Recuperação de energia em sistemas de ar comprimido

 Uma central de compressores numa grande indústria que consome 500 kW em mais de 8,000 horas de funcionamento por ano representaum consumo anual de 4 milhões de kWh. As possibilidades de recuperar quantidades substanciais de calor residual através de ar quente ou água quente são reais. Até 94% da energia fornecida ao compressor pode ser recuperada, por exemplo, como água quente a 90 ºC dos compressores de parafuso isentos de óleo. Este facto ilustra que as medidas de poupança fornecem rapidamente um retorno substancial. O retorno do investimento para a recuperação de energia é normalmente tão curto quanto 1–3 anos. Além disso, a energia recuperada através de um sistema de refrigeração fechado melhora as condições de funcionamento do compressor, a fiabilidade e a vida útil devido a um nível de temperatura equalizado e a uma elevada qualidade da água de refrigeração, para citar apenas algumas vantagens. Os países nórdicos são um pouco precursor nesta arena e a recuperação de energia tem sido uma prática padrão há já algum tempo para instalações de ar comprimido. A maioria dos compressores de médio a grande dimensão dos principais fornecedores estão agora adaptados para instalação com equipamento padrão para recuperação de calor residual.

As leis da física ditam que quase toda a energia fornecida a uma instalação de ar comprimido é convertida em calor. Quanto mais energia puder ser recuperada e utilizada em outros processos, maior será a eficiência geral do sistema.

Em muitos casos, o grau de recuperação de calor pode exceder 90% se a energia obtida através do arrefecimento da instalação do compressor puder ser utilizada de forma eficiente. A função do sistema de refrigeração, a distância até ao ponto de consumo e o grau e a continuidade da necessidade de calor são fatores decisivos. Com grandes caudais térmicos, vender a energia de calor recuperada é uma possibilidade que não deve ser ignorada. O fornecedor de energia elétrica pode ser um potencial cliente, e o investimento, a subencomenda e a entrega podem ser prontamente negociados. Existe também uma oportunidade de poupança através da coordenação da recuperação de energia de vários processos.

A recuperação de energia proveniente de instalações de ar comprimido nem sempre resulta em calor quando necessário e em quantidades insuficientes. A quantidade de energia recuperada varia ao longo do tempo se o compressor tiver uma carga variável. Para que a recuperação seja viável, é necessária uma demanda de energia térmica relativamente estável correspondente. A energia de calor residual recuperada é melhor utilizada para complementar a energia fornecida ao sistema. Desta forma, a energia disponível é sempre utilizada quando o compressor está a funcionar. As opçõeses para compressores arrefecidos a ar, que produzem uma elevada taxa de caudal de ar quente a uma temperatura relativamente baixa, são aquecimento direto do edifício ou troca de calor para uma bateria de pré-aquecimento. O ar de refrigeração aquecido é então distribuído com uma ventoinha.Quando os edifícios não necessitam de calor adicional, o ar quente é evacuado para a atmosfera, quer automaticamente através do controlo do termóstato, quer manualmente através do controlo do amortecedor de ar. Um fator limitante é a distância entre os compressores e o edifício que tem de ser aquecido. Essa distância deve ser limitada (preferencialmente, a distância entre prédios adjacentes). Além disso, a possibilidade de recuperação pode limitar-se aos periodos mais frios do ano. A recuperação de energia aérea é mais comum para compressores de pequeno e médio porte. A recuperação do calor residual dos sistemas de refrigeração do ar do compressor resulta em apenas pequenas perdas resultantes da distribuição e requer pouco investimento.

A água de refrigeração de um compressor arrefecido a água com uma temperatura até 90 graus pode complementar um sistema de aquecimento de água quente. Se a água quente for utilizada para lavar, limpar ou tomar banho, ainda é necessária uma caldeira de água quente com carga base normal. A energia recuperada do sistema de ar comprimido forma uma fonte de calor suplementar que reduz a carga na caldeira, poupa combustível de aquecimento e pode resultar no uso de uma caldeira menor. Os pré-requisitos para recuperação de energia de compressores de ar comprimido diferem em parte, dependendo do tipo de compressor. Os compressores isentos de óleo padrão são fáceis de modificar para recuperação de energia. Este tipo de compressor é ideal para integração num sistema de aquecimento de água quente, uma vez que fornece a temperatura da água (90 oC) necessária para uma recuperação de energia eficiente. Nos compressores lubrificados a óleo, o óleo, que participa no processo de compressão, é um fator que limita as possibilidades de temperaturas elevadas da água de refrigeração. Nos compressores centrífugos, os níveis de temperatura são geralmente inferiores devido à menor relação de pressão por estágio de compressão, limitando assim o grau de recuperação. A recuperação de energia de resíduos de água é mais adequada para compressores com potência do motor elelétrico superior a 10 kW. A recuperação de energia residual por via aquática requer uma instalação mais complexa do que a recuperação de energia residual por via aérea. O equipamento básico é composto por bombas de fluido, permutadores de calor e válvulas de regulação. O calor também pode ser distribuído para prédios remotos usando diâmetros de tubulação relativamente pequenos (40-80 mm) sem perdas significativas de calor usando recuperação de energia de origem aquática. A alta temperatura inicial da água significa que a energia residual pode ser usada para aumentar a temperatura da água de retorno de uma caldeira de água quente. Por conseguinte, a fonte de aquecimento normal pode ser desligada periodicamente e substituída pelo sistema de recuperação de calor residual do compressor. O calor residual proveniente de compressores na indústria de processos também pode ser utilizado para aumentar a temperatura do processo. Também é possível utilizar compressores de parafuso lubrificados a óleo arrefecidos a ar para aplicar recuperação de energia de resíduos de água. Isto requer um permutador de calor no circuito de óleo e o sistema fornecerá água a temperaturas mais baixas (50-60) do que com compressores isentos de óleo.