En la industria, la sostenibilidad y la eficiencia son esenciales. Sin ningún género de duda, en la actualidad figuran entre los retos más importantes a los que se enfrentan los fabricantes y operadores de sistemas. Sin embargo, por su propia naturaleza, generar aire de proceso requiere una cantidad de energía relativamente alta. Durante el proceso se libera una gran cantidad de energía térmica, conocida como calor de proceso. Además de en el caudal de aire generado, este calor se genera debajo de la protección acústica debido a la pérdida de calor del motor, el silenciador y el compresor. En el pasado, esto no solía usarse.
Como fabricante de compresores de alto rendimiento, AERZEN lleva mucho tiempo desarrollando soluciones innovadoras para usar esta energía térmica en la práctica. En consecuencia, la empresa ofrece a los operadores de la planta y a partir de un único proveedor una tecnología avanzada de aire comprimido y unos sistemas con las dimensiones correctas para recuperar calor.
Los ahorros potenciales que se podrían obtener con la instalación de un sistema de recuperación de calor son enormes: hasta un 85 por ciento de la energía térmica se puede usar con facilidad para otras operaciones, por ejemplo, para calentar agua, en procesos de secado o para precalentar el aire del quemador. Y además se evitan pérdidas de energía, por ejemplo, las causadas por la expulsión del aire caliente al exterior. Así pues, la recuperación de calor se traduce en una preservación energía selectiva y eficiente en recursos.
Los costes de inversión que necesita un sistema de recuperación de calor son relativamente bajos y se amortizan rápidamente con el ahorro de energía. Las plantas más antiguas también se pueden readaptar y optimizar sin un gran gasto de tiempo y dinero. AERZEN estará encantado de poder ayudarle a poner en práctica soluciones personalizadas. La recuperación de calor se puede llevar a cabo en una amplia gama de procesos y aplicaciones:
El objetivo de cualquier diseñador de plantas es reducir los costes utilizando la energía introducida en un proceso de la forma más eficiente posible. En el campo de la producción de aire comprimido, la recuperación de calor es una forma simple de dar respuesta a este reto. Para entender por qué un compresor en funcionamiento genera energía térmica y cómo se puede usar esa energía, resulta útil observar el principio operativo de un compresor de aire:
La gran cantidad de calor residual que se produce cuando se genera aire comprimido no nos dice nada acerca de la eficiencia de la máquina. Es una consecuencia inevitable cuando se genera aire de proceso. Durante mucho tiempo, los operadores de plantas no han sido conscientes del enorme potencial energético que entraña. Por norma general, el calor se genera de dos maneras distintas: por un lado, cuando el equipo comprime el medio y, por otro, mediante el calor residual (aire de refrigeración) del motor, la etapa y el silenciador, así como del aire de escape del refrigerador de aceite.
Las máquinas como los compresores de tornillo y las soplantes de desplazamiento positivo comprimen el aire circundante aspirado por medio de tornillos o émbolo rotativos. Esta forma de compresión del aire es un proceso termodinámico que calienta el medio aspirado, por ejemplo, aire o gas. Desde un punto de vista físico, el proceso convierte la energía eléctrica en energía térmica. Cuando se usan compresores, el gas de proceso puede alcanzar temperaturas de hasta 280ºC.
El enfoque lógico para recuperar el calor del aire de proceso es usar intercambiadores de calor: cuando se integran intercambiadores de calor en el caudal de aire, un medio como el agua puede fluir a través de ellos y calentarse a una temperatura preestablecida y eliminar al mismo tiempo el calor del caudal de aire. El agua calentada puede reutilizarse como agua de proceso o servicio, o incorporarse al sistema de calefacción central. AERZEN ofrece intercambiadores de calor diseñados con precisión para este fin que convierten la máxima cantidad de calor transferible con una pérdida de presión mínima.
La radiación del motor, el refrigerador de aceite, la etapa de compresión, la etapa de émbolos rotativos, las tuberías y el silenciador crean energía térmica adicional debajo de la protección acústica del equipo. Este aire de refrigeración calentado intensamente también se puede aplicar en la práctica. El calor se puede consolidar en los conductos de aire de escape integrados en el equipo y transportarse como aire de calefacción a las salas o talleres contiguos. Una salida controlada por temperatura permite regular el caudal de aire para alcanzar una temperatura ambiente uniforme. Por ejemplo, en verano, cuando no se necesita calor, el exceso de calor se puede expulsar al exterior.
El tratamiento de aguas residuales es un sector clave para Aerzener Maschinenfabrik. La empresa familiar es un actor global en este campo y desarrolla continuamente para clientes de todo el mundo soluciones integrales eficientes en recursos y respetuosas con el medioambiente. Estas no solo pueden diseñarse a medida, sino que además incluyen una tecnología de equipos óptima y conceptos para recuperar el calor. En las plantas de tratamiento de aguas residuales, los equipos suelen utilizarse para airear los tanques de aireación. En este proceso, las soplantes de desplazamiento positivo, las turbosoplantes y los compresores de AERZEN generan, tanto si funcionan de manera conjunta como por separado, un caudal de aire con una presión de aproximadamente 1 bar. El caudal de aire se bombea a los tanques de aireación (la «biología» de la planta). El oxígeno contenido en el aire desempeña un papel determinante en un importante paso del proceso: el tratamiento biológico de las aguas residuales.
Medida en costes totales de energía para una planta de tratamiento de aguas residuales, la generación del caudal de aire constituye el mayor porcentaje. El en este punto el potencial de ahorro es muy alto. Las posibilidades son amplias: un único compresor con una potencia nominal de 22 kW puede satisfacer las necesidades de calefacción de una casa unifamiliar.
Los numerosos casos de éxito de Aerzener Maschinenfabrik demuestran que es posible mejorar considerablemente el equilibrio energético de una planta de tratamiento de aguas residuales con tan solo implantar soluciones de recuperación de calor y optar por la tecnología de máquinas óptima para cada aplicación. Aquí encontrará varios ejemplos:
Otro ejemplo de recuperación de calor de alta eficiencia ejecutado en colaboración con AERZEN se encuentra en la planta de tratamiento de aguas residuales de Essen-Kupferdreh (Alemania). La planta utiliza cuatro soplantes de desplazamiento positivo para suministrar aire a los tanques de aireación. Con la instalación de un intercambiador de calor de haces de tubos, la planta ya está usando el calor residual de las soplantes de forma práctica y eficiente. Ahora, la energía convertida desde el componente suministra energía térmica al sistema de calefacción y al tanque intermedio para el agua caliente. El ahorro que se logra es enorme: la recuperación de calor, por sí sola, permite a la planta de Essen-Kupferdreh ahorrar más de 30.000 euros al año.
En la planta de tratamiento de aguas residuales de Wertach (Baviera) no fue necesario instalar un nuevo quemador para calentar el agua de la caldera gracias al uso de un intercambiador de calor. En Wertach se utilizan dos soplantes Delta a velocidades fijas para la carga de trabajo básica. Cuando las necesidades son mayores, por ejemplo, cuando hay una gran afluencia de excursionistas y esquiadores, se activa una tercera soplante a una velocidad variable.
El aire caliente a 68ºC generado por el proceso de compresión se enfría a menos de 30ºC con un intercambiador de calor de placas de aire-agua. De este modo, el delta resultante de casi 40ºC se puede utilizar para almacenar el agua de la caldera del sistema de calefacción. El intercambiador de calor integrado en el sistema está equipado con perfiles optimizados para el caudal y apenas provoca pérdidas de presión en el caudal de aire del proceso.
Si no se necesita calefacción —por ejemplo, en verano— se puede apagar con facilidad. Una válvula mecánica situada en las tuberías permite que una parte del aire o todo él se dirija directamente a los tanques de aireación en lugar de pasar por el intercambiador de calor, lo cual permite llevar a cabo un control en función de la demanda y recuperar calor en todo momento. En Wertach, la recuperación de calor permitió ahorrar unos 1.850 litros de fuelóleo al año. Encontrará más información sobre el tema en el artículo titulado «Calefacción eficiente con pérdida de calor» en nuestra revista para clientes.
Para cumplir las estrictas exigencias medioambientales de la planta de tratamiento de aguas residuales de Filderstadt-Bonlanden, construida en la década de 1960 en el estado federado alemán de Baden-Wurtemberg, se equiparon cuatro compresores de émbolos rotativos Delta Hybrid con un sistema de recuperación de calor en el marco de un proyecto de modernización y renovación en colaboración con AERZEN.
La combinación de equipos suministra aire comprimido exento de aceite y absorbentes al 100% para airear los tanques de aireación con gran eficiencia en términos de energía. El funcionamiento exento de aceite y absorbentes se traduce en ahorros en servicio y mantenimiento, y también mejora la fiabilidad del proceso de la planta. Una vez finalizadas las medidas de modernización, el sistema empezó a hacer circular aire ambiente calentado mecánicamente a través de un sistema de extracción y a usarlo para calentar otras salas de ingeniería.
Sin embargo, el mayor ahorro se logró con la instalación de un intercambiador de calor de haces de tubos en la tubería principal del sistema. El intercambiador de calor extrae el calor del caudal de aire del proceso y se utiliza para calentar el agua. El resultado fue que los costes derivados de calentar el agua se pudieron suprimir por completo. Si desea más información sobre la recuperación de calor en Filderstadt-Bonlanden, lea en nuestra revista para clientes el artículo titulado «Cómo optimizar cada kilovatio».
El transporte neumático abarca el transporte de productos a granel, por ejemplo, harina, materiales en polvo, arena o cemento, con ayuda de aire. Se utiliza en numerosas industrias, como la del procesamiento de alimentos, los productos a granel, los productos químicos y los materiales. Para crear el caudal de aire necesario suelen utilizarse compresores, soplantes y compresores de émbolos rotativos de AERZEN. Durante el proceso se pueden alcanzar temperaturas de salida muy elevadas.
Se aspira el aire ambiente, que en general tiene una temperatura de unos 20ºC, y puede alcanzar unas temperaturas de hasta 280ºC debido al proceso de compresión, por ejemplo, en aplicaciones en las que intervengan compresores de tornillo. Para evitar que los productos a granel transportados se deterioren por las altas temperaturas, el aire de proceso tiene que volver a refrigerarse con frecuencia. Para eliminar el calor del aire comprimido puede usarse un intercambiador de calor, y el calor extraído puede utilizarse como calefacción, para calentar agua o como calor para el proceso. En función del diseño, la pérdida de presión provocada por la instalación de un intercambiador de calor es del 1-3 % en relación con la presión de aspiración absoluta del refrigerador posterior. El consiguiente aumento en la salida del motor es nominal en comparación con la cantidad de energía que se ahorra gracias al intercambiador de calor.
Antes de decidirse por una solución de recuperación de calor deben tenerse en cuenta diversos factores.
En primer lugar, deben comprobarse las condiciones estructurales. Es importante colocar juntos la fuente de calor residual y el disipador de calor. Si están demasiado separados, los planificadores deberán contar con pérdidas de energía a causa del transporte y una red de tuberías más cara. En caso de que cueste mucho esfuerzo transportar o almacenar el calor, los costes de inversión serán mayores. Además, para que la instalación de recuperación de calor salga rentable, debe haber un Δ T de al menos 5-10 k entre la fuente de calor residual de la planta y el disipador de calor.
En general, se podría decir que la recuperación de calor es conveniente sobre todo cuando se usa con equipos grandes y procesos de producción en funcionamiento continuo. Sin embargo, un sistema de recuperación de calor también puede ser rentable en casos en los que el calor residual es menor y la carga de trabajo mayor. En principio, cuanto más continuado sea el servicio de los equipos, más rentable será la recuperación de calor.
La gran cantidad de energía necesaria para generar aire comprimido se puede recuperar y utilizar de varias maneras. Gracias a la tecnología y la experiencia de AERZEN, los nuevos proyectos en el campo del tratamiento de aguas residuales y transporte neumático se pueden diseñar con vistas a utilizar la energía térmica para calentar salas, naves o agua (agua de proceso o servicio) o para los pasos de los procesos de producción. Las aplicaciones son muchas y diferentes.
Las plantas existentes también se pueden modernizar con medios simples que aumentan su eficiencia. En este campo, AERZEN ofrece a sus clientes una amplia cartera de servicios, por ejemplo, un servicio de información telefónica las 24 horas, un diagnóstico de máquinas y el concepto AERaudit, con el que los empleados de mantenimiento desarrollan un plan para modernizar la planta.
Y con la calculadora de ventilación de salas de AERZEN, los ingenieros y los propietarios de plantas de tratamiento de aguas residuales pueden dar con un intercambiador de calor diseñado convenientemente para su planta.
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