Fórmula de cálculo de la tasa de conversión térmica del compresor de aire

Significado básico de la tasa de conversión térmica del compresor de aire

Durante el funcionamiento del compresor de aire, la energía eléctrica que se introduce se transforma en calor a través de procesos como la compresión, la fricción, la disipación térmica por los circuitos de aceite y el sistema de refrigeración. Al analizar la tasa de conversión térmica, suele considerarse la relación entre la cantidad de calor recuperable y la energía aportada. Este indicador puede emplearse para evaluar escenarios de eficiencia energética, como la recuperación de calor residual, la refrigeración de salas de equipos o la producción de agua caliente.

Fórmula de cálculo general

Tasa de conversión térmica = calor recuperable ÷ energía aportada × 100%

Si se calcula en función del período de tiempo, la energía aportada puede expresarse como el consumo eléctrico del compresor de aire durante el intervalo correspondiente; por su parte, el calor recuperable corresponde al calor extraído por el medio refrigerante y que puede ser aprovechado. La fórmula puede escribirse como:

• Tasa de conversión térmica η = Qrecuperado ÷ Ein × 100%
• Ein = P × t, donde P es la potencia de entrada y t es el tiempo de funcionamiento.
• Qrecover debe calcularse combinando aire caliente, agua caliente u otros métodos de intercambio de calor, según corresponda.

Al realizar los cálculos, se debe mantener la unidad de medida; por ejemplo, convertir todos los valores a julios o a kilovatios-hora.

Cálculo en escenarios de recuperación de agua caliente

Cuando el calor residual del compresor de aire se utiliza para calentar agua, la cantidad de calor recuperado puede calcularse a partir del caudal másico del agua, su capacidad calorífica específica y la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida:

Qagua = m × c × ΔT

• m: masa del agua calentada, o caudal másico por unidad de tiempo
• c: capacidad calorífica del agua, debe tomarse según los valores de propiedades físicas habitualmente empleados en ingeniería.
• ΔT: diferencia entre la temperatura del agua de salida y la temperatura del agua de entrada

Si se calcula la potencia térmica por unidad de tiempo, se puede sustituir la masa por el caudal másico, obteniendo así la cantidad de calor recuperada por unidad de tiempo.

Cálculo en escenarios de recuperación de aire caliente

Cuando el objeto de recuperación es aire caliente enfriado, se puede estimar mediante el caudal de aire, la densidad del aire, la capacidad calorífica a presión constante y la diferencia de temperatura:

Qair = ρ × L × cp × ΔT

• ρ: densidad del aire, que depende de la temperatura y la presión
• L: Caudal volumétrico
• cp: capacidad calorífica a presión constante del aire
• ΔT: diferencia entre la temperatura del aire de extracción y la temperatura del aire de entrada

La recuperación de aire caliente se utiliza habitualmente para la ventilación de salas de equipos, la calefacción en invierno o el precalentamiento de procesos; sin embargo, la cantidad de calor realmente aprovechable se ve afectada por la resistencia del conducto de aire, las pérdidas por mezcla y la eficiencia del intercambio térmico.

Método para determinar la energía de entrada

La energía de entrada debe basarse en datos medidos; entre las prácticas más frecuentes se incluyen la lectura de los registros de consumo de energía de los contadores eléctricos, los medidores de potencia o los sistemas de control. Si solo se realiza una estimación teórica, puede tomarse como referencia la potencia nominal del equipo y las condiciones de carga; sin embargo, conviene evitar sustituir el consumo real por la potencia a plena carga, ya que ello podría ocasionar desviaciones en los resultados.

Factores principales que influyen en la tasa de conversión térmica

• Tipo de compresor de aire, factor de carga y condiciones de operación
• Modo de enfriamiento, por ejemplo, por aire, por aceite o por agua.
• Ubicación de instalación y trayectoria de intercambio térmico del dispositivo de recuperación de calor residual
• Aislamiento de tuberías, caudal de fluidos y estabilidad de la diferencia de temperatura
• Si la energía térmica está disponible de forma continua y si el extremo de uso es compatible.

Recomendaciones de uso

Al realizar el cálculo del ahorro energético, se recomienda desglosar la eficiencia de conversión térmica en tres componentes: la proporción teórica de producción de calor, la proporción recuperable y la proporción de utilización real, analizándolos por separado. En caso de que los datos se utilicen para la aceptación del proyecto o para la evaluación de la mejora de la eficiencia energética, es necesario registrar en el sitio las variables operativas —como el tiempo de funcionamiento, el consumo eléctrico, el caudal y las temperaturas de entrada y salida— y conservar el proceso de cálculo para facilitar su verificación posterior.