El costo energético oculto de la aireación en plantas de tratamiento de aguas residuales, acuicultura y procesos industriales.
En muchas instalaciones industriales existe una práctica que merece ser revisada: utilizar aire comprimido proveniente de una red de 6, 7 u 8 bar para alimentar procesos que requieren presiones considerablemente menores.
Es una solución aparentemente práctica. La planta ya dispone de compresores, tuberías y una red de distribución. Basta con instalar una derivación, regular la presión y suministrar el aire al proceso.
Sin embargo, esta decisión puede representar un consumo energético innecesariamente elevado, especialmente cuando se trata de aplicaciones continuas que demandan grandes volúmenes de aire.
El problema no es utilizar aire comprimido. El problema es consumir energía para alcanzar una presión que el proceso no necesita.
1. Aireación: una aplicación de caudal antes que de alta presión
En una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR), el aire se utiliza principalmente para suministrar oxígeno a los microorganismos responsables de la degradación de la materia orgánica.
En instalaciones acuícolas, el aire puede emplearse para oxigenación, circulación y otras funciones relacionadas con la calidad del agua.
También existen aplicaciones industriales de burbujeo, agitación, homogeneización y mezcla mediante inyección de aire.
Aunque sus objetivos son diferentes, estas aplicaciones comparten una característica: frecuentemente requieren caudales importantes de aire a presiones relativamente bajas.
La presión necesaria depende principalmente de la profundidad a la que se introduce el aire y de la resistencia que debe vencer para llegar hasta el punto de descarga.
Por eso, antes de conectar estos procesos a una red de aire comprimido, conviene responder una pregunta fundamental:
¿Qué presión necesita realmente la aplicación?
2. La profundidad del agua determina gran parte de la presión necesaria
La presión hidrostática aumenta aproximadamente 0.1 bar por cada metro de profundidad en agua de densidad cercana a 1,000 kg/m³.
Por ejemplo, si los difusores de un tanque de aireación están instalados a cuatro metros bajo la superficie, necesitan vencer aproximadamente 0.4 bar de presión hidrostática.
A este valor deben añadirse las pérdidas de presión en difusores, tuberías, válvulas y accesorios.
En determinadas instalaciones, una presión de descarga cercana a 0.5 barg puede ser suficiente para cumplir con los requerimientos del proceso.
Esto significa que una aplicación que necesita 0.5 barg podría estar siendo alimentada por un sistema que produce aire a 7 barg.
La diferencia no es menor: el compresor consume energía para elevar la presión y, posteriormente, una válvula reguladora reduce esa presión antes de utilizar el aire.
La regulación permite adaptar la presión al proceso, pero no recupera la energía invertida en la compresión adicional.
3. ¿Cuánto puede costar esta diferencia? Un ejemplo con un compresor de 200 kW
Consideremos una instalación industrial con las siguientes condiciones:
- Un compresor que entrega aire a 7 barg.
- Potencia eléctrica promedio consumida: 200 kW.
- Caudal de aire libre: aproximadamente 1,900 m³/h.
- Aplicación: aireación de un tanque mediante difusores.
- Presión realmente requerida: 0.5 barg.
- Operación: 8,000 horas anuales.
- Tarifa eléctrica referencial: US$0.12/kWh.
El consumo energético anual del compresor sería:
200 kW × 8,000 horas = 1,600,000 kWh/año
Y su costo:
1,600,000 kWh × US$0.12 = US$192,000 anuales
Ahora supongamos que, después de evaluar el caudal y la presión requeridos, se selecciona un soplador de baja presión capaz de entregar el mismo caudal de aire al proceso, con un consumo eléctrico de 45 kW.
La comparación sería:
Ahorro potencial ilustrativo: US$148,800 anuales.
Esto representa una reducción del 77.5% en el consumo eléctrico de los equipos comparados.
Es importante precisar que se trata de un escenario ilustrativo. Los 45 kW no corresponden a una selección comercial confirmada para las condiciones indicadas. La potencia real deberá determinarse a partir del caudal requerido, las condiciones de succión, la presión diferencial y las curvas de rendimiento de los equipos.
Asimismo, el ahorro solo sería alcanzable en la proporción en que los 200 kW de consumo del compresor sean realmente atribuibles al aire que puede sustituirse. Si el compresor también alimenta otras aplicaciones de la planta, el cálculo debe ajustarse.
Aun con estas consideraciones, el ejemplo permite visualizar la magnitud económica que puede tener una selección inadecuada.
4. ¿Dónde pueden encontrarse estas oportunidades?
Las aplicaciones que conviene revisar incluyen:
Plantas de tratamiento de aguas residuales: aireación biológica, suministro de aire a difusores y determinados procesos de mezcla.
Acuicultura: sistemas de aireación de estanques, tanques de cultivo y aplicaciones de circulación mediante aire.
Industria alimentaria y de bebidas: aireación, mezcla y determinadas operaciones de tratamiento de efluentes.
Industria papelera: sistemas de tratamiento de aguas y procesos auxiliares que utilizan burbujeo.
Industria química: agitación, mezcla y determinadas aplicaciones de inyección de aire en líquidos, siempre que las condiciones del proceso permitan utilizar aire a baja presión.
En todos estos casos debe evaluarse la aplicación individualmente. No basta con observar que existen burbujas para concluir que un soplador es la alternativa.
