Conceptos de recuperación de calor de AERZEN
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:
- Suministro para sistemas de calefacción central;
- Calentamiento de aire caliente; Secado de fangos;
- Aire caliente para tareas de procesamiento (por ejemplo, procesos de secado en producción);
- Producción de agua caliente para duchas y baños;
- Calentamiento de agua de servicio en cafeterías;
- Construcción de frenos térmicos;
- Calefacción en piscinas.
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:
The investment costs for a heat recovery system are relatively low and are quickly compensated for by the energy savings. Older plants as well can be retrofitted and optimised without spending a lot of time and money. AERZEN is happy to help you implement individual solutions. Heat recovery can be implemented for a broad range of processes and uses:
- Supplying central heating systems
- Warm-air heating
- Sludge drying
- Warm air for processing tasks (e.g. drying processes in production)
- Producing hot water for showers and washrooms
- Heating service water for cafeterias
- Constructing thermal brakes
- Heating swimming pools.
The goal of every plant designer is to reduce costs by making the most efficient use possible of the energy introduced into a process. In the area of compressed air production, heat recovery is a simple way of meeting this challenge. To understand why a working compressor generates heat energy and how that energy can be used, it is useful to look at the operating principle of an air compressor:
Principio operativo de los compresores: Fuentes de calor y opciones para recuperar calor
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.
Compression
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.
Aire de refrigeración (radiación térmica)
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.
Heat recovery in wastewater treatment
Wastewater treatment is a core sector of Aerzener Maschinenfabrik. The family-owned company is a global player in this area and is continuously developing resource-saving and environmentally friendly all-in-one solutions for customers all around the world. This includes not only the selection of ‘custom-fit’, optimal machine technology, but also concepts for recovering heat. In wastewater treatment plants, the assemblies are normally used to aerate the aeration tanks. In the process, an airflow with a pressure of approx. 1 bar is generated by AERZEN positive displacement blowers, turbo blowers and compressors working jointly or as individual assemblies. The airflow is pumped into the aeration tanks (the ‘biology’ of the plant). The oxygen contained in the air plays a decisive role in an important step in the process: biological sewage treatment.
Measured in terms of the total energy costs for a wastewater treatment plant, airflow generation naturally accounts for the largest percentage. The potential for savings in this area is therefore especially high. The possibilities are vast: just one compressor with a rating of 22 kW can meet the heating needs of a single-family home.
Aerzener Maschinenfabrik’s many success stories show how the energy balance of a wastewater treatment plant can be markedly improved by implementing heat recovery solutions and choosing the optimal machine technology for each application. You can find several examples here:
Accordion
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’.
Heat recovery in pneumatic conveying
Pneumatic conveying involves the transport of bulk goods such as flour, powder, sand or cement with the help of air. It is used in many industries, such as food processing, bulk goods, chemicals and materials. To create the required airflow, AERZEN compressors, blowers and rotary lobe compressors are often used. Very high outlet air temperatures can be achieved in the process.
The ambient air, which usually has a temperature of approx. 20°C, is sucked in and can reach temperatures of up to 280°C due to the compression process, for example, in an application involving screw compressors. To prevent the transported bulk goods from being damaged by the high temperatures, the process air often has to be cooled back down. The heat can be removed from the compressed air with the help of a heat exchanger and used for heating, water heating or process heat. Depending on the design, the pressure loss caused by the installation of a heat exchanger is 1-3% in relation to the absolute intake pressure in the aftercooler. The resulting increase in the drive output of the motor is nominal compared to the amount of energy saved by the heat exchanger.
¿Cuándo compensa recuperar 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.
En resumen
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 máquina 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.
