Recuperación de 622 kW en un sistema de compresores: cómo se construyó el modelo

Una planta manufacturera tenía un problema aparentemente sencillo: los compresores de tornillo rotatorio disipaban calor a la atmósfera mientras la planta consumía gas natural para sus procesos térmicos. El desperdicio era evidente para cualquiera que caminara por la sala de máquinas. Lo que no era evidente era cuánto de ese calor se podía recuperar realmente, ni a qué costo.

La caracterización inicial entregó los números de partida: 622 kW de potencia térmica de diseño en el punto de operación 3 (80% del tiempo), 8.760 horas anuales posibles, y una energía recuperable de 5.448.720 kWh/año, equivalentes a 19,6 TJ/año. Con eso la pregunta dejó de ser si había ahorro y pasó a ser cuánto costaba capturarlo.

El modelo termodinámico se construyó completo: análisis ε-NTU de un intercambiador tubular de carcasa y tubos, red hidráulica de 9 tramos DN65/DN100 Sch 40 con cálculo iterativo del factor de fricción por Colebrook-White resuelto con Newton-Raphson, modelo de degradación por fouling como ecuación diferencial de primer orden, y dinámica del acumulador de 15.000 L integrada con Runge-Kutta 4. Todo implementado en Python con SciPy, y entregado junto al informe técnico en LaTeX.

El dimensionamiento final quedó en un intercambiador tubular shell-and-tube, una red de 9 tramos y una bomba centrífuga de 0,55 kW (Q = 21,7 m³/h, H = 5,1 m). La proyección de ahorro por sustitución de gas natural fue de 306 MM CLP al año.

La decisión más determinante del proyecto no fue el tamaño del intercambiador sino su tipo. Un equipo de placas —más barato y compacto— habría perdido 51% de su coeficiente global U en 22 días con la calidad de agua industrial disponible: habría colapsado por incrustaciones en semanas. El modelo de fouling integrado en el informe permite además planificar las mantenciones antes de que el rendimiento caiga bajo el umbral económico.

Conviene ser preciso sobre el alcance de estas cifras: corresponden al diseño y a la proyección de ahorro del modelo entregado, no a mediciones de operación en planta. El encargo fue la ingeniería, no el montaje ni el seguimiento posterior. El trabajo en terreno se realizó en colaboración con Ley Cero SpA.