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 GUÍA DE BUENAS PRÁCTICAS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA PARA EMPRESAS ÍNDICE 1.
EL PROYECTO CO‐EFFICIENT.......................................................................................................................... 4
2.
BUENAS PRÁCTICAS EN INSTALACIONES HORIZONTALES .............................................................................. 7
2.1. Instalación eléctrica ......................................................................................................................... 7
2.1.1. Transformadores......................................................................................................................... 8
2.1.1.1. Pérdidas ................................................................................................................................ 8
2.1.1.2. Acciones de mejora y buenas prácticas en transformadores...................................................... 9
2.1.2. Motores eléctricos ....................................................................................................................... 9
2.1.2.1. Características ..................................................................................................................... 10
2.1.2.2. Acciones de mejora y buenas prácticas en motores................................................................. 10
2.2.Iluminación .................................................................................................................................... 11
2.2.1. Principales componentes de la instalación ................................................................................... 12
2.2.2. Acciones de mejora y buenas prácticas en iluminación ................................................................. 17
2.3. Climatización................................................................................................................................. 19
2.3.1. Principales componentes consumidores de la instalación de climatización ..................................... 20
2.3.2. Acciones de mejora y buenas prácticas en climatización ............................................................... 24
2.4. Aire comprimido............................................................................................................................ 25
2.4.1. Componentes del sistema de aire comprimido............................................................................. 25
2.4.2. Acciones de mejora y buenas prácticas en aire comprimido .......................................................... 26
2.5. Bombeo........................................................................................................................................ 29
2.5.1. Aplicaciones .............................................................................................................................. 29
2.5.2. Rendimiento.............................................................................................................................. 30
2.5.3. Acciones de mejora y buenas prácticas en bombeo ...................................................................... 30
2.6. Ventilación.................................................................................................................................... 31
2.6.1. Acciones de mejora y buenas prácticas en ventilación .................................................................. 31
3.
BUENAS PRÁCTICAS EN PROCESOS PRODUCTIVOS ...................................................................................... 33
3.1. Ciclos de vapor (Industria textil, farmacéutica…) .............................................................................. 33
3.1.1. Eficiencia................................................................................................................................... 34
3.1.2. Sistemas de distribución de vapor ............................................................................................... 34
3.1.3. Acciones de mejora y buenas prácticas en ciclos de vapor............................................................. 34
3.1.4. Mejora específica: Aislamiento de las instalaciones ...................................................................... 35
3.2. Procesos térmicos (Azulejera, siderurgias…) .................................................................................... 36
3.2.1. Principales componentes de la instalación ................................................................................... 36
3.2.2. Acciones de mejora y buenas prácticas en procesos térmicos........................................................ 37
3.3. Procesos frigoríficos....................................................................................................................... 38
3.3.1. Componentes del sistema .......................................................................................................... 39
2
3.3.2. Acciones de mejora de eficiencia energética en ciclos frigoríficos ................................................... 40
4.
HERRAMIENTA DE AUTODIAGNÓSTICO ENERGÉTICO .................................................................................. 42
5.
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................................ 47
Índice de figuras: Figura 1: Eficiencia energética eléctrica. Fuente: ITE. ............................................................................................... 7
Figura 2: Pérdidas de rendimiento en transformadores. Fuente: ITE......................................................................... 8
Figura 3: Nivel eficiencia motores (IEC & NEMA). Fuente: ITE................................................................... 10
Figura 4: Distribución del consumo energético de una planta industrial. Fuente: ITE. .............................................. 12
Figura 5: Distribución del consumo energético de una planta industrial. Fuente: ITE. .............................................. 19
Figura 6: Distribución del consumo de climatización. Fuente: Fenercom................................................................. 19
Figura 7: Esquema del ciclo de calefacción. ........................................................................................................... 21
Figura 8: Esquema del ciclo de refrigeración.......................................................................................................... 21
Figura 9: Esquema de un climatizador. Fuente: Elecnor.......................................................................................... 23
Figura 10: Esquema de un recuperador entálpico. Fuente: Airtecnics. .................................................................... 23
Figura 11: Ejemplo de pulmón o depósito de aire comprimido. Fuente: Atlas Copco. .............................................. 26
Figura 12: Ejemplo del fraccionamiento de potencia en compresores. Fuente: Gas Natural Fenosa.......................... 27
Figura 13: Análisis de datos en un Estudio Energético. Fuente: ITE. ........................................................................ 28
Figura 14: Análisis de datos en un Estudio Energético después de la realización de la acción de mejora. Fuente: ITE. 28
Figura 15: Imagen de una bomba centrífuga. Fuente: VCP, S.A. .............................................................................. 29
Figura 16: Curvas características de una bomba. Fuente: Nota técnica de Eficiencia energética: ventajas del uso de los variadores de velocidad en la circulación de fluidos. Dr. Ing. Jacques Schonek........................................................ 30
Figura 17: Diferentes modos de regulación en bombas. Fuente:EOI........................................................................ 31
Figura 18: Esquema de los elementos de una caldera de vapor industrial: Fuente: Gas Natural‐Fenosa................... 33
Figura 19: Termografía en instalación de distribución de fluidos térmicos. Fuente: ITE............................................ 35
Figura 20: Caldera de aceite de freidora industrial. Fuente ITE. .............................................................................. 36
Figura 21: Horno industrial tipo túnel. Fuente ITE.................................................................................................. 37
Figura 22: Inspección termográfica de aislamiento de caldera y horno industrial. Fuente ITE................................... 37
Figura 23: Ciclo de producción de frío. Fuente: ITE................................................................................................. 39
Figura 24: Cuestionario CO‐EFFICIENT, apartado “perfil de empresa”. Fuente. CO‐EFFICIENT................................... 43
Figura 25: Cuestionario CO‐EFFICIENT, apartado “datos de consumo energético”. Fuente. CO‐EFFICIENT. ................ 43
Figura 26: Cuestionario CO‐EFFICIENT, apartado “Sistemas energéticos”. Fuente. CO‐EFFICIENT.............................. 44
Figura 27: Cuestionario CO‐EFFICIENT, apartado “consumos de energía eléctrica”. ................................................. 44
Figura 28: . Resultados análisis KPIs. Fuente. CO‐EFFICIENT.................................................................................... 46
Índice de tablas: Tabla 1: Características lámparas incandescentes. .................................................................................... 13
Tabla 2: Características lámparas halógenas. ............................................................................................. 14
Tabla 3: Características lámparas fluorescentes........................................................................................... 15
Tabla 4: Características lámparas halogenuros metálicos......................................................................... 16
Tabla 5: Características lámparas vapor de sodio alta presión. ................................................................ 16
Tabla 6: Características lámparas LED. ........................................................................................................ 17
3
1. EL PROYECTO CO‐EFFICIENT Antecedentes El proyecto CO‐EFFICIENT, financiado en el marco del Programa MED, tiene su origen en varios proyectos trasnacionales que pretenden ayudar a las pymes a incrementar su eficiencia (por medio de la reducción de sus costes energéticos) o a aumentar la eficiencia energética en regiones, sectores o empresas. El conocimiento, las herramientas y metodologías desarrollados dentro de estos proyectos se probaron y se optimizaron durante el proyecto CO‐EFFICIENT. Las premisas básicas son simples: la mayoría de las pymes de la cuenca mediterránea, especialmente de los sectores de logística y fabricación, no son tan eficientes energéticamente como podrían ser. Había una necesidad obvia de crear nuevos modelos para ayudar a las pymes a aumentar su capacidad de innovación y permitirles aplicar nuevas soluciones para los problemas existentes. Como la eficiencia energética y la innovación en las pymes son asuntos prioritarios para la región mediterránea, en el año 2012 10 organizaciones de 5 países, configuraron un partenariado para abordar estos temas, presentando una propuesta en el ámbito del Programa MED. De este modo surgió CO‐EFFICIENT, un proyecto de dos años y medio de duración, que se inició en enero de 2013 y cuyo partenariado ha estado integrado por los siguientes socios: Universidad de Maribor (Eslovenia), Agencia de Desarrollo Regional de Mura (Eslovenia), Instituto de Transporte y Logística (Italia), Confederación Nacional del Trabajo y Pequeñas y Medianas Empresas de Módena (Italia), SATA Aplicación de Tecnología Avanzada (Italia), Fundación ValenciaPort (España), Confederación de Organizaciones Empresariales de la Comunidad Valenciana, CIERVAL (España), Delegación Regional de Ródano‐Alpes (Francia), Agencia de Desarrollo Regional de Eslavonia y Baranja (Croacia) y Centro Empresarial de Osijek (Croacia). Objetivos El núcleo del proyecto ha sido la innovación por y para las pymes, incluyendo la administración y adaptación del conocimiento de las tecnologías disponibles en las pymes. El principal objetivo del proyecto ha sido establecer un marco de colaboración permanente organizado en entornos de living labs activos en todos los países socios. En los living labs, las pymes, como usuarios finales, y las organizaciones de I+D+i, como creadoras principales, colaboraron para desarrollar nuevas soluciones para un mejor uso de la energía. 4
En particular, los living labs organizados han sido los siguientes: Living Lab – Servicios electrónicos: Utilizado para probar las soluciones existentes con respecto a la optimización del transporte y la producción y la desmaterialización de documentos. Living Lab – Eficiencia energética: Utilizado para desarrollar nuevas soluciones que aumenten la eficiencia energética en los procesos de transporte y producción en las pymes. Resultados Además de los living labs ya comentados, los principales resultados obtenidos del Proyecto CO‐
EFFICIENT han sido los siguientes: Base de datos de conocimiento de CO‐EFFICIENT: Sitio que incluye las mejores prácticas y las tecnologías clave en una variedad de áreas estrechamente relacionadas. La base de datos de conocimiento es parte de la página web del proyecto, que ofrece fácil acceso a mucha información sobre fuentes de energía renovable y eficiencia energética, optimización del transporte y la producción, reducción de la huella de carbono, etc. Está estrechamente integrada con la herramienta analítica, de modo que la pyme que se autoevalúa recibirá una recomendación de la Base de datos en base a sus resultados durante el proceso de autoevaluación. La Base de datos de conocimiento está disponible en http://coefficient‐
project.eu/ knowledgedatabase/index Servicios electrónicos: Soluciones de soſtware para la cadena de producción y distribución y la coordinación de procesos logísticos probados en un entorno real y adaptadas a las pymes de logística y fabricación del área mediterránea. Disponibles a través del portal web de CO‐
EFFICIENT con sus correspondientes manuales de usuario. Herramienta analítica: Solución software que ayuda a las pymes a mejorar su eficiencia energética y a utilizar las fuentes de energía renovable en los procesos clave de producción. Otorga valores de referencia sobre la eficiencia energética en las áreas clave identificadas. La herramienta es parte de la página web del proyecto, estrechamente relacionada con la Base de datos de conocimiento y el proceso de certificación. Se puede encontrar información ampliada de la misma en el epígrafe 4 de esta guía. Certificados CO‐EFFICIENT: El proyecto CO‐EFFICIENT ofrece certificados básicos y avanzados. Los primeros se entregan a pymes y organizaciones que demuestran tener un conocimiento básico sobre eficiencia energética. Cualquier pyme puede solicitarlo y la certificación es gratuita, consistiendo el proceso en la recopilación y procesamiento de información. Los avanzados se entregan a las pymes participantes en los living labs tras una auditoría energética. Con el desarrollo de la herramienta analítica incluso cinco años después del fin del proyecto las pymes interesadas podrán llevar a cabo su autoevaluación de eficiencia energética y en base a los resultados serán capaces de imprimir el certificado correspondiente. 5
Siguiendo la línea de los principales objetivos del proyecto CO‐EFFICIENT se elabora también esta Guía de Buenas Prácticas de eficiencia energética para empresas que pretende ayudar a las mismas a realizar acciones que mejoren la eficiencia energética de sus instalaciones y les permitan ahorrar en su consumo y coste energético. Se puede encontrar más información del proyecto CO‐EFFICIENT en la web http://coefficient‐
project.eu/. 6
2. BUENAS PRÁCTICAS EN INSTALACIONES HORIZONTALES Las instalaciones horizontales en industria son aquellas necesarias en toda instalación industrial para el desarrollo de las tareas de producción correspondiente y que suelen repetirse en la mayoría de las instalaciones industriales como: instalación eléctrica, iluminación, climatización, aire comprimido, etc. Con objeto de conocer cómo optimizar las instalaciones horizontales, a continuación se detallarán una serie de consejos de buenas prácticas energéticas cada una de las principales tecnologías horizontales de la industria. 2.1 . Instalación eléctrica La eficiencia energética eléctrica es la reducción de las potencias (activa, reactiva y aparente) y energías (kW∙h y kvar∙h) demandadas al sistema eléctrico sin que afecte a las actividades normales realizadas en edificios, industrias o cualquier proceso de transformación. Por tanto el planteamiento de una instalación eficiente se caracteriza por: Figura 1: Eficiencia energética eléctrica. Fuente: ITE De esta manera una instalación eficiente permite: • Mejorar la gestión técnica de las instalaciones aumentado su rendimiento y evitando paradas de procesos y averías. • La reducción, por tanto, del coste económico de explotación de las instalaciones y procesos. • Ayudar a la sostenibilidad del sistema y del medio ambiente. 7
2.1.1 Transformadores Equipos instalados en las industrias encargados de cambiar la tensión de alimentación de la empresa de alta a baja tensión. Puesto que las industrias suelen trabajar a baja tensión. 2.1.1.1 Pérdidas Las principales pérdidas en un transformador son las siguientes: •
•
Pérdidas en el hierro. dependen de las características constructivas del transformador. Se pueden considerar fijas para un mismo transformador. Se denominan Pfe. Las pérdidas por efecto joule (calentamiento del transformador) que son debidas a la intensidad que circula por los arrollamientos de cobre del transformador. Depende de la resistencia eléctrica de estos arrollamientos y en especial de la intensidad que circula por los mismos, que depende del índice de carga de dicho transformador. Se denominan PCu. Figura 2: Pérdidas de rendimiento en transformadores. Fuente: ITE 8
2.1.1.2 Acciones de mejora y buenas prácticas en transformadores Con objeto de obtener ahorros energéticos en las plantas industriales, debidos a los transformadores, se proponen las siguientes acciones de mejora: • Sustitución de transformadores antiguos Æ En un transformador nuevo las pérdidas pueden ser un 1,5% menores. • Desconexión de transformadores que trabajen en vacío (sin carga, cuando no hay prácticamente consumo en la instalación) Æ Desconexión del transformador principal, incluyendo un pequeño transformador para los periodos donde el consumo de la planta sea bajo. • Acoplar correctamente transformadores en paralelo Æ Evitar circulaciones internas de corriente, que provocan consumos innecesarios y envejecimiento prematuro. Se deben realizar las siguientes acciones: • Evitar que el transformador funcione con bajas cargas porque el rendimiento es menor. • Intentar que el transformador trabaje con índices de carga próximos al valor óptimo para obtener el mayor rendimiento (valor óptimo cuando PFe =Pcu). • Elegir un transformador cuya potencia no sea demasiado grande en comparación con el servicio al que se dedique, ya que trabajaría en un régimen de carga y rendimiento reducido. • Intentar que el transformador opere con un factor de potencia próximo a la unidad para que el rendimiento sea mayor y, por tanto, la potencia disponible en el transformador. • Escoger transformadores de alta eficiencia. 2.1.2 Motores eléctricos Los motores eléctricos son el principal elemento de las máquinas con consumo eléctrico que forman el proceso productivo. Se encuentran en numerosos equipos y procesos de la fábrica. Un mal rendimiento del motor ocasionará: • Alto coste de funcionamiento, que desembocará en su sustitución. • Disminución de la vida del motor al funcionar a temperaturas altas. • Necesidad de refrigeración extra en el motor. 9
2.1.2.1 Características Las características principales de los motores eléctricos se citan a continuación: •
•
•
•
•
El rendimiento de los motores aumenta con el grado de carga, lo mismo que el factor de potencia. Aunque el rendimiento de los motores suele ser muy elevado (85 a 90%), este disminuye mucho con la carga. Para la misma potencia, el motor que funcione a mayor número de revoluciones tendrá un mejor factor de potencia. Los rendimientos de los motores monofásicos suelen ser bastante menores que sus homólogos trifásicos. La eficiencia de estos equipos depende de muchos factores, no obstante a modo de resumen podemos enumerar los siguientes: o Eficiencia energética del propio motor. o Variadores de velocidad o sistemas de control de la velocidad. o Tamaño o potencia adecuada en función de la necesidad. o Suministro eléctrico de calidad. o Pérdidas en la distribución. o Perdidas en las transmisiones mecánicas. o Realizar un mantenimiento adecuado. o Mejora de la eficiencia de los equipos finales: bombas, ventiladores, compresores, etc. 2.1.2.2 Acciones de mejora y buenas prácticas en motores Con objeto de ahorrar energía y, por lo tanto, disminuir el coste económico de la instalación se recomienda lo siguiente en la parte correspondiente a motores: • Utilización de motores de alta eficiencia Æ ahorro de energía al aumentar el rendimiento. Figura 3: Nivel eficiencia motores (IEC & NEMA). Fuente: ITE Donde: o
o
o
IE1: Eficiencia estándar. IE2: Eficiencia alta (EFF1). Aprox. 4 ó 5% más eficiente que IE1. IE3: Aprox. 2 ó 3% más eficiente que IE2. 10
El Reglamento CE 640/2009 diseño ecológico motores eléctricos, conocido también como EU MEPS (European Minimum Energy Performance Standard) fija niveles de eficiencia obligatorios para motores introducidos en la UE. • Selección adecuada del motor (tamaño) Æ Evitar sobredimensionar el motor mediante la aplicación de coeficientes de seguridad. Si el motor funciona fuera del punto nominal de trabajo, desarrolla un rendimiento muy inferior al nominal. • Regulación de velocidad o Alimentación del motor mediante variador de velocidad: recomendable cuando el motor funciona a cargas variables. Los dispositivos de regulación electrónica de frecuencia (o velocidad) modifican la velocidad de rotación del motor y se adecúan a la carga del motor. Por tanto, para motores que trabajen a cargas variables, suponen ahorros importantes. En los motores que accionan bombas o ventiladores se obtienen importantes ahorros energéticos con variadores de frecuencia, cuando éstos trabajan en carga variables. o Emplear motores de dos velocidades: este tipo de motores se puede utilizar cuando existan solo dos regímenes de carga, el de plena carga al 100% de capacidad y el de media carga al 50% de capacidad. • Realizar un adecuado mantenimiento de los motores o Inspecciones correspondientes (después de 500horas de servicio) o Engrasar y lubricar los rodamientos o Limpiar el motor para no interferir en la acción del aire de refrigeración 2.2 . Iluminación El consumo energético derivado de la iluminación supone en torno al 10% del coste de la factura eléctrica, suponiendo una fracción muy significativa de los costes energéticos industriales. En la siguiente figura puede observarse un ejemplo de una distribución de consumos en una industria en la que se observa el porcentaje de consumo de la iluminación: 11
Figura 4: Distribución del consumo energético de una planta industrial. Fuente: ITE Las instalaciones de alumbrado suponen una buena oportunidad de mejora de cara a la reducción de costes económicos, puesto que permiten tanto la mejora de las instalaciones instaladas como una optimización en el tiempo y modo de uso de estas tecnologías.. La optimización energética del alumbrado no debe estar reñida con el mantenimiento de los niveles de calidad y confort lumínico requeridos para el correcto desarrollo de la actividad industrial. Una iluminación adecuada mejora la seguridad de los trabajadores y su nivel de satisfacción, lo que repercute en una mejora de los niveles de calidad, motivación y productividad. Por el contrario, una mala iluminación lleva consigo consecuencias negativas tales como la aparición de fatiga, falta de atención, aumento de errores, insatisfacción, reducción de la calidad, falta de seguridad e incremento de riesgo de accidentes y enfermedades. Los requisitos que debe cumplir un sistema de alumbrado son:1) Buen rendimiento de color para optimizar las condiciones de trabajo; 2) Ausencia de deslumbramientos, 3) Alta eficiencia luminosa para ahorrar energía; 4) Prolongada vida útil para minimizar la reposición de lámparas; 5) Fiabilidad y robustez para reducir costes de mantenimiento e interrupciones; 6) Posibilidad de reciclado y mínimo uso de sustancias peligrosas para proteger el medio ambiente. 2.2.1 Principales componentes de la instalación Los elementos básicos de un sistema de alumbrado son los siguientes: 1) Fuente de luz o lámpara: Es el elemento destinado a suministrar la energía lumínica. ƒ Lámparas de termorradiación (bajo rendimiento luminoso, generación de calor): incandescentes (de filamento) y halógenas (se añade un gas aditivo halogenado) ƒ Lámparas de descarga (tubo de descarga con gas ionizable): de vapor de sodio (de baja y de alta presión); de vapor de mercurio, fluorescentes, de inducción: sin electrodos, excitado por bobinas inductoras. 12
2) Luminaria: aparato cuya función principal es distribuir la luz proporcionada por la lámpara. 3) Equipo auxiliar: muchas fuentes de luz no pueden funcionar con conexión directa a la red, y necesitan dispositivos que modifiquen las características de la corriente de manera que sean aptas para su funcionamiento. A continuación se muestran las principales cualidades lumínicas de las lámparas más utilizadas: LÁMPARAS INCANDESCENTES Estándar Vela Esférica Reflectora vidrio soplado Reflectora vidrio prensado 25 – 500W 25‐60W 25‐60W 60‐150W 60‐300W 9,2 – 16,8 lm/W 8‐11 lm/W 8‐11 lm/W Vida útil: 1000 horas Vida útil: 1000 horas Vida útil: 1000 horas Vida útil: 2000 horas Vida útil: 2000 horas Temperatura de color= 2700 L (luz cálida) Reproducción cromática (Ra) = 100 Ventajas Inconvenientes 1) Precio de venta económico; 2) Reproducción cromática máx.; 3) Color cálido; 4) No necesitan equipos auxiliares; 5) Tiempo de encendido inmediato; 6) Posible regulación de la luz; 7) Fácil instalación 1) Eficacia luminosa reducida (9‐17 lm/W); 2) Corta vida útil; 3) Elevada emisión de calor Tabla 1: Características lámparas incandescentes 13
LÁMPARAS HALÓGENAS Doble envoltura Lineales Reflectoras dicroicas Reflectoras vidrio prensado 220‐230 V 220‐230 V 12 V 220‐230 V 100 – 1500 W 60 – 2000 W 20 – 50 W 50 – 100 W 16 – 24,2 lm/W 14 – 25 lm/W Vida útil: 1000 horas Vida útil: 1000 horas Vida útil: 2000 horas Vida útil: 2000 horas Temperatura de color = 2700 K (luz cálida) Reproducción cromática (Ra) = 100 Ventajas Inconvenientes 1) Mayor eficiencia luminosa que las incandescentes; 2) Reproducción cromática máx.; 3) Luz blanca brillante; 4) Aumenta la duración entre 2‐4; 5) Encendido inmediato; 6) Posible regulación de luz; 7) Las de tensión de red no necesitan equipos auxiliares 1) Eficacia luminosa reducida ; 2) T de funcionamiento muy alta; 3) Las de baja tensión requieren transformadores; 4) Las de tipo lineal sólo pueden instalarse en horizontal Tabla 2: Características lámparas halógenas 14
LÁMPARAS FLUORESCENTES Tubulares 26 mm (T8) Trifósforo Compactas 16 mm (T5) Estándar Estándar Alto 33 54 rendimiento
18 – 58 W 75 – 89,7 lm/W 66,7 – 79,3 lm/W Integradas Alta emisión 58,3 – 69 lm/W No integradas 14 – 35 W 24 – 54 W
9 ‐ 23 W 10 ‐ 26 W 96 ‐ 104 lm/W 83 ‐ 93 lm/W 44,4 – 66,6 lm/W 60 – 69,2 lm/W Vida útil: 8000 – 12000 horas Temperatura de color = 2700 – 6500 K Reproducción cromática (Ra) = 60 ‐ 95 Ventajas Inconvenientes 1) Alta eficiencia luminosa (60‐100 lm/W); 2) Reproducción cromática muy buena; 3) Gran variedad de apariencias de color; 4) Larga duración, >10.000h; 5) Bajo coste; 6) Baja emisión de calor; 7) Con equipos electrónicos; 8) Permite regulación; 9) Encendido instantáneo 1) No son adecuadas para alturas >12 m; 2) Requieren equipo auxiliar; 3) Sin equipos electrónico; 4) Problemas de retardo y parpadeos; 5) Muchos encendidos y apagados acortan la vida Tabla 3: Características lámparas fluorescentes 15
HALOGENUROS METÁLICOS Compactas con uno o dos terminales Alta potencia con forma tubular/ovoide (alumbrado interior de gran altura >6m) 35 – 150 W 250 – 2000 W 80 – 95 lm/W 75 – 95 lm/W Vida útil: 6000 – 15000 horas Temperatura de color = 3000 – 4500 K Reproducción cromática (Ra) > 80 Reproducción cromática (Ra) = 65 Ventajas Inconvenientes 1) Alta eficiencia luminosa (75‐95 lm/W); 2) La 1) Precio elevado; 2) Necesitan equipo auxiliar; 3) reproducción cromática puede llegar a ser muy alta Tiempo de encendido alto, 3‐5min; 4) Espera para Ra>80; 3) Gran duración hasta 15.000h; 4) Bajo reencendido, hasta 15 min. consumo energético Tabla 4: Características lámparas halogenuros metálicos LÁMPARAS DE VAPOR DE SODIO DE ALTA PRESIÓN 70, 150, 250, 400, 1000 W 90 – 130 lm/W Vida útil: 10000 ‐ 2000 horas Reproducción cromática (Ra) 0 ‐ 70 Ventajas Inconvenientes 1) Muy alta eficacia luminosa (90‐130 lm/W); 2) Gran duración > 12000h; 3) Bajo consumo energético 1) Precio elevado; 2) Necesitan equipo auxiliar; 3) Baja reproducción cromática Ra>70; 4) Tiempo de encendido alto; 5) Espera para reencendido, menor a 30 seg. Tabla 5: Características lámparas vapor de sodio alta presión 16
LÁMPARAS LED 1,3 – 200 W 15 ‐ 130 lm/W Vida útil: > 50.000 horas Reproducción cromática (Ra) = 80‐95 Ventajas Inconvenientes 1) Larga duración; 2) Sus reducidas dimensiones permiten el desarrollo de soluciones con diseños compactos y fáciles de utilizar y mantener, al tiempo que facilitan un control preciso de la dirección del haz de luz en cada aplicación; 3) Encendido inmediato; 4) Posibilidad de regulación y control, incluyendo cambios y variaciones de color sin apenas limitación; 5) Mínima irradiación de calor en la dirección de la luz. 1) Precio elevado Æ Retorno de inversión largo; 2) Poco competitivos a potencias elevadas; 3) Falta de normativa que los regule; 4) Pueden deslumbrar; 5) La temperatura de funcionamiento influye en la eficacia del LED. Altas temperaturas reducen el flujo y acortan la vida de las lámparas; 6) Problemas en la uniformidad de la iluminación derivados de fallos en las matrices LED. Tabla 6: Características lámparas LED 2.2.2 Acciones de mejora y buenas prácticas en iluminación Las principales acciones de mejora van orientadas a la sustitución de componentes por tecnologías más eficientes y a la instalación de sistemas de control para optimizar la gestión de los encendidos. 1) Sustitución de lámparas/equipos: ƒ
Halógenas por LEDs ƒ
Fluorescentes T8 por otros de mayor eficiencia (T5, LED…) ƒ
Incandescentes por fluorescentes compactas ƒ
Balastos electromagnéticos por electrónicos 2) Instalación de sistemas de control y gestión: Permiten optimizar la gestión del alumbrado, ajustando los modos de funcionamiento, niveles de iluminación y tiempos de encendido. Los sistemas principales son los siguientes: ƒ
Detectores de presencia y movimiento. i. Reaccionan a la irradiación de calor de las personas al moverse y conectan el alumbrado y lo apagan de nuevo después de un tiempo ajustable. ii. Gran alcance y ángulo de detección de 130° hasta 360° 17
iii. Regula el nivel de la luz emitida por las lámparas, de acuerdo a la cantidad de luz que se requiere en realidad ƒ
Interruptores automáticos programables. ƒ
Relojes e interruptores crepusculares. i. Permiten detectar si hay suficiente iluminación natural, apagando el alumbrando y volviéndolo a conectar cuando no se alcanzan los niveles mínimos. ii. Permite ajustar el nivel de iluminación mínimo ƒ
Reductores /estabilizadores de flujo (iluminación exterior) i. Permite modificar la tensión de alimentación del alumbrado reduciendo el consumo‐iluminación ii. Asegura trabajar a la tensión nominal de las lámparas iii. Permite programar diferentes periodos de consumo Algunas buenas prácticas orientadas a la reducción del consumo energético en iluminación serían las siguientes: ‐
Mantenimiento periódico de las instalaciones: El mantenimiento es muy importante, ya que la suciedad disminuye la emisión de luz y aumenta la temperatura de las lámparas, reduciendo el rendimiento y acortando la vida de las mismas. ‐
Uso adecuado del alumbrado: Un uso adecuado del alumbrado, como apagar las lámparas cuando no se estén utilizando, puede conseguir ahorros de hasta un 15% ‐
Adecuación de los niveles de iluminación a las necesidades: En función de la actividad desarrollada hay zonas en las que puede ser posible reducir la iluminación, tal como zonas de paso. Para ello pueden suprimirse puntos de luz, sustituirse luminarias, apagar luces, instalar detectores de presencia o instalar puntos de luz localizados, entre otras medidas. ‐
Maximizar el aprovechamiento de la luz natural: Para garantizar un buen nivel lumínico natural y reducir la aportación de luz artificial es necesario mantener las ventanas y lucernarios limpios y eliminar posibles obstáculos y sombras. Asimismo, pueden considerarse la ampliación de espacios acristalados, la instalación de tubos solares o la utilización de fotocélulas para regulación automática de la luz eléctrica. ‐
Zonificación del alumbrado: Permite el encendido independiente de grupos de luminarias por áreas para ajustarse a las necesidades (según ocupación, nivel de iluminación natural, etc.) 18
2.3 Climatización La instalación de climatización de las plantas industriales supone un porcentaje importante en el consumo eléctrico total de la instalación. Figura 5: Distribución del consumo energético de una planta industrial. Fuente: ITE Analizar el sistema de climatización permitirá mejorar la climatización a proporcionar y obtener un determinado ahorro. Para obtener este ahorro energético es importante conocer los elementos que forman la instalación de climatización. La optimización energética de la instalación de climatización permite un mejor aprovechamiento de los recursos y un ahorro tanto en el consumo como en el dimensionamiento de las instalaciones. El reparto de consumo aproximado de las diferentes instalaciones que componen la instalación de climatización se muestra a continuación: Figura 6: Distribución del consumo de climatización. Fuente: Fenercom 19
2.3.1 Principales componentes consumidores de la instalación de climatización Los principales elementos componentes de la instalación de climatización son los siguientes: •
•
•
•
Bombas de calor/enfriadoras Calderas Bombas de agua fría/caliente Climatizador y ventilación En este apartado se describirán solamente las instalaciones de generación y climatizadores. La descripción de las instalaciones de bombeo y ventilación, así como sus medidas de mejora se explicarán en los apartados correspondientes a bombeo y ventilación de esta guía. • Generación: Bombas de calor/Enfriadoras. El principio de funcionamiento de las bombas de calor/enfriadora se basa en la extracción de la energía del entorno mediante un ciclo frigorífico reversible (funciona en modo calor o modo frío en función de las necesidades interiores a climatizar). Este ciclo extrae calor de una zona para cederlo a otra, para poder realizar esta operación necesita aporte de energía eléctrica que se realiza con un compresor. El sistema de climatización mediante bombas de calor/enfriadoras tiene consumo eléctrico, el principio de funcionamiento de estos ciclos permite rendimientos (COP/EER) mayores de 1. Es decir, si una bomba de calor/enfriadora tiene un COP/EER de 3 significa que por cada unidad de energía eléctrica que consume, el equipo cede 3 unidades de calor/frío. Los valores medios de COPs/EERs de las máquinas que existen actualmente en el mercado son de 2.5‐3.5. Cuanto mayor sea el valor del COP/EER, mayor eficiencia tendrá el sistema de generación de frío/calor. A continuación de muestran los esquemas de funcionamiento de los ciclos de refrigeración‐calefacción: 20
Figura 7: Esquema del ciclo de calefacción. Figura 8: Esquema del ciclo de refrigeración. Fuente: Repsol. Algunas tecnologías eficientes que se pueden utilizar en los sistemas de generación de frío/calor son: o Tecnología inverter: La tecnología Inverter adapta la velocidad del compresor a las necesidades de cada momento, permitiendo consumir únicamente la energía necesaria. Se reducen las oscilaciones de temperatura, consiguiendo mantenerla en un +1ºC y ‐
1ºC y gozar de mayor estabilidad ambiental y confort. Puede reducir a la mitad el consumo de electricidad que un modelo sin función inverter, con lo que se obtiene mayor bienestar por mucho menos dinero. o Tecnología VRV: Sistemas de caudal de refrigerante variable, ajustan el flujo de refrigerante que pasa por el equipo interior( Split) a las necesidades de frío/calor que se tengan. Proporcionan la energía requerida en cada momento. Pueden conseguir ahorros de hasta un 15% en la instalación de climatización. • Generación: Calderas. Las calderas de agua caliente son equipos en los cuales, mediante la combustión de un gas natural o gasóleo se calienta el agua que se encuentra circulando por el interior de estos equipos. En aplicaciones para climatización, se utilizan calderas de producción de agua caliente. En función del rendimiento y la eficiencia de la caldera, hay varios tipos: •
Calderas convencionales: tienen rendimientos entre el 80% y el 90%. 21
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Calderas de baja temperatura o bajo NOx. El agua de retorno reduce la temperatura de de combustión lo que ocasiona que se produzcan menos NOx. El rendimiento llega hasta valores del 93%. Calderas de condensación. Precalienta el agua de entrada con el calor de condensación del vapor que contienen los gases de escape de la chimenea. Consigue rendimientos superiores al 100% (calculado frente al PCI), pueden llegar a valores del 109% porque aprovechan el calor de condensación de los gases de escape de la chimenea. Las tecnologías más eficientes en la generación de calor mediante calderas son, por tanto, las calderas de condensación y de bajo NOx. Además de la elección adecuada de la tecnología, se pueden realizar otras mejoras que aumentan la eficiencia de la instalación: •
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Utilizar calderas de condensación. Controlar la relación aire/combustible que entra en el quemador, puesto que un alto exceso de aire puede reducir la eficiencia de la combustión. Instalación de dispositivos de control electrónico para el quemador. Utilizar quemadores modulantes. Efectuar mantenimiento regular realizando purgas para evitar la calcificación de la caldera. Limpieza de los tubos y la zona de combustión. Instalar economizador (equipo que utiliza el calor de los gases de la chimenea) para precalentar el agua de alimentación a la caldera. Instalar un recuperador (utiliza el calor de los gases de escape) para precalentar el aire de combustión. Instalar calderas de recuperación de gases de escape de equipos térmicos de la fábrica. • Distribución energética: Climatizadora. La distribución energética se puede realizar mediante sistemas centralizados o bien individuales: o Sistemas centralizados: en los sistemas centralizados el frío y/o calor se producen en un punto y se distribuyen a las diferentes dependencias. Son los sistemas más utilizados en industria, para la distribución del calor se utilizan las bombas de agua fría/caliente y los climatizadores. Climatizadores: los climatizadores son sistemas de intercambio de calor, en los que llega el agua caliente/fría e intercambia con el aire exterior para adquirir la temperatura necesaria en el interior de la planta. Para poder realizar la circulación del aire desde el exterior al interior y viceversa, los climatizadores disponen de dos o más ventiladores. 22
A continuación se muestra la figura de un climatizador: Figura 9: Esquema de un climatizador. Fuente: Elecnor Las principales acciones para mejorar la eficiencia energética en los climatizadores son las siguientes: ƒ Realización de free‐cooling: el free‐cooling es un método mediante el cual se utiliza el aire exterior para enfriar el interior de la planta sin necesidad de utilización de la instalación de climatización. Puede conseguir ahorros de un 8‐10% en la instalación. ƒ Utilización de un recuperador entálpico: los recuperadores entálpicos realizan una recuperación de energía que aprovecha la diferencia de temperatura y humedad entre dos fluidos. Consiguen ahorros de hasta un 15%. Figura 10: Esquema de un recuperador entálpico. Fuente: Airtecnics o Sistemas individuales: Son sistemas individuales que utilizan aparatos unitarios tipo Split o cassette, en la industria no es tan habitual su utilización. 23
2.3.2 Acciones de mejora y buenas prácticas en climatización Aunque ya se han descrito algunas acciones de mejora durante la explicación de los elementos componentes, a continuación se detallan algunas acciones adicionales de mejora que se pueden llevar a cabo en instalaciones de climatización tanto a nivel individual de los componentes como el general: • Acciones de mejora: a continuación se detallan algunas acciones de mejora que se pueden llevar a cabo en las instalaciones de climatización de plantas industriales. o Estudio de las temperaturas de consigna de las instalaciones para ajuste del funcionamiento de los ventiladores de impulsión y retorno del climatizador. o Instalación de variadores de velocidad en los ventiladores de los climatizadores. o Estudio del funcionamiento de las bombas de impulsión de agua caliente/fría, análisis del grado de carga, de las horas de funcionamiento… o Instalación de variadores de velocidad en bombas de impulsión y recirculación. o Ajuste de horarios de funcionamiento de la instalación. o Aprovechamiento de la inercia térmica de la planta, desconectar los equipos de climatización antes aprovechando que el lugar climatizado ya ha alcanzado la temperatura de confort. o Revisión de los aislamientos de los sistemas constructivos así como en las calderas y depósitos. o Aislamiento de las tuberías que transportan el calor(o frío), mejorando su aprovechamiento y uniformidad en la distribución del mismo, con el consiguiente ahorro por evitar el despilfarro energético. o Evitar el sobredimensionamiento de los equipos de producción de frío/calor. o Evaluar el aislamiento de la envolvente para reducir pérdidas térmicas que deban compensarse con el sistema de calefacción y aire acondicionado. • Buenas prácticas: En el uso de los equipos de calefacción: o No sobrepasar los 21ºC. El consumo aumenta un 10%, por cada grado. o Salas temporalmente desocupadas que dispongan de termostato, bajar la temperatura a unos 15ºC, posición más económica de la mayoría de los modelos de calefacción. o Radiadores que no se usen normalmente, deben permanecer cerrados. o Los radiadores no deben estar tapados por muebles u otros enseres que dificulten la transferencia de calor. En el uso de equipos de refrigeración: o 26ºC es una temperatura óptima para el verano. El consumo aumenta un 8%, por cada grado que se baje. 24
o Apagado del aire acondicionado, cuando el puesto de trabajo esté desocupado. o Favorecer la ventilación durante las horas más frías del día disminuye las necesidades de refrigeración. 2.4 . Aire comprimido Los sistemas de aire comprimido tienen como función el suministro de un determinado caudal de aire a una presión superior a la atmosférica. Su uso está muy extendido en el sector industrial por lo que su estudio es importante desde el punto de vista de la eficiencia energética al ser en algunos sectores una fuente de consumo de energía eléctrica importante. El elemento central de una instalación de aire comprimido es el compresor, equipo encargado de incrementar la presión del aire, que luego será distribuido por la planta a través de las correspondientes canalizaciones. Por lo que respecta a su accionamiento, los compresores industriales se encuentran accionados en la totalidad de los casos por motores eléctricos. Los compresores de aire comprimido tienen un rendimiento bajo, por lo que conviene que trabajen en las mejores condiciones posibles para obtener una alta eficiencia. 2.4.1 Componentes del sistema de aire comprimido Los elementos componentes de un sistema aire comprimido son los siguientes: • Compresor La mayoría de los compresores utilizados en las industrias son de tipo tornillo (scroll). Los rangos de potencias de este tipo de compresores varían entre 3 y 400 kW. Los caudales de aire que pueden trasegar estos equipos son hasta 5.000 l/s. • Pulmones o depósitos de aire Son dispositivos de almacenamiento para suavizar la demanda del compresor. Reducen la fluctuación de demanda en los controles del compresor. 25
Figura 11: Ejemplo de pulmón o depósito de aire comprimido. Fuente: Atlas Copco • Secadores Eliminan la humedad que hay en el aire, para ello, se puede hacer mediante secadores de diferentes tipos: o Frigorífico: eliminan la humedad del aire a un punto de rocío de 3‐4ºC. o Desecantes o de adsorción. o De membranas. • Filtros Se sitúan después del compresor y eliminan las partículas, condensado y lubricante. Cuando están sucios pueden realizar estrangulamiento debido a la caída de presión. 2.4.2 Acciones de mejora y buenas prácticas en aire comprimido • Acciones de mejora en aire comprimido Las principales acciones de mejora a llevar a cabo en un sistema de aire comprimido se explican a continuación: o Recuperación de calor. El 85‐95% de la energía de entrada de un compresor se pierde como calor, por tanto, este calor puede ser aprovechado. Por ejemplo, en instalaciones en las que hay necesidad de agua caliente a no muy altas temperaturas se puede utilizar el calor residual de los compresores para este tipo de aplicaciones. Por ejemplo: un compresor de 75 kW genera 250.000 kJ/h. 26
o Instalación de variadores de velocidad o sustitución de los equipos existentes por otros de velocidad variable En la actualidad muchos equipos llevan ya incorporados variadores. Esto ayuda a ajustar la velocidad para mantener la presión del sistema ajustando el nivel de carga y la potencia demandada. Esto consigue minimizar el consumo eléctrico y el desgaste del compresor. Los rangos de regulación son del 30 al 100% de carga. o Fraccionamiento de potencia de los compresores: Se utiliza en industrias con gran consumo de aire comprimido y con varios compresores funcionando a la vez. Si la industria dispone de una central de producción de aire con varios compresores de similar potencia, se trata de que uno de ellos sea de velocidad variable. De este modo, este último estaría en funcionamiento permanentemente para ajustar el consumo eléctrico a la demanda instantánea de aire del sistema. El resto de compresores entrarían en funcionamiento secuencialmente en función de las necesidades, de forma que en todo momento todos los compresores operen de forma óptima. En la figura siguiente se muestra un ejemplo de este funcionamiento: Figura 12: Ejemplo del fraccionamiento de potencia en compresores. Fuente: Gas Natural Fenosa. o Funcionamiento de compresores en vacío (consumo eléctrico del compresor sin que haya demanda de aire comprimido): Instalación de un sistema de control que permita reducir al máximo los períodos de consumo en vacío (principalmente en horario no laborable). 27
Figura 13: Análisis de datos en un Estudio Energético. Fuente: ITE. En la figura anterior se muestra el consumo del aire comprimido de una industria. Se puede observar que durante el horario no laborable el aire comprimido permanece encendido produciendo consumos en vacío del compresor que ocasionan consumos innecesarios en la planta. En el caso particular de esta instalación, se propuso el apagado del sistema durante los fines de semana (puesto que durante los días laborables se tenían algunos consumos que necesitaban aire comprimido), consiguiendo la siguiente gráfica de consumo en aire comprimido: Figura 14: Análisis de datos en un Estudio Energético después de la realización de la acción de mejora. Fuente: ITE. 28
• Buenas prácticas en aire comprimido. o Estudio del anillo de aire comprimido para evitar fugas y consumos innecesarios. Las fugas pueden llegar a representar el 40% del consumo de aire comprimido, por tanto es recomendable realizar programas periódicos de revisión y reparación de fugas. o Concienciación del personal para evitar la utilización del sistema de aire comprimido en limpieza y/o secado. o Presión de generación del aire. La presión a la que se produce el aire comprimido ha de ser la mínima necesaria para asegurar el buen funcionamiento de los equipos de consumo. Se debe comprobar la presión mínima de trabajo de los equipos conectados y las pérdidas de presión en la red. El consumo de energía se incrementa al aumentar la presión de salida. Por ejemplo, si se trabaja a 6 bar en lugar de a 7 bar el ahorro energético alcanza un 4%. o Adecuación de la potencia a la demanda. Evitar la utilización de equipos sobredimensionados que generan momentos de consumo en bajas cargas al compresor. 2.5 . Bombeo Las bombas centrífugas son las más utilizadas en la industria (más del 80% de la producción mundial de bombas son centrífugas). Las principales aplicaciones de éstas se explican a continuación. 2.5.1 Aplicaciones Los usos son variados: ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Circulación de agua en circuitos hidráulicos de propósito general. Circulación de fluidos de proceso: aceites, etc. Depuración evacuación aguas residuales Auxiliares: anti‐incendios, calefacción, etc. Figura 15: Imagen de una bomba centrífuga. Fuente: VCP, S.A. 29
2.5.2 Rendimiento El rendimiento de la bomba es la relación entre energía cedida al fluido y energía eléctrica consumida. Cuanto mayor sea este valor, significa menor consumo eléctrico para mover el caudal de agua necesario. La Curva característica de la bomba relaciona sus variables de funcionamiento, como son presión‐caudal, rendimiento‐caudal y potencia‐caudal. Figura 16: Curvas características de una bomba. Fuente: Nota técnica de Eficiencia energética: ventajas del uso de los variadores de velocidad en la circulación de fluidos. Dr. Ing. Jacques Schonek. 2.5.3 Acciones de mejora y buenas prácticas en bombeo Las principales acciones de mejora a realizar en las instalaciones de bombeo son las siguientes: •
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Instalación de variadores de velocidad Æ Para adaptar el funcionamiento de la bomba a las necesidades reales de cada momento se emplean variadores de velocidad. Se ajusta la velocidad de rotación de la bomba en función de la consigna de presión fijada en el circuito hidráulico. Instalación de válvulas Æ Permiten la regulación del caudal y la variación del modo de funcionamiento. Estudio de las horas de funcionamiento y reducción de las mismas. 30
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Implantación de sistemas de monitorización y control ÆPara gestionar el funcionamiento de las bombas en función de las consignas de funcionamiento de los equipos a los que abastecen. Figura 17: Diferentes modos de regulación en bombas. Fuente:EOI. 2.6 . Ventilación Las aplicaciones de ventilación en la industria son principalmente en: •
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Extracción. Impulsión y retorno en climatizadores. Ventilación en elementos finales de climatización: fan‐coils… Las principales aplicaciones de los ventiladores son para climatización y extracción. En la climatización de plantas industriales suelen demandar mucha potencia. 2.6.1 Acciones de mejora y buenas prácticas en ventilación Las acciones de mejora en ventilación se basan principalmente en la mejora de la regulación del motor eléctrico. A continuación se explican algunas: •
Estudio de la carga de los equipos, consignas y regulación en función de la carga: o Análisis de las condiciones de consigna que hacen que el ventilador se ponga en marcha. o Ajuste de la regulación y del caudal a las necesidades. • Instalación de variador de velocidad Æ En los ventiladores, una modificación de la velocidad de funcionamiento del motor, supone un aumento o reducción de la potencia en relación cúbica. 31
Se citan a continuación características que comparten bombas y ventiladores: Leyes de afinidad de bombas y ventiladores: Caudal de aire y velocidad: Potencia, caudal de aire y velocidad: Ejemplo: Un ventilador centrífugo de 30 kW instalado en un climatizador, funciona en varios momentos a la mitad de velocidad. ¿Cómo afectará esto al caudal de aire? ¿Qué potencia demanda el ventilador? Solución: Potencia inicial = 30kW Velocidad inicial = n Velocidad final = n/2 32
3. BUENAS PRÁCTICAS EN PROCESOS PRODUCTIVOS A continuación se detallan algunos de los procesos productivos con mayor consumo energético que se pueden encontrar en varios sectores industriales. 3.1 . Ciclos de vapor (Industria textil, farmacéutica…) El principal fluido utilizado para distribución de energía térmica es el agua, siendo el vapor de agua el modo más común de distribución de energía debido a sus características: •
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No es tóxico Se puede distribuir fácilmente Ampliamente disponible y barato. El vapor saturado a altas presiones tiene alto potencial calorífico. La generación del mismo tiene lugar en las calderas de vapor. Figura 18: Esquema de los elementos de una caldera de vapor industrial: Fuente: Gas Natural‐Fenosa La capacidad de producción de vapor de salida se mide en caudal másico (kg/h). Para conocer la capacidad de producción térmica de una caldera también se facilita la potencia térmica de ésta y/o la presión a la que se genera el vapor. 33
3.1.1 Eficiencia Con objeto de evaluar la eficiencia en la caldera se tienen en consideración dos indicadores: • Eficiencia de la combustión Æ el objetivo es el control del flujo de aire y de combustible para asegurar una combustión completa y eficiente. • Pérdidas por radiación, inquemados y purgas. 3.1.2 Sistemas de distribución de vapor Los principales componentes del sistema de distribución de vapor se citan a continuación: •
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Tuberías de distribución. Intercambiadores de calor. Purgadores (o trampas) de vapor en cada punto de uso. Tubería de retorno de condensado. Tanques de retorno de condensado. Bombas de distribución. 3.1.3 Acciones de mejora y buenas prácticas en ciclos de vapor Como medidas a considerar para el buen funcionamiento de las instalaciones de vapor se proponen las siguientes: •
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Instalar quemadores modulantes, ajustan el consumo de combustible a las necesidades de vapor de la fábrica. Instalar calderas de recuperación de gases de escape de equipos térmicos de la fábrica. Realizar buen mantenimiento en las calderas, limpieza de la cal y el hollín. Revisar y mantener el aislamiento de las líneas de vapor. Instalar y revisar aislamiento en las conexiones de vapor. Instalar y/o revisar los depósitos de líquido condensado. Reparar fugas de vapor. Utilizar el vapor flash, vapor de agua obtenido a menor presión que la de producción de la caldera. Instalar economizador (equipo que aprovecha el calor de los gases de escape de la chimenea) para precalentar el agua de alimentación a la caldera. Instalar un recuperador para precalentar el aire de combustión. Recuperar el calor de los gases de combustión de la caldera para suplementar el edificio. Reemplazar caldera eléctricas o de gasóleo por calderas de gas natural. 34
3.1.4 Mejora específica: Aislamiento de las instalaciones En las instalaciones horizontales industriales, el principal foco de pérdidas, y por tanto, las mayores necesidades de aislamiento, se localizan en las tuberías de distribución de energía térmica. Reducir las pérdidas en las tuberías de distribución y en los equipos de generación de energía térmica es esencial para mejorar el rendimiento energético y reducir costes. Para ello, se requiere un adecuado aislamiento de las instalaciones, así como un adecuado mantenimiento que permita la detección de fugas y zonas de mejora. Las principales pérdidas térmicas producidas en las instalaciones de distribución se deben a deficiencias en el calorifugado (aislamiento) de las tuberías, a fugas de vapor en uniones o codos de tuberías y a pérdidas de los purgadores de vapor. Comprobar que las tuberías se encuentran bien calorifugadas, es decir, que su aislamiento se encuentra en perfectas condiciones puede reducir las pérdidas a 0,5 kg/m2h – 1kg/m2h El análisis termográfico permite analizar el nivel de aislamiento de las instalaciones y detectar puntos de mejora. A continuación se muestra un ejemplo de pérdidas detectadas mediante cámara termográfica en una instalación de distribución: Figura 19: Termografía en instalación de distribución de fluidos térmicos. Fuente: ITE Es necesaria la instalación y mantenimiento de un adecuado aislamiento para evitar pérdidas térmicas al ambiente. Se adecuará el aislamiento (tipo y espesor) a los requerimientos de cada tramo. Entre los aislantes más utilizados se encuentra la coquilla de lana mineral, la manta de fibra mineral, la manta de fibra de roca y la espuma de poliuretano expandido. Un nivel de aislamiento adecuado permite reducir las pérdidas al 2‐3% de las que se producirían sin aislamiento. Espesores de aislamiento mayores permiten incrementar la reducción de pérdidas, pero a costa de un mayor coste económico. Por ello es necesario realizar un análisis de rentabilidad económica para ajustarse a las necesidades. En general, se recomienda llevar a cabo las siguientes acciones para reducir las pérdidas térmicas en las instalaciones: •
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Aislar adecuadamente las instalaciones que transporten fluidos térmicos. Realizar una inspección periódica de pérdidas y fugas. Tapar y aislar los depósitos abiertos. 35
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Llevar un adecuado mantenimiento y revisar de forma periódica el estado del aislamiento de los diferentes tramos y elementos de la instalación. Inspeccionar las líneas de vapor para identificar grietas, cintas de sujeción rota, junta o cubiertas dañadas y repararlas para evitar fugas. Ajustar el diseño de los circuitos a las necesidades para evitar sobredimensionamientos, reduciendo por tanto las pérdidas y la necesidades de aislamientos y mantenimiento adicionales. Realización de inspecciones termográficas en las labores de mantenimiento para detectar rápidamente puntos críticos. Comprobar la estanqueidad en los sistemas de cierre. 3.2 . Procesos térmicos (Azulejera, siderurgias…) Los procesos térmicos son una de las principales áreas de consumo energético en las industrias, pudiendo suponer más del 50% de los costes de energía totales. Por ello, la utilización de equipamiento eficiente y la toma de medidas para mejorar el rendimiento de las instalaciones es clave para mejorar el balance energético de las empresas y reducir costes. 3.2.1 Principales componentes de la instalación Las principales instalaciones térmicas asociadas a procesos productivos industriales térmicos son las calderas y los hornos. Las calderas son intercambiadores de calor donde se transmite el calor obtenido deun proceso de combustión a un fluido existente en su interior. En función del tipo de fluido que se caliente se puede diferenciar entre calderas de agua, calderas de vapor y calderas de aceite térmico. Figura 20: Caldera de aceite de freidora industrial. Fuente ITE. 36
Los hornos son equipos utilizados en los procesos industriales para calentar ciertos materiales, elementos o piezas a altas temperaturas. Figura 21: Horno industrial tipo túnel. Fuente ITE. Las aplicaciones del horneado pueden ser variadas: fundición, ablandamiento, tratamiento térmico de materiales, cocción, recubrimiento de piezas, reducción del contenido de humedad, combustión de materiales, etc. En función de la fuente energética utilizada se puede distinguir entre hornos de combustión, donde la generación de calor se realiza utilizando gas o combustibles, y hornos eléctricos, que emplean la electricidad como fuente de calor. 3.2.2 Acciones de mejora y buenas prácticas en procesos térmicos Algunas medidas de mejora de la eficiencia energética de los procesos térmicos industriales son las siguientes: •
Aislamiento de hornos y calderas: un adecuado aislamiento del equipamiento térmico permite reducir considerablemente las pérdidas de calor incrementando la eficiencia de los equipos, así como garantizar unos niveles de seguridad laboral adecuados. Es necesario utilizar la calidad y espesor de aislante adecuada para cada proceso e instalación y llevar a cabo una revisión periódica de su estado. Para ello, conviene realizar controles de temperatura superficial, pudiendo utilizarse para ello cámaras termográficas. Figura 22: Inspección termográfica de aislamiento de caldera y horno industrial. Fuente ITE. 37
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Recuperación de energía térmica: la recuperación de calor de los gases de combustión permite precalentar el aire de entrada al horno. •
Relación aire/combustible: mantener unas proporciones adecuadas de aire y combustible permite mejorar el rendimiento de combustión y reducir costes en suministros. Ajuste de operación de calderas: adecuar la potencia a la carga demandada reduce el consumo de energía y ayuda a prolongar la vida de la instalación. Optimización de proceso en hornos: •
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o Reducción del tiempo de apertura de puertas para reducir las pérdidas de calor. o Ajuste del tiempo y la temperatura a las necesidades del proceso para reducir el consumo de energía. o Reducción de tiempos entre hornadas. o Apagado de hornos en tiempos de espera prolongados. o Funcionamiento a plena carga. •
Mantenimiento preventivo de instalaciones: la limpieza, verificación de funcionamiento y lubricación permite prolongar la vida de las instalaciones además de mejorar el rendimiento. •
Regulación de quemadores. •
Control de parámetros asociados al rendimiento de combustión: concentración de gases (CO, CO2), temperatura de gases de escape, etc. 3.3 . Procesos frigoríficos Algunas industrias necesitan frío como parte del proceso productivo o para mantener en determinada temperatura los productos. Industrias como la alimentaria y de bebidas, farmacéutica, química, etc. Suelen necesitar estos ciclos de producción de frío. Los sistemas de producción de frío se basan en el ciclo termodinámico de producción de frío, los sistemas más utilizados son los conocidos como “Ciclo de compresión frigorífica” y utilizan el principio de funcionamiento que se muestra en la siguiente figura: 38
Ciclo de frío
Qcond.
2 Condensador Tsc
Tec
Aire/agua
glicolada
Aire/agua
glicolada
Tcondensación;
Pcondensación
1
P_elect_
abs
Compresor
4
Aire/agua
Refrigerante
Tse
Tevaporación;
Pevaporación
Tee
Aire/agua
glicolada
Aire/agua
glicolada
Evaporador
3
Qútil
Figura 23: Ciclo de producción de frío. Fuente: ITE. La producción de frío se realiza en el evaporador que es el elemento que está o bien ubicado directamente en las cámaras frígoríficas o que intercambia con un fluido refrigerante (agua glicolada) que se recircula mediante bombas de circulación a las cámaras frigoríficas. 3.3.1 Componentes del sistema Los principales elementos componentes de los ciclos de producción de frío son los que se muestran en la figura anterior y que se describen a continuación: •
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•
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Compresor: Eleva a la presión del refrigerante mediante compresión mecánica, se alimenta de energía eléctrica. Condensador: lugar donde se produce la condensación (el paso de gas a líquido) del refrigerante. Durante este fenómeno se libera calor al ambiente. Evaporador: situado en la cámara de refrigeración o en un intercambiador con agua glicolada. Se produce la evaporación (paso de líquido a gas) del refrigerante absorbiendo calor del aire de la cámara frigorífica o del agua glicolada. Válvula de expansión: la válvula realiza la expansión del fluido refrigerante que sale del condensador. 39
El ciclo se pone en funcionamiento mediante el compresor que se alimenta con energía eléctrica, el calor que entra al evaporador (y se extrae del ambiente) y el que sale del condensador se obtienen de la recirculación del fluido refrigerante por los diferentes elementos a diferentes condiciones de presión y temperatura. 3.3.2 Acciones de mejora de eficiencia energética en ciclos frigoríficos •
Acciones de mejora o Aislamiento de cámaras frigoríficas. Es recomendable la revisión termográfica periódica de los aislamientos de las cámaras frigoríficas, puesto que un mal aislamiento de la cámara frigorífica puede suponer un aumento en el consumo eléctrico del ciclo frigorífico. o Recuperación de calor. El calor que se disipa en el condensador puede ser utilizado en otras aplicaciones de calentamiento en la planta. El modo más sencillo sería ceder el calor del condensador al agua, que a su vez cederá su energía a otro fluido que necesite aporte de calor. o Aprovechamiento de la inercia térmica. En algunas plantas en las que no se trabaja a tres turnos, las cámaras frigoríficas permanecen cerradas toda la noche con el compresor del ciclo frigorífico consumiendo. Si durante las horas nocturnas no se abren las puertas de las cámaras frigoríficas, la producción de frío puede desconectarse sin producir una degradación en la temperatura que produzca un impacto en el proceso. Esto es debido a la propia inercia térmica (la capacidad de mantener la temperatura constante) de la cámara frigorífica. Las desconexiones a realizar se recomiendan de poco período de tiempo (1 ó 2 horas) y durante las horas más frías de la noche. o Variador de velocidad en los ventiladores de los condensadores evaporativos y evaporadores. o Utilización de compresores con velocidad variable. Puesto que los ciclos de producción de frío no se encuentran funcionando siempre a plena carga, es recomendable el uso de los sistemas de velocidad variable para evitar consumos innecesarios de los motores eléctricos. o Fraccionamiento de potencia. Es frecuente que en las instalaciones de producción de frío existan varios compresores para el correcto funcionamiento del ciclo de frío. Si se utiliza un sistema de control que permita que estos vayan entrando en funcionamiento en función de los requerimientos de frío, se obtendrá un ajuste del consumo energético evitando ineficiencias. 40
•
Buenas prácticas o Ajuste de temperaturas de consigna. Es recomendable que las temperaturas de consigna de las cámaras frigoríficas se encuentren ajustadas a las necesidades de los productos que se vayan a almacenar y que éstas no se encuentren a menor temperatura de la recomendada pues esto supone aumentos innecesarios del consumo eléctrico del ciclo de producción de frío. o Revisiones y mantenimiento. Es importante que los equipos componentes del ciclo de frío funcionen en óptimas condiciones, para ello, se recomiendan las siguientes acciones a realizar: ƒ Limpieza del condensador y del evaporador. ƒ Ajustar y comprobar las presiones de trabajo. ƒ Limpieza del interior de las cámaras frigoríficas. ƒ Revisión de los cierres de las puertas de las cámaras y comprobación del estado de los burletes. o Ubicación de evaporadores y condensadores. La ubicación del evaporador ha de ser o bien en el interior de la cámara, si intercambia directamente o bien en sus proximidades para evitar pérdidas por el desplazamiento del agua glicolada. El condensador ha de situarse en el exterior o aspirando aire del exterior. De este modo se reduce el número de desescarches y el consumo de energía. o Actuación en cámaras frigoríficas. Para evitar la degradación de la temperatura en las cámaras frigoríficas, se pueden llevar a cabo una serie de acciones: ƒ Evitar que las cámaras queden abiertas durante mucho tiempo durante la acción de introducir o extraer productos. ƒ Es recomendable no introducir productos calientes en las cámaras. ƒ Comprobar los cierres y las juntas, así como el aislamiento de las cámaras. ƒ Instalar puertas rápidas en las cámaras frigoríficas. ƒ Mantener descongelados y limpios los evaporadores, evitando que se forme mucho espesor de escarcha. 41
4. HERRAMIENTA DE AUTODIAGNÓSTICO ENERGÉTICO La herramienta analítica CO‐EFFICIENT permite a las pymes analizar de forma sencilla una serie de indicadores de eficiencia energética y compararlos con valores de referencia. El objetivo es que las empresas sean conscientes de su situación energética y dispongan de una herramienta de apoyo para detectar las áreas que presenten un mayor potencial de mejora, para encaminar medidas de eficiencia energética e introducir recursos de generación renovable. Las ventajas principales de esta herramienta analítica son las siguientes: ‐ Identifica oportunidades de mejora energética en las principales operaciones y procesos productivos. ‐ Integra la introducción de energías renovables en los procesos de producción. ‐ Provee valores de referencia relativos a la eficiencia energética de las áreas consumidoras clave. ‐ Permite valorar la implementación de medidas de mejora energética. ‐ Compara la eficiencia energética de la compañía respecto a otras empresas y valores promedio estadísticos. ‐ Ofrece una consultoría externa para identificar debilidades. Cuestionario La herramienta dispone de un cuestionario inicial a cumplimentar por las empresas en el cual se recoge información básica relativa a los usos y consumos energéticos. Los apartados del cuestionario son los siguientes: Sección 1: Perfil de la empresa Información general sobre la compañía: dirección, actividad, número de empleados, gestión energética, etc. Esta sección contiene una subsección en la que se recogen las inversiones realizadas en eficiencia energética. 42
Figura 24: Cuestionario CO‐EFFICIENT, apartado “perfil de empresa”. Fuente. CO‐EFFICIENT. Sección 2: Datos de consumo energético Recoge datos generales del consumo energético de la empresa por tipo de suministro y año. Figura 25: Cuestionario CO‐EFFICIENT, apartado “datos de consumo energético”. Fuente. CO‐EFFICIENT. Sección 3: Sistemas energéticos Recoge información de las siguientes áreas: producción, sistemas de calefacción, sistemas de refrigeración, sistemas de aire acondicionado (HVAC) e iluminación 43
Figura 26: Cuestionario CO‐EFFICIENT, apartado “Sistemas energéticos”. Fuente. CO‐EFFICIENT. Sección 4: Consumos de energía eléctrica Recoge información relativa al consumo y uso energético del equipamiento eléctrico. Figura 27: Cuestionario CO‐EFFICIENT, apartado “consumos de energía eléctrica”. Fuente. CO‐EFFICIENT. Sección 5: Energías renovables Recoge información sobre las instalaciones de generación renovable existentes en la compañía. 44
Análisis de indicadores (KPIs = Principales indicadores de rendimiento) Una vez cumplimentado el cuestionario, la herramienta muestra el análisis de indicadores, donde se pueden observar los KPIs resultantes, junto a su valor de referencia, y el nivel de eficiencia energética derivado de cada indicador en comparación con el valor de base. Los indicadores que analiza CO‐EFFICIENT son los siguientes: ‐
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KPI01 – Consumo energético por año KPI02 – Coste energético por año KPI03 – Consumo energético por empleado KPI04 – Coste energético por empleado KPI05 – Consumo energético en relación con el balance anual KPI06 – Coste energético en relación con el balance anual KPI07 – Consumo energético en la parte administrativa KPI08 – Coste energético en la parte administrativa KPI09 – Consumo energético en la parte tecnológica KPI10 – Coste energético en la parte tecnológica KPI11 – Consumo energético por metro cuadrado KPI12 – Coste energético por metro cuadrado KPI13 – Consumo energético por volumen KPI14 – Coste energético por volumen KPI15 – Consumo energético parte tecnológica – generación de calor KPI16 – Coste energético parte tecnológica – generación de calor KPI17 – Consumo energético parte tecnológica – ACS KPI18 – Coste energético parte tecnológica ‐ ACS KPI19 – Consumo energético en refrigeración KPI20 – Coste energético en refrigeración KPI21 – Consumo energético en ventilación KPI22 – Coste energético en ventilación KPI23 – Consumo energético en iluminación KPI24 – Coste energético en iluminación KPI25 – Relación del uso de energías renovables Los resultados del análisis mencionado se muestran tal como se refleja en la siguiente imagen extraída de la aplicación: 45
Figura 28: . Resultados análisis KPIs. Fuente. CO‐EFFICIENT. 46
5. BIBLIOGRAFÍA 1.
2.
3.
4.
Manual de eficiencia energética. Gas Natural Fenosa. Documentación del Máster Ejecutivo “Gestor de proyectos e instalaciones energéticas”, ITE. Documentación del “Curso de preparación para la obtención de la acreditación CEM”, AEE. Instrucciones de montaje, manejo y mantenimiento de motores trifásicos asíncronos para baja tensión con rotor de jaula. VEM. 5. Conceptos básicos sobre el uso de los motores de inducción trifásicos. Rockwell Automation. 6. Mejoras Horizontales de ahorro y eficiencia energética Sector Industrial. Energía Eléctrica. Junta de Castilla y León. 7. Memoria final CO‐EFFICIENT “Avanzando hacia la eficiencia energética de las pymes del Mediterráneo”. Proyecto Co‐Efficient. 47
SOCIOS DEL PROYECTO CO‐EFFICIENT: 48