Recuperación de energía en instalaciones de compresores

 Una planta central de compresores en una gran industria que consume 500 kW durante más de 8000 horas de funcionamiento al año representa un consumo de energía anual de 4 millones de kWh. Las posibilidades de recuperación de cantidades importantes de calor residual a través de aire caliente o agua caliente son reales. Se puede recuperar hasta el 94 % de la energía suministrada al compresor, por ejemplo, en forma de agua caliente a 90 °C de los compresores de tornillo exentos de aceite. Este hecho demuestra que las medidas de ahorro producen rápidamente un retorno importante. El retorno de la inversión para la recuperación de la energía suele ser de 1 a 3 años como máximo. Además, la energía recuperada por medio de un sistema de refrigeración cerrado tiene ciertas ventajas: mejora las condiciones de funcionamiento, la fiabilidad y la vida útil del compresor debido a un nivel de temperatura igualado y a la alta calidad del agua de refrigeración. Los países nórdicos pueden considerarse los precursores en este ámbito y la recuperación de energía ha sido una práctica habitual de un tiempo a esta parte en instalaciones de compresores. Los principales proveedores han adaptado la mayoría de compresores medianos o grandes para su montaje con equipamiento estándar para la recuperación de calor residual.

Las leyes de la física indican que casi toda la energía suministrada a una instalación de compresores se convierte en calor. Cuanta más energía pueda recuperarse y utilizarse en otros procesos, mayor será la eficiencia global del sistema.

En muchos casos, el grado de recuperación de calor puede superar el 90 % si la energía generada mediante la refrigeración de la instalación de compresores se utiliza de manera eficiente. La función del sistema de refrigeración, la distancia hasta el punto de consumo y el grado y la continuidad de las necesidades de calor son factores decisivos. Si se dispone de grandes flujos térmicos, no se debe pasar por alto la posibilidad de vender la energía térmica recuperada. El proveedor de energía eléctrica podría ser un cliente potencial, y la inversión, el pedido y la entrega se podrían negociar fácilmente. La recuperación de energía coordinada a partir de varios procesos también ofrece una posibilidad de ahorro.

La recuperación de energía de las instalaciones de aire comprimido no siempre produce calor cuando es necesario y, a menudo, no en cantidades suficientes. La cantidad de energía recuperada variará con el tiempo si el compresor tiene una carga variable. Para que la recuperación sea viable, se necesita una demanda de energía térmica relativamente estable. El mejor uso de la energía térmica residual recuperada consiste en complementar la energía suministrada al sistema. De esta manera, siempre se utiliza la energía disponible cuando el compresor está en funcionamiento. Las opciones para los compresores refrigerados por aire, que producen un elevado caudal de aire caliente a una temperatura relativamente baja, son el calentamiento directo de edificios o el intercambio de calor con una batería de precalentamiento. El aire de refrigeración caliente se distribuye mediante un ventilador.Cuando los edificios no requieren calor adicional, el aire caliente se evacua a la atmósfera, ya sea de forma automática mediante el control por termostato o de forma manual mediante el control del amortiguador de aire. Un factor de limitación es la distancia entre los compresores y el edificio que se quiere calentar. Esta distancia debe ser limitada (preferiblemente, la distancia entre edificios contiguos). Además, la posibilidad de recuperación puede quedar reducida a los periodos más fríos del año. La recuperación de energía del aire es más común en los compresores pequeños y medianos. La recuperación de calor residual de los sistemas de refrigeración de aire con compresores produce tan solo pequeñas pérdidas de la distribución y requiere una inversión reducida.

El agua de refrigeración de un compresor refrigerado por agua con una temperatura de hasta 90 °C puede actuar como complemento de un sistema de calefacción de agua caliente. Si en lugar de eso el agua caliente se utiliza para lavar, limpiar o ducharse, se seguiría necesitando una caldera de agua caliente de carga básica normal. La energía recuperada del sistema de aire comprimido constituye una fuente de calor adicional que reduce la carga de la caldera, ahorra combustible de calefacción y podría permitir utilizar una caldera más pequeña. Los requisitos previos para la recuperación de energía de compresores de aire comprimido difieren en parte, en función del tipo de compresor. Los compresores exentos de aceite estándar son fáciles de modificar para la recuperación de energía. Este tipo de compresor es ideal para la integración en un sistema de calefacción de agua caliente, ya que proporciona la temperatura del agua (90 °C) necesaria para la recuperación eficaz de la energía. En compresores lubricados por aceite, el aceite, que participa en el proceso de compresión, es un factor que limita las posibilidades de tener temperaturas elevadas del agua de refrigeración. En los compresores centrífugos, los niveles de temperatura son generalmente más bajos debido a la relación de presiones más baja por etapa de compresión, lo que limita el grado de recuperación. La recuperación de energía residual del agua está mejor adaptada para compresores con motor eléctrico de más de 10 kW de potencia. La recuperación de energía residual del agua requiere una instalación más compleja que la recuperación del aire. El equipo básico consta de bombas de fluidos, intercambiadores de calor y válvulas de regulación. El calor también puede distribuirse a edificios remotos mediante tuberías de diámetros relativamente pequeños (40-80 mm) sin grandes pérdidas de calor utilizando la recuperación de energía del agua. La alta temperatura inicial del agua implica que la energía residual se puede utilizar para aumentar la temperatura del agua de retorno de una caldera de agua caliente. Por lo tanto, la fuente de calor normal se puede cortar periódicamente y reemplazarse por el sistema de recuperación de calor residual del compresor. El calor residual de los compresores del sector de procesado también se puede utilizar para aumentar la temperatura del proceso. Además, se pueden utilizar compresores de tornillo lubricados con aceite y refrigerados por aire para aplicar recuperación de energía residual del agua. Esto requiere un intercambiador de calor en el circuito de aceite, y el sistema proporcionará agua a temperaturas más bajas (50-60 °C) que con los compresores exentos de aceite.