Cómo Ahorrar Energía en la Industria (I)

Ahorro de energía en la industria

Ahorro de energía en la industria (nigdabike, pixabay)

Europa y el mundo caminan con paso decidido hacia una sociedad menos derrochadora de recursos y más respetuosa con el medio ambiente. Prueba de ello es la firma de la COP21 en Francia, que está en vías de ratificación por casi todos los países del mundo.

En pocos años hemos pasado de la preocupación por el agotamiento de los recursos energéticos al convencimiento de que esto ya no es un problema. Las energías renovables ya no son una quimera.

Por otra parte, al parecer en agosto hemos agotado todos los recursos disponibles en la Tierra correspondientes al año en curso. Es otro aviso para que vayamos haciendo mejor las cosas.

Una de las mejores formas de reducir nuestra demanda energética es la eficiencia, hacer lo mismo pero con menos consumo energético. Hace poco la ACEEE americana publicó el ranking de eficiencia energética en el mundo.

España estaba en el puesto 7 , bastante bueno, pero queda mucho por hacer. Se ha avanzado en el ahorro energético en la industria, pero todavía hay mucho margen para la mejora.

En esta serie de 5 entradas que comienza hoy, vamos a resumir un amplio conjunto de medidas de ahorro energético que pueden llevarse a cabo en las empresas.

No hablaremos de las mejoras de contratación y otras formas que implican un ahorro exclusivamente económico. Las Auditorías energéticas y los Sistemas de Gestión de Calidad (que incluimos en el listado) implican siempre ahorros energéticos y económicos.

Dejamos aparte también el desarrollo de medidas como las energías renovables y la cogeneración, aunque se mencionan como tecnologías eficientes. En cualquier estudio de eficiencia o auditoría energética, debe estudiarse la posibilidad de implantarlas.

Estas son las 5 entradas, que se irán publicando semanalmente:

Cómo ahorrar energía en la industria (29/08/2016)

– El ahorro energético en tecnologías horizontales (5/09/2016)

– Ahorro en climatización y refrigeración (12/09/2016)

– Ahorro de energía térmica (19/09/2016)

– El ahorro de energía en proceso (26/09/2016)

Medidas generales de ahorro

1 Reducción de consumos en stand-by

Reducción de consumos de stand-by, también llamados latentes. Esta es la medida inicial que debe tomarse en cualquier industria.

Un simple chequeo de la curva de carga (o de demanda) de la fábrica permite identificar de forma inmediata cuál es el consumo mínimo que se está produciendo:

Ahorro energético en la industria

Consumos de stand-by de una fábrica

Después de analizar la gráfica de consumo horario de energía, se observa de forma inmediata la potencia mínima consumida. Habrá equipos que no puedan pararse, pero es probable que se puedan eliminar consumos superfluos.

Las principales medidas que reducen los consumos mínimos debidos a descuidos o desconocimiento son:

Auditoría energética

Se deben monitorizar los consumos eléctricos de la empresa durante un período semanal. O, como mínimo, pedir a la compañía suministradora la curva de demanda. Después hay que investigar si el valor mínimo que aparece en la gráfica (como en la figura adjunta) se puede reducir.

Concienciación de operarios

Es una medida que no precisa inversión, solo saber motivar a los empleados.

Programación automática de desconexión de cargas

En este caso puede ser necesaria una inversión (por ejemplo, sensores de presencia). Generalmente todas las industrias suelen tener cuadros con PLC en los que añadir una señal de mando y control no es complejo ni costoso.

2 Formación. Medidas de concienciación

Hace unos meses, en una visita a una fábrica observamos que los trabajadores habían adaptado un pequeño horno para calentarse la comida.

El horno tenía 2 resistencias que consumían 3 kW de potencia eléctrica. Estaba encendido continuamente por la mañana, hubiera o no trabajadores en la cocina de la oficina. Esto suponía un gasto de electricidad de unos 3.000 kWh anuales.

Algo que parece evidente no lo es tanto cuando no nos afecta de forma directa. Si explicamos a los trabajadores lo que tendríamos que pagar en nuestra casa cada dos meses por los 3 kW encendidos, 4 horas al día (¡90 € de más!) es seguro que aumenta la concienciación.

Realizar jornadas que informen sobre la necesidad de apagar los equipos que no estén en funcionamiento. De esta forma se conseguirá reducir los costes de stand-by, uno de los principales motivos de derroche de energía de las plantas industriales.

La compra de un aparato de microondas redujo de forma drástica el consumo.

“Píldoras” de información

Este concepto se ha extendido mucho por Internet en los últimos años.

La empresa puede facilitar información presente en Internet a través de su departamento de calidad, recursos humanos o incluso la misma gerencia en el caso de empresas más pequeñas. Muchos cursos están disponibles de forma gratuita (el que enlazo está finalizado, pero es posible una nueva edición). Hay que realizar un chequeo en las distintas plataformas de MOOC (miriadax, udemy, UJI, etc.)

Para mandos intermedios, es interesante seleccionar y proporcionar cursos de formación que puedan aplicar directamente a su actividad. Preferentemente se deben seleccionar aquellos en forma de pequeñas “píldoras informativas” para que sea sencilla su asimilación. El medio ideal para ello es Internet.

Además, la gerencia debe ver el gasto en formación como una inversión. La formación en el trabajo motiva al empleado.

“Solo hay algo más caro que formar a las personas y que se marchen: no formarlas y que se queden (Henry Ford)”

Sistemas de Gestión Energética

Los Sistemas de Gestión Energética (SGE) inciden en la implicación absoluta de la gerencia en el ahorro de energía. La gerencia debe implicar al resto de personal de la planta en la necesidad de la reducción de consumos energéticos. La formación está implícita en los SGE.

Gamificación

Otra forma de fomentar la reducción del consumo de energía es la realización de concursos que fomenten la competencia entre departamentos o las nuevas ideas de ahorro. Pueden establecerse premios o incentivos económicos. Se trata de la aplicación del concepto de gamificación que se está extendiendo cada vez más.

3 Reducción de defectos de producción

Los llamados costes de la no calidad, además de producir pérdidas evidentes de materias primas y de producto no vendido, suponen un desperdicio de energía.

Son, además, un problema cuando se tiene que asignar un coste energético a un producto. La principal herramienta para el cálculo de los ahorros energéticos es la línea de base energética (LBE). La LBE representa el consumo específico de energía frente a la producción.

Si existen costes elevados de no calidad, una mejora en este sentido aumentará la eficiencia energética del proceso (se reducirá el consumo de energía necesaria por unidad producida). La línea de base bajará, como se aprecia en la siguiente figura:

ahorro energético en la industria

Línea de base energética: costes de la no calidad

4 Mantenimiento preventivo y predictivo

En la mayor parte de las empresas en las que hay un proceso de producción se lleva a cabo un mantenimiento programado. Es el mantenimiento preventivo.

Si monitorizamos aquellos sistemas o maquinaria de especial interés porque consumen mucha energía, registraremos una gran cantidad de datos. Con ellos podremos mejorar los tiempos de funcionamiento y conocer la probabilidad de futuros fallos.

El mantenimiento preventivo consiste en el análisis de toda la información recogida por sensores y medidores para anticiparse a posibles problemas. El mantenimiento preventivo permitirá controlar y aumentar la eficiencia energética de la fábrica.

Hay dos aspectos fundamentales para plantear un mantenimiento predictivo: monitorización y big data.

Monitorización

La utilización de analizadores de redes, contadores de gas, etc, permite conocer la eficiencia energética real y registrar los valores de ciertas variables a lo largo del tiempo.

El grado de monitorización energética dependerá del tamaño de la empresa y de dónde tiene los mayores consumos.

Big data

La enorme cantidad de datos registrados por los equipos de medidas y los sensores hacen que herramientas hasta ahora muy potentes no puedan utilizarse. Se hace necesario el uso de las nuevas técnicas de big data.

5 Condiciones nominales de funcionamiento

En la medida de lo posible, debe ajustarse el uso de los equipos y líneas a su régimen nominal, lo que permitirá que funcionen a mayor rendimiento.

Las líneas de base energéticas permiten conocer el punto de funcionamiento energético óptimo de una fábrica. Es decir, nos indica la producción para la cual el consumo específico es mínimo. Si producimos por encima o por debajo de ese valor, el consumo de energía por unidad será mayor.

Ejemplo

Supongamos una fábrica que tiene la siguiente línea de base energética:

el ahorro energético en la industria

Línea de base energética (cálculo del óptimo de producción)

Observamos que en la curva hay un mínimo que se alcanza cuando la producción está entre 1.800 y 2.300 unidades.

La ecuación de la curva obtenida por regresión lineal es un polinomio de grado 2. Matemáticamente es sencillo el cálculo de la producción óptima dada por la curva de regresión. Solo hay que derivar con relación al consumo específico e igualar a cero.

En el ejemplo que se muestra, resolviendo como se ha indicado, la producción óptima es de 2.103 unidades.

En función de los pedidos y de la época del año, si el producto es estacional por ejemplo, puede ser más complicado realizar ajustes y no verse una curva tan precisa. Cuando hay pocos pedidos, debe estudiarse la modificación de los procesos para conseguir que la mayor parte de la maquinaria trabaje a régimen nominal.

6 Reducción de circulación de energía reactiva

Casi todas las instalaciones industriales tienen baterías de condensadores para compensar la energía reactiva que necesitan en cabecera. Esto impide un recargo por parte de la compañía suministradora. Las baterías de condensadores se instalan en el punto de suministro de la compañía distribuidora, en cabecera de fábrica.

La batería de condensadores no limita la circulación de energía reactiva por el interior de la fábrica. En grandes cargas es interesante la ubicación de condensadores en el lugar donde se requiere esa energía. Esto evita un exceso de intensidad por los conductores. Reduce, además,  el calentamiento y las pérdidas y permite una optimización de la sección de los conductores.

Es habitual en grandes fábricas la presencia de condensadores en grandes motores para mejorar su funcionamiento y evitar pérdidas de calentamiento en líneas de alimentación.

7 Eliminación de armónicos de tensión e intensidad

Las cargas con componentes electrónicos producen los denominados armónicos. Los armónicos distorsionan la forma de onda de tensión e intensidad. Esto da lugar a calentamientos y circulación de corrientes indeseadas por el neutro de la instalación.

La siguiente fotografía obtenida con un analizador de redes de marca Fluke se ven las formas de onda de la tensión (más oscura) y de la intensidad, distorsionadas por armónicos.

ahorro de energía en la industria

Distorsión armónica de las ondas de tensión (oscuro) e intensidad (claro)

La identificación de estos problemas es sencilla con aparatos de medida portátiles. En la gráfica siguiente se presenta el porcentaje de armónicos mostrados en un analizador de calidad eléctrica (FLUKE). La línea más alta corresponde a la frecuencia normal de la red (la onda de tensión normal).

ahorro de energía en la industria

Armónicos de intensidad

Una vez detectados hay que identificar la fuente de los armónicos. Puede resolverse este tipo de problemas con filtros electrónicos.

8 Uso de la mejor tecnología disponible (MTD)

Sustitución de los equipos obsoletos por otros con la mejor tecnología disponible, MTD (o BAT, Best Available Technology, en inglés). Esta solución es evidente para cualquier tipo de maquinaria o equipo. El problema que plantea es que las inversiones suelen ser muy elevadas.

Si las instalaciones consumen gran cantidad de energía y son muy antiguas, los ahorros son también enormes y siempre deben estudiarse tipos de financiación que permitan pagar las inversiones con los ahorros obtenidos.

Las ESE (Empresas de Servicios Energéticos) tienen un papel fundamental en estos casos. Hacen la inversión que permite el ahorro de energía. El cliente industrial paga una cantidad cada mes de duración del contrato (la energía que consumen — que se ha reducido drásticamente — más el coste de la inversión a plazos).

El importe total a pagar es siempre inferior a lo que estaría pagando si no hubiera afrontado la inversión. A la finalización del contrato, todas las instalaciones pasan a ser propiedad del industrial que se beneficiará de todos los ahorros.

9 Auditorías energéticas

La primera medida para ahorrar energía es conocer si se están haciendo bien las cosas. El RD56/2016 obliga a las grandes empresas a realizar una auditoría energética, pero todas las empresas deberían hacerlas.

En una pequeña empresa, una simple revisión energética (como llama la norma ISO 50001 a las auditorías energéticas) permite poner en situación todo el consumo energético y en poco tiempo (en el caso de PYMEs) identificar los posibles ahorros y costes de inversión necesarios.

La amortización del coste de una auditoría energética está garantizada porque identifica los puntos de mejora, permite reducir consumos no deseados y sirve para concienciar a la gerencia de la necesidad y el interés del ahorro del consumo de energía.

Debemos recordar que el plazo para la realización de auditorías energéticas en las grandes empresas finaliza en 14 de noviembre de 2016.

Monitorización

La auditoría energética lleva asociada la instalación de equipos de medición en aquellos puntos donde existen grandes consumos energéticos. La monitorización puede ser permanente o durante un período de tiempo considerado relevante.

Línea de base energética

Un objetivo básico de una auditoría es conocer la producción durante un lapso de tiempo y el consumo de energía durante el mismo lapso. Se tendrán en cuenta los ajustes necesarios para “descontar” posibles tiempos de parada.

Con los datos de producción y consumo energético, se establece el consumo específico de energía en kWh/ud. Esta cantidad no se mantiene fija, es función de la producción y de otras variables. Se relaciona, a su vez, con la mejora del rendimiento de los equipos conforme se aproximan a su régimen nominal.

Se hace un gráfico del consumo específico con relación a la producción y se obtiene una ecuación que constituirá la línea de base energética. (hay un ejemplo en la medida de mejora número 5)

Medidas de ahorro y seguimiento

El resultado de una auditoría energética debe ser una lista de recomendaciones en las que se indiquen las medidas de ahorro energético identificadas y su rentabilidad económica.

La línea de base energética servirá para el cálculo de los ahorros derivados de las medidas de eficiencia energética adoptadas.

10 Sistemas de Gestión Energética

Es el paso más avanzado en el control de los consumos energéticos de una empresa. Partiendo de datos obtenidos de una auditoría energética, se realiza un plan que tenga en cuenta todos los procedimientos necesarios para favorecer la reducción del consumo energético.

El objetivo de un Sistema de Gestión Energética es conseguir utilizar las mejores tecnologías disponibles (Best Available Technologies, en su terminología en inglés).

Los sistemas de gestión energética se basan en la norma ISO 50001 cuya implantación no es obligatoria, aunque sí conveniente para empresas de gran tamaño.

Las empresas de tamaño medio y pequeño también pueden implantar sistemas de gestión energética. La inversión a realizar debe ajustarse al consumo de energía de la empresa.

ahorro energético en la industria

Sistemas de Gestión Energética en PYME’s

Conclusiones

En esta primera parte se han comentado las actuaciones que se pueden llevar a cabo en cualquier empresa, sea cual sea su tamaño y sector.

No se han indicado las opciones de mejora económica mediante negociación de suministro energético con las compañías suministradoras.

Las auditorías energéticas y los sistemas de gestión energética incluyen el análisis de la contratación de suministros energéticos.

El ahorro económico conseguido mediante mejoras de contratación y reducción del consumo energético es una mejora directa que aparece reflejada en el margen de beneficios.

La realización de una auditoría energética supone siempre un beneficio económico para la empresa, independientemente del tamaño que tenga.

Descarga de documentación

En el apartado DESCARGAS se puede acceder a dos documentos con más información sobre Auditorías Energéticas y Sistemas de Gestión Energética.

Siguiente:

Ahorro energético en tecnologías horizontales (5/09/2016)

 

 

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Uso de cookies

Este sitio web utiliza cookies para que usted tenga la mejor experiencia de usuario. Si continúa navegando está dando su consentimiento para la aceptación de las mencionadas cookies y la aceptación de nuestra política de cookies, pinche el enlace para mayor información.plugin cookies

ACEPTAR
Aviso de cookies