La eficiencia energética en el sector metalmecánicoeficienciaenergetica.femeval.es/Documentos...
82
La eficiencia energética en el sector metalmecánico Guía de buenas prácticas
Transcript of La eficiencia energética en el sector metalmecánicoeficienciaenergetica.femeval.es/Documentos...
La eficienciaenergética
en el sectormetalmecánico
Guía debuenas prácticas
�
FEMEVAL
GUÍA EFICIENCIA ENERGÉTICA
�
Editado por: FEMEVAL
Con la colaboración de: SGS
Financiado por: IMPIVA y Fondo Europeo de desarrollo Regional
Imprime: Gráficas Nasve.
�
INDICE
1.- INTRODUCCIÓN
2.- EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EL SECTOR METALMECÁNICO
2.1.- FEMEVAL Y LA EFICIENCIA ENERGÉTICA
2.2.- ESTUDIO DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA.
2.2.1.- ÍNDICE DE EFICIENCIA ENERGÉTICA
2.2.2.- AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
2.2.2.1.- RECOpILACIóN DE DATOS
2.2.2.2. MEDICIóN Y MONITORIzACIóN DE LOS pROCESOS INDUSTRIALES
2.2.2.3. MEDIDAS pOTENCIALES DE AhORRO ENERGÉTICO
2.2.2.4. INFORME FINAL
2.3 RESULTADOS OBTENIDOS
3. METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN
3.1.- CONTRATACIóN DEL SUMINISTRO ENERGÉTICO
3.2.- OpTIMIzACIóN DE LAS TECNOLOGÍAS hORIzONTALES
3.3.- OpTIMIzACIóN DE LOS pROCESOS pRODUCTIVOS
3.4.- GESTIóN ENERGÉTICA Y MANTENIMIENTO
4. MTD (MEjORES TÉCNICAS DISpONIbLES)
5. pREGUNTAS FRECUENTES
6. DEFINICIONES
7. bIbLIOGRAFÍA
8. DIRECCIONES WEb DE INTERÉS RELACIONADAS CON LA ENERGÍA.
6
��
�6
�6
�7
�0
��
��
�8
�0
�0
��
34
�7
55
60
6�
69
7�
76
78
4
5
Introducción�
6
1. Introducción
La presente guía se enmarca dentro del proyecto “La eficiencia energética como factor impulsor de la competitividad en el sector metal-mecánico” que ha sido cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional, a través del IMpIVA y la Consellería de Industria, Comercio e Innovación dentro de los planes Sectoriales de Competitividad del Metal y se incluye dentro de las actuaciones que viene desarrollando la Federación Empresarial Metalúrgica Valenciana FEMEVAL para dinamizar el sector.
La energía desempeña un papel fundamental en todos los sectores productivos (primario, secundario y terciario), y año tras año ha ido incrementando su consumo en nuestro país debido al gran crecimiento económico experimentado, pero en algunos sectores este incremento no ha sido minimizado todo lo posible, dejándolo en un segundo plano, ya que las empresas se centraban en incrementar la producción y ventas, asumiendo el consumo energético como un coste fijo de su empresa sin tratar de reducirlo.
En muchos países entre los que se encuentra el nuestro se están desarrollando diferentes políticas de ahorro en el consumo de energía, para potenciar el desarrollo sostenible y no comprometer los recursos para las generaciones venideras. España está muy sensibilizada al respecto, potenciando las energías renovables, implantando diversos programas de optimización de la energía (nuevos procesos, sustitución de componentes, nueva maquinaria más eficiente…), y al mismo tiempo varias campañas de concienciación y sensibilización respecto a la importancia del ahorro energético.
por otro lado, desde la segunda mitad de este siglo uno de los problemas más graves que tiene planteado la humanidad es la degradación del medio ambiente. El desarrollo tecnológico, la industrialización y el lógico proceso urbanístico son fenómenos que, incontrolados, pueden producir consecuencias irreversibles en el medio.
proceso Industrial. Cortesía SGS.
7
Todas las actividades industriales de una u otra manera, independientemente de aquellos procesos destinados a obtener energía, pueden emitir en alguna de sus fases, sustancias ajenas a la composición normal de la atmósfera. La contaminación de origen industrial se caracteriza por la gran cantidad de contaminantes que se pueden producir en las distintas fases de los procesos industriales y por la variedad de los mismos.
La Comunidad Internacional, consciente de las posibles consecuencias de un aumento global y sistemático de la temperatura media de la Tierra y su relación con la emisión de gases de efecto invernadero (GEI), ha suscrito una serie de acuerdos como la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático y el protocolo de Kioto, el cual puede definirse como el primer intento serio de evitar la emisión de gases de efecto invernadero.
Dicho protocolo es de gran importancia porque supone un compromiso de reducción concreto y jurídicamente vinculante para aquellos países desarrollados y en transición a una economía de mercado que lo ha ratificado.
Las partes firmantes del mismo asumen el compromiso de reducir de forma individual o conjunta las emisiones de seis gases de efecto invernadero en no menos de un 5,2 % respecto a las emisiones del año 1990 en el periodo de compromiso comprendido entre los años 2008-2012.
FEMEVAL en concordancia con las diferentes políticas de ahorro energético ha decidido fomentar la eficiencia energética entre sus asociados, para tratar de conseguir ese consumo responsable de energía.
La presente guía tiene como objetivo ser una herramienta fácil de manejar y eficaz para aquellas empresas pertenecientes a FEMEVAL que tienen interés en conseguir dentro de sus posibilidades una mejora en su eficiencia energética.
Emisiones ambientales. Cortesía SGS.
8
Esta guía contiene además información obtenida de una serie de auditorías de eficiencia energética que SGS ha realizado entre los asociados a FEMEVAL, donde se han analizado los consumos energéticos, y se han presentado diferentes alternativas para reducirlos, evaluando siempre la inversión a realizar y el tiempo de amortización de la inversión.
Es por ello por lo que la estructura de la guía tiene 2 partes claramente definidas, por una lado se presenta un breve resumen de las principales conclusiones obtenidas a partir de las auditorías de eficiencia energética realizadas, resultados obtenidos, situación de las empresas del sector en cuanto a eficiencia energética se refiere, buenas prácticas empleadas o llevadas a cabo por las empresas, MTD´s implantadas, etc. Y por otro lado se presenta una parte más práctica que pretende ser una guía para facilitar a las empresas que estén interesadas en la identificación de posibles puntos de mejora en su empresa, y además recomendaciones generales para ahorrar energía en la industria, y más en concreto en el sector metalmecánico.
En qué consiste la eficiencia energética.
La eficiencia energética se puede definir como la optimización de los consumos energéticos de una instalación, de tal manera que para realizar una misma operación se reduzca el consumo energético sin disminuir la calidad del servicio prestado y el confort térmico de las instalaciones.
La energía da prosperidad y confort a nuestras vidas, pero el empleo de esta energía también presenta desventajas importantes (polución medioambiental, cambio climático). ¿Qué se puede hacer?
1. Reducir la demanda energética el máximo que sea posible.2. Diversidad energética. 3. Uso de energías renovables.
Actuaciones energéticas para contribuir con el desarrollo
9
para adoptar las medidas adecuadas en estos tres aspectos, se debe conocer previamente la situación energética de la empresa o de las instalaciones, para lo cual en las auditorías energéticas son evaluados los puntos con mayor impacto en el consumo energético.
En estas auditorias energéticas se realiza un análisis de situación mediante el cual se obtiene un conocimiento de:
Modo de explotación de la industria
Niveles de demanda hacia los servicios consumidores de energía
Funcionamiento de las instalaciones energéticas y el estado de sus componentes
Consumos energéticos y sus correspondientes costes de explotación
En definitiva, conocer DóNDE, CóMO y pARA QUÉ se utiliza la energía en cada empresa, para posteriormente proponer mejoras en los aspectos en los que no se esté realizando una correcta gestión energética.
A continuación se presenta un ejemplo de un reparto típico de demanda energética entre las diferentes secciones de una industria.
Fuente: Elaboración propia.
�0
��
Eficiencia energética en el sector metalmecánico
�
��
2. Eficiencia energética en el sector metalmecánico
La Industria ha sido históricamente el sector con mayor consumo de energía de nuestro país. Sin embargo, desde hace unos años con las optimizaciones realizadas a los procesos industriales, los ahorros en los consumos de energía, y el gran incremento de la movilidad de personas y mercancías, han hecho que el transporte se convierta en el sector de mayor demanda energética en España (aunque con valores muy similares a los de la industria).
Fuente: Ministerio de Industria Turismo y comercio.
En cuanto a productos consumidos para generar energía en la industria española destaca el consumo de electricidad y gas muy por encima del resto de energías (suponen cerca del 80% del consumo total).
��
Fuente: Instituto Nacional de Estadística.
El consumo de energía final en los distintos sectores productivos de la Comunidad Valenciana se puede ver a continuación, incluyendo los distintos productos consumidos para conseguir la energía:
Miles de tep Carbón Petróleo Gas Natural Electricidad Renovables Total (%)
Agricultura y pesca 0,0 459 0 55 0 514 5
Industria 0,6 483 2.081 777 114 3.456 35
Servicios 0,0 69 6� 774 9 9�� 9
Doméstico 0,2 ��� �60 69� 77 1.151 ��
Transporte 0,0 3,880 0 �� �� 3.924 �9
Total 0,8 5.114 2.302 2.320 223 9.959 100
Fuente: AVEN (Agencia Valenciana de la energía)
pese a que ya no sea el primer consumidor de energía, el sector Industrial como puede verse en los gráficos anteriores es el responsable del 34% del consumo de la energía de nuestro país, y dentro de este sector las industrias del metal suponen un 23% del consumo energético en España.
14
Carbón y derivados
Gasóleo FueloilOtros
productos petrolíferos
Gas Electricidad Otros Total
consumos energéticos
% respecto al total
Total industria extractiva y
manufacturera295.188 1.295.537 369.185 261.056 3.047.604 5.302.029 409.404 10.980.004 100%
Industrias extractivas y del
petróleo7.962 196.974 7.287 43.524 78.727 309.390 15.051 658.915 6%
Alimentación, bebidas y tabaco 4.210 240.127 96.419 28.991 355.664 729.624 40.988 1.496.022 14%
Industria textil, confección, cuero
y calzado0 34.010 3.167 3.900 83.158 166.301 9.701 300.238 3%
Madera y corcho 0 38.737 11.407 3.612 23.250 116.579 8.669 202.255 2%
papel,edición, artes gráficas 1.126 33.680 34.367 8.260 341.821 419.371 63.447 902.072 8%
Industria química 17.840 58.763 30.727 76.456 664.955 572.179 107.957 1.528.876 14%
Caucho y materias plásticas 0 21.286 2.518 8.866 57.769 361.796 19.530 471.765 4%
Productos minerales
no metálicos diversos
226.898 369.466 61.812 32.422 847.968 736.730 50.023 2.325.319 21%
Metalurgia y fabricación de prod. metálicos
30.270 124.152 114.386 27.630 437.835 1.229.449 68.408 2.032.129 19%
Maquinaria y equipo mecánico 469 44.457 1.315 7.850 29.598 115.063 3.805 202.557 2%
Material y equipo eléctrico,
electrónico y óptico
0 26.950 4.239 3.529 18.696 146.045 2.520 201.980 2%
Material de transporte � 60.461 9�7 10.100 98.034 300.985 17.268 487.778 4%
Industrias manufactureras
diversas6.411 46.473 614 5.917 10.129 98.516 2.037 170.097 2%
Analizando los consumos de energía de nuestro país mostrados en la tabla anterior claramente se identifica el sector del metal como uno de los sectores con mayor consumo energético. Cualquier mejora realizada conllevará un gran ahorro de energía y de costes para las empresas y para el país.
por comunidades autónomas se puede ver que la comunidad valenciana representa el 13% del consumo total de energía de España, siendo la 2ª comunidad en demanda energética.
Fuente: Instituto Nacional de Estadística
�5
Fuente: Instituto Nacional de Estadística.
Consumo de energía en el sector Industrial por Comunidades Autónomas 2007.
A la vista de los datos presentados, las empresas del sector metalmecánico de la Comunidad Valenciana son un grupo con un gran potencial de ahorro energético, ya que después del sector azulejero son el siguiente consumidor de energía.
hace unos 30 años se comenzaron en España a tomar las primeras medidas de ahorro y eficiencia energéticas, pero no ha sido hasta los últimos 10 años cuando la cultura del ahorro energético se ha implantado en nuestra sociedad y en el entramado empresarial, impulsado en gran medida por los apoyos estatales y regionales de las diferentes entidades de gestión de la energía, así como de distintas agrupaciones empresariales.
En el sector metalmecánico, se ha tratado de reducir costes y aumentar la competitividad desde hace muchos años, pero debido a la bonanza del sector en la Comunidad Valenciana, y a la falta de conciencia energética; el cambio de los hábitos de consumo energético ha quedado en un segundo plano.
El 91% de las empresas del sector metal de la Comunidad Valenciana tienen menos de 10 trabajadores, por lo que en la mayoría de estas empresas no se ha invertido ningún recurso en optimizar los consumos de energía, puesto que focalizan sus esfuerzos en mejorar la calidad de sus productos y servicios, asumiendo como un coste fijo los costes energéticos.
El sector del metal ha reducido la producción en un 33% en la Comunidad Valenciana y las perspectivas para los próximos meses son similares, por lo que es el momento de implantar acciones que mejoren la competitividad de nuestras empresas, que permita optimizar el consumo energético de nuestras instalaciones; lo que conllevará a corto/medio plazo una reducción de costes, y por tanto a largo plazo ser más competitivos, de forma que en el momento en el que la situación económica vuelva a resurgir se sitúen en una posición competitiva ventajosa.
�6
2.1 Femeval y la eficiencia energética
La misión de la Federación Empresarial Metalúrgica Valenciana (FEMEVAL) es defender y representar los intereses de las empresas asociadas en sus múltiples actuaciones con la Administración, los agentes sociales y demás organismos e instituciones, así como:
Ofrecer a las empresas asociadas el mejor asesoramiento en el desarrollo de su actividad
Mejorar la formación profesional de Empresarios y Trabajadores
Ampliar el flujo de información de interés para las empresas, prestando especial atención a los programas dirigidos a las PYMES
Dinamizar el Sector metalmecánico mediante la realización de un amplio abanico de actividades
para dinamizar el Sector metalmecánico, FEMEVAL en concordancia con las políticas de las diferentes administraciones públicas, ha decidido realizar esta guía de eficiencia energética y promover auditorías de eficiencia energética entre sus asociados, para que estas empresas contribuyan en la conservación del medio ambiente al optimizar sus consumos de energía.
Estas auditorías energéticas y la guía de eficiencia energética son importantes en este sector ya que una gran parte de las empresas asociadas a FEMEVAL no poseen personal con experiencia y conocimientos sobre el ahorro energético. Esta guía permitirá a las empresas poder identificar posibles focos de consumo energético elevado, así como medidas para reducir este consumo. por otra parte las empresas a las que se les han realizado las auditorías energéticas disponen de un diagnóstico personalizado de los consumos energéticos de sus instalaciones, y todas las propuestas realizadas han sido valoradas, calculado el periodo de amortización de la inversión, si los hubiere; ya que en muchos casos las medidas propuestas no necesitan realizar inversiones.
2.2 Estudio de la eficiencia energética
El estudio energético en el sector está basado en dos pilares principales; Auditorías energéticas realizadas en empresas asociadas y en un indicador de eficiencia energética que permite a las empresas conocer su grado de eficiencia energética y evolución futura, realizado a través de encuestas entre las empresas asociadas.
�7
2.2.1 Índice de eficiencia energética
Se establece un perfil de eficiencia energética a las empresas del metal a través de un análisis de diferentes factores que lo determinan.
El índice de Eficiencia Energética viene definido por una evaluación ponderada de tres factores principales, que determinan la eficiencia del uso de la energía.
Cultura energética: se evalúa la información energética en la empresa; auditoría interna/externa, conocimiento de los distintos de contratos energéticos, conocimientos sobre programas y ayudas en materia de eficiencia energética…, la formación del personal y la política en energía de la empresa.
Control energético: se analizan los medios y acciones para la gestión del consumo energético y las medidas adoptadas para minimizar éstos.
Mejoras técnicas: se valora la actualización a las MTD’S mejoras técnicas disponibles (reducción de paradas técnicas, disminución de consumos,…), el uso de energías alternativas más eficientes y menos contaminantes,…
Factores principales del índice de eficiencia energética.
�8
Estos tres factores principales que configuran el índice de eficiencia energética, han sido evaluados entre las empresas asociadas a FEMEVAL. De tal forma que en cada factor principal se han evaluado una serie de parámetros (evaluación de las tarifas energéticas contratadas, existencia de personal al cargo de la eficiencia energética, energías alternativas empleadas…) con los cuales después de ponderarlos con el coeficiente de corrección aplicado a cada factor se han distribuido entre ÍNDICE A, B, C o D de eficiencia energética.
El factor cultura energética es al que mayor ponderación se le ha dado (1,5 de coeficiente de corrección, frente a un 1 en los otros dos factores) esto es debido a que la cultura energética es el motor impulsor de la eficiencia energética entre las empresas, y su existencia actúa como catalizador para la aplicación de medidas de ahorro energético.
Dicho índice va puntuado de 0 a 100 distribuido linealmente entre los diferentes valores, es decir de 0-25 puntos Índice D, de 25-50 puntos Índice C, de 50-75 puntos Índice B y de 75-100 puntos Índice A.
Con estos parámetros se han evaluado una serie de empresas obteniéndose los siguientes resultados:
Fuente: Elaboración propia.
Índice de eficiencia energética: puntuación de las empresas.
De donde se puede apreciar que la mayor parte de las empresas poseen un índice de eficiencia energética D o C. En la siguiente gráfica se puede apreciar en cada índice de eficiencia energética qué porcentaje de empresas hay.
�9
Fuente: Elaboración propia.
Distribución de empresas por índice de eficiencia energética.
Estos datos indican que la mayor parte de las empresas no poseen recursos propios para realizar las tareas de eficiencia energética, ni los contratan, ya que en la mayoría de los casos consideran el gasto energético como un gasto fijo.
por lo que se puede concluir que ante la situación inicial del sector metalmecánico en la cual el 80% de las empresas posean un índice D de eficiencia energética significa que el ratio de mejora es muy elevado. Estas empresas podrán incrementar su puntuación entre un 25-40% (dependiendo de los casos) realizando inversiones pequeñas, ya que al no estar realizando una gestión de la energía su margen de mejora es superior a las empresas que sí que han realizado alguna actuación.
Las empresas cuyos índices de eficiencia energética son C o B poseen un margen de mejora entorno al 20%, es decir pasar al siguiente nivel de eficiencia energética, para ello deberán hacer un esfuerzo en tratar de optimizar los recursos que dedican a la gestión de la energía, de tal forma que se centren en los principales puntos de mejora dejando para más adelante los puntos en los que la mejora no resulte tan significativa.
por otro lado el pequeño porcentaje de empresas que posee una A en el índice de eficiencia energética, deberá continuar evaluando los puntos de consumo de energía para poder identificar posibles defectos en sus sistemas e instalaciones y evitar un posible derroche de energía.
�0
2.2.2. Auditorías energéticas.
El objetivo principal es la identificación y evaluación de los potenciales ahorros energéticos. para detectarlos es necesario establecer primero los puntos de consumo, es decir, obtener el “Mapa Energético” de la fábrica. El Mapa Energético describe y evalúa la situación actual de los consumos y producciones energéticas, identificando los puntos de mayor consumo y su participación en el gasto energético. Una vez obtenido, es posible establecer balances de masa y de energía que nos permitan identificar los puntos en los cuáles se pueden obtener ahorros energéticos. A partir de la identificación de estos puntos, se calcula la inversión necesaria y los beneficios energéticos, económicos y de ahorro de emisiones que se pueden obtener con su implantación.
por tanto las fases fundamentales para realizar estas auditorías energéticas son las siguientes:
Recopilación de datos (Energía consumida. Inventario y revisión de las prestaciones de los equipos)
Medición y monitorización de los procesos industriales
Medidas potenciales de Ahorro Energético (Análisis del ahorro energético y de emisiones. Inversiones previstas. Análisis económico y financiero)
Informe final
��
Fases de una auditoría energética.
��
2.2.2.1. Recopilación de datos.
La recopilación de datos es el primer paso a realizar en una auditoría energética. En este punto hay que realizar dos pasos:
-Un análisis de la energía consumida
-Un inventario y revisión de las prestaciones de los equipos.
Análisis de la Energía consumida: se analizan las diferentes energías consumidas en cada empresa, considerando los puntos críticos en cada tipo de energía de tal forma que se optimice el importe pagado. Las energías empleadas son Electricidad y combustibles, cuyos puntos críticos se detallan a continuación:
Electricidad; del consumo de esta fuente de energía se analizan los siguientes parámetros:
precio: Contrato con la empresa suministradora, considerando las distintas franjas horarias (punta, pico y valle) y el término de potencia.
Consumo: La cantidad de energía consumida es proporcional al importe pagado en cada franja.
potencia máxima: La potencia máxima influye en el precio de la energía eléctrica, además es necesario analizar cuales son los elementos que causan los consumos máximos de energía.
Ratios de utilización: Es el porcentaje de utilización de las instalaciones y maquinaria de la empresa.
Factor de potencia: Las empresas eléctricas introducen penalizaciones en las facturas dependiendo del factor de potencia.
Combustible; de cualquier combustible fósil (gas natural, gasoil, gasolina, biodiesel…) se analizará:
precio: Las distintas empresas suministradoras poseen diferentes tarifas, por lo que se debe escoger la que más se adecue a nuestro consumo.
Consumo: La cantidad de combustible consumida es proporcional al importe pagado, igual que sucede con el consumo eléctrico.
Coste equivalente: Evaluación del coste de sustitución de un combustible por otro, considerando los costes adicionales del nuevo combustible.
Gastos fijos y variables: Las instalaciones pueden estar alquiladas o ser propiedad del cliente, los mantenimientos de las instalaciones pueden ir a cargo de la empresa suministradora o a cargo del cliente…
para revisar el consumo de energía, se recopilan las facturas disponibles en la empresa, de tal forma que se puedan analizar los consumos históricos durante los diferentes periodos del año.
��
Inventario y revisión de las prestaciones de los equipos; para realizar correctamente la auditoria se analizaran y revisarán los siguientes puntos, ya que son fundamentales para poder tomar decisiones respecto al ahorro energético:
Identificar la carga de trabajo semanal: Se analiza la carga de trabajo (picos y valle), se trata de adaptar el flujo de trabajo para que sea lo mas eficiente posible (reducir el número de arranques y paradas, aprovechar las franjas horarias donde el precio de la energía es menor…)
Identificar las diferentes instalaciones o equipos consumidoras de energía
Tipo de equipo: hornos, prensas, compresores de aire, iluminación...
Características: Rendimientos, consumos, sistemas de arranque…
programa de trabajo de las distintas secciones consumidoras (horas de funcionamiento, turnos, modo de explotación…).
2.2.2.2. Medición y monitorización de los procesos industriales.
En esta fase de la auditoría se realizarán los siguientes trabajos:
-Analizar los principales puntos de consumo, mediante diferentes equipos de medida se revisan las instalaciones para verificar el funcionamiento/consumo de los distintos equipos/elementos con demanda energética.
-Efectuar un inventario de las principales cargas, una vez analizados los puntos de consumo se realiza un inventario de las cargas para considerar los puntos más críticos de nuestras instalaciones.
-Identificar los potenciales picos de demanda apoyándose en el inventario de las cargas y en los principales puntos de consumo analizado, para que se pueda:
programar, reducir picos de demanda
Investigar los consumos sin producción
Considerar secuencias de arranque
para realizar las diferentes medidas los principales equipos de medición utilizados son los siguientes:
Analizador de redes: Instrumento que analiza las propiedades eléctricas de la red. Con él se pueden medir distintas magnitudes eléctricas como tensión, intensidad, potencia, energía, armónicos, desequilibrios... Los datos son almacenados en una memoria para su posterior tratamiento.
24
Analizador de redes (Izquierda) Cortesía SGS. Diagrama fasorial de la tensión (derecha)
Medida de energía de un compresor
Cámara termográfica: permite visualizar la temperatura de los diferentes objetos, por lo que se podrán detectar fugas (tanto de frío como de calor), defectos en máquinas, problemas en cerramientos, puntos calientes en los cuadros eléctricos. Así se podrán tomar decisiones sobre puntos localizados en las instalaciones.
�5
Termografía de un motor eléctrico (izquierda). Cortesía SGS. Cámara termográfica (derecha). Cortesía SGS
Luxómetro: permite medir la cantidad de luz que hay en cada punto. En función de la medición se puede concluir si la iluminación es la adecuada, y proponer alternativas de ahorro en iluminación.
Luxómetro. Cortesía SGS.
pinza amperimétrica: Equipo electrónico que mide la intensidad de un conductor. Recibe el nombre de pinza porque consta de un sensor, en forma de pinza, que se abre y abraza el cable cuya corriente queremos medir.
pinza amperimétrica. Cortesía SGS.
�6
Analizador de combustión: permite verificar si la combustión en una caldera es la adecuada, calcular su rendimiento y analizar las sustancias que aparecen en los gases de escape.
Analizador de combustión (izquierda). Cortesía SGS. Registro de resultados del analizador de combustión (derecha).
Una vez se ha realizado el inventario de los equipos, se han monitorizado los procesos industriales, se ha calculado el consumo energético de cada producto, se podrá elaborar una tabla similar a la siguiente:
EQUIpO Consumo kWh porcentaje Emisiones kg CO2
Alumbrado interior nave 4.608 24,96% 2990,59
Alumbrado oficinas �07 1,66% 199,37
Alumbrado exterior 4.088 22,14% 2653,11
Cargadores baterías 4.320 23,40% 2803,68
Compresor �88 1,56% 186,91
Equipos auxiliares (radial,…) 2.496 13,52% 1619,90
Prensa 7�0 3,90% 467,28
Bomba de agua 86 0,47% 56,07
Microondas �8 0,21% 24,92
Equipo frío oficina �88 1,56% 186,91
Varios oficina (ordenador, fax,..) 1.224 6,63% 794,38
TOTALES ELECTRICIDAD FAbRICA 18.458 11983,14
Reparto de consumos por secciones
Con estos datos y la estimación del consumo anual se analiza su evolución a lo largo del año, tal y como se puede observar en el siguiente gráfico:
�7
Consumo energético de una empresa dividido por secciones.
para contribuir en la conservación del medio ambiente y reducir las emisiones de CO� también debemos evaluar las emisiones de cada uno de los equipos que existen en las instalaciones; para ello se deberá de tratar de actuar sobre los que mayor cantidad de CO� emiten:
Emisiones de CO� de una empresa dividido por equipos.
Todos estos datos nos permitirán tomar posteriormente decisiones sobre los equipos a sustituir o mejorar, dar soluciones alternativas, etc. en definitiva cualquier tipo de mejora en las instalaciones de la empresa.
�8
2.2.2.3. Medidas potenciales de ahorro energético.
A) Análisis del Ahorro Energético y de Emisiones:
En este punto se recomiendan una serie de medidas que permiten reducir consumos de energía en varios puntos de nuestras instalaciones.
a) Eliminar pérdidas, para disminuir la demanda energética de nuestras instalaciones, y aumentar la eficiencia en los distintos procesos. para ello se evalúan los resultados de las mediciones en los siguientes equipos y sistemas:
Alumbrado, ventiladores, bombas, hornos, calderas, maquinaria de extrusión, punzonamiento, laminado…
Detectar fugas de aire comprimido, agua.... Aislamiento de conductos y cerramientos para evitar la disipación de
energía por puentes térmicos. Desequilibrio entre fases que incrementan las perdidas por efecto Joule.
b) Disminuir condiciones de operación, de tal manera que se consiga trabajar en el punto óptimo de funcionamiento. Los elementos fabricados tendrán las mismas calidades y propiedades, pero los consumos energéticos se verán reducidos; para lograr esto se debe actuar sobre los siguientes puntos:
Temperaturas, caudales... Presiones de aire comprimido Caudales en circuitos de bombas y ventiladores
c) Controlar las salidas y entradas de aire, ya que en estos puntos se produce una gran perdida de energía (Esto debe realizarse fundamentalmente en los hornos, zonas climatizadas, etc).
d) Utilización de calores residuales en gases calientes de nuestros procesos térmicos.
e) Sustitución de equipos de bajo rendimiento por otros más eficientes.
f) El mantenimiento preventivo permite, siempre que se realice de forma adecuada que todos los equipos trabajen en las condiciones idóneas de trabajo, y al mismo tiempo reduce el coste en futuras reparaciones que se producen por un uso incorrecto de los equipos. Los principales elementos a revisar son:
Filtros, aceites y grasas Limpiar intercambiadores Condiciones de uso de motores Optimizar rendimientos de combustión
g) Tecnología; Se debe analizar si hay disponibles en el mercado equipos similares a
�9
los de nuestras instalaciones que puedan realizar el mismo trabajo reduciendo el consumo energético:
Cambiar iluminación (lámparas de alta eficiencia, balastos electrónicos...) Equipos de alta eficiencia (calderas, motores, máquinas de frío)
Empleando estas medidas se pueden conseguir tres tipos de ahorro que se presentan a continuación:
-Ahorro de consumo de energía: independientemente del tipo de energía (eléctrica, gas o gas-oil), el contrato es linealmente proporcional al consumo de energía, por lo cual un ahorro en el consumo de energía, conlleva un ahorro en la factura. Todas las reutilizaciones de energía de unos procesos a otros y los aumentos de rendimiento de motores o instalaciones también conllevan un ahorro en la energía consumida.
-Disminución de la potencia demandada: al disminuir la potencia necesaria para el funcionamiento de nuestras instalaciones, se puede reducir la potencia contratada con la empresa suministradora con el consiguiente ahorro económico.
-Ahorro en la compra /sustitución de equipos: Al hacer funcionar los distintos equipos en un punto óptimo, junto a un buen mantenimiento preventivo, se consigue aumentar la vida útil de estos, reduciendo las inversiones en sustitución y reparación.
B) Valoración económica de las propuestas realizadas. Estas medidas de ahorro energético que no siempre derivan en un coste para el titular, pueden ser:
Mejoras sin inversión para una adecuada explotación. Algunos ejemplos son:
Variación de consignas de temperatura en espacios ocupados, empleo correcto de enfriamiento gratuito.
Variación de tiempos de uso de las instalaciones en función de la potencia energética demandada en cada proceso.
Optimización de los contratos energéticos. Mejoras con inversión que afectan al diseño de la empresa y que requieren inversión en equipos que supongan un ahorro energético. Algunos ejemplos son:
Sustitución de generadores térmicos Sustitución de lámparas Instalar un variador de frecuencia Empleo de balastos electrónicos Mejora del aislamiento térmico Implantación de energía solar para agua caliente sanitaria, fotovoltaica,
cogeneración, etc.
�0
2.2.2.4. Informe final.
Toda auditoría energética finaliza con su correspondiente informe final, en el que se recogen todos los puntos mencionados anteriormente, relacionando unos con otros para dar una imagen global de la situación de la empresa así como las soluciones presentadas a los problemas detectados.
A la vez y como se tienen analizados los consumos energéticos de los principales equipos y procesos que demandan energía en la empresa, en futuras modificaciones de la empresa (sustitución de equipos, nuevas líneas de producción) se podrán utilizar estas medidas para calcular los contratos adecuados de energía o estudiar como simultanear los procesos para optimizar el funcionamiento, realizar comparativas de consumos empleando nuevas tecnologías, etc.
2.3 Resultados obtenidos
Del estudio energético del sector metalmecánico valenciano, se puede concluir lo siguiente:La cultura energética está poco arraigada en el sector, no se suele tener personal en la empresa con formación en este campo ni se han realizado análisis energéticos en las empresas. Tampoco se utiliza la formación interna u otra acción para el fomento del uso eficiente de la energía y por lo general, no se conocen los programas de subvenciones y ayudas para potenciar el ahorro y eficiencia de los procesos industriales, así como el fomento de las energías renovables a través de las distintas líneas IDAE, AVEN...
El control energético en la empresas es bastante bajo, se contabilizan los consumos totales, aunque no por secciones o específicos de producción, no se suelen analizar acciones de mejora. De las medidas de mejora en las instalaciones, la más realizada entre las empresas del sector es el mantenimiento. por lo general la mayoría de las empresas tienen personal para el mantenimiento correctivo (68,1 %). Sin embargo hay que mejorar en el mantenimiento preventivo, ya que es el que más aporta en la reducción de pérdidas energéticas. Este mantenimiento lo realiza el 30,4% de las empresas del sector, localizado en las empresas mas grandes.
Las mejores técnicas disponibles del sector (MTDs) implican una mejora en la eficiencia energética y por lo tanto una reducción en los costes de producción. Las MTDs no son muy conocidas, y las empresas que son conocedores de ellas no han realizado estudios de viabilidad para cambios en la tecnología de los procesos. El uso de energías renovables como sustituto de energía convencional en el consumo final es bajo (2%) y está centrado principalmente en energía solar térmica.
En las diferentes auditorías llevadas a cabo se han analizado todos los puntos comentados anteriormente, y cabe destacar que en general las empresas del sector ven el gasto energético como un gasto fijo, sin tomar medidas para reducirlo. En la mayor parte de las empresas auditadas el personal encargado de las tareas energéticas era el personal de mantenimiento, dirigido por un empleado de compras o desarrollo, que eran los encargados de realizar la compra del material. Estas personas centraban sus esfuerzos de mejora en las tareas de producción, control de calidad, mantenimientos, dejando al margen la optimización de su demanda energética, ya que por lo general no entraba dentro de sus competencias.
��
Las diferentes empresas auditadas han logrado detectar los puntos o procesos donde desperdiciaban energía, de tal forma que pueden actuar sobre ellos aumentando su competitividad. Del mismo modo se han identificado procesos que consumen mayor energía de la necesaria debido a un incorrecto funcionamiento de los equipos, por lo que si no se realiza un mantenimiento adecuado, además de suponer un mayor consumo de energía en estos equipos, en algunos supone una disminución de su vida útil.
Los puntos de mejora en todas las empresas auditadas son los que tienen que ver con las tecnologías horizontales, es decir los servicios auxiliares que no intervienen directamente en el proceso productivo: aire comprimido, iluminación, motores eléctricos.…
Los principales puntos de mejora en tecnologías horizontales son:
Motores trabajando a bajas cargas y con rendimiento bajo. Fugas en las instalaciones de aire comprimido y compresores trabajando mucho tiempo
en descarga. Alumbrados ineficientes y poco aprovechamiento de luz natural a través de lucernarios,
cerramientos translúcidos... Fugas en los aislamientos de los sistemas térmicos. Optimización de puntos de consigna: presiones, temperatura.…
Las mejoras propias de los procesos productivos de las empresas auditadas van encaminadas a:
Recuperación de calores residuales, principalmente de hornos. Sustitución de quemadores en hornos. Sustitución de combustibles, principalmente en procesos térmicos de gasóleo o fueloil
por gas natural. Empleo de energía solar térmica en procesos de baja temperatura Sistemas de gestión energética.
En todas las auditorias se han analizado los diferentes contratos que tienen con las empresas suministradoras y en los casos de suministros eléctricos se han tomado medidas para reducir las penalizaciones que se aplican al superar la potencia contratada, ya que en algunas ocasiones realizan al mismo tiempo varias tareas cuya potencia eléctrica requerida es muy alta, y simplemente secuenciando estas tareas a lo largo de la jornada podemos reducir la potencia contratada o las penalizaciones aplicadas en la factura eléctrica.
El ahorro energético es una combinación de acciones de mejora en diferentes puntos, y dado la implantación de las medidas en las empresas de sector, actualmente la capacidad de ahorro energético medio en el sector esta entorno al 20 %.
��
��
Metodología de evaluación�
34
3. Metodología de evaluación
para una mejora energética en el sector del metal, es necesario conocer los aspectos que determinan cuáles son los elementos más importantes a la hora de optimizar el consumo energético y aprovechamiento de nuestros recursos.
A continuación se van a describir los primeros pasos a seguir. También se han listado los principales problemas identificados y las distintas soluciones adoptadas en los diferentes casos encontrados; para que las empresas del sector metalmecánico de la Comunidad Valenciana, que aún no han tomado medidas de ahorro energético, puedan llevar a cabo una evaluación en las instalaciones.
3.1.- Contratación del suministro energético.
En los últimos años, los consumidores industriales han visto cómo la energía ha pasado de representar un coste marginal en la estructura de costes de su actividad a ser un factor importante en la misma debido al incremento paulatino de su precio.
El mercado de abastecimiento energético no es uniforme y en ocasiones puede resultar complejo. En una primera aproximación se puede dividir éste por la propia energía consumida:
Electricidad: Alta y baja tensión.
Combustibles: gaseosos (GLp, gas natural), líquidos (gasóleo, fuelóleo...) y sólidos (antracita, lignito, hulla…).
Energías renovables: aprovechamiento de la energía solar para uso térmico o eléctrico para autoconsumo o venta, utilización de la biomasa para uso térmico o eléctrico para autoconsumo o venta y utilización de la energía geotérmica para autoconsumo.
En el análisis de la contratación de un suministro energético existirán dos supuestos básicos:
Contratación inicial de un suministro energético.
Optimización de una contratación energética ya existente.
�5
Contratación inicial de un suministro energético. Cuando se inicia una actividad que requiera el uso de fuentes energéticas, primeramente se debe de realizar una elección del tipo de energía que se va a consumir. Esta elección debe de producirse en función de la actividad a desarrollar y debe de tener presente de una forma general:
Tecnología a utilizar en la actividad.
Determinar el precio económico de la fuente energética utilizada. para ello, se utilizará la expresión: unidad económica pagada/unidad energética consumida. por ejemplo: c€/kWh.
Disponibilidad de suministro del tipo de energía
Impacto ambiental de la fuente energética utilizada. En este caso como parámetro se utilizará la expresión: unidad contaminante emitida/consumo energético realizado. por ejemplo: gCO�/kWh, tCO�/tep...
Una vez decididos los tipos de energía y cantidades que se van a utilizar, se deben analizar individualmente las posibilidades de contratación de cada tipo de energía. En algunos casos las contrataciones energéticas admiten modalidades: mercado liberalizado o compra a tarifa regulada.
Este tipo de análisis de contratación inicial debe efectuarse con una cierta perspectiva, pues pueden condicionar el crecimiento y la rentabilidad futura de la empresa. por ejemplo en el caso de la contratación de la energía eléctrica, que se elija una potencia de contrato que no tenga en cuenta las ampliaciones futuras de una empresa, puede suponer un gasto considerable en un futuro inmediato.
Optimización de un suministro energético ya existente. A diferencia del supuesto anterior, en este caso ya se viene realizando la actividad en cuestión .por tanto, ya existe una elección previa de las fuentes energéticas a utilizar, así como una contratación energética de las mismas.
Es decir, en este caso el análisis consistirá en optimizar la contratación energética, y se realizará a partir de los consumos energéticos que ha necesitado la empresa para realizar su actividad. Éstos conllevan unos gastos económicos, así como un volumen de emisiones contaminantes que están vinculados directamente al consumo energético. La contabilidad tanto del consumo energético como del gasto económico se realizará a partir de las facturas energéticas pagadas por la empresa. En caso de que el estudio de optimización se realice dentro de una asesoría energética, donde se han planteado medidas de ahorro y eficiencia, éste se debe realizar a partir de la nueva situación tanto de consumo como de curva de carga de consumo creada por dichas medidas.
Con respecto a la energía eléctrica, otra medida es gestionar nuestra demanda de consumo para hacerlo en los periodos más económicos (valle). En el caso de suministros ya existentes,
�6
otro análisis importante a realizar es el estudio de la posibilidad de sustitución de unos combustibles por otros, por ejemplo el fuelóleo por gas natural o renovable. Este estudio se puede realizar por tres motivos: razones de eficiencia energética, cuestiones económicas o razones medioambientales. En el mismo hay que evaluar la inversión, además de las propias del cambio de fuente energética, que por razones tecnológicas puede conllevar dicha sustitución.
En el caso de que su empresa nunca haya tomado ninguna medida de ahorro energético un buen comienzo sería revisar el contrato con la empresa eléctrica suministradora. Debería recoger las facturas de los últimos años, analizar los consumos en cada franja horaria, y comparar con el resto de las empresas suministradoras. También se deben tener en cuenta las penalizaciones que aplican por potencia reactiva, excesos de potencia, etc.
Ejercicio optimización de factura
Realizar el análisis de los costes que supone el consumo de energía reactiva del mes de septiembre del siguiente suministro, con un contrato a 6 periodos:
Lecturas reales en el periodo de facturación
L. Anterior L. Actual Energía kWh ReactivakVArh
Potencia kW
Periodo � ��8698 ��8698 0 0 0
Periodo � 595�5� 595�5� 0 0 0
Periodo � 412571 412571 0 0 0
periodo 4 436309 436309 0 0 0
Periodo 5 674407 7�909� 64686 42119 408
Periodo 6 587�86 599�� ��8�7 14277 �58
La tarifa de acceso correspondiente establece que el coste de la energía reactiva se calculará en función del cos ϕ de la instalación en cada uno de los diferentes periodos, exceptuando el periodo 6, en el que no se cobrará la energía reactiva demandada. Del mismo modo establece que solo se facturará la energía reactiva que supere el 33% de la energía activa demandada en el mismo periodo.
Los precios a aplicar para los excesos de energía reactiva, en función del valor del cos ϕ de la instalación, para todas las tarifas de acceso son:
Para cos ϕ < 0,95 y hasta cos ϕ = 0,90: 0,000013 €/kVA rh
Para cos ϕ < 0,90 y hasta cos ϕ = 0,85: 0,017018 €/kVA rh
Para cos ϕ < 0,85 y hasta cos ϕ = 0,80: 0,034037 €/kVA rh
Para cos ϕ < 0,80: 0,051056 €/kVA rh
�7
En este caso solo tendremos en consideración el periodo 5 para el cálculo de la energía reactiva a facturar.
Para la estimación del cos ϕ empleamos la ecuación:
Cos ϕPeriodo 5 0.84
Con lo que obtenemos que:
Su coseno es de 0,84, por tanto, pertenece al escalón de cos ϕ < 0,85 y hasta cos ϕ = 0,80, el precio por kVArh de exceso consumido es de 0,034037 €.
El exceso producido es igual a: 42119-(64686*0.33)=20773 kVarh.
El precio a pagar será: 20773 kVAr x 0,034037 €/kVArh = 707,04 €.
Mediante medidas de compensación de energía reactiva se puede anular completamente este sobrecoste. puesto que los precios establecidos en el contrato suelen ser inamovibles, en el periodo contemplado por el mismo, la compensación de los excesos de energía reactiva es una de las pocas técnicas que nos permite optimizar una contratación liberalizada.
3.2.- Optimización de las tecnologías horizontales.
Las tecnologías horizontales son las tecnologías comunes empleadas en procesos generales presentes en todas las industrias, independientemente del sector al que pertenezca; ejemplos de estas tecnologías horizontales son motores, compresores, calderas, sistemas de climatización, etc.
paralelamente a la recopilación de las facturas se deberían medir los consumos y potencias requeridos por las máquinas, ya que la potencia requerida es un factor determinante en las tarifas de las compañías de suministro eléctrico. Una vez se han identificado los principales puntos que requieren una potencia máxima, se debe analizar el motivo y tratar de reducir la demanda de potencia.
De una manera similar a la búsqueda de los puntos de mayor potencia, se deben de analizar los procesos que mayor energía consumen (todo tipo de energía: eléctrica, gas…). En estos procesos fundamentalmente se tomarán dos medidas: reducir el consumo y reutilizar la energía sobrante de los procesos.
�8
La primera medida es tratar de reducir el consumo o hacer el proceso más eficiente en la medida que sea posible. para alcanzarlo se puede:
-Reducir las paradas y puestas en marcha para hacer un proceso continuo y disminuir las perdidas de energía en el arranque y parada de la producción.
-Ajustar la producción a los momentos en los que el coste de la energía es menor.
-Analizar el proceso para detectar los puntos en los que se pierde la energía y tratar de optimizar el proceso.
-Revisar la maquinaria existente en cada proceso y compararla con la existente actualmente en el mercado, analizar la inversión a realizar, así como el tiempo de retorno de la inversión por una maquinaria con menores consumos, o rendimientos superiores.
-Revisar el plan de mantenimiento de las máquinas, ya que en muchas ocasiones un mantenimiento deficiente conlleva unos consumos superiores.
La otra medida que se debe tomar en los procesos que consumen una gran cantidad de energía es analizar el tipo de energía sobrante, y qué se hace con ella. Ya que en los procesos que consumen mayor cantidad de energía, aparecerá una mayor cantidad de energía sobrante que se puede emplear para otros procesos.
Generalmente en los procesos del sector metalmecánico esta energía sobrante de los procesos será calor, el cual puede ser empleado en una gran cantidad de actividades:
-Calentar el ACS de la nave industrial.
-Calentar en invierno las instalaciones.
-Si los gases de escape poseen una temperatura elevada se pueden emplear para generar energía eléctrica.
-Este calor sobrante también puede emplearse para otros procesos que tengamos en nuestra industria.
También se ha de tener en cuenta las energías renovables disponibles en el mercado, y analizar si económicamente es rentable emplear alguna de ellas en el espacio libre disponible en nuestras instalaciones (azoteas, cubiertas, jardines…).
Otro aspecto a considerar es la iluminación. Se debe realizar un inventario de los equipos de iluminación que disponemos en nuestras instalaciones. Una vez realizado este inventario compararlo con los equipos disponibles actualmente en el mercado, y analizar la viabilidad económica de la sustitución de los equipos, así como el retorno de la inversión realizada.
El consumo de energía destinado al confort térmico de los trabajadores debe ser evaluado, ya que tanto en invierno como en verano se consume una cantidad importante de energía en los procesos de frío y calor. Deben estudiarse los consumos producidos, así como los puntos donde existen grandes saltos de temperatura, para tratar de minimizar las zonas de disipación de energía y hacer más eficiente el proceso.
�9
En caso de no disponer de personal que pueda llevar a cabo las mediciones y analizar todos los parámetros que se deben considerar, se pueden externalizar los servicios a empresas especializadas.
Además de los ahorros energéticos que se obtienen mediante la optimización de los procesos, también se consigue un ahorro en las emisiones de productos nocivos para el medioambiente, con lo que este ahorro posee una doble eficacia.
Emisiones industriales. Cortesía SGS.
40
por lo expuesto anteriormente, las emisiones causadas por el consumo de energía también deben de ser consideradas, ya que además de influir negativamente en el medio ambiente, pueden ser un indicador de fallos en los procesos de generación de energía que deben ser subsanados. A continuación se enumeran las principales emisiones presentes en la industria:
Procedencia EfectoFocos de emisión
en nuestras empresas
CO�
Se produce en las reacciones de combustión.
Es un elemento que participa en el efecto invernadero, ya que capta la radiación infrarroja que la Tierra emite hacia el espacio.
Calderas, hornos, motores de combustión (vehículos).
COAparece cuando hay una combustión incompleta de la mezcla aire-combustible.
Muy tóxico para las personas.
NOx
Reacciones a alta temperatura entre el nitrógeno y el oxígeno presentes en el aire, en los procesos de combustión.
Factor de la lluvia ácida, que crea alteraciones de ecosistemas forestales y acuáticos. Irritaciones en los bronquios.
hornos.
SO�
Procede de la combustión de los combustibles fósiles, ya que contienen azufre.
Factor de la lluvia ácida, que crea alteraciones de ecosistemas forestales y acuáticos. Enfermedades de tipo alérgico, irritaciones de ojos y vías respiratorias.
Calderas, hornos, motores de combustión (vehículos).
COV (Compuestos Orgánicos Volátiles)
Gases de escape originados por una deficiente combustión o la evaporación del carburante.
Factor de la lluvia ácida, que crea alteraciones de ecosistemas forestales y acuáticos. Enfermedades de tipo alérgico, irritaciones de ojos y vías respiratorias.
En las chimeneas y tubos de escape de calderas, hornos, motores de combustión (vehículos).Partículas y
humoSon emitidos por la mala combustión de los carburantes
Suciedad ambiental. Reducen la visibilidad. Afectan a las vías respiratorias.
Si aparece una mala combustión en los hornos y calderas, además de emitir una gran cantidad de elementos nocivos para el medio ambiente, estamos derrochando energía. por lo que debemos de realizar un mantenimiento preventivo en estos equipos para controlar estos parámetros.
41
A continuación se van a exponer las principales tecnologías horizontales que aparecen en el sector metalmecánico y diversas propuestas para aumentar su eficiencia.
-Calderas de Gas/Gas-oil/Vapor:
Las calderas de gas/gas-oil se utilizan para transformar la energía fósil en energía calorífica, la cual se emplea para calentar un fluido (en estado líquido o vapor) que será empleado en otros procesos.
Se puede tratar de optimizar la combustión en las Calderas, para lo que se debería realizar un análisis de los humos de escape. En función del resultado obtenido se pueden tomar medidas que optimicen el proceso para conseguir un ahorro en el consumo de combustible:
-Si el rendimiento es bajo y la caldera está sucia, se debe limpiar la caldera para optimizar su funcionamiento, así como fijar un sistema de mantenimiento preventivo, de tal forma que no vuelva a suceder este problema.
-Si el rendimiento no es el adecuado también se deben de analizar los distintos componentes de la caldera para verificar si algún elemento debe ser sustituido.
También se pueden aprovechar los calores residuales. Estos calores residuales se emplearan para ACS o calefacción, aprovechando una energía que en muchos casos no es utilizada.
Reinyectar los condensados en la caldera es otra opción, con la que se conseguirá ahorrar combustible y agua en el proceso (sólo en calderas de vapor).
-bombas de calor (climatización):
Las bombas de calor son empleadas para transferir el calor de un foco a otro, introduciendo trabajo en el sistema, estas bombas de calor son empleadas para sistemas de climatización.
Aumentar el rendimiento de la máquina y recuperar el calor para ACS realizando un balance energético (energía entrante =energía saliente). Mediante esta mejora se conseguirá reducir el consumo eléctrico, y producir ACS.
El empleo de equipos de climatización con variador de frecuencia (regulación inverter) optimiza el consumo energético de estos equipos.
-Motores eléctricos:
Los motores eléctricos transforman energía eléctrica en energía mecánica. En el sector metalmecánico se emplean en una gran cantidad de procesos, y su demanda energética puede ser elevada (fundamentalmente en los arranques de los equipos).
42
Disminuir la potencia de arranque del motor (curva de arranque controlada por rampa) fundamentalmente en equipos con muchos ciclos de arranque-parada o en motores cuya velocidad de giro en su ciclo de funcionamiento no siempre es la máxima. Es recomendable el empleo de variadores de frecuencia, muy eficientes energéticamente y con costes amortizables con los ahorros energéticos.
Las estrategias de ahorro en los motores eléctricos son:
Selección del motor: punto de funcionamiento.
El dimensionamiento de los motores en muy importante. El rendimiento máximo se consigue entre el 75 % y 85 % de la carga nominal, a cargas menores, el rendimiento disminuye de forma importante, con lo que hay que evitar los sobredimensionamientos.
Características del motor: Motores de alto rendimiento
La Comisión Europea establece tres niveles de eficiencia energética para motores eléctricos. Estos tres niveles son EFF1 Motores de alto rendimiento, EFF2 Motores de rendimiento mejorado y EFF3 Motores de rendimiento estándar. Dependiendo de si son motores de 2 o 4 polos poseen unos rendimientos determinados. En la siguiente gráfica se pueden ver los rendimientos de cada motor dependiendo del número de polos y la potencia requerida.
Clasificación energética de motores eléctricos.
Mediante el empleo de motores de alto rendimiento se puede tener ahorros energéticos, si bien, la amortización desde un motor estándar nos lleva a periodos de retorno grandes. Son recomendados fundamentalmente en ampliación de instalaciones nuevas o por renovación de equipos existentes.
43
Ejercicio Motores:
En este ejercicio se va a comparar un motor existente en una empresa, y el ahorro que se alcanza al sustituirlo por otro nuevo.
Si se dispone de un motor eléctrico con 15 kW de potencia nominal, 400V de tensión nominal, 40 Amperios de corriente nominal y un factor de potencia en régimen nominal de 0,75.
Con estos datos se puede calcular las potencias absoluta y de pérdidas, así como el rendimiento del motor; que son los datos que emplearemos para compararlos con los del nuevo motor.
Obtenemos:
p absorbida (kWh) p útil (kW) p perd (kW) η20,78 �5 5,78 72,16%
Los motores de alta eficiencia poseen unos rendimientos superiores a los de este motor convencional; veamos los resultados que se obtendrían empleando un motor de alta eficiencia EFF2.
Según la gráfica de la página anterior para una potencia nominal de 15Kw se tiene un rendimiento del 90%, con lo cual se obtienen los siguientes resultados:
p absorbida (kW) p útil(kW) p perd (kW) η16,66 �5 1,66 90%
Una vez se tienen estos datos es el momento de calcular el coste económico de ambos motores, por lo que se van a realizar dos supuestos de funcionamiento, uno con el motor funcionando 10 horas al día, y el otro funcionando 5 horas al día; ambas empresas trabajan 5 días a la semana y 48 semanas al año. por lo cual el coste eléctrico anual de ambos motores estimando un coste de 0,13€ kWh:
potencia consumida (kW) 10 horas al día 5 horas al día
Motor estándar 20,78 6.483,36 € 3.241,68 €
Motor alta eficiencia 16,62 5.187,62 € 2.593,81 €
Ahorro anual 4,15 1.295,74 € 647,87 €
44
-Aire comprimido
El aire comprimido es empleado en casi todas las industrias del sector en diferentes procesos; atornilladores de alta velocidad, cinceles, prensas, cintas neumáticas, limpieza… Generalmente en estas operaciones se pierde una gran cantidad de energía.
Además, la eficiencia global del sistema de aire comprimido puede ser mejorada empleando las siguientes medidas:
• Encontrar y reparar las fugas.• Emplear motores de alta eficiencia e inversores para cambiar las frecuencias y
amplitudes del voltaje.• Seleccionar el compresor óptimo para la operación requerida (no sobredimensionar).• Mejorar la fase de compresión del aire (por ejemplo empleando compresores multi-
etapa).• Emplear el calor expulsado en otros procesos.• Mejorar la purificación del aire (mediante filtros o deshumidificador).• Reducir la presión de salida si es posible.• Identificar las zonas con grandes caídas de presión para tratar de minimizar las
pérdidas de energía.• Realizar un mantenimiento adecuado a los equipos.• Mejorar el flujo de aire en las tuberías para tratar de evitar las perdidas de presión
por fricción.• Evitar los usos innecesarios de los equipos.
Se puede llegar a ahorrar una gran cantidad de energía aplicando estas medidas. para canalizar el potencial de mejora en lugar de centrarse únicamente en el compresor, se debe optimizar también toda la instalación de aire comprimido.
Central de compresores. Cortesía de Kemmerich Ibérica.
45
-Sistemas hidráulicos
Los sistemas hidráulicos están presentes en muchos procesos industriales. Se puede ahorrar una gran cantidad de energía empleando nuevas tecnologías, sistemas y componentes. La eficiencia de los sistemas hidráulicos se puede incrementar escogiendo la bomba adecuada para los requerimientos de la industria.
Otras mejoras que se pueden aplicar son:
• Mejorar la configuración de las válvulas de admisión de la bomba.
• Emplear una bomba doble.
• Mejorar la eficiencia del rotor (ajustando el ángulo de movimiento de las aspas).
• Optimizar la velocidad del motor.
Existen unos ahorros económicos potenciales en estos procesos.
A continuación se muestra, a modo de ejemplo, un túnel de desengrase (decapado, fosfatado, limpieza) en la que intervienen distintos circuitos hidráulicos.
Túnel de desengrase. Cortesía de Industrias Saludes.
Las bombas hidráulicas son empleadas para incrementar la presión en un fluido, y mediante este incremento de presión se puede transportar el fluido. En el sector metalmecánico estas bombas son empleadas para permitir el movimiento de los líquidos refrigerantes de los distintos procesos térmicos. para accionar las bombas hidráulicas se emplea normalmente energía eléctrica.
46
para optimizar el consumo eléctrico en las bombas hidráulicas en la fase de diseño se deben dimensionar correctamente los diámetros de las tuberías y las dimensiones del motor. Una vez está realizada la instalación, si el flujo que circula no es el óptimo se pueden emplear distintas medidas de ahorro energético como puede ser regular la potencia entregada por el motor mediante un variador de frecuencia para reducir el flujo circulante.
-Iluminación:
La iluminación en la industria está en torno al 15% (aunque hay casos en los que puede llegar al 35%) de la energía utilizada, con lo que tiene un potencial de ahorro energético y económico con el empleo de un sistema eficiente de iluminación.
Un correcto sistema de iluminación se debe de ajustar a las necesidades de trabajo de la zona. En la siguiente tabla se pueden ver los niveles de mínimos de iluminación que se deben de cumplir en las diferentes zonas de trabajo, como mínimo se deben alcanzar estos límites:
zona o parte del lugar de trabajo (*) Nivel mínimo de iluminación (lux)
zonas donde se ejecuten tareas con:
1º Bajas exigencias visuales2º Exigencias visuales moderadas3º Exigencias visuales altas4º Exigencias visuales muy altas
Áreas o locales de uso ocasionalÁreas o locales de uso habitual
Vías de circulación de uso ocasionalVías de circulación de uso habitual
�00�00500
1.000
50�00
�550
* El nivel de iluminación de una zona en la que se ejecute una tarea se medirá a la altura donde ésta se realice; en el caso de zonas de uso general a 85 cm del suelo y en las vías de circulación a nivel de suelo.
Fuente: Legislación y Normas sobre Seguridad y Salud en el trabajo, Generalitat Valenciana. RD 486/1997
Como regla general de iluminación, independientemente del tipo de zona, cabe destacar que se debe maximizar el aprovechamiento de la radiación solar, se debe tratar de tener superficies traslucidas/transparentes que permitan aprovechar la luz natural (aunque hay que considerar las pérdidas térmicas que este tipo de cerramientos conlleva). En general hay que mantener limpias las superficies traslucidas/transparentes, ya que en muchas ocasiones estas superficies al tener difícil acceso no se limpian y limitan la entrada de luz natural.
47
Iluminación natural a través de lucernarios de cubierta. Cortesía de Kemmerich Ibérica.
Entre los requisitos que debe de cumplir un sistema de alumbrado están el buen rendimiento de color para optimizar las condiciones de trabajo, la alta eficiencia luminosa para ahorrar energía y la vida útil de las lámparas.
En instalaciones industriales las más usadas son las lámparas de descarga, más eficientes que las incandescentes. para su funcionamiento necesitan un equipo auxiliar (balasto, cebador). Las lámparas de descargas mas usadas son: vapor de mercurio de alta presión, vapor de sodio de alta presión, halogenuros metálicos y fluorescentes.
48
Las principales características de las lámparas usadas en el sector son las siguientes:
Lámpara incandescente:
Coste bajo.
Muy baja eficiencia.
Conexión sin equipos auxiliares.
Uso en alumbrado interior.
Lámpara incandescente halógena:
Mejor eficacia lumínica que las incandescentes.
Vida útil mayor.
Mayor coste que las incandescentes.
Uso en alumbrado decorativo y alumbrado para tareas específicas.
Lámpara fluorescente compacta:
Alta eficiencia.
Larga duración.
Es la sustituta de la lámpara incandescente al tener el equipo auxiliar integrado.
Uso en alumbrado interior.
Lámpara fluorescente tubular:
Eficiencia elevada, más con balasto electrónico.
Larga duración.
Uso en alumbrado interior para alturas menores de 6 metros.
Lámpara de vapor de mercurio:
Alta eficiencia luminosa y amplio rango de potencias.
Alta vida útil.
Aplicaciónes que no requieren gran rendimiento de color.
Alto coste inicial.
Indicadas para alumbrar naves con alturas mayores de 6 metros.
Lámpara de vapor de sodio de alta presión:
Alta eficiencia luminosa. Son más eficiente que las de mercurio.
Amplio rango de potencias.
Alta vida útil.
Mala reproducción cromática.
Alto coste inicial.
Indicadas para alumbrar naves con alturas mayores de 6 metros.
49
En la siguiente tabla se pueden ver para los diferentes tipos de fuentes, el flujo luminoso y su eficacia para unas determinadas potencias:
Tipo de fuentePotencia Flujo Luminoso Eficacia luminosa
W Lm Lm/W
Lámpara incandescente
40 430 10,75
�00 1.300 13,8
�00 5.000 16,67
Lámpara Fluorescente compacta7 400 57,1
9 600 66,7
Lámpara Fluorescente tubular
�0 1.030 51,5
40 2.600 65
65 4.100 6�
Lámpara vapor de Mercurio
�50 13.500 54
400 23.000 57,5
700 42.000 60
Lámpara Mercurio halogenado
�50 18.000 7�
400 24.000 67
�00 80.000 80
Lámpara vapor de Sodio alta presión
�50 25.000 �00
400 47.000 ��8
1.000 120.000 ��0
Lámpara vapor de Sodio baja presión
55 8.000 145
��5 22.500 �67
�80 33.000 �80
principales características de las lámparas.
Considerando los niveles de iluminación mínima en función de los distintos lugares de trabajo, se han diferenciado las siguientes zonas de iluminación:
-Iluminación de zonas de uso poco habitual:
Las zonas de uso poco habitual son lavabos, sótanos, trasteros, etc.
En este tipo de zonas se puede reducir el tiempo de uso de la iluminación empleando temporizadores o detectores de presencia. Se puede reducir el consumo eléctrico, ya que únicamente estarán encendidos cuando sea necesario, apagándose automáticamente cuando no haga falta.
50
-Iluminación exterior:
Las necesidades lumínicas en el exterior de la empresa son diferentes a las de la zona interior, ya que en estas zonas generalmente no se realizan trabajos con una demanda de iluminación elevada.
para optimizar el consumo de energía en el exterior de la industria es conveniente el empleo de lámparas de descarga de vapor de sodio de alta presión, ya que son las más eficientes y la limitación del color no debe de ser un obstáculo como puede ser en el interior.
Como sistema de regulación del alumbrado exterior se puede utilizar:
Interruptores crepusculares: Son células fotoeléctricas que detectan la cantidad de luz natural existente, activando el sistema cuando la luz natural baja de un determinado valor umbral.
Interruptor astronómicos: Se programan electrónicamente los momentos de encendido y apagado dependiendo de la época del año.
Balastros de doble nivel: Son elementos electrónicos a partir de los cuales se consigue tener dos regímenes de tensión para las lámparas, teniendo un régimen reducido en los periodos de bajo tráfico de personal y vehículos.
Reductor de flujo: Estos elementos actúan sobre la tensión de alimentación de la instalación, pudiendo suministrar tensiones menores a las lámparas como en el caso anterior.
-Iluminación interior:
La zona con mayores consumos en iluminación es la interior, ya que es el lugar donde se realizan los trabajos con niveles de iluminación necesarios más elevados. En cada una de las zonas interiores se deberá evaluar cuales son las necesidades reales de iluminación, en función del tipo de procesos que se realicen (manuales, maquinaria, alta precisión, etc..). Los niveles mínimos requeridos para cada zona se pueden ver en la table de la página anterior.
Las medidas de ahorro más comunes en función de la tecnología de iluminación instalada son las siguientes:
Las luminarias de descarga de Vapor de Mercurio Color Corregido, pueden sustituirse por luminarias de Vapor de Sodio Alta presión, que poseen una mayor eficacia luminosa para una misma potencia. El principal inconveniente de esta tecnología es que, con respecto al índice de reproducción cromática de las lámparas de vapor de sodio de alta presión, poseen un rendimiento bajo (I.R.C.=23) y una temperatura de color amarillo–dorada (T=2.250 K).
5�
Alumbrado interior en nave industrial. Cortesía de Industrias Saludes.
Luminarias de tubos fluorescentes equipadas con balastos electromagnéticos convencionales. Una medida de ahorro empleada habitualmente es la instalación de balastos electrónicos para el encendido y funcionamiento de tubos fluorescentes con objeto de reducir picos de arranque y consumos en régimen estacionario.
En cuanto a lámparas incandescentes, en este tipo de lámparas una gran parte de la energía eléctrica absorbida se pierde en forma de calor, lo que da lugar a una eficiencia luminosa muy reducida. Es por esto que se propone como medida de ahorro energético la sustitución de dichas lámparas por lámparas fluorescentes compactas.
En la tabla siguiente se pueden ver las equivalencias de iluminación entre lámparas incandescentes y de bajo consumo, así como los ahorros en energía y emisiones de CO�.
Tabla de Equivalencias
Bombilla incandescente Lámpara de bajo consumo Ahorro en kWh a lo largo de su vida
Emisiones de CO� evitadas (kg)
40 W60 W75 W100 W150 W
9 W11 W
14 W - 15 W18 W - 20 W
32 W
248�9�480640944
198,4313,63845��
755,2
Tabla de equivalencias de iluminación.
5�
La energía consumida por una instalación de iluminación depende de la potencia instalada del sistema de alumbrado (incluyendo la potencia del equipo auxiliar) y las horas de funcionamiento
Ejemplo práctico
Se dispone en una empresa de unas luminarias de vapor de mercurio de color corregido, y se va a analizar el ahorro anual que se consigue sustituyéndolas por unas luminarias de menor consumo energético y mismo flujo luminoso.
En una nave industrial se disponen de 82 luminarias de Vapor de mercurio de color corregido de 400 W; estas luminarias se encienden durante 8 horas al día, 5 días a la semana durante 48 semanas al año.
La alternativa que se presenta es sustituir las lámparas de vapor de mercurio de color corregido de 400 W por lámparas de vapor de sodio de alta presión de 250 W; el flujo luminoso que se obtiene con estas lámparas es muy similar 23000 Lm y 25000 Lm (incluso es superior el de las lámparas de vapor de sodio).
El coste y los consumos de ambas opciones de iluminación se pueden ver en la siguiente tabla:
LUMINARIApOTENCIA
(W)
pOTENCIA (con equipo
auxiliar)
hORAS FUNC
(horas/dia)
hORAS FUNC.
(horas/año)
Nº LUMINARIAS
Potencia instalada (KW)
CONSUMO ANUAL
(kWh/año)
Precio €Kwh
CONSUMO pREVISTO
(€/año)
VMCC 400 417 8 �9�0 8� 32,8 65652,48 0,13 8534,8224
Vsap �50 �6� 8 �9�0 8� 20,5 41091,84 0,13 5341,9392
-Consumo sanitario de agua:
El agua de consumo sanitario es un elemento básico en las industrias. En todas ellas se debe minimizar su consumo. El ahorro en el consumo de agua tiene dos efectos, uno es el ahorro directo en la factura de agua y el otro es el ahorro en el consumo energético de sistemas secundarios que interactúan con el agua.
Se puede reducir el consumo energético en calentar el agua, sustituyendo los grifos convencionales por grifería ecológica. La principal característica de la grifería ecológica es que comienza a demandar agua caliente a partir de la posición central, ya que por estética siempre se deja el monomando en la posición central y se arranca a partir de esta posición, por lo que se demanda
5�
una cantidad de agua caliente que no se emplea, y la mayor parte de las ocasiones para cuando llega el agua caliente ya se ha concluido la operación.
Otras medidas eficientes para la reducción del consumo de agua son el empleo de:
Temporizadores en la grifería.
perlizadores.
Limitadores de caudal.
En muchos procesos en los que interviene el agua se puede evitar el gasto de energía en calentar el agua empleando agua precalentada de otros procesos de la industria (calderas, hornos, máquinas frigoríficas, etc.), aprovechando el exceso de calor de dichos procesos.
-Energías renovables:
Las energías renovables se pueden introducir en cualquier empresa para diversificar fuentes de energía, reducir costes energéticos y contribuir en la conservación del medio ambiente. principalmente las energías renovables a introducir por el tipo de sector y por la buena situación geográfica de Valencia en cuanto a radiación solar son las energías solar fotovoltaica y solar térmica, aunque también se deben de tener otras en cuenta: biomasa, geotermia.…
Para el desarrollo de estas tecnologías se disponen de ayudas de las distintas administraciones públicas a través de subvenciones públicas, créditos a bajo interés o precios de compra de la energía generada (régimen especial).
Energía fotovoltaica:
Este tipo de energía renovable se caracteriza por transformar la energía solar en energía eléctrica. La radiación solar es captada en los paneles fotovoltaicos generando energía eléctrica en forma de corriente continua. Esta corriente es convertida en alterna a través de un equipo llamado inversor, y esta corriente alterna ya se puede consumir en los centros de trabajo o bien, verterse a la red eléctrica de distribución.
La integración de los sistemas debe realizarse en zonas libres de sombras y buena orientación para aprovechar la radiación máxima. Las zonas mas usuales en la industria son las cubiertas, aunque se pueden integrar en fachadas, pérgolas del parking.…
54
placas fotovoltaicas ubicadas en cubierta. Cortesía SGS.
-Energía solar térmica:
La energía solar térmica aprovecha la radiación solar para transferirla a un fluido en forma de calor. Las aplicaciones principales de la energía solar térmica en la industria del metal están en sistemas de baja temperatura en las que la temperatura de trabajo (o del fluido a calentar) se sitúa por debajo del punto de ebullición del agua (100 º C a presión atmosférica) o en sistemas de media temperatura en los que el proceso necesita temperaturas entre 100 y 400 ºC, como en los que se requiere la generación de vapor.
El esquema de principio de una instalación solar térmica es el siguiente:
Esquema de una instalación solar térmica.
55
Mediante la aplicación de sistemas térmicos, se puede llegar a cubrir una parte considerable de la demanda industrial de calor.
La integración arquitectónica es similar a la solar fotovoltaica.
3.3.- Optimización de los procesos productivos.
En el sector metalmecánico existen un gran número de procesos de fabricación, procesos industriales, subprocesos… por lo que a continuación se van a destacar los más relevantes, y más implantados en las industrias del sector en la Comunidad Valenciana.
Soldadura
Los procesos de soldaduras son muy comunes en el sector metalmecánico. hay muchas innovaciones recientes que hacen la soldadura mas eficiente energéticamente, incluyendo el uso de inversores en lugar de transformadores con rectificadores; monitorización, control y compensación de las variaciones del parámetro de soldadura para optimizar la potencia requerida para soldar.
por lo cual se debe evaluar la eficiencia del sistema actual de soldadura empleado, y los disponibles actualmente, evaluando el ahorro energético conseguido y considerando la inversión a realizar/amortización.
Soldadura Mig. Cortesía de Kemmerich Ibérica.
56
Hornos y calderas industriales.
Los hornos y calderas industriales se emplean en el sector metalmecánico en diversidad de procesos como: moldear, fundir, quemar, sinterizar, calcinado de diferentes piezas o sustancias…
El empleo de paredes refractarias ayuda a reducir el consumo de energías en los hornos. Éstas son módulos porosos ubicados en los canales de combustión donde son calentados por los gases calientes. El calor contenido en los módulos es irradiado de nuevo sobre el horno o caldera. Empleando las paredes refractarias se pueden conseguir ahorros reales de entre el 2 y el 5 %, y al mismo tiempo se mejora el funcionamiento del horno o de la caldera.
Un punto crítico en los hornos y calderas que debe analizarse es la entrada y salida de los productos a procesar, ya que en muchos casos se pierde una gran cantidad de calor (energía) en las aperturas de estos equipos. Se deben minimizar las aperturas de los hornos para evitar la disipación de calor por la planta.
proceso de soldeo por puntos. Cortesía de Kemmerich Ibérica.
57
De un mismo modo se debe optimizar la temperatura de los hornos al proceso requerido, es decir, no es necesario el mismo tiempo y temperatura de procesado en un horno para una pieza de 20 centímetros, que para una pieza de 2 metros. Al reducir el tiempo de permanencia de la pieza en el horno o reduciendo la temperatura, conseguiremos reducir la demanda energética.
El calor expulsado por los hornos y calderas industriales debe ser empleado en otros procesos siempre que sea posible, estos procesos pueden ser: agua caliente sanitaria, precalentamiento de aire para otros procesos, etc.
horno de secado de piezas. Cortesía de Industrias Saludes
58
procesado del metal
El coste de la energía en la industria del metal puede suponer hasta un 6 % de la facturación anual de una empresa. En estos procesos se pueden tomar una gran cantidad de medidas que permitirán reducir la demanda eléctrica, los costes de calentamiento.
para optimizar la eficiencia energética en el procesado de metal se pueden tomar las siguientes medidas:
• Optimizar los procesos; por ejemplo apagando las máquinas en periodos de no producción.
• Aislar las tuberías y ajustarlas para prevenir perdidas de calor.
• Reutilizar el calor expulsado de los hornos y calderas.
• Emplear hornos de frecuencia media para procesos de endurecimiento.
• Emplear procesos de inducción para el calentamiento de aceros.
prensa de estampación. Cortesía de Kemmerich Ibérica.
59
Tratamientos superficiales
En la industrial del metal, el tratamiento de superficie constituye uno de los procesos más importantes en la fabricación de piezas. Un tratamiento adecuado proporciona una protección de la pieza ante la oxidación y corrosión y una gran durabilidad y resistencia. Entre estos tratamientos tenemos: galvanizados, cromados, niquelados, pinturas,..
pintura
El empleo de cabinas de pintura automatizadas, aparte de evitar la exposición de los operarios a disolvente orgánicos, minimizar el tiempo de ciclo y obtener una calidad en el acabado mejor, supone una reducción en los costes energéticos.
Cabina de pintura. Cortesía de Industrias Saludes.
Galvanizado
En la industria de galvanizado se debe realizar una gestión sistemática de la energía. para lograrlo el rectificador debe ser verificado, así como el calor perdido producido por los rectificadores (especialmente los rectificadores antiguos de selenio), y los gases calientes de la salida deben ser recuperados y utilizados. En este proceso es importante optimizar el aire de entrada y de salida.
60
3.4 Gestión energética y mantenimiento.
Tener datos de consumos energéticos es la base para efectuar cualquier análisis de rendimiento o de balances de otros tipos de energías. El sistema de Gestión Energética proporciona instrumentos para poder realizar un seguimiento de la eficiencia energética y el impacto medioambiental debido al proceso productivo de la industria.
Actualmente, estos sistemas ya están normalizados en varios países europeos, y en España se pueden certificar bajo la Norma UNE 216301. Se está desarrollando la Norma EN 16001 a nivel europeo y la ISO 50001 a nivel mundial. Ambas tienen la misma estructura que la Norma ISO 14000 y son integrables con otros sistemas de gestión.
El inicio del sistema se establece con la política energética, que tiene en cuenta tres factores fundamentales:
1. Consumos energéticos
2. Criterios de rendimiento en el diseño e instalación de equipos nuevos
3. Compras de energía
4. Energías renovables o alternativas
Actualmente, la tecnología permite obtener datos de energías producidas y consumidas a través de contadores energéticos de calor, frío y electricidad.
Estos datos se llevan a un ordenador central que permite hacer un seguimiento detallado de las producciones, los consumos y los rendimientos de los equipos, de forma que se detectan rápidamente desviaciones respecto a valores óptimos.
para poder llevar a cabo este objetivo es necesario disponer de un sistema informático formado por una serie de equipos (hardware) y programas (software) que reciban datos, los muestreen, calculen indicadores, tendencias, evaluaciones energéticas y evaluaciones económicas.
Estos instrumentos permiten evaluar los aspectos energéticos y definir criterios para obtener los aspectos energéticos significativos. A partir de estos datos se establecen los objetivos y metas del sistema de gestión energética.
Los estudios europeos de eficiencia energética evalúan que la implementación de sistemas de Gestión Energética normalizados repercuta en un ahorro energético entre el 3 y el 5%. Estos estudios, evalúan además la implementación del sistema de Gestión Energética normalizados en ahorros económicos entre el 7 y 10%.
La diferencia entre el ahorro energético y el económico es debido a que no todas las mejoras
6�
tienen una repercusión energética, pero si económica. Un ejemplo muy claro son las mejoras en las facturas eléctricas ya que solo tienen un ahorro económico.
El mantenimiento energético va encaminado a la reducción de pérdidas energéticas en nuestras instalaciones, comparte fines con el mantenimiento preventivo en cuanto a la búsqueda del rendimiento óptimo de las instalaciones
Dentro del mantenimiento de la industria, se deberá de verificar periódicamente los siguientes puntos:
Limpieza de las zonas de entrada de luz natural: lucernarios, cerramientos traslúcidos y ventanas.
Limpieza de luminarias y ventanas.
Verificación y calibrado de los equipos de control y mando: presostatos, electroválvulas, termostatos...
Detección de fugas en instalaciones de aire comprimido, agua y otros fluidos.
Sustitución de filtros en equipos de climatización y limpieza de conductos.
Verificación de los aislamientos de las instalaciones térmicas calorifugadas y cerramientos.
6�
6�
MTD (Mejores Técnicas Disponibles)
4
64
4. MTD (Mejores Técnicas Disponibles).
para dar un enfoque integrado a la industria desde la Comisión de la Unión Europea, se han creado las MTDs (Mejores Técnicas Disponibles), que deberán de servir de referencia común para los estados miembros a la hora de establecer el objetivo tecnológico de aplicación en las diferentes actividades. por lo tanto, se van a destacar las MTDs aplicables a eficiencia energética en el sector metalmecánico.
Con respecto a los procesos de metales no férreos existen varias técnicas aplicadas a la recuperación de energía y calor, estas técnicas son aplicadas durante la producción y moldeo de los metales férreos. Se emplean calderas, intercambiadores de calor y quemadores recuperativos para recuperar este calor. puede generarse vapor o electricidad para uso interno o externo, y los gases de proceso o de combustión pueden ser precalentados. Las principales técnicas descritas como ejemplos son las siguientes:
-Los gases calientes durante la fundición o tostación de minerales de sulfuro se pasan casi siempre a través de calderas generadoras de vapor. El vapor producido puede utilizarse para producir electricidad y/o para requisitos de calefacción. Además de producción de energía, el vapor se utiliza como vapor de proceso y en el secador de concentrados, y el calor residual se utiliza para precalentar el aire de combustión.
-Otros procesos pirometalúrgicos son también altamente exotérmicos, particularmente cuando se utiliza aire de combustión enriquecido con oxígeno. Muchos procesos utilizan el exceso de calor producido durante las etapas de fundición o conversión para fundir las materias secundarias sin el uso de combustible adicional.
proceso de fundición. Cortesía SGS.
65
-El uso de aire enriquecido con oxígeno o de oxígeno en los quemadores reduce el consumo de energía al permitir la fundición autógena o la combustión completa del material carbonoso. Los volúmenes de gases residuales se reducen significativamente, lo que permite usar ventiladores más pequeños, etc.
-El material de revestimiento del horno puede asimismo influenciar el balance de energía de una operación de fundición. En este caso, se indica que los refractarios de bajo peso tienen un efecto beneficioso al reducir la conductividad térmica y el almacenamiento en una instalación. Este factor debe estar compensado por la durabilidad del revestimiento del horno y la infiltración del metal en el revestimiento, por lo que puede no ser aplicable en todos los casos.
-El secado separado de los concentrados a temperaturas bajas reduce los requisitos energéticos. Esto es debido a la energía requerida para supercalentar el vapor en una fundición y el aumento significativo en el volumen de gas global, que aumenta el tamaño de los ventiladores.
-El calor se recupera usando los gases calientes de etapas de fusión para precalentar la carga del horno. De modo similar, el combustible gas y el aire de combustión pueden precalentarse, o puede usarse un quemador de recuperación en el horno. La eficacia térmica aumenta en todos los casos. por ejemplo, casi todos los hornos de cuba para fusión de cátodos/chatarra de cobre son alimentados con gas natural, y el diseño ofrece una eficacia térmica del 58 al 60%, según el diámetro y la altura del horno. El consumo de gas es aproximadamente 330 kWh/tonelada de metal. La eficacia de un horno de cuba es elevada, principalmente por el precalentamiento de la carga dentro del horno. puede haber suficiente calor residual en el gas de escape para su recuperación y reutilización para calentar el aire de combustión y el gas. El esquema de recuperación de calor requiere el desvío de los gases de la chimenea del horno a través de un intercambiador de calor de tamaño apropiado, un ventilador de transferencia y los consumos correspondientes. El calor recuperado es aproximadamente de un 4 a un 6% del consumo de combustible del horno.
Emisiones atmosféricas. Cortesía SGS
66
-El enfriamiento antes de una instalación de filtros de bolsa es una técnica importante, ya que proporciona protección térmica al filtro y permite una más amplia elección del filtro. En ocasiones es posible recuperar calor en esta etapa. por ejemplo, en un esquema típico utilizado por un horno de cuba para fundir metal, los gases de la parte superior del horno son conducidos al primero de los intercambiadores de gas, que produce aire de combustión precalentado para el horno. La temperatura de los gases después de este intercambiador de calor puede estar entre 200 y 400 ºC. El segundo intercambiador de calor reduce la temperatura de los gases a 130 ºC antes del filtro de la bolsa. Los intercambiadores de calor van normalmente seguidos por un ciclón, que elimina las partículas de mayor tamaño y actúa como arresta-chispas.
-El monóxido de carbono producido en un horno eléctrico o un alto horno se recoge y se quema como combustible mediante distintos procesos o para producir vapor u otra energía. pueden producirse cantidades significativas de este gas, y existen ejemplos en los que un gran porcentaje de la energía utilizada por la instalación es producida a partir del CO recogido de una instalación de horno de arco eléctrico. En otros casos, el CO formado en un horno eléctrico se quema en el horno y proporciona parte del calor requerido para el proceso de fusión.
-La recirculación de gas residual contaminado a través de un quemador de combustible oxicatilénico ha producido considerables ahorros de energía. El quemador recupera el calor residual del gas, aprovecha el contenido energético de los contaminantes y los elimina. Este proceso puede reducir así mismo los óxidos de nitrógeno.
-El uso del contenido calorífico de los gases de proceso o del vapor para elevar la temperatura de las soluciones de lixiviación se practica con frecuencia. En algunos casos, una parte del caudal de gas puede desviarse a un lavador para recuperar calor al agua, que luego se utiliza para lixiviación. El gas enfriado es devuelto luego al flujo principal para su ulterior eliminación.
-Durante la fundición de chatarra electrónica o chatarra de baterías en recipientes metalúrgicos, el contenido calórico del plástico se utiliza para fundir el contenido metálico y otros componentes adicionales de chatarra o de formación de escoria.
En los hornos de recalentar y de tratamiento térmico, se recomienda considerar los siguientes parámetros que influyen en el consumo de energía de los hornos:
-El diseño del horno.
-Rendimiento y turnos.
-La longitud diseñada de zona de recuperación en el horno.
-El diseño de los quemadores.
-El uso de recuperadores o de un sistema de regeneración.
-La capacidad de producción del horno.
-La disposición de las zonas de calentamiento.
-La temperatura de carga del material.
-La temperatura de calentamiento y de la carga.
-La precisión de la regulación térmica.
-El grado de aislamiento del horno.
67
En lo que respecta a buenas prácticas de eficiencia energética a nivel general, existe un documento “Best Available Techniques for Energy Efficiency”, en el que se presentan las técnicas de ahorro para los siguientes sistemas:
-Combustión.
-Sistemas de vapor.
-Recuperaciones de calor y frío.
-Cogeneración.
-Suministro de energía eléctrica.
-Motores eléctricos.
-Sistemas de compresión de aire.
-Sistemas de bombas.
-Calor, ventilación y aire acondicionado.
-Iluminación.
-Secado.
En este apartado se han destacado algunas de las MTDs aplicables al sector metalmecánico relacionadas con la eficiencia energética, si se desea profundizar al respecto se puede consultar la página Web del Ministerio de Medioambiente.
68
69
preguntas frecuentes5
70
5. preguntas frecuentes
¿Qué es una auditoria energética?
Consiste en realizar un análisis de la situación de la empresa para conocer el modo de explotación, demanda energética, estado y funcionamiento de las instalaciones y evaluar los consumos energéticos junto a sus costes de explotación, para poder proponer mejoras en todos los aspectos que sea posible.
En resumen, conocer dónde, cómo y para qué se utiliza la energía en una empresa y tratar de optimizar su utilización.
¿Qué beneficios tiene hacer una auditoria energética, y cuanto podré ahorrar?
En las auditorías se evalúan las instalaciones y procesos energéticos, y se proponen diversas medidas de ahorro energético y económico, estas medidas no siempre tienen que significar un desembolso por parte de la empresa, y se dividen en:
-Mejoras sin inversión. -Mejoras con inversión.
En cada una de las mejoras con inversión se calcula el tiempo de retorno de la inversión a realizar.
¿Qué tengo que analizar en mi empresa?
Se deberán analizar los principales focos de consumo de energía, así como recopilar el máximo de información que se disponga de los consumos, potencias, importes pagados, etc. para posteriormente poder tomar medidas con el máximo de información disponible.
En el apartado 3 –Metodología de evaluación- se pueden ver los principales puntos a analizar.
¿Cómo identifico los principales focos consumidores de energía?
Se debe realizar un inventario de todos los equipos que consumen energía. De todos estos
7�
equipos se realiza una medición en cada equipo para comprobar el consumo que realiza durante el ciclo de funcionamiento, y una vez se obtiene esa medida se calcula su consumo anual. Así se podrán tomar mediadas sobre los equipos siendo conocedores de los consumos energéticos de cada uno, ya que algunos de ellos tienen consumos puntuales muy elevados, pero a lo largo del año este consumo es muy pequeño.
¿Qué tengo que mirar en mi factura eléctrica/contrato?
Los principales puntos de la factura eléctrica en los que se puede incidir son el término de potencia y el consumo de energía reactiva.
Una incorrecta elección de la potencia contratada, puede suponer un recargo por exceso de potencia considerable, y en el caso de una potencia contratada muy elevada puede significar estar pagando por una potencia muy superior a la realmente demanda por nuestra instalación.
En cuanto al consumo de energía reactiva, este será facturado en función del factor de potencia de la instalación. Conocer este factor de potencia (cos ϕ) e implantar las medidas correctoras necesarias, como puede ser la instalación de una batería de condensadores, puede ahorrar una parte importante de la factura eléctrica.
¿Cómo sé si la iluminación en mi empresa es la más adecuada?
Se debe calcular el consumo eléctrico que se da debido a la iluminación existente, y al mismo tiempo calcular el consumo que se tendría en la empresa si se sustituyeran las luminarias por otras con menores consumos eléctricos.
En función del ahorro alcanzado se valorará si es necesario realizar la sustitución inmediata de las luminarias, o una sustitución paulatina de las mismas en el momento que haya que cambiarlas.
El horario que se aplica en los contratos eléctricos, ¿a qué franjas horarias corresponde?
Las diferentes franjas horarias que se pueden encontrar en una factura eléctrica, son las correspondientes a la tarifa de acceso que se tenga contratada con la empresa distribuidora. En dichas facturas se debe indicar que tarifa de acceso se aplica en el contrato de suministro eléctrico.
Dentro de estas tarifas, podemos encontrar distribuciones horarias con un único periodo, dos, tres o seis periodos, en función de la potencia contratada y de si el suministro se realiza en baja o alta tensión.
7�
A modo de ejemplo, en la siguiente figura se puede ver como se distribuyen los tres diferentes periodos para una tarifa de acceso en alta tensión 3.1A:
Distribución de periodos tarifa de acceso 3.1A.
¿Qué energías renovables puedo introducir en mi empresa?
Las energías renovables se pueden introducir en cualquier empresa para diversificar fuentes de energía, reducir costes energéticos y contribuir con la conservación del medio ambiente. principalmente las energías renovables a introducir por el tipo de sector y por la buena situación geográfica de Valencia en cuanto a radiación solar son las energías solar fotovoltaica y solar térmica, aunque también se deben de tener otras en cuenta: biomasa, geotermia,…
¿Cuándo debemos pensar en realizar una auditoria energética?:
Si creemos que en un determinado lugar:
• No se conoce el mapa energético, niveles de demanda, consumos energéticos y sus correspondientes costes de explotación.
• Se emplean equipos/instalaciones poco eficientes.
• Se lleva a cabo un escaso mantenimiento en los equipos.
• Se producen pérdidas de calor o de frío por un aislamiento deficiente.
• hay un desconocimiento de los hábitos adecuados de consumo.
7�
Definiciones6
74
6. Definiciones
Arrancador: Dispositivo para cebar una lámpara de descarga sin precaldeo de los electrodos.
balasto: es un elemento de las lámparas que se emplea para mantener un flujo de corriente estable.
bomba: Dispositivo empleado para elevar la presión de un líquido, habitualmente agua, e impulsarlo en una dirección determinada.
bomba de calor: es una máquina térmica de ciclo cerrado que permite transferir energía en forma de calor de un foco a otro.
Calor latente: es la energía absorbida por las sustancias al cambiar de estado, de sólido a líquido, o de líquido a gaseoso. Cebador: Dispositivo que suministra un breve pico de tensión entre los electrodos de una lámpara, para iniciar la descarga y vencer así la resistencia inicial del gas al paso de la corriente eléctrica.
Desarrollo Sostenible: Aprovechamiento de los recursos que satisface las necesidades actuales protegiendo el medio ambiente sin poner en peligro la capacidad de las generaciones futuras de satisfacer las suyas.
Factor de potencia: el factor de potencia es la relación entre la potencia activa y la potencia aparente, que es coincidente con el coseno del ángulo entre la tensión y la corriente cuando la forma de onda es sinusoidal pura.
f.d.p.= cos ϕ= p/ S
Gas natural: Es una fuente de energía compuesta por una mezcla de gases su composición varía en función del yacimiento del que se extrae; está compuesto principalmente por metano en cantidades que comúnmente pueden superar el 90 ó 95% y suele contener otros gases como nitrógeno, CO�, h�S, helio y mercaptanos.
Lámpara de descarga: Lámpara en la que la luz se produce por una descarga eléctrica a través de un gas, un vapor metálico o una mezcla de varios gases y vapores.
75
Lámpara fluorescente: Lámpara de descarga de mercurio a baja presión en la que la mayor parte de la luz es emitida por una o varias capas de sustancias luminiscentes excitadas por la radiación ultravioleta de la descarga.
Lámpara de halogenuros metálicos: Lámpara de descarga de alta intensidad en la que la mayor parte de la luz se produce por la radiación de una mezcla de vapor metálico y productos de disociación de halogenuros.Lámpara de vapor de mercurio de alta presión: Lámpara de descarga de alta intensidad en la que la mayor parte de la luz se produce, directa o indirectamente, por radiación del vapor de mercurio a una presión superior a 100 kilopascales.
Lámpara de vapor de sodio de alta presión: Lámpara de descarga de alta intensidad en la que la mayor parte de la luz se produce por la radiación del vapor de sodio trabajando a una presión parcial del orden de 10 kilopascales. Intercambiador de calor: es un dispositivo diseñado para transferir calor de un fluido a otro, estos pueden estar en contacto directo o separados mediante una barrera.
periodo de retorno: Es el tiempo que se tarda en rentabilizar la inversión realizada, es la relación entre la inversión y el ahorro obtenido.
Rendimiento: Es la relación entre la energía útil y la energía consumida en un proceso, motor, etc. Suele expresarse en tanto por ciento.
Variador de frecuencia: aparato automatizado de control para poder controlar la velocidad en los motores asincrónicos.
76
Bibliografía7
77
7. Bibliografia
- Solar energy Strategies for developing countries. Eurosum conference. Freiburg 18-19 Sept 1996.
- La energía en España 2007. Ministerio de Industria, Turismo y Comercio.
- Consumo de energía por sectores. Instituto Nacional de Estadística. Disponible en www.ine.es
- Consumo de energía por Comunidades Autónomas. Instituto Nacional de Estadística. Disponible en www.ine.es
- Guía práctica de la energía, consumo eficiente y responsable. Instituto para la Investigación y Ahorro de la Energía (IDAE), 2ª edición.
- Análisis estructural del sector metal de la Comunidad Valenciana. Editado por FEMEVAL.
- Informe coyuntural del sector metalmecánico, primer trimestre 2009. Editado por FEMEVAL.
- Guía técnica de eficiencia energética en iluminación oficinas, 2001. publicaciones técnicas IDAE.
- Energy efficiency opportunities are available for food processing and metal fabrication facilities. Universidad de Minesota. Disponible en www.mntap.umn.edu
- Federal ministry for the environment, nature conservation and nuclear safety. Disponible en www.bmu.de
- Energy in World history. Smil, V. Westview press, Boulder, 1994.
- Situación socioeconómica de la energía solar, Agencia Valenciana de la Energía (AVEN).
- Documento de referencia de mejores técnicas disponibles en la industria de procesos de metales férreos. Ministerio de Medio Ambiente.
- Documento de referencia de mejores técnicas disponibles en la industria de procesos de metales no férreos. Ministerio de Medio Ambiente.
- Reference document on best available techniques for energy efficiency. February 2009. European Comission.
- Libro verde sobre la eficiencia energética o cómo hacer más con menos. Junio 2009. Comisión de las comunidades europeas.
78
Direcciones web de interés relacionadas con la energía
8
79
10. Direcciones web de interés relacionadas con la energía
http://www.idae.es Instituto para la diversificación y ahorro de la energía.
http://www.aven.es Agencia Valenciana de la energía.
http://www.mytc.e Ministerio de Ciencia y Tecnología.
http://www.cne.es Comisión nacional de la energía.
http://www.energuia.com Guía de la energía.
http://www.greenpeace.com Greenpeace.
http://www.femeval.es Federación Empresarial Metalúrgica Valenciana.
http://www.iberdrola.es Iberdrola.
http://www.ree.es/ Red Eléctrica Española.
http://www.gasnatural.es/ Gas natural.
http://www.endesa.es Endesa.
80
“Proyecto cofinanciado por los Fondos
FEDER, dentro del Programa Operativo FEDER
de la Comunitat Valenciana 2007-2013”
