MEJORES PRÁCTICAS PARA EL AHORRO DE ENERGÍA EN LA INDUSTRIA Con la Eficiencia Energética no solo se logra un mejor flujo de Caja, también se ayuda al Medio Ambiente. Jorge E. Balaguera I.E.

del NORTE de SANTANDER S.A. E.S.P. RESEARCH & SERVICES Ltda. PRESENTADO por: CENTRALES ELÉCTRICAS del NORTE de SANTANDER S.A. E.S.P. RESEARCH & SERVICES Ltda. Consultor Industrial

El consumo energético mundial es de ANTECEDENTES El consumo energético mundial es de 82.000.000 barriles de petróleo 2.000.000.000 pies cúbicos de gas 12.000.000 Toneladas de Carbón cada 24 horas. Para los próximos 20 años el consumo de energía se incrementará en un 40%, estima la Agencia Internacional de Energía-AIE, Esto nos obliga a tomar “medidas especiales” para estimular el Uso Eficiente de las Energías.

ANTECEDENTES Con base en esta situación en Colombia se tienen entre otras las siguientes acciones: Resolución 18-0919 de Jun-2010 Al 2015 el país debe hacer un ahorro energético del 14,8% a la fecha. 8,66% sector Residencial 3,43% sector industrial 2,66% sector comercial, público y otros. Adicional se ha adoptado la ISO50001 como guía para un Sistema de Gestión Integral de Energía.

CONTENIDO Introducción: Conceptos generales Primera parte: Gestión administrativa para un manejo eficiente de la energía. Segunda parte: Gestión operativa para un manejo eficiente de la energía.

Introducción : Conceptos Generales.

El ahorro de energía debe ser un proceso continuo que implica: MEDICIÓN de insumos y productos. EVALUACIÓN y valoración de las condiciones actuales. IMPLEMENTACIÓN de ideas propuestas ANÁLISIS  de nuevos resultados, comparados contra las condiciones iniciales (mejoramiento)

Este proceso implica: DECISIONES ADMINISTRATIVAS por las implicaciones en el proceso. EQUIPO DE TRABAJO, debe involucrar los diferentes niveles de la empresa. EVALUACIÓN de metas, inversiones y ahorros a lograr. DEFINICIÓN de prioridades. IMPLEMENTACIÓN de actividades, tiempo, recursos y personal.

El proceso de E.E. tiene dos elementos fundamentales: INDICADORES ENERGÉTICOS como la herramienta de carácter gerencial que permite el seguimiento y control a los resultados del proceso de mejora. CARACTERIZACIÓN ENERGÉTICA es la medición ejecutada sobre los equipos para saber cuanta energía se consume y cuál es el grado de eficiencia en ese consumo.

Indicadores de consumo energético El indicador de consumo permite medir el costo energético de la producción Los indicadores energéticos más usuales son: CONSUMO FIJO, es aquel que no está dependiendo de la producción. CONSUMO VARIABLE, es aquel que si depende de la producción.

CONSUMO ESPECÍFICO, es la relación entre el consumo de un insumo energético contra la producción que éste origina El consumo específico se puede aplicar a cada sección productiva de la empresa, de tal forma que se realice un mejor análisis a cada situación. Se debe detallar el seguimiento a los procesos o equipos que tienen una Mayor intensidad energética.

CONSUMO ESPECIFICO C E CONSUMO ENERGETICO UNIDAD DE PRODUCCION C E mínima Producción Producción Optima

Indicadores de consumo energético INDICADOR DE CONTROL debe ser medible fácilmente y representar una relación directa y dependiente entre dos parámetros. INDICE DE CONSUMO permite una relación exacta entre unidades de energía y unidades de producción. INDICE DE GASTO ENERGETICO relación entre el costo del consumo de energía contra el total de gastos de la empresa.

HERRAMIENTAS 1. DIAGRAMA DE DISPERSIÓN: Presenta relación entre dos variables Precisa si el indicador es válido o no. Permite generar nuevos indicadores. Identifica la influencia de los factores sobre los consumos energéticos. 2. GRÁFICO DE CONTROL: Permite evaluar la estabilidad de un proceso, tiene limites superior e inferior.

3. GRÁFICO ENERGÍA / PRODUCCIÓN Permite establecer una relación entre el consumo de energía y la producción; de igual forma debe permitir la identificación de aquella energía NO asociada a la producción, debe permitir separar la energía consumida por producción.

Gráfico consumo / Producción, permite analizar un comportamiento.

Gráfico consumo / Producción, permite analizar un comportamiento. 519 Kw/T 753 Kw/T 602 Kw/T 658 Kw/T 533 Kw/T

Gestión administrativa para un manejo eficiente de la energía. Primera Parte : Gestión administrativa para un manejo eficiente de la energía.

No muchas veces en el manejo de los diferentes eventos productivos se realiza Gestión de la Energía consumida, esto debido a que no es costumbre en nuestro medio. Pero al realizar este tipo de Gestión, se logra tener plena consciencia de la magnitud del consumo y de la forma como se utiliza esta energía.

Esta nueva visión lleva a relacionar un consumo energético con una producción lograda. “La energía es un elemento fundamental para las operaciones de una empresa y puede representar un costo muy importante para las mismas, independientemente de su actividad. Se puede tener una idea, al considerar el uso de la energía dentro de la cadena de suministro de una empresa, desde las materias primas hasta el reciclaje.” (ISO 50001)

La optimización en el uso de los recursos ENERGÉTICOS involucra el consumo de insumos, su demanda, su disponibilidad y la adaptabilidad de los mismos. Para llevar a cabo un programa de EFICIENCIA, se debe entender que este es continuo, que se debe medir permanentemente y que implica un ciclo de mejoramiento.

La energía más económica es la que no se consume, para ello se define el esquema de Eficiencia Energética de una empresa en cuatro (4) factores.

Es importante tener identificadas las condiciones actuales o iniciales y la “causa raíz” que permitirá obtener ahorros en el uso de los diferentes energéticos. Es igualmente importante poder definir unos “indicadores” de fácil medición para poder cuantificar los diferentes logros.

Las diferentes acciones para la optimización en el consumo de la energía no deben afectar el proceso productivo y las mismas se deben proyectar consecuentemente: Cambio de cultura en el personal Uso de fuentes naturales. Uso de nuevas tecnologías. Cambio en los procesos. Uso de tecnología fuerte.

El proceso de mejora para lograr “ahorro de energía” debe identificar: Las nuevas condiciones operativas a las cuales se quiere llegar. El tiempo en el cual se quiere lograr resultados. Evaluar los ahorros a lograr. Estimar las inversiones Estimar el tiempo de recuperación.

El proceso inicial implica el uso de una base de datos de por lo menos 24 meses de información de cada día, donde se encuentre producción y el consumo de los diferentes energéticos relacionados. El manejo estadístico de esta información permite identificar la Gestión Energética en el sistema productivo.

Esta información genera un gráfico de Energía (E) v/s Producción (P). En el eje Y se ubica la Energía y en el eje X se ubica la Producción. Utilizando el método de los mínimos cuadrados se puede determinar el coeficiente de correlación entre las dos variables.

E = Consumo de energía del periodo. E = mP + Eo Donde, E = Consumo de energía del periodo. P = Producción asociada al periodo. m = Pendiente de la recta. Eo = Intercepto de la recta con eje Y Esto significa la energía NO asociada con la producción. mP = Energía SI relacionada con la producción.

1 2 4 3

Información inicial sin filtrar Kw-h-día Ton

Primer filtro, estudia y elimina CEROS

Se definen límites en el proceso

Se define Línea Base de Energía

¿Qué es la línea base? Es un indicador que determina el consumo energético actual. Es el referente contra el cual se harán las comparaciones de las mediciones futuras. Es una variable que determina el consumo específico de energía de la instalación evaluada. Se puede definir una Línea base por proceso o producto.

Análisis de las situaciones Inicial  y = 2,8046x (Kw/h/d) Final  y = 1,5606x + 2163,7 (Kw/h/d) Esto proyecta un beneficio económico 2,8046 – 1,5606 = 1,244 Kw/Ton Disminución de costos > $395,93/Ton

La UPME define en 2010 la “Línea Base” en proyectos MDL con 0,2917 Kg de CO2 / kWh generado. Por esta razón para esta empresa, se tiene que puede disminuir su nivel de contaminación en 1,244 Kw/Ton * 0,2917 Kg/Kw = 0,3629 Kg de CO2/Ton

En el análisis estadístico se acepta una desviación, la cual se conoce como “Desviación de Consumo-DC”. Esta DC, determina la variación del consumo energético planificado respecto al consumo real y sus causas, considerado en el mismo período productivo.

DC = Cp – Cr = ICp ( Pp – Pr) + Pr ( ICp – ICr ) Donde: Cp = consumo planificado Cr = consumo real ICp , Icr = Índice de consumo planificado y real Pp , Pr = Producción planificada y real ICp(Pp–Pr) = Define la variación por cambios en la producción. Pr(Icp–Icr) = Define la variación por cambios en la eficiencia.

MANTENIMIENTO CENTRADO EN LA EFICIENCIA ENERGÉTICA Un correcto y eficiente mantenimiento debe  mantener el  consumo de energía dentro de un límite “razonable” hasta que termine la vida útil de los equipos. Un reemplazo oportuno de un equipo por uno nuevo, más eficiente en el diseño energético, ayuda a optimizar el consumo de energía permitiendo al sistema sostener su estándar de Eficiencia Energética.

Existen cinco dimensiones para elaborar un correcto Programa de Mantenimiento dirigido a la Eficiencia Energética. (OMETA)   1.  OPERATION Operación.  2.  MAINTENANCE Mantenimiento.  3.  ENGINEERING Ingeniería.  4.  TRAINING Entrenamiento.  5.  ADMINISTRATION Administración.

OBJETIVOS DEL MANTENIMIENTO CENTRADO EN LA EFICIENCIA ENERGÉTICA - EECM Reducción de costos energéticos. Aumento de la confiabilidad energética. Predicción de fallas funcionales simples. Minimización de costos de mantenimiento. Minimización de emisiones de GEI Mejora del control y conocimiento de los procesos y equipos.

Gestión operativa para un manejo eficiente de la energía. Segunda Parte: Gestión operativa para un manejo eficiente de la energía.

Se analizarán desde la óptica de E. E Se analizarán desde la óptica de E.E. Los sistemas más incidentes en los procesos industriales: Sistema Eléctricos. Sistemas mecánicos. Sistemas térmicos. Sistemas de aire comprimido. Sistemas de refrigeración. Sistemas de ventilación. sistemas de iluminación.

SISTEMAS ELÉCTRICOS: Para poder identificar como eficiente un sistema eléctrico de potencia, se debe hacer seguimiento al comportamiento de los siguientes elementos: Cargabilidad en los transformadores. Coordinación de protecciones. Buen Sistema de Puesta a tierra. Balance del sistema de potencia. Control sobre la Regulación de voltajes en los diferentes alimentadores. Calidad del sistema de Potencia.

Cargabilidad en los transformadores.

COORDINACIÓN DE PROTECCIONES. Red de alimentación a media Tensión: 13.200 voltios. COORDINACIÓN DE PROTECCIONES. Medición en media Tensión a 13.200 voltios. PROTECCIONES. Transformador de 13200 voltios a 440 voltios. Carga en baja Tensión, a 440 voltios.

Buen Sistema de Puesta a tierra. La característica transitoria de una descarga atmosférica o falla a tierra, son fenómenos transitorios. El CHOQUE TÉRMICO (kt = dDT/dt), y el CHOQUE MECÁNICO (kv = dv/dt) son fenómenos ineludibles por la magnitud de la corriente que se presentan en una descarga en KA en tiempos cortos (microsegundos). El CHOQUE ELÉCTRICO (L.di/dt), obliga a la energía a cambiar su forma pasando de alta corriente-bajo voltaje a alto voltaje-baja corriente, ésto causa los siniestros. El terreno no tiene capacidad de dar balance natural a la energía potencial para convertirla en calor, dado su altísimo incremento de temperatura con respecto al tiempo (dT/dt).

Lo que NO debe ser Como SI debe ser

Balance del sistema de potencia. La norma americana IEEE 1159, recomienda un límite de 2% de desbalance entre líneas, su cálculo "aproximado" se logra de la siguiente forma: % de Desbalance = (Max _ Desviación (D1, D2, D3) / Promedio)*100% Promedio = (V1+V2+V3)/3 D1=Abs. (Promedio - V1) D2=Abs. (Promedio - V2) D3=Abs. (Promedio - V3) La asimetría de tensiones, se conoce como el desequilibrio de tensiones. Un sistema trifásico está equilibrado cuando lo constituye tres señales sinusoidales de igual amplitud y desfase de 120°.

Balance del sistema de potencia. Desbalance de voltaje, produce para sistemas polifásicos, dificultades en las corrientes. Las corrientes desbalanceadas origina pulsaciones del Par motor; vibraciones; pérdida de eficiencia; incremento de temperatura. Un desbalance de solo 3,5% puede incrementar las pérdidas en un 20% Desbalances superiores al 5% son ya problemas mayores según. Fuente NEMA MGI1-14.35

Regulación de voltajes en los diferentes alimentadores.

(Pot.medida.KW/0,746) / (Pot.nomin.HP/ŋ nominal) Factor de carga = Demanda media / D. Máxima = (Pot.medida.KW/0,746) / (Pot.nomin.HP/ŋ nominal) El Factor de Carga define la eficiencia operativa de un motor y el F de P de funcionamiento del mismo . Un motor con Fc. menor del 50% no es aconsejable utilizar. Motores de Alta Efic. son 20% más costosos pero 5% más eficientes y con buen Mtto, pueden durar 10 años.

Veamos un ejemplo de F.C. Un motor de 20 HP, tiene los siguientes datos de placa: Ŋ = 85% In = 54 amperios Vn = 220 voltios Potencia de la red =220*1,732*32,8*0,81 = 10,12 Kw. F.C. = (10,12/0,746) / (20/0,85) = 57,6%

CORRIENTE A PLENA CARGA Efectos de la variación del voltaje en Motores Eléctricos PARÁMETRO VOLTAJE + 10 % VOLTAJE - 10% TORQUE INCREMENTA 20 % DISMINUYE 2 % EFICIENCIA INCREMENTA 1 % FACTOR DE POTENCIA DISMINUYE 3 % INCREMENTA 2 % CORRIENTE DE ARRANQUE INCREMENTA 10 % DISMINUYE 10 % CORRIENTE A PLENA CARGA DISMINUYE 7 % TEMPERATURA DISMINUYE 4 % INCREMENTA 7 %

Calidad del sistema de Potencia. El caso de armónicas es originado por sistemas electrónicos de control que origina desperfectos en el sistema de energía

POTENCIA PARA ACCIONAMIENTO DE TRASLACIÓN Sistemas mecánicos. POTENCIA PARA ACCIONAMIENTO DE TRASLACIÓN P = (F x w x v) / (2 x 9,550 x  ) P = potencia en KW F = Peso total en N w = perdidas - 0,007 cojinetes de rodillo 0,020 cojinetes de fricción v = velocidad de traslación m / minuto  = rendimiento mecánico

Sistemas de Bombeo POTENCIA PARA UN BOMBA H = hd + hs + fd + fs +( V.V / 2.g ) hd = cabeza de descarga estática hs = cabeza de succión fd = perdidas por fricción en tuberías de descarga fs = perdidas por fricción en tuberías de succión V.V/2g = cabeza por velocidad del líquido POTENCIA PARA UN BOMBA P = Q x d x h /  P = potencia en KW Q = caudal en m3/sgd. d = peso específico N/m3 h = elevación del líquido en metros  = rendimiento mecánico

Sistemas térmicos.

Sistemas térmicos.

Sistemas térmicos. El ahorro de combustible obtenido con una buena regulación de la combustión puede aportar un 5 a 7 % de ahorro en consumo de combustible. Las pérdidas de calor sobre las paredes pueden aportar un ahorro del 1 al 2 % del combustible. Si la temperatura de los gases de chimenea supera los 230°C, puede ser por un deficiente intercambio de calor en el interior de la caldera.

A esta temperatura se le denomina temperatura de rocío. Sistemas térmicos. El límite por debajo del cual no es beneficioso enfriar los gases, está en los 170°C, ya que se puede originar corrosión en los conductos por la condensación de ácido sulfúrico. A esta temperatura se le denomina temperatura de rocío. Esta restricción no es aplicable en combustibles con bajo contenido en azufre, tales como gas natural o gases licuados del petróleo (GLP).

Sistemas de aire comprimido. MANTENIMIENTO AL SISTEMA CENTRADO EN LA EFICIENCIA PRODUCCIÓN CONSUMO MOTOR COMPRESOR CONSUMO CAPACIDAD ALMACENAMIENTO

Sistemas de aire comprimido. Cada 4º C de incremento de temperatura del aire aspirado se incrementa el consumo de energía en un 1% para el mismo caudal Cada 3º C de disminución en la temperatura del aire aspirado origina un beneficio de un 1 % para el mismo caudal El aire aspirado se debe tomar de un medio abierto no cerrado Reducir 1 psig en la presión de descarga a 60 HP representa disminuir 1 Kwh de consumo. Se considera pequeño un compresor de menos de 30 HP y grande a uno mayor a esta capacidad.

Sistemas de aire comprimido. Los puntos de fugas mas frecuentes son: Juntas de tuberías y mangueras conectores rápidos Herramientas neumáticas Evitar reducciones de alta relación en los diámetros de tuberías Las salidas de la línea principal deben ser siempre de arriba hacia abajo La velocidad en línea principal debe ser entre 6 y 10 m/s. y en las secundarias, máximo de 15 m/s., para mangueras se admite hasta 30 m/s.

Sistemas de refrigeración. MANTENIMIENTO Y EFICIENCIA EFICIENCIA EN LA FUENTE SEER / COP FUGAS FLUJO DE AIRE Y CONFORT

Objetivos de la Ventilación & Aire Acondicionado PROMOCION DE LA SALUD  Mejora del aire interno, eliminando toxinas, CO2 y sustancias nocivas PROMOCION DE CONFORT  Temperaturas promedio de 23°C y Humedad relativa de 60% Se puede hablar de: Mezcla, Cambio, Acondicionamiento de aire. Manejando creativamente estos conceptos se puede lograr ahorros significativos

Un sistema de Ventilación & Aire Acondicionado se puede hacer más eficiente si: Se tiene presente el concepto del servicio. Se combina y maneja eficientemente efectos de temperatura y velocidad de aire. Tipo de ductos. Se usa racionalmente el sistema. Eficiencia del equipo. Se tiene presente el concepto de conservación de la energía. Se utiliza estrategias lógicas de operación. Se efectúa un Mtto., Eficiencia del sistema.

Sistemas de ventilación. POTENCIA PARA UN VENTILADOR Aspectos de Eficiencia Tipo Axial Tipo Centrífugo POTENCIA PARA UN VENTILADOR P = (Q x p x 981) / (1,000 x  ) P = potencia en KW. Q = Caudal en mts.3 / sgdo. p = presión en mm c.d.a (columna de agua)  = rendimiento mecánico

Sistemas de iluminación. Una fuente Luminosa, consume una potencia eléctrica (vatios). Produce un flujo medido en lúmenes. Este flujo luminoso incide sobre una superficie originando un nivel de iluminación o Luminancia, medido en Luxes. Eficiencia de la Fuente se mide en: Lúmenes / vatios

Sistemas de iluminación. Una forma de medir la Eficiencia en el sistema de iluminación de da por la, Densidad de Potencia eléctrica de alumbrado (vatios/metro cuadrado)-DPEA AREA DPEA   CORREDOR 3,53 OFICINA 12,3 ESCALERAS 5,85 ESTUDIO 18,6 BODEGAS 5,6 BAÑO 4,1

REFLEXIONES ¿En su empresa SE CONOCE cuál es la línea base energética? ¿Cuál es la cantidad de energía NO asociada a la producción? ¿Cuál es la cantidad de energía SI dependiente de la producción? ¿Cuál es el potencial de ahorro en cada una de estas energías? ¿Cuál es el potencial de ahorro en los PROCESOS? ¿Cuál es el potencial de ahorro en los EQUIPOS?

REFLEXIONES ¿En su empresa SE CONOCE cuanto se puede ahorrar en la factura de energía? ¿Cuánto se puede ahorrar sin hacer inversión? ¿Cuánto se puede ahorrar con inversión recuperable a SEIS (6) meses? ¿Cuánto necesita invertir para lograr ahorros significativos y cuál su tiempo de recuperación? ¿Cuántos Kgr. de CO2 dejaría de emitir al realizar estas mejoras?

GRACIAS POR SU ATENCIÓN