Lección 3 Acciones de ahorro y optimización energética Mariano Alarcón García Bloque temático II Eficiencia energética Master en Ingeniería Química Curso 2007/08 Energías Renovables en Ingeniería Química

Acciones de ahorro y optimización energética2 Lección 3. Acciones de ahorro y optimización energética 1. Aislamiento de sistemas térmicos 1.Generalidades 2.Aislamiento de paredes 3.Aislamiento de conductos de fluidos térmicos 2.Acciones en el sistema de iluminación 3.Ahorro en motores eléctricos 4.Otras acciones de ahorro y optimización energética 5.La gestión de la demanda 1.Concepto 2.Gestión de la Demanda Eléctrica

Acciones de ahorro y optimización energética3 Bibliografía Ager Hortal, M. et al., El ahorro energético. Estudios de viabilidad económica. Ed. Díaz de Santos, Madrid, Bermúdez, Vicente et al., Tecnología Energética, Servicio de Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia, Valencia, Gestión energética en la industria. Ministerio de Industria y Energía, Madrid, 1983 Manual de eficiencia energética en la industria. CADEM, Ente Vasco de la Energía, Bilbao, 1984.

Acciones de ahorro y optimización energética4 3.1 Aislamiento de sistemas térmicos Generalidades Cualquier elemento a temperatura superior o inferior a la atmosférica intercambia calor con ella  pérdida de energía Las distintas normativas exigen su colocación en numerosos casos Es frecuente su mal dimensionamiento mala colocación deterioro por la utilización o el paso del tiempo. Por ello en una instalación dada es conveniente la comprobación de espesores, de acuerdo con los diámetros y temperaturas de los fluidos, la reparación de los puntos o tramos defectuosos, completar el aislamiento de toda la superficie. Las auditorías, inspecciones y análisis térmicos de una planta o equipo pueden detectar necesidades de aislamiento; p.e, un elevado calor cedido al entorno por convección y radiación en generadores térmicos indica un aislamiento deficiente.

Acciones de ahorro y optimización energética Generalidades (2) El ahorro energético en términos absolutos se valora como El ahorro energético puede traducirse en económico valorando la masa de combustible ahorrado. Existen catálogos y programas de software de casas comerciales de aislamiento que permiten determinar el ahorro y valorar económicamente el coste de éste. Ahorro = calor disipado actual - calor disipado tras acción correctora El Código Técnico de la Edificación obliga al cálculo de la envolvente térmica de un edificio mediante el programa LIDER, que mide la eficiencia energética por comparación con unos estándares.

Acciones de ahorro y optimización energética Aislamiento de paredes El ahorro térmico que proporciona un aislante de conductividad k y espesor e que se añade a una pared dada, de coeficiente global de transmisión de calor U 0 se puede determinar a partir del nuevo coeficiente U, que vale: El calor disipado por unidad de superficie tras la colocación del aislamiento para un gradiente térmico  t es El ahorro logrado (%), es

Acciones de ahorro y optimización energética Aislamiento de conductos de fluidos térmicos En el caso de una tubería el coef. global de transmisión de calor, U, es: donde r 1, r 2 y r 3 son los radios de las distintas superficies de tubo y aislamiento; k 1, y k 2 las conductividades de tubo y aislante y h 1, y h 2 los coeficientes convectivos interior y exterior en la tubería aislada. Las tuberías de líquidos suelen ser redondas y se aíslan mediante coquillas (diámetros normalizados). Debe vigilarse el aislamiento de toda la red de conductos, incluyendo la red de retorno de condensados, a menudo descuidada.

Acciones de ahorro y optimización energética8 El conjunto de la energía consumida en los sistemas de iluminación en exceso no suele ser despreciable, pese a estar formados por una multitud de pequeñas luminarias con un consumo unitario pequeño. Algunas acciones destacables en sistemas de iluminación son:  la utilización de lámparas de bajo consumo, como o tubos fluorescentes compactos, cuya eficiencia se sitúa entre lm/W, o los tubos fluorescentes de 16 mm, con eficiencias hasta los 104 lm/W o las lámparas de descarga de halogenuros metálicos: W o las lámparas de vapor de sodio a baja presión, con hasta 200 lm/W o las lámparas de inducción magnética, con eficiencias del orden de 104 lm/W o la iluminación por fibra óptica y diodos LED, para aplicaciones especiales  elementos de control para alumbrado, como reguladores de tensión (balastos) electrónicos, que ayudan a mejorar el factor de potencia -- control centralizado de la iluminación 3.2 Acciones en el sistema de iluminación

Acciones de ahorro y optimización energética9 3.2 Acciones en el sistema de iluminación (2) uso de detectores de presencia y/o relojes temporizadores aprovechamiento de la luz solar mediante sensores de luminosidad diseño de locales con la intensidad óptima y homogénea de iluminación (existe software de libre disposición) regulación de intensidad según la altura, etc. Existen en el mercado equipos que combinan diversas acciones, combinados con reflectores optimizados, y que obtienen ahorros de hasta el 80% en almacenes, grandes superficies, etc. Ahorro de energía en el sistema de iluminación La figura muestra el ahorro de energía en una instalación dotada inicialmente con 11 luminarias de halogenuros metálicos de 400 W, tras su sustitución por otras con reflectores de 94% de eficiencia y diversos controles (Powerboss Eluma), logrando una reducción de consumo del 79% (50% en consumo directo y 29 % por aprovechamiento de la luz diurna).

Acciones de ahorro y optimización energética Ahorro en motores eléctricos Variadores de velocidad Un variador de velocidad es un controlador especial que permite regular la velocidad de los motores eléctricos de corriente alterna para adaptar su régimen de giro, que habitualmente trabajan a velocidad constante, a requerimientos variables de carga, por ejemplo en bombas, compresores, etc. El caudal impulsado por una bomba depende de su velocidad de giro; si el motor opera a velocidad fija, produce un caudal constante y para regularlo se recurre a una válvula de control (pérdidas de energía por fricción)  es mucho más eficiente regular dicho flujo controlando la velocidad del motor.

Acciones de ahorro y optimización energética11 Control inteligente en motores eléctricos Según ciertas estimaciones, hasta el 50% de la energía consumida por los motores eléctricos se desaprovecha. El control inteligente adapta la cantidad de corriente demandada por el motor a las necesidades variables de carga. Muchos motores eléctricos de inducción (corriente alterna) trabajan por debajo de su carga nominal, dando como resultado altos índices de ineficiencia. Un motor trabajando con un grado de carga del 50% tiene pérdidas de potencia estimadas entre el 40% y el 80% del motor a plena carga. Los motores de inducción desarrollan en el arranque importantes aceleraciones con un par muy superior al necesario a la máxima carga y con una demanda energética entre 6 y 10 veces la necesaria en condiciones normales. Este estrés, se transfiere a las transmisiones mecánicas lo que incrementa el desgaste y los fallos.

Acciones de ahorro y optimización energética Otras acciones de ahorro y optimización energética Bajo coste: mantenimiento adecuado de la instalación. realización de ensayos y controles periódicos a calderas, fluidos térmicos, etc.  contabilidad y auditorías energéticas formación y sensibilización del personal traslado de consumos, tanto térmicos como eléctricos, a otros horarios para disminuir los consumos punta  permite un mejor rendimiento de la instalación por tener un funcionamiento más regular y trabajar los equipos a carga nominal vigilancia de consumos inútiles: apagado de equipos diversos tras la finalización de la jornada laboral, fugas, etc. Coste medio: sustitución de equipos obsoletos o con mal rendimiento revisión y redimensionamiento del sistema eléctrico (cuadros de operación, cableado, etc.), que en muchas ocasiones se va ampliando con la consiguiente sobrecarga de las redes interiores valorización energética de residuos, en caso de haberlos, con la inversión que supone el tratamiento e instalación adecuados, etc.

Acciones de ahorro y optimización energética La gestión de la demanda (1) Concepto Los precios de la energía no incorporan las externalidades y son demasiado bajos, con lo que no estimulan a los consumidores al ahorro. La “gestión de la demanda” consiste en la gestión de la demanda de energía para intentar obtener ahorros de energía mediante la promoción de hábitos de consumo y equipos más eficientes. Surge como estrategia ante las crecientes dificultades para adaptarse (“gestión de la oferta”) al consumo casi ilimitado de energía de las sociedades opulentas y los efectos perniciosos del mismo.

Acciones de ahorro y optimización energética Gestión de la Demanda Eléctrica (DSM) (1) Las compañías afrontan los problemas de nuevas infraestructuras para la producción de energía, impactos ambientales, rechazo de la sociedad, etc., y del sobredimensionamiento de la red y demás infraestructuras para dar respuesta a la demanda en las puntas. Tradicionalmente las empresas eléctricas han intentado aplanar la curva de demanda y mejorar el factor de carga En los últimos años, tanto empresas como administraciones se plantean el uso eficiente de la energía y su ahorro como un recurso más a tener en cuenta en la planificación energética. El concepto y la aplicación de DSM significa también la promoción de tecnologías eléctricas que conduzcan a una mejora en la eficiencia de la energía y a un aumento de la productividad.

Acciones de ahorro y optimización energética Gestión de la Demanda Eléctrica (DSM) (2) La DSM implica la promoción de tecnologías eléctricas que conduzcan a una mejora en la eficiencia de la energía y a un aumento de la productividad. campañas de información al cliente; tienen como finalidad orientarle sobre el ahorro de energía. correcta estructura de tarifas, que reflejen el coste real del suministro para cada consumidor. normas y disposiciones administrativas dirigidas fundamentalmente al etiquetado de electrodomésticos y a la certificación de edificios. minimización de los costes de suministro de las empresas eléctricas mediante el aplanamiento de la curva de carga; la empresa eléctrica calcula los costes de proporcionar un determinado suministro eléctrico en comparación con ofrecer incentivos a los clientes para mejorar la eficiencia energética a través de un tercero (compañía de servicios energéticos) responsable de garantizar los resultados incentivos financieros a cargo de las propias empresas eléctricas para promocionar inversiones en tecnologías energéticas más eficientes que reduzcan las necesidades de nuevas infraestructuras que representen un ahorro económico para el consumidor. esfuerzo en investigación de nuevas electrotecnologías eficientes y a introducirlas en el mercado (programa SAVE de la Comisión Europea).

Acciones de ahorro y optimización energética Gestión de la Demanda Eléctrica (DSM) (2) DSM significa también la promoción de tecnologías eléctricas que conduzcan a una mejora en la eficiencia de la energía y a un aumento de la productividad.  campañas de información al cliente; tienen como finalidad orientarle sobre el ahorro de energía.  correcta estructura de tarifas, que reflejen el coste real del suministro en cada categoría de consumidor. -normas y disposiciones administrativas dirigidas fundamentalmente al etiquetado de electrodomésticos y a la certificación de edificios. -esfuerzo en investigación de nuevas electrotecnologías eficientes y a introducirlas en el mercado (programa SAVE de la Comisión Europea). -minimizar los costes de suministro de las empresas eléctricas mediante el aplanamiento de la curva de carga; la empresa eléctrica calcula los costes de proporcionar un determinado suministro eléctrico en comparación con ofrecer incentivos a los clientes para mejorar la eficiencia energética a través de un tercero responsable de garantizar los resultados, que puede ser una compañía de servicios energéticos que intermedia entre la eléctrica y los clientes -incentivos financieros para promocionar inversiones en tecnologías energéticas más eficientes. Cuando el coste adicional de un equipo es menor que el coste de inversión en nueva potencia, la empresa eléctrica puede estar interesada en proporcionar incentivos financieros a sus clientes para la compra de nuevos equipos.

Acciones de ahorro y optimización energética17 Ejemplo El coeficiente global de una pared sin ningún aislante es 1,825 W/(m 2 K) y está sometida a un gradiente térmico de 20ºC. Si se le añade un aislante de conductividad 0,034 W/(mK), se desea determinar el ahorro energético que se obtiene en función del espesor. Solución: El ahorro en 0/1 es Con los resultados obtenidos para distintos espesores se construye la gráfica adjunta

Acciones de ahorro y optimización energética18 Ejemplo 2 Utilización de programa para la determinación de aislamientos ISOVER 1. Determinar el aislamiento requerido y el ahorro energético y económico anual conseguido con su instalación en una tubería inicialmente sin aislar de la que se conoce los siguientes datos: Fluido: agua caliente Diámetro exterior: 101,6 mm (4”) Longitud de la tubería: 100 m Temperatura interior: 80 ºC Temperatura exterior: 15ºC Caída de temperatura en la línea: 0,1ºC/m Caudal: 500 kg/h Tubería horizontal e interior Aislamiento: coquilla ISOVER Revestimiento: Aluminio brillante Pérdidas por accesorios y montaje: 10% Considerar el coste de las coquillas 3 €/m, un precio del gas natural de 0,02 €/kWh y 3000 h/año de funcionamiento de la instalación. Determinar el tiempo de retorno de la inversión.Con los resultados obtenidos para distintos espesores se construye la gráfica adjunta

Acciones de ahorro y optimización energética19 Ejemplo 3 Utilización de programa para la determinación de aislamientos ISOVER 2 2. Determinar el aislamiento requerido y el ahorro energético y económico anual conseguido con su instalación en una tubería inicialmente sin aislar de la que se conoce los siguientes datos: Fluido: vapor de agua Diámetro exterior: 152,4 mm (6”) Longitud de la tubería: 50 m Temperatura interior: 158,8 ºC Temperatura exterior: 20ºC Pérdidas de energía requerida: 50 W/m Caudal: 5000 kg/h Tubería horizontal e interior Aislamiento: coquilla ISOVER Revestimiento: Aluminio brillante Pérdidas por accesorios y montaje: 10% Considerar el coste de las coquillas 3€/m, un precio del gas natural de 0,02 €/kWh y 7000 h/año de funcionamiento de la instalación. Determinar el tiempo de retorno de la inversión.