Recuperación de calor en una estación de compresores: dos decisiones que cambian la compra

Este proyecto es de 2023; en 2026 lo recalculé desde cero con el método que describo aquí. El encargo: una estación de compresores de tornillo, enfriados por aire, donde cada compresor tiene un módulo que recupera su calor calentando agua hasta 70 °C. La planta quería usar ese calor para su agua de proceso, y había que responder cinco preguntas concretas: qué sistema de bombeo, si hacía falta un acumulador, qué cañerías, qué tipo de intercambiador y cuánto calor se transfiere.

Lo primero no fue calcular sino formular. El sistema son dos circuitos: uno cerrado y propio, que recorre los módulos de los compresores, y el agua de proceso de la planta, separados por un intercambiador. Todo el diseño lo gobierna una condición: el agua tiene que volver a los compresores bajo cierta temperatura, o el módulo pierde su salto de diseño y desvía calor al ambiente. Escribir los balances de cada circuito antes de tocar un número evitó el error más común en estos proyectos: mezclar los dos circuitos en uno.

Trabajé solo con la documentación técnica del proyecto. Cada dato quedó con su documento y página; donde faltaba algo —las horas de operación anual, la calidad del agua, el recorrido de las cañerías— lo declaré como supuesto y lo convertí en una pregunta al cliente, en vez de rellenarlo con un valor plausible. Por eso varios resultados son rangos: la energía anual queda entre 2,7 y 5,0 GWh según las horas de operación, que es el dato que más la mueve.

Primera decisión: el tipo de intercambiador. En el caso de diseño el agua de proceso tiene que salir más caliente que el agua que vuelve a los compresores. Ese cruce de temperaturas solo es posible en contracorriente; en flujo paralelo el problema no tiene solución. Con eso quedan dos opciones reales —placas, o tubo y carcasa con dos carcasas en serie— y la elección depende de la calidad del agua de proceso, no de un precio de catálogo. Un estanque con serpentín, la tercera alternativa planteada, no alcanza a cumplir la condición de retorno en el caso de diseño.

Segunda decisión: el acumulador. Parecía un componente obligatorio. El modelo transitorio del circuito, verificado contra su solución analítica, mostró que con el agua de proceso circulando de forma continua el sistema se autorregula en todos los cambios de carga: no hace falta. Solo tiene sentido si el agua de proceso puede detenerse, y entonces debe ir en el retorno y estratificado, con un volumen proporcional a la autonomía que se quiera. Es un equipo que no se compra si la respuesta del cliente es la esperada.

En la hidráulica apareció el error típico: entre el 50 y el 80 % de la altura que debe vencer la bomba es la pérdida del propio módulo de recuperación de cada compresor. Una bomba dimensionada solo con las cañerías queda corta. La propuesta fue una bomba central con variador que mantiene constante la presión diferencial entre colectores, más una de reserva: así cada módulo recibe su caudal de diseño con cualquier combinación de compresores en marcha.

Para la incertidumbre simulé 20.000 años posibles con los datos que el cliente aún no confirmaba. El resultado global —en el 18 % de los casos el retorno supera su límite si el intercambiador no tiene margen— escondía algo más útil: el riesgo está concentrado en agua de proceso tibia y con poco caudal. Con un margen de ensuciamiento de diseño baja al 1 %, y el análisis indica cuándo limpiar el intercambiador: antes de que pierda un 10 % de su capacidad.

Cada resultado se verificó con un método independiente: el intercambiador por dos métodos, la fricción contra correlaciones y un ejemplo resuelto, el transitorio contra su solución exacta, las pérdidas de calor por volúmenes finitos contra la solución analítica de la conducción. Las tablas, cifras y gráficos del informe los genera el mismo código, con pruebas automáticas. Un alcance importante: son resultados de diseño, no mediciones de operación, y el cliente, la ubicación y los equipos se omiten por confidencialidad.