Ahorro energético en Tecnologías horizontales (II)

ahorro energético en tecnologías horizontales

Ahorro energético en la industria (II). Tecnologías horizontales

Índice de entradas:

Cómo ahorrar energía en la industria (publicada el 29/8/2016)

El ahorro energético en tecnologías horizontales (I)

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

– Ahorro de energía térmica  (tecnologías horizontales III) (19/09/2016)

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

Esta entrada es la primera parte dedicada al ahorro energético en las tecnologías horizontales.

Ahorro energético en tecnologías horizontales (I)

Las tecnologías horizontales permiten distribuir energía a las distintas áreas del proceso de producción de una empresa. Esta energía puede ser térmica, en forma de aire comprimido, iluminación, energía mecánica mediante motores, etcétera. No forman parte del proceso productivo, pero son imprescindibles para que este se lleve a cabo.

Por ejemplo, el aire comprimido de una fábrica se suministra a multitud de válvulas de control y de máquinas dentro de una industria. Es una tecnología horizontal. Una máquina de inyección de plástico es una máquina específica que produce piezas de plástico, no es una tecnología horizontal.

Continuamos con el listado de medidas de eficiencia energética que comenzamos en la primera entrada de la serie.

Veremos las siguientes tecnologías horizontales:

– Iluminación

– Motores eléctricos

– Aire comprimido

– Depuración y tratamiento de aguas

ILUMINACIÓN

ahorro energético en tecnologías horizontales

Iluminación (zephylwer0, pixabay)

Los sistemas de iluminación han incrementado drásticamente su eficiencia energética con la tecnología LED, hasta tal punto que a partir del 1 de septiembre de 2016 ya no se van a fabricar focos halógenos (aunque se podrá seguir vendiendo el stock actual).

El cálculo del ahorro energético de un cambio de iluminación depende de las horas de funcionamiento, la potencia eléctrica reducida y el número de horas de garantía que proporciona el fabricante de la lámpara.

Conocer las horas de garantía es necesario para saber el ahorro de la lámpara en su vida útil y el coste de reposición cuando se analiza la rentabilidad a varios años.

11 Sustitución de otras tecnologías por LED

ahorro energético en tecnologías horizontales

Tecnología LED (DieGambe, pixabay)

Sustitución de lámparas de tecnología incandescente (termorradiación) y/o de descarga (o de luminiscencia) por tecnologías LED.

Se entiende siempre que deben garantizarse las condiciones mínimas de control exigidas por la normativa vigente.

Estos cambios implican ahorros de energía superiores a un 50% e instalaciones rentables a partir de las 3.000 horas de funcionamiento.

12 Instalar detectores de presencia

Los almacenes de muchas empresas tienen varios pasillos que solo necesitan estar iluminados cuando se detecta presencia de operarios. La instalación de detectores supone ahorros adicionales cuando se plantea un cambio de tecnología a LED.

Además de incorporar detección de presencia, multitud de sistemas permiten el control de la iluminación desde un cuadro de mando, una tablet o un móvil.

13 Limpieza de lucernarios en naves industriales

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Lucernarios en una nave industrial (Piro4D, pixabay)

El aprovechamiento de la luz natural es una de las formas más eficaces de eficiencia energética y requiere una inversión muy reducida. En numerosas ocasiones nos hemos encontrado con lucernarios completamente oscurecidos por la suciedad.

Una simple limpieza puede hacer que en los días de verano, por la mañana no sea necesario encender la iluminación. El retorno de la inversión es inmediato.

14 Ajustar el nivel de iluminación a la actividad realizada

De la misma manera que en ocasiones se observa una deficiencia de iluminación en naves industriales, en ocasiones se aprecia una excesiva iluminación en zonas que no tienen necesidades especiales.

La reducción del número de luminarias junto con el uso de tecnologías más eficientes pueden suponer ahorros importantes de energía.

La norma europea UNE 12464 establece las recomendaciones para la iluminación de interiores. El ajuste del nivel de iluminación para interiores debe hacerse de manera que se garantice el confort y la seguridad de los operarios.

Para la iluminación exterior, considerando su gran importancia y elevados consumos, se redactó el RD 1890/2008, de 14 de noviembre, por el que se aprueba el Reglamento de eficiencia energética en instalaciones de alumbrado exterior y sus Instrucciones Técnicas Complementarias EA-01 a EA-07.

15 Limpieza periódica de lámparas

Cualquier tecnología requiere un mantenimiento que suele descuidarse con la iluminación. Es necesario limpiar periódicamente las lámparas para que proporcionen la iluminación prevista.

Además de mejorar el confort en la realización de los trabajos, se mantiene mejor la eficiencia a lo largo del tiempo y se reduce su tasa de fallos.

Notas finales (iluminación)

A la hora de diseñar una instalación de iluminación, es habitual la utilización del programa de libre uso DIALUX que proporciona todos los cálculos necesarios para garantizar los niveles de iluminación mínimos.

Presenta, además, catálogos de los fabricantes más importantes, permitiendo seleccionar lámparas y luminarias. El vídeo siguiente, obtenido con DIALUX, presenta una oficina y la iluminación de las luminarias instaladas.

MOTORES ELÉCTRICOS

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Motor eléctrico (piro4d, pixabay)

Un porcentaje muy elevado de la energía eléctrica que se consume en la industria se debe al uso sistemático y generalizado de motores eléctricos.

Además, el parque de motores eléctricos de las PYME’s es bastante antiguo y la eficiencia energética ha ido mejorando año tras año conforme mejoraban las técnicas de fabricación y diseño.

Por ello, los motores eléctricos son un interesante campo de análisis para la mejora de la eficiencia energética.

16 Instalación de variadores de frecuencia

Cualquier motor eléctrico de gran potencia debe llevar, si la aplicación lo permite, un variador de frecuencia. En el caso de los compresores los ahorros son considerables.

Asimismo, para el caso de ventiladores y de bombas de gran potencia, le uso de variadores de frecuencia permite grandes ahorros. Aunque los variadores son caros, la recuperación de la inversión puede ser inferior a un año.

17 Sustitución de los motores de mucha antigüedad

En el entramado industrial español hay empresas de mucha antigüedad que no han renovado su equipamiento y siguen funcionando con los motores eléctricos originales, muchas veces rebobinados.

La evolución de la electrotecnia ha dado lugar a motores eléctricos de gran rendimiento, por lo que el cambio de estos equipos da lugar a grandes ahorros de energía. Se reduce el tamaño y la potencia necesaria para realizar el mismo trabajo.

18 Mejora del factor de potencia

La instalación de condensadores a pie de motores de gran potencia permiten mejorar su funcionamiento y reducir las pérdidas por calentamiento derivadas de una mayor circulación de intensidad por los cables de alimentación de la bomba.

19 Vigilancia de las caídas de tensión

Aumentan el consumo eléctrico y los calentamientos, pudiendo provocar que se queme el motor. Es conveniente durante las labores de mantenimiento utilizar analizadores de calidad eléctrica portátiles para hacer comprobaciones de este y otros parámetros eléctricos.

20 Adecuación de los motores a la potencia necesaria

Es muy habitual la aplicación de coeficientes de seguridad muy elevados a la hora de diseñar instalaciones industriales. Aunque los motores asíncronos (los más utilizados en la industria) ajustan su potencia a la demanda, el rendimiento disminuye cuando se alejan del funcionamiento nominal.

21 Reducción del calentamiento del motor

La eficiencia del motor es menor cuando se calienta. Debe vigilarse que el sistema de ventilación del motor funcione correctamente.

Recomendaciones

Monitorización de parámetros eléctricos

No puede faltar la recomendación de monitorizar los consumos de energía eléctrica de motores de gran potencia mediante analizadores de redes y el software asociado a estos equipos, que se puede integrar en sistemas internos de la empresa.

La utilización de analizadores con sistemas avanzados de gestión y análisis de datos permiten la implantación de sistemas de mantenimiento predictivo.

Internet de las cosas aplicada a la industria (Industria 4.0)

Por otra parte, vale la pena ver lo que están preparando los grandes fabricantes como ABB: motores equipados con todo tipo de sensores.

Se puede conocer el estado de los rodamientos, vibraciones, temperaturas, estado de la refrigeración y excentricidad del entrehierro.

Los sensores llevan incorporada tecnología bluetooth de bajo consumo, que permite enviar los datos directamente a Internet.

Vale la pena observar atentamente el siguiente vídeo:

La Internet de las cosas hará mucho más sencillo el mantenimiento predictivo.

AIRE COMPRIMIDO

Ahorro energético en tecnologías horizontales

Ahorro energético en tecnologías horizontales: aire comprimido (delphinmedia, pixabay)

Los sistemas de aire comprimido están compuestos por un generador, un sistema de tratamiento de aire, valvulería y conductos.

El sistema de tratamiento de aire para las instalaciones más grandes consta de un sistema de refrigeración para reducir el punto de rocío del aire y para la eliminación de la humedad (secado).

Es aconsejable instalar variadores de frecuencia en los compresores de gran potencia.

22 Mantenimiento recomendado por el fabricante

Se debe prestar especial atención al correcto funcionamiento de accionamientos, cojinetes, correas de transmisión (si existen) y optimizar la refrigeración del compresor. Asimismo este debe tener la adecuada lubricación.

23 Reducción de la temperatura de admisión del aire al compresor

Es bastante común en las instalaciones industriales que los compresores se sitúen en salas donde quedaba algo de espacio pero sin previsión de ventilación o esta era muy deficiente.

En estas salas, la refrigeración por aire del compresor se expulsa al mismo recinto donde se encuentra el equipo y no hay medidas adicionales de ventilación de la sala.

Esto hace que la temperatura de admisión del aire sea demasiado elevada y se consuma más energía.

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Medición estimada de la temperatura de refrigeración de un compresor (foto F. Arroyo)

En el caso que muestra la foto, observamos que la temperatura de salida del aire de refrigeración es de 58,6ºC aproximadamente. En este caso, la salida no se encuentra dirigida al exterior lo que provoca un aumento de temperatura de la sala y por lo tanto del aire de admisión.

La instalación de un sistema de ventilación suficiente o el entubado al exterior del aire de refrigeración permitiría reducir en este caso la temperatura de admisión de aire al compresor.

Además, ese aire a 58ºC podría recuperarse (ver más adelante). En este caso, la potencia del compresor no es muy elevada pero se entiende fácilmente el potencial de recuperación de calor para sistemas mayores.

24 Optimización de la operación del sistema de compresión

Es habitual en las fábricas de mayor tamaño o con grandes requerimientos de aire comprimido, que existan varios compresores.

La situación ideal en este caso es utilizar uno o varios compresores para suministrar la carga básica de aire comprimido y afrontar las variaciones o puntas de consumo con un compresor con variador de frecuencia.

En el siguiente ejemplo, se observa un sistema de compresión compuesto por 4 compresores, uno de ellos con variador de frecuencia.

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Sistema de 4 compresores en una fábrica

Se observa que el compresor 1 y el compresor 3 funcionan en régimen fijo, el compresor 2 está parado como reserva y el compresor 4 (amarillo) se encarga de las variaciones de la demanda de la fábrica.

En los casos de varios compresores como este es interesante el estudio de la reducción del número de unidades adquiriendo equipos más eficientes, según las mejores tecnologías disponibles en el mercado (MTD).

25 Reducción de la presión del sistema de aire comprimido

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Presión de suministro de aire de un sistema de aire comprimido (foto F. Arroyo)

Si es posible, debe reducirse la presión de generación del aire comprimido. Si la presión original del sistema es p0 y vamos a reducirla a p, el ahorro de potencia demandada (en %) es de:

% Potencia = 19,53/2,1 (p0-p)

Cuando: 5<p<8,5 bar y 5,7<p0<8,5.

(Ecuación deducida de la gráfica del documento de la AVEN de la Industria Textil)

Esto da lugar al siguiente planteamiento. Si la instalación de aire comprimido de una fábrica es muy antigua y ha habido ampliaciones de producción, se puede plantear la posibilidad de cambiar las tuberías por otras de mayor sección, lo que reducirá las pérdidas de carga y permitirá la reducción de la potencia de los compresores. el cambio lo decidirá un estudio de viabilidad económica.

26 Reducción de las fugas de aire

La energía contenida en el aire comprimido es muy versátil pero también muy cara. Es muy frecuente escuchar durante las visitas a fábricas el ruido provocado por fugas de aire.

Los puntos donde se suelen producir son las conexiones con las máquinas y válvulas.

Las pérdidas pueden llegar al 30%, lo que supone un consumo eléctrico excesivo, con los compresores que pueden tener que funcionar permanentemente.

La revisión anual de fugas es una de las mejores inversiones en mantenimiento.

27 Recuperación del calor de refrigeración

Para sistemas de aire comprimido de gran potencia, es rentable plantearse la instalación de un sistema de recuperación del circuito de refrigeración de los compresores.

Se puede utilizar para climatización de naves, por ejemplo.

28 Sectorización de circuitos de aire mediante válvulas

La sectorización permite aislar sectores en los que se pueden producir fugas como son los puntos de acceso a las máquinas.

29 Elaboración de la línea de base energética

La realización de la línea de base del sistema de compresión de aire es un eficaz método de control del consumo de energía eléctrica de los compresores.

La línea de base puede realizarse considerando como variable la producción total de la fábrica, cuando se estima que la correlación es adecuada o bien frente al volumen de aire producido, cuando no existe la correlación anterior.

eficiencia en sistema de aire comprimido

En la gráfica adjunta, la correlación entre producción de fábrica y consumo específico es evidente.

30 No utilizar aire comprimido para usos no previstos

No es extraño encontrarse con que se utiliza el aire comprimido para limpieza de polvo, para ventilación o incluso para refrescarse.

Debe concienciarse a los operarios para que eviten estos malos usos por su elevado coste.

31 Evitar el funcionamiento en vacío de los compresores

Siempre que sea posible, debe evitarse el funcionamiento en vacío de los compresores. El funcionamiento en vacío implica un consumo no útil de entre un 20 y un 25% de potencia. Además, en vacío los motores requieren mucha energía reactiva.

Esto provoca un aumento de la intensidad que circula por los cables y puede dar lugar a recargos en la facturación eléctrica.

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Ciclos de funcionamiento de un compresor

La eliminación del consumo en vacío no es aconsejable cuando se van a producir muchos arranques y paradas puesto que perjudica la vida útil del equipo. Un ejemplo es el mostrado en la figura de arriba.

Recomendación

La gráfica anterior está obtenida con un analizador de calidad eléctrica. Es muy recomendable para sistemas de aire comprimido de gran potencia la instalación de analizadores de redes permanentes. Monitorizar el consumo y los parámetros eléctricos de funcionamiento permiten predecir y por tanto evitar problemas.

En esta entrada hablamos también de los sistemas de aire comprimido.

DEPURACIÓN Y TRATAMIENTO DE AGUAS

32 Adaptación del régimen de funcionamiento a la situación real

Los sistemas de depuración de aguas residuales dependen del tipo de aguas que deben tratar.

Por una parte, las aguas residuales con gran componente orgánico quedan caracterizadas con el DBO (demanda biológica de oxígeno).

Las aguas residuales de procesos en los que no intervienen componentes orgánicos (o son reducidos) están definidos por la DQO (demanda química de oxígeno).

En los sistemas de depuración de aguas, las soplantes que llevan el aire a los grandes depósitos son equipos que consumen mucha energía eléctrica.

Para ajustar el consumo de energía en las soplantes es preciso:

  • Control automático de las variables de estado del agua (DBO, DQO), para el ajuste del aire enviado a depósitos
  • Cuando hay varios depósitos de agua a tratar, utilizar siempre un colector común para el aire impulsado. Esto permite el ajuste de la potencia de impulsión de aire a la demanda real de oxígeno.

33 Aprovechamiento de biogás en proceso

Para reducir el componente orgánico de las aguas se utilizan habitualmente digestores que producen metano que puede mezclarse, después de filtrado, con el gas natural,  reduciendo por lo tanto su consumo. Es, de hecho, una energía renovable.

34 Elaboración de una línea de base energética

Esta medida permite, por una parte, conocer la eficiencia energética actual de la depuradora. Por otra parte, hace posible evaluar las medidas de ahorro energético implantadas y evitar consumos no deseados.

La línea de base (multivariable) se constituirá correlacionando el consumo específico de energía (kWh/m3) frente a los m3 depurados y a la demanda biológica (y/o química) de oxígeno.

Recomendación

Es preciso insistir en la instalación de analizadores de redes para un mejor control del consumo eléctrico y de fallos que provoquen aumento de consumo.

El elevado consumo energético de las estaciones depuradoras en las industrias justifica siempre la instalación de estos equipos junto con el uso de un software de monitorización para realizar el seguimiento del consumo de energía eléctrica.

Recursos

Algunos enlaces con documentación de interés:

(1) Guía de ahorro y eficiencia energética en el sector textil de la Comunidad Valenciana (AVEN)

(2) Manual de Mejoras Horizontales de Ahorro y Eficiencia Energética en el sector industrial (EREN)

(3) Técnica del aire comprimido

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