Monitorizar Para Ahorrar Energía (y dinero)

Medir para ahorrar energía

Monitorizar para ahorrar energía y dinero (geralt, pixabay)

Si estás leyendo este artículo es posible que te interese cómo ahorrar energía y cómo ver ese ahorro en directo.

También es normal que muchas veces te preguntes por qué la factura de este mes ha sido tan alta.

Observas que pagas mucha más potencia de la que tienes contratada (penalizaciones) y no sabes cómo resolver el problema. En muchos casos se puede resolver sin necesidad de subir la potencia contratada.

Es normal que muchos proveedores te indiquen que te vas a ahorrar energía si haces una determinada inversión. Como es lógico, deseas comprobar que has ahorrado lo que te han dicho.

Todos estos problemas y otros muchos dejan de serlo, si instalas un sistema de monitorización en tu empresa. Nos referiremos en este artículo a la monitorización eléctrica. En posteriores artículos hablaremos de monitorizar consumos de gas, agua y fluidos térmicos.

La eficiencia energética

La eficiencia energética está de moda, aunque es algo que ha estado presente desde hace tiempo. Ahora ha llegado para no irse.

En febrero se publicó el RD56/2016 en el que, entre otras cosas, se hacía obligatoria una auditoría energética para empresas que cumplieran ciertos requisitos.

La mayor parte de las empresas están exentas de realizar estas auditorías. El objetivo de estas auditorías no es generar un nuevo negocio para las ingenierías sino el ahorro energético.

Para conocer la rentabilidad de las medidas de ahorro es imprescindible medir. En concreto, hay que medir la energía que consume la empresa y determinadas variables que pueden afectar a ese consumo.

Medir es imprescindible para ahorrar energía

¿En qué consiste la monitorización?

Es la adquisición de datos para su posterior tratamiento y aprovechamiento. Monitorizar un proceso implica necesariamente la recolección de datos para su análisis gráfico o matemático. El análisis de los datos y gráficas es imprescindible para que la monitorización sea útil.

La monitorización en el campo de la eficiencia energética implica la representación gráfica de variables energéticas, el almacenamiento de los datos y su posterior análisis.

Algunas definiciones.

Submetering. Monitorización de energía eléctrica con varios equipos de medida situados en lugares relevantes de consumo energético de la empresa. Es decir, aguas abajo del contador o medición de cabecera.

Datos cuarto-horarios. Los contadores de la luz “integran” la energía cada 15 minutos, esto quiere decir que calculan el promedio del consumo durante ese período de tiempo. A partir de este dato se obtiene la potencia del maxímetro.

Datalogger. Equipo electrónico que permite el almacenamiento y, en su caso, la transmisión de datos.

Concentradores (gateway). Equipo electrónico en el que se “concentran” los datos y variables de distintos puntos de medida y desde el cual se envían a la nube (Internet).

Módem. Dispositivo de comunicación de un ordenador/concentrador/medidor con Internet. Requiere una tarjeta SIM y un número de teléfono de una operadora.

Protocolos de comunicación. El lenguaje en el cual se transfieren datos entre dispositivos (el estándar en la industria es MODBUS).

Nube (cloud computing). Término que se refiere al almacenamiento y procesado de datos en Internet.

Componentes de un sistema de monitorización

Todo sistema de monitorización debe contar al menos con los siguientes elementos:

Equipo de medición, analizadores de redes con equipamiento necesario (transformadores de intensidad y accesorios) o el contador fiscal.

Sistema de recogida y almacenamiento de datos (los propios analizadores, el contador, datalogger, concentradores)

Sistema de análisis y visualización de datos (el software de gestión y análisis). Los medidores instalados llevan a menudo pantallas (displays) de visualización, pero nos interesa poder ver los datos cómodamente desde nuestro ordenador, disponer de ellos cuando tengamos que comprobar algo e, idealmente, configurar alarmas que nos avisen de excesos de potencia o de funcionamiento inadecuado de equipos. Para ello se utiliza software de visualización de datos.

Aparte de estos tres componentes, se puede proporcionar una mayor utilidad a nuestro sistema de monitorización si le añadimos control automático. Este último apartado es importante puesto que en muchas de las ayudas (subvenciones, financiación) obligan a establecer sistemas de control. El sistema deja de ser un recopilador de datos pasivo. Puede actuar de forma automática para permitir ahorrar energía y dinero.

ahorrar energía

Componentes sistema monitorización (esquema)

Monitorización eléctrica.

Objetivos:

Tener controlados los costes de la energía:

– Evitar penalizaciones por energía reactiva

– Evitar penalizaciones por exceso de potencia consumida

– Establecer los valores óptimos de las potencias contratadas

– Corregir consumos incontrolados, como los que se ven en la gráfica siguiente:

ahorrar energía

Consumos inesperados en fin de semana

Tener controlado el consumo total de energía de la empresa:

– Consumos de energía eléctrica de la empresa

– Potencia total demandada de la empresa

– Potencia de equipos de elevado consumo

– Distribución de consumos de energía eléctrica

Con estos objetivos en mente debemos estudiar las posibilidades existentes.

Monitorización eléctrica sin conexión a la nube

Hoy en día resulta natural el almacenamiento de datos en Internet. Las condiciones de seguridad son lo suficientemente elevadas como para hacerlo.

Sin embargo, determinados clientes industriales no desean exponer sus datos a servidores externos, como mucho pretender disponer de ellos en una red interna de la empresa.

Las opciones en la nube no se consideran en estos casos por lo que si se pretende monitorizar los consumos de la empresa se debe hacer mediante el uso de software instalado en los equipos de la empresa.

1.1. Contador fiscal

El nivel más simple de monitorización es la factura que recibimos cada mes por nuestros consumos eléctricos. Sus limitaciones son evidentes, la más clara es que no se puede remediar lo que ha pasado.

El contador de la compañía eléctrica tiene muchos más datos de los que aparecen en una factura. En cierto modo esta es un desperdicio de información. Estos datos se pueden solicitar a la compañía distribuidora, también se pueden bajar con un ordenador y el software adecuado. Hay dos posibles casos:

a) contador fiscal con telemedida.
En este caso la compañía distribuidora adquiere los datos de facturación de manera telemática, hace una llamada al módem y descarga los datos. Se puede solicitar a la compañía la opción de bajarse los datos mediante una llamada al módem, con lo que se obtienen los mismos datos de facturación que tiene la compañía

b) contador fiscal sin telemedida
Se piden los datos de la curva de demanda de la fábrica a la compañía suministradora. Esta puede proporcionar los datos de consumos cuartohorarios de la fábrica. A veces los datos tardan en recibirse.

Estos ficheros contienen información valiosa de consumos pero solo permiten conocer a posteriori el perfil de consumo de la empresa.

En conclusión, es muy difícil tomar medidas de corrección ante un posible problema relativo a consumos porque ya se ha producido (por ejemplo, dejarse algo encendido, penalización por excesos de potencia, reactiva, etc.)

Para poder monitorizar los consumos de la empresa será preciso recurrir a analizadores de redes.

Ahorrar energía

Solo contador fiscal

1.2. Un analizador de red en cabecera de fábrica

En la mayor parte de las PYME’s se recomienda siempre instalar un analizador de redes después del contador de la compañía suministradora y lo más próximo posible a él.

En ocasiones esto no es posible porque los contadores están midiendo en alta tensión y el analizador de redes debe ponerse después del transformador. El analizador medirá menos que el contador de la compañía porque no tiene en cuenta las pérdidas en el transformador.

No obstante, este analizador proporciona más datos que el contador fiscal.

Características del analizador (válidas para el resto de opciones mostradas):

– Situado en cabecera interesa que proporcione los parámetros fundamentales:

Tensiones e intensidades de las 3 fases

Potencias activas y reactivas de las 3 fases

Factor de potencia

Consumo de energía

Potencias máximas demandadas

– Protocolo de comunicación estándar para transmitir los datos al ordenador

– Capacidad de almacenamiento de datos

– Software específico del analizador:

Visualización de variables (tensión, potencia, etc.)

Opción de almacenar datos en formato csv (o similar) para análisis posterior

Posibilidad de simulación y comprobación de facturas

Registro de datos de lecturas cuarto-horarias que permiten comparar el consumo con el de la compañía eléctrica, así como obtener los datos de potencia de maxímetro

– Debe seleccionarse de manera que la incorporación de otro medidor (sea eléctrico, de gas, agua) no requiera modificar toda la arquitectura del sistema o directamente tener que cambiarlo.

Coste

El suministro, instalación y puesta a punto del analizador y el software, así como la formación asociada está entre 1.200 y 1.500 euros en función del modelo. Suele venir incluido el software a excepción de actualizaciones.

ahorrar energía

Analizador de redes en cabecera

El interfaz es necesario para comunicar los datos al ordenador, muchas veces es posible la conexión directa del analizador a través del puerto serie o de una salida de red ETHERNET,  en función de las distancias y de la disponibilidad de red informática.

1.3. Un analizador en cabecera de fábrica con submetering

En empresas en las que el consumo de energía eléctrica es considerable es interesante en la mayoría de los casos instalar más de un analizador de redes (submetering) en líneas de producción, sistemas de compresión de aire, equipos de elevada potencia y funcionamiento continuo, etc.

En este caso, la instalación debe hacerse modular de tal forma que la ampliación no ofrezca complicaciones. Los equipos deben utilizar protocolos de comunicación estándar. Todos los analizadores se cablean hacia un concentrador y este almacena y a la vez envía los datos a un ordenador. Este, con el software apropiado, permite la representación de variables y el análisis de los datos.

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Analizador de redes con submetering

Coste

Al coste del analizador de cabecera hay que añadir los analizadores para submetering, que suelen ser de menos prestaciones (los transformadores de intensidad, por ejemplo, serán menos voluminosos) y por lo tanto más baratos. Hay que sumar el cableado de todos los analizadores, el coste del concentrador y la puesta a punto del sistema.

Aunque cada caso hay que estudiarlo por separado, un sistema de 1 analizador de cabecera y 3 analizadores de submetering costará, con su concentrador a partir de 4.000 €.

2 Monitorización eléctrica “en la nube”

2.1. Contador fiscal

Cuando existe telemedida, se puede pedir a la Compañía distribuidora el acceso al módem, tomar los datos y enviarlos a una plataforma de gestión en Internet. El cliente se puede conectar en cualquier momento al sistema.

El contador y el módem pueden ser del cliente. Hay empresas que suministran el contador fiscal (homologado), el módem y la gestión de datos en Internet por un importe mensual inferior al que se paga de alquiler en la factura. Al cabo de pocos años (3-5) el contador pasa a ser propiedad del cliente (y no pagará cuota de alquiler).

Otra opción es mantener el contador de la compañía e instalar un módem que permita la obtención de datos del contador cada cierto tiempo.

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Contador fiscal con monitorización en la nube

El coste de esta solución implica el instalar un módem para el contador fiscal (si no existe), además es preciso pagar por el uso del software una cantidad mensual que no es elevada. Al software que se paga por su uso se lo denomina Saas, software as a service. Es una forma de pago muy extendida en la actualidad para todo tipo de software (por ejemplo Microsoft Office se puede pagar así). Será necesario también pagar el coste mensual de la tarjeta SIM para la transferencia de datos, si no puede usarse la red de Internet del cliente.

El coste hay que estudiarlo en cada caso y es función de si se compra el contador y el módem, solo el módem, si se va a pagar a 3 o 5 años, etc.

Una tarjeta SIM puede costar en función del volumen de datos desde 7€/mes y la cuota de software, en torno a 12 €/mes.

2.2. Un solo analizador en cabecera

En este caso se instala un analizador dotado de un módem que permita enviar los datos a Internet. En la nube hay un software de gestión al cual el cliente puede acceder en cualquier momento y lugar.

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Analizador en cabecera y software de gestión en la nube

Al coste de la instalación de los equipos debe sumarse el del software en la nube, mediante una cuota mensual y el de la tarjeta de datos del módem. Esta tarjeta puede evitarse si es posible la conexión a la red del cliente.

2.3. Un analizador en cabecera con submetering

Cuando se utilizan varios analizadores de redes, hay que añadir un concentrador que recibe los datos de todos los equipos y los envía a Internet.

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Submetering y software de gestión en la nube

Al coste de un sistema de submetering sin conexión a Internet hay que sumar el de la tarjeta de comunicaciones (si es necesaria) y el coste del software, que se incrementará en función del número de puntos de medida.

¿Cómo elegir un sistema de monitorización?

En el siguiente diagrama se observa un resumen de las opciones que se han ido presentando.

ahorrar energía

Selección de un sistema de monitorización

Para proyectar un sistema de monitorización hay que considerar:

1 Monitorización en PC o a través de Internet

2 Necesidad de submetering (varios equipos de medición)

3 Otros sensores (temperatura, humedad, viscosidad, etc.)

4 Modelos y marcas de analizadores y sistema de comunicación

5 Selección de la plataforma de software

El punto de partida es el consumo energético total de la empresa. A partir de este consumo, se deben identificar los equipos, sistemas, líneas o procesos que más energía consumen.

En función de estos datos, lo primero que se decide es si resulta interesante plantear una solución de submetering. Por ejemplo, en un hotel interesa instalar un analizador de cabecera (puede usarse el de compañía con módem) y una analizador para cada uno de los sistemas más importantes: iluminación, climatización, otros consumos y un contador de gas (si existe caldera de gas), además de sondas de temperatura y humedad.

Debe ajustarse el sistema para que la inversión sea justificada. Una medida del límite sería un 10% del coste total de energía. Aunque parezca arbitraria, se basa en el ahorro que puede derivarse de la instalación de un sistema de monitorización (la inversión se recuperaría en un año). Si la visión es a varios años, la monitorización energética de una empresa no debería ofrecer ninguna duda.

Como se ha indicado, para obtener el máximo rendimiento de la monitorización, es imprescindible el análisis de los datos mediante un sistema de gestión energética.

Por otra parte, aunque no forma parte de la monitorización en sí, adaptar el sistema de manera que permita un control de cargas es una buena medida de ahorro. Por ejemplo, que el sistema a partir de cierta hora y mediante un sensor de presencia, apague las luces automáticamente o los sistemas de climatización. En este caso, los analizadores que se instalen deberían tener una o más salidas de control para poder enviar señales de control a PLC o contactores.

Los analizadores siempre deberían contar con protocolos de comunicación estándar que convertirán el sistema en modular, de manera que una ampliación del sistema no acarree gastos innecesarios.

Ventajas de la monitorización

Al describir las ventajas de estos sistemas, se va a tener en cuenta que asociada a la monitorizazión haya un análisis de los datos para poder dotar de verdadera utilidad al sistema. Ventajas:

1 Se conocerá el nivel de consumo mínimo de la empresa. Es una de las fuentes de ahorro más importantes.

2 Se detectan inmediatamente consumos inadecuados cuando la empresa está cerrada o por la noche.

3 Se pueden observar los picos en el consumo de potencia y corregirlos.

4 Se pueden optimizar las potencias contratadas.

5 Las salidas de relés de los analizadores permiten operar sobre contactores para deslastre (desconexión) temporal de cargas.

6 Los incrementos relativos del consumo, si no hay variaciones de producción u otras variables, permiten identificar problemas en los equipos.

7 Muchos sistemas de monitorización permiten la comparación de ofertas eléctricas, por lo que puede seleccionarse la más económica.

8 Se pueden ajustar los horarios de funcionamiento a las tarifas más baratas (si es posible).

9 Asignación de costes de energía por sistemas: se puede imputar a cada producto o fase del proceso de producción un coste. Esto permite identificar las áreas, procesos o equipos que más encarecen el coste energético de producción.

10 Permite detectar el incorrecto funcionamiento de baterías de condensadores.

11 Detección de desequilibrios de fases, que incrementan el consumo eléctrico

12 Pueden programarse alertas para avisar a los responsables sobre funcionamiento incorrecto

13 Puede servir de herramienta de predicción de consumo energético y conocer el punto óptimo de consumo energético de una fábrica

14 Es imprescindible si se desea implantar la norma ISO50001 (grandes empresas y PYME’s que deseen implantar un sistema de gestión energética)

15 Imprescindible en contratos con ESE, en los cuales se factura por ahorros conseguidos

16 Permite valorar los ahorros conseguidos por una determinada mejora y comprobar el retorno de la inversión

17 Permite detectar conexiones eléctricas irregulares

Conclusiones

En el artículo se ha querido mostrar, de manera muy esquemática, las opciones que tiene una empresa para la monitorización de energía eléctrica. Después habrá que tener en cuenta los equipos, protocolos de comunicación, si en la empresa existían ya equipos de medida y qué protocolo tienen disponible, etc.

Se realiza un estudio adaptado a cada caso.

La monitorización unida a un sistema básico de gestión y estudio de los datos obtenidos permite ahorrar energía.

El sistema de monitorización debe adaptarse a las necesidades de cada empresa.

La tecnología hace que los procesos de conexión de los equipos sean sencillos y no planteen problemas.

La implantación de estos sistemas no supone un fuerte desembolso y en todo caso es una inversión para el ahorro energético a lo largo de los años.

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