Compresor de tornillo de dos etapas: en torno a un 10 % menos de energía que un tornillo estándar
El compresor de tornillo de dos etapas comprime el aire en dos pasos con refrigeración intermedia, cerca del ciclo isotérmico teórico. En torno a un 10 % menos de energía que un tornillo estándar a carga constante; con un variador de imanes permanentes, en una carga variable, las dos ganancias se acumulan.
Por qué comprimir en dos etapas
La compresión de un gas es exotérmica: cuanto más se comprime, más sube la temperatura. Sin ninguna refrigeración, una compresión adiabática ideal de 1 a 8 bar absolutos llevaría el aire de 20 °C a unos 260 °C. En un tornillo lubricado, el aceite inyectado absorbe la mayor parte de ese calor a medida que avanza la compresión, de modo que el aire sale del bloque muy por debajo de ese valor. Cuanto más se calienta el aire durante la compresión, más trabajo exige esta: eso es lo que reduce la refrigeración entre dos etapas.
El compresor de dos etapas comprime en dos pasos: la etapa 1 sube a 3-4 bar, el aire se enfría entre las dos etapas (mediante un intercambiador intermedio o, en un tornillo lubricado, mediante aceite inyectado en el canal que une las dos etapas) y, después, la etapa 2 termina a 8 bar. La segunda etapa trabaja con aire enfriado y, por tanto, más denso, lo que ahorra energía. Así se acerca a la compresión isotérmica teórica (la más eficiente, pero imposible en la práctica).
Las cifras concretas
Para tornillos lubricados a 100 psig (6,9 bar), el Sourcebook del Departamento de Energía de EE. UU. da de 16 a 19 kW por 100 cfm en un tornillo estándar y de 15 a 17 kW en un tornillo de dos etapas. Límite inferior contra límite inferior y límite superior contra límite superior, la diferencia va del 6 al 11 %: del orden del 10 %. Con un variador, las dos ganancias se acumulan, una sobre el consumo ya reducido por la otra: en una carga variable, frente a un tornillo en carga y vacío, el total va de un 18 a un 27 % aproximadamente; frente a un tornillo en modulación, en el que el variador suprime cerca de un tercio, se acerca al 40 %.
| Tornillo estándar de velocidad fija | Referencia 100 % |
|---|---|
| Tornillo estándar VSD de imanes perm. | −9 a −19 % frente a un tornillo en carga-vacío, al 60 % de demanda (Sourcebook del DOE) |
| Dos etapas de velocidad fija | ≈ −10 % (del 6 al 11 %, carga constante) |
| Dos etapas PM VSD | Las dos ganancias se acumulan: alrededor de un 18 a un 27 % frente a un tornillo en carga y vacío |
Dónde más gana el compresor de dos etapas
- Industria 24/7: petroquímica, siderurgia, cementeras, papeleras
- Transformación de plásticos en continuo: extrusión, soplado de PET a alta cadencia
- Plantas con una carga estable del 70-100 % la mayor parte del tiempo
- Aplicaciones de alta presión, hasta 13 bar: en teoría, el ahorro de la refrigeración entre etapas aumenta con la relación de presión
- Plantas de alto consumo energético: la electricidad ya representa el 76 % del coste de un compresor a diez años en dos turnos, cinco días de cada siete (Departamento de Energía de EE. UU., 2000), y ese peso crece con las horas de funcionamiento
Sobrecoste inicial y ganancia anual
Un compresor de dos etapas cuesta más de compra que un tornillo estándar de potencia equivalente: el intercooler añade peso y volumen, y la mecánica es más compleja. El importe exacto figura en el presupuesto, ya que depende de la configuración.
Lo que se calcula sin presupuesto es la ganancia. En un 75 kW que funciona 8.000 horas al año a plena carga, es decir, del orden de 600.000 kilovatios hora absorbidos, una diferencia de potencia específica del 6 al 11 % representa unos 36.000 a 66.000 kilovatios hora ahorrados cada año. Multiplique por su precio del kWh: el orden de magnitud de la ganancia anual aparece de inmediato. El importe de la inversión, por su parte, figura en el presupuesto.
La etapa adicional hace ganar en cada hora en carga, no solo en funcionamiento continuo; la ganancia crece con las horas. Es la tecnología de referencia en las plantas de alto consumo energético.
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