecer un mejor resultado.
Algo que revisar en la próxima visita a planta
- ¿Adónde va el aire caliente de refrigeración del compresor?
- ¿Qué necesita calor en la planta al mismo tiempo?
- ¿Qué distancia hay entre ambos puntos?
- ¿Tenemos datos sobre horas de funcionamiento y carga?
Unas pocas preguntas como estas ya ayudan a decidir si merece la pena profundizar en la recuperación de calor. La temporada de calefacción es un momento especialmente adecuado para analizar la sala de compresores como parte del consumo energético total de la planta. Así, además de garantizar el suministro de aire, el calor generado durante el funcionamiento también recibe atención: con datos reales, un diseño adecuado y adaptado a las necesidades de cada planta.
¿Ya aprovechan en su planta el calor que generan sus compresores? Si quiere saber qué podría significar para su instalación, los especialistas de DENV-AIR pueden ayudarle a recopilar los datos de la sala de compresores y de la demanda de calor mediante una evaluación in situ. ¡Póngase en contacto con nosotros!
Fuente: Natural Resources Canada – Compressed air systems, «Keep the heat»: natural-resources.canada.ca
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