Manual de eficiencia energetica para medianas y pequeñas industrias

Introducción

La eficiencia energética (EE) es una herramienta
que ayuda a reducir el consumo energético de los sistemas
eléctricos y térmicos, y a su vez busca optimizar
el desempeño de los mismos, evaluando sus
parámetros de funcionamiento, sus consumos
energéticos, la variación de la carga durante el
periodo de trabajo, sus rendimientos, entre otros
parámetros específicos de cada equipo. El objetivo
principal del manual está orientado a que las empresas
tengan un panorama general de las medidas en eficiencia
energética y evalúen sus sistemas
energéticos dentro de sus procesos productivos.
Apoyándose también, de algunos ejemplos de
cálculo de oportunidades de EE, y de esta forma estimar
los beneficios económicos a alcanzar. En los siguientes
capítulos se presentaran los principales sistemas
térmicos y sistemas eléctricos en la
producción industrial, en donde se describirán los
conceptos generales de cada sistema y se identificarán las
oportunidades de eficiencia energética que pueden ser
aplicadas en la Mediana y Pequeña Empresa (MYPES). Este
manual, pretende ofrecer a sus lectores versatilidad en la gama
de medidas, presentando oportunidades de nula, baja y alta
inversión; facilitando de este modo la ejecución de
ellas, y con esto reducir los consumos energéticos por
unidad de producto. A su vez, la replicación de estas
medidas de EE en la mayoría de las MYPES, abre la
posibilidad de que los resultados obtenidos, sean representativos
a gran escala, en materia de consumo energético para el
país.

1. Eficiencia
energética en la producción
industrial

El esfuerzo de implementar "eficiencia
energética" (EE) en la industria inició alrededor
de 1970, originado en primer lugar por la necesidad de reducir
los costos de operación. A pesar que la energía es
vital para muchos procesos, esto no es necesariamente un
componente crítico de costos. Actualmente, la EE es vista
de forma fragmentada debido a la ausencia de una
metodología establecida. Muy pocos practicantes de EE
están preocupados por los resultados medioambientales de
la aplicación de EE, aún cuando una parte de las
opciones de EE pueden llevar a obtener beneficios
medioambientales y estas no son vistas de forma relevante. Para
la EE la reducción de costos es la principal
preocupación ya que favorecería de forma
económica a las empresas, aun cuando estas opciones
conlleven impactos negativos al medioambiente.

1.1 Sistemas térmicos Los sistemas
térmicos son equipos cuya función es la
generación de calor a través de la
combustión de un combustible con el oxígeno del
aire. Se utilizan para cubrir necesidades térmicas de
calefacción y agua caliente y de procesos productivos
tales como el tratamiento térmico de metales, el
calentamiento y el secado de sustancias en diferentes sectores
industriales como el químico, textil, agroindustrial,
construcción, metal-mecánica, etc. Los equipos
térmicos más representativos son calderas, hornos y
secadores. El equipo térmico más empleado es la
caldera. Estos sistemas utilizan el calor producido durante la
combustión de un combustible, para calentar un fluido que
posteriormente será utilizado donde existan necesidades
térmicas. Los hornos, por su parte, en lugar de calentar
un fluido, elevan la temperatura directamente de la carga que se
encuentra en su interior. Estos equipos suelen encontrarse en la
industria del metal, química, alimentos, entre otros y se
emplean para el tratamiento térmico, la cocción, el
curado y otras aplicaciones. Por último, los secadores,
cuya función es la de reducir el contenido de humedad de
las sustancias, son ampliamente utilizados en el sector
alimenticio y agroindustrial. En las industrias antes
mencionadas, estos sistemas térmicos son generalmente los
equipos más importantes en los que se basa el proceso de
producción y por lo general son los mayores consumidores
de energía en la planta, llegando a alcanzar costos
superiores al 50 % de la demanda energética
total.

1.1.1 Calderas El principio de funcionamiento de las
calderas es combustible y comburente (aire) se inyectan en el
interior de la caldera a través del quemador y se inflaman
con ayuda de la llama que alimentan. La reacción que tiene
lugar entre el combustible y el oxígeno del aire es
altamente exotérmica, y genera como productos, residuos
sólidos (como cenizas y escorias) y humos o gases a
elevadas temperaturas (de 200 a 1,000 oC). El contenido
energético de estos gases se aprovecha en calderas para
calentar un fluido (aire, agua o aceite) mediante una superficie
de intercambio. El fluido que ha aumentado su temperatura
servirá posteriormente para calentar un área, mover
una turbina, etc. Finalmente los gases de combustión que
han cedido gran parte de su temperatura, son evacuados por una
chimenea.

1.1.1.1 Tipos de calderas Las calderas se pueden
clasificar en función de múltiples criterios.
Según el tipo de combustión, las calderas pueden
ser de cámara de combustión abierta
(atmosférica o tiro natural) o cerrada (presurizada o tiro
forzado). Estas últimas presentan multitud de ventajas
sobre las atmosféricas como el mejor rendimiento, la
estabilidad de la combustión o el mínimo exceso de
aire necesario. De acuerdo con la forma de intercambio de calor,
se encuentran calderas acuotubulares o pirotubulares. En las
acuotubulares, hay una serie de tubos por los que circula el
fluido a calentar, y por su exterior circulan los gases que ceden
parte de su energía a través de las paredes de los
tubos. En las pirotubulares, son los humos calientes los que
pasan por los tubos, los cuales están rodeados por el
fluido a calentar. Según el rendimiento pueden ser
estándar, de baja temperatura y de condensación. La
caldera estándar es una caldera para la producción
de agua caliente, con tubos de pared simple, que trabaja a una
temperatura constante del agua a la salida entre 70 y 90 oC, el
diseño de este tipo de caldera no permite que el vapor de
agua contenido en los gases de salida condense en su interior,
limitando la temperatura de retorno del agua a la caldera a los
70 oC aproximadamente. Una caldera de baja temperatura permite
aprovechar el calor sensible de los humos a través de un
recuperador de calor especial, mientras que una caldera de
condensación está diseñada para permitir que
el vapor de agua de los gases de combustión condense sobre
la superficie de los tubos de humos, consiguiendo recuperar el
calor latente de los gases de combustión. Las calderas de
alta eficiencia (baja temperatura o condensación) pueden
suponer un ahorro del 10-20 % del combustible utilizado
especialmente si se trabaja a bajas cargas.

1.1.1.2 Rendimiento de la caldera Uno de los
parámetros más importantes para evaluar el
funcionamiento de una caldera es su rendimiento, que se define
como la relación entre el calor útil producido
(considerando las diversas pérdidas a través de los
gases de combustión, las paredes de la caldera y los
caudales de purga) y la energía proporcionada por el
combustible. Para evaluar el rendimiento es necesario disponer de
un analizador de gases de combustión que proporcione la
concentración en gases de O2, CO2, CO y la temperatura de
los gases, así como un termómetro de superficie
para medir la temperatura de las paredes de la caldera. Los
valores adecuados de O2, CO y temperatura de gases dependen del
tipo de combustible, quemador utilizado y del tamaño de la
caldera. Valores de O2 bajo y CO alto indican que la cantidad de
aire de combustión es insuficiente. Esto suele verse
reflejado en el color negruzco de los humos que salen por la
chimenea. Para nivelar estos valores no hay más que
aumentar la compuerta de paso de aire del quemador. Aunque humos
claros y una concentración de O2 elevada no aseguran de
por sí un buen funcionamiento. Podría ser que se
estuviera utilizando una cantidad excesiva de aire, lo cual
implica un gasto energético innecesario, pues el aire
"arrastraría" mucho calor por la chimenea impidiendo su
aprovechamiento para la calefacción. En este caso
debería disminuirse la compuerta de paso del aire hacia el
quemador. El color oscuro de los humos puede implicar
también un desajuste en la mezcla aire-combustible debido
a una pulverización insuficiente del combustible. Si se
emplean combustibles líquidos, es necesario realizar una
regulación y limpieza de los quemadores para obtener una
buena pulverización. El ahorro de combustible obtenido con
una buena regulación de la combustión puede llegar
a suponer entre el 5-7 % del consumo total del equipo. Las
pérdidas de calor a través de las paredes pueden
reducirse hasta un 70-80 %, lo que puede suponer un ahorro del
1-2 % del combustible. Si la temperatura de los gases de chimenea
supera los 230 oC, puede ser debido a un mal intercambio de calor
en el interior de la caldera. Para solucionarlo, habría
que proceder a una limpieza. Una limpieza periódica de la
caldera mejora la transferencia térmica en el interior de
la misma, aumentando el calor útil obtenido y disminuyendo
la temperatura de los gases de salida. Por cada 20 oC que se
consiga disminuir la temperatura de los gases, se reduce el
consumo de combustible en un 1 % aproximadamente. A
continuación se presentan las pautas a seguir para mejorar
la eficiencia en caldera.

1.1.1.3 Sustitución de la caldera Normalmente,
las intervenciones de mantenimiento periódico permiten
mantener el rendimiento dentro de los límites
establecidos. Pero el rendimiento no es constante a lo largo del
tiempo, sino que va disminuyendo hasta que llega un punto en el
que por la antigüedad de la caldera y su mal funcionamiento
puede ser necesario sustituirla. La vida útil de estos
equipos es aproximadamente de 15 años. Tanto en el caso de
haber superado la vida útil o de haber detectado serios
desperfectos de la caldera, es recomendable sustituirla por una
de alto rendimiento. La instalación de una caldera de alto
rendimiento, requiere una mayor inversión inicial. En
comparación con una caldera estándar, el costo de
una caldera de baja temperatura es un 25 – 30 % superior,
mientras que para una caldera de condensación puede llegar
a duplicarse la inversión inicial.

1.1.1.4 Utilización de economizadores y
pre-calentadores Los gases de combustión que salen de la
caldera suficientemente calientes (a una temperatura superior a
230 oC) tienen todavía energía sobrante que puede
ser utilizada para precalentar el agua o el aire de
combustión y disminuir la demanda de combustible. El calor
recuperado de los gases puede aprovecharse incluso en un equipo
distinto. Por ejemplo, pueden utilizarse los gases de escape a
baja temperatura para procesos de secado. Los equipos encargados
de precalentar el agua de alimentación se denominan
economizadores, que no son más que intercambiadores de
calor que permiten que los gases de escape calientes cedan calor
al agua de alimentación. Si lo que se desea es precalentar
el aire de combustión, estos se denominan
pre-calentadores, que son también un tipo especial de
intercambiadores de calor gas-aire. En cualquier caso se debe
tener en cuenta que existe un límite por debajo del cual
no es posible enfriar los gases (150 -175 oC), ya que se
podrían producir importantes corrosiones en conductos
debido a la condensación de ácido sulfúrico.
A esta temperatura se le denomina temperatura de rocío.
Esta restricción no se aplica en combustibles con bajo
contenido en azufre tales como gas natural o gases licuados del
petróleo (GLP).

1.1.1.5 Medidas de ahorro generales A
continuación se describen una serie de medidas adicionales
que pueden ayudar a incrementar el rendimiento de la
caldera:

• 1. Purgar los circuitos para eliminar el aire
  que pueda haber quedado atrapado en el interior, ya que
  disminuye la transferencia de calor.

• 2. Revisar el estado de los componentes del
  sistema como bombas, ventiladores, etc. Y proceder a su
  mantenimiento de ser necesario.

• 3. Las pérdidas en las purgas se pueden
  disminuir racionalizando la cantidad de las mismas y
  mejorando la calidad del agua de
  alimentación.

El rendimiento de las calderas a baja carga es menor que
a plena carga. Es por esto que en muchos casos resulta más
conveniente instalar varias calderas más pequeñas
que puedan entrar en servicio o parar en función de la
demanda de calor, trabajando así todas ellas en su punto
de máximo rendimiento. En el caso de que existan varias
calderas, es importante que aquéllas con mejor rendimiento
funcionen constantemente en régimen estacionario, dejando
las menos eficientes para absorber las variaciones en la demanda
de calor.

1.1.2 Hornos térmicos Los hornos térmicos
tienen un principio de operación similar al de las
calderas: el calor generado al quemar un combustible se utiliza
para transformar físicamente cierto producto. La
diferencia fundamental con las calderas es que en este caso, en
lugar de calentar un fluido intermedio que posteriormente se
empleará para realizar la transformación, es
directamente el producto el que eleva su temperatura en el
interior del horno. Debido a la similitud en el principio de
operación con las calderas, las medidas de ahorro
expuestas en la sección anterior, tales como un buen
aislamiento del equipo, la recuperación de calor de los
gases, etc. pueden también aplicarse a estos sistemas. Hay
que mencionar que últimamente los hornos eléctricos
vienen sustituyendo a los hornos térmicos debido a su
mayor limpieza, facilidad de control y mantenimiento y en algunos
casos mejor eficiencia.

Ilustración 4. Horno industrial

1.1.2.1 Medidas de ahorro Antes de optimizar el equipo,
es necesario investigar si se puede mejorar el proceso. A
continuación se enuncian algunas medidas:

• 1. Es muy importante que el equipo
  térmico se utilice exclusivamente para los procesos y
  los productos para los que fue diseñado.

• 2. Los procesos en continuo utilizan
  generalmente menos energía que los procesos por lotes.
  Si los productos requieren de un proceso por lotes, es mejor
  utilizar equipos de baja inercia térmica de modo que
  la temperatura de funcionamiento se alcance
  rápidamente.

• 3. La automatización completa del
  control de los equipos térmicos y de las operaciones
  de carga y descarga acelerará el proceso y
  permitirá un mejor funcionamiento de los
  equipos.

• 4. Evitar operar a cargas parciales. Operar a
  plena carga implica utilizar menos combustible por unidad de
  producto y reducción de costos.

• 5. Al igual que en calderas, se pueden obtener
  importantes ahorros de combustible utilizando el calor de los
  gases de escape para precalentar el aire de
  combustión.

• 6. Los gases calientes también pueden
  utilizarse para precalentar el producto antes de entrar al
  dispositivo de calentamiento. De esta manera la demanda
  energética en el interior del equipo térmico
  disminuirá, por lo que se necesitará menos
  combustible.

• 7. Si después de optimizar el proceso,
  todavía existe un flujo significativo de calor
  residual, se puede reconsiderar su uso para producción
  de agua caliente, limpieza de áreas/equipos,
  etc.

1.1.3 Distribución y utilización de vapor
El sistema de distribución de vapor permite llevar el
vapor en la cantidad y calidad requerida por el proceso. En este
sistema, es importante:

• 1. Contar con buenos procedimientos de
  operación

• 2. Operar adecuadamente las trampas de
  vapor

• 3. Mantener aisladas las tuberías,
  equipos y dispositivos

• 4. Evitar las fugas de vapor

• 5. Mantener una presión de vapor
  adecuada

A continuación se describe cada una de
ellas:

• 1. Procedimientos de operación
  generales.

• Considerar la viabilidad de sustituir los eyectores
  de vapor (para producir vacío), por bombas de
  vacío mecánicas.

• Operar con el menor número de eyectores de
vapor. • Reparar cualquier fuga que se presente. •
Clasificar cada generador de vapor de acuerdo con sus
características de desempeño y eficiencia. De esta
forma, durante los periodos de demanda "pico" de vapor, los
generadores más eficientes son los que trabajarán a
plena o mínima carga, lo cual mantendrá un consumo
de energía al mínimo. • Revisar
periódicamente los sistemas de vapor para detectar
líneas de vapor usadas con muy poca frecuencia y que
puedan ser eliminadas o puestas fuera de servicio.

• Incluir en el diseño de este sistema, equipos
  de medición de flujo de vapor.

• 2.  Operar adecuadamente las trampas de
  vapor.

La función de las trampas de vapor es la de
permitir automáticamente el drenado de condensado que se
forma en el sistema, sin dejar escapar el vapor, además de
permitir la eliminación de aire y gases incondensables.
Para asegurar un funcionamiento adecuado, sin pérdidas de
energía, se recomienda:

• 1. Elaborar para cada área operativa, un
  programa de revisión rutinaria de las trampas de vapor
  para verificar su operación adecuada.

• 2.  La frecuencia de revisión
  dependerá de las condiciones particulares de cada
  área; sin embargo, debe revisarse, como mínimo,
  mensualmente.

• 3. Mantener un censo actualizado de las trampas
  de vapor.

• 4. ¤ Numerar todas las trampas y
  registrar su localización en un croquis para facilitar
  su revisión y registro.

• 5. Capacitar al personal operativo y de
  mantenimiento sobre las técnicas de pruebas de
  operación de trampas.

• 6.  Se puede utilizar equipo
  ultrasónico, estetoscopios para escuchar la apertura y
  cierre de la válvula, verificación de
  temperaturas antes y después de la trampa.

• 7. Asignar máxima prioridad a la
  reparación y mantenimiento de trampas.

• 8. El aplicar un procedimiento de mantenimiento
  periódico puede reducir las fallas en trampas hasta un
  3 ó 5 %. Una trampa que no cierra puede representar
  pérdidas de vapor entre 22 y 45 Kg de vapor/hr,
  (50-100 lb de vapor/hr). Por ello, se debe establecer un
  programa de mantenimiento y tomar en cuenta que el
  número de trampas defectuosas debe ser menor del 5%
  del total.

• 9. Seleccionar las trampas de vapor de acuerdo
  a su aplicación y descarga esperada de
  condensado.

• 3 Mantener aisladas las tuberías,
  equipos y dispositivos.

El aislamiento en tuberías, equipos y accesorios
del sistema de distribución de vapor y retorno de
condensado, evitará pérdidas de calor hacia el
ambiente. Es muy importante instalar, en cada tramo de
tubería, el espesor óptimo de aislamiento. En la
tabla 2 se indica el efecto que produce un inadecuado
aislamiento. • Inspeccionar periódicamente el
aislamiento para reemplazar o reparar los tramos dañados
o deteriorados. ¤ Esto es especialmente
necesario después de que se han tenido que retirar tramos
de aislamiento para reparar fugas de vapor. En general, al menos
una vez por año, debe realizarse esta inspección de
las líneas de vapor. Durante una inspección de
rutina, debe identificarse el daño físico, grietas;
bandas y cintas rotas; juntas rotas o dañadas y/o
cubiertas dañadas.

• 1. Un instrumento muy útil para
  verificar el estado del aislamiento es la revisión
  termográfica del mismo, mediante un dispositivo capaz
  de identificar temperaturas y las variaciones de está.
  Este instrumento indica la temperatura superficial con
  imágenes compuestas de varios colores; es ideal para
  revisar áreas extensas. Los pirómetros de
  contacto y pistolas caloríficas deben estar en
  contacto directo con la superficie, para medir su
  calor.

• 2. Revisar el aislamiento después de
  cualquier mantenimiento.

• 3. Las áreas donde se han efectuado
  otros trabajos de mantenimiento, tienen que
  revisarse

• 4. para identificar dónde debe repararse
  el aislamiento.

• 5. Bloquear las líneas de vapor que no
  estén en operación.

Las fugas de vapor son una forma visible de desperdicio
de energía y, por lo mismo, también indican una
indiferencia por la operación eficiente del sistema.
Existen dos métodos para estimar las pérdidas de
vapor por fugas: En función del tamaño del orificio
(Tabla 3) y en función de la presión de
operación vs. altura de pluma.

4 Evitar las fugas de calor. Para evitar pérdidas
de energía por fugas de vapor, se recomienda: • Todas
las fugas de vapor deben repararse tan pronto como sea posible.
• En los procedimientos de mantenimiento, especifique las
juntas y empaques para las bridas de las válvulas. •
En el diseño del sistema de vapor, se debe evitar el uso
de conexiones roscadas.

5. Mantener una presión de vapor adecuada. •
Usar vapor a la mínima presión posible, para
servicios de calentamiento. ¤ Esto reducirá el
consumo de energía. Los cambios en el proceso o en los
equipos, frecuentemente permiten el uso de una menor
presión del vapor.

• Aprovechar el vapor a todos los niveles de
presión posible. ¤ En el vapor de alta
presión no deben utilizarse válvulas reductoras de
presión, y el vapor de baja presión no es
conveniente que sea venteado a la atmósfera. Existen
grandes ahorros cuando se eliminan los venteos (descargas de
vapor) y reducciones de presión. La instrumentación
tendrá que considerar, desde su diseño, el
monitoreo constante de la presión y los venteos de
vapor.

1.2 Sistemas eléctricos La energía,
especialmente la eléctrica, es un recurso con gran
incidencia en los procesos productivos y en los actos cotidianos,
íntimamente relacionado con el confort, la calidad de vida
y el desarrollo económico. Para poder analizar las
oportunidades de ahorro de los equipos eléctricos en la
industria, es conveniente analizar la secuencia que sigue la
energía eléctrica desde que se genera hasta que se
consume:

• 1. En primer lugar los generadores
  eléctricos producen energía eléctrica en
  las centrales generadoras (térmica,
  hidroeléctrica, geotérmica y biomasa)
  produciendo potencias muy elevadas y por tanto grandes
  corrientes.

• 2. Esta potencia es transformada en otra de
  mayor nivel de tensión y por lo tanto de
  menor

• 3. corriente en las estaciones transformadoras,
  para minimizar las pérdidas en el
  transporte.

• 4. Para el transporte de esta energía
  eléctrica hacia los centros de consumo se utilizan las
  redes de transporte para luego pasarla a las redes de
  distribución.

• 5. Por último, a partir de estos puntos
  la tensión se reduce nuevamente a los valores
  necesitados por los elementos que vayan a conectarse a la red
  (clientes de media y baja tensión).

Las pérdidas energéticas se producen en
todas las partes de una instalación eléctrica. Esto
es, generación, transporte, distribución y consumo.
Las empresas, para conseguir ahorros, pueden actuar tan
sólo sobre su consumo eléctrico, por lo tanto, el
ahorro de energía se centrará en los procesos de
producción. "La eficiencia de un sistema energético
se define como el cociente entre la potencia de salida (que es
igual a la potencia de entrada menos las perdidas) y la potencia
de entrada al sistema".

1.2.1 Administración de la energía
eléctrica

1.2.1.1 Control del consumo de energía
eléctrica Los estudios realizados han demostrado que
reducir la operación innecesaria del equipo representa un
potencial significativo de ahorro de energía
eléctrica; es común encontrar luminarias encendidas
sin necesidad, máquinas encendidas sin procesar producto,
cuartos refrigerados con la puerta abierta, entre otros.
Actualmente, los dispositivos automáticos ofrecen tantas
ventajas significativas a su contraparte humana; su confiabilidad
es mucho mayor, ya que la fatiga, la falta de atención,
mala actitud, incapacidad y otras características humanas
no entran en juego. La recopilación de información
de energía eléctrica en una empresa nos ayuda
a:

• 1. Interpretar y controlar las variables
  energéticas

• 2. Costeo Efectivo del producto

• 3. Generación de indicadores de
  desempeño y evaluar:

¤ Eficiencia en los procesos ¤
Detección de Anomalías ¤ Nuevas
tecnologías

• 4. Reducción de picos de
  demanda

• 5. Evaluación de proyectos de
  generación alterna de energía.

1.2.1.2 Controles de Encendido y Apagado Existe una
variedad de dispositivos simples y de bajo costo, que usualmente
controlan sólo una carga, se pueden clasificar dentro de
esta categoría.

• 1. Controles de tiempo, los tipos
  mecánicos y más recientemente los tipos
  electrónicos, controlan el encendido y apagado de
  equipo específico a tiempos preestablecidos durante un
  día o semana.

• 2. Interlocks, pueden conectarse al cableado
  del equipo auxiliar de un equipo primario de manera que, por
  ejemplo, cuando se apaga una máquina de proceso, su
  ventilador, o iluminación o flujo de agua se suspende
  automáticamente.

• 3. Relevadores de foto-celda, empleados
  especialmente para sistemas de iluminación para
  encender en la oscuridad y apagar cuando la
  iluminación natural sea adecuada.

• 4. Equipo termostático, que puede tener
  diferentes puntos de referencia para ciertos períodos
  del día o de la noche, y pueden reducir el empleo de
  los equipos de calefacción o
  refrigeración.

• 5. Sensores infrarrojos de presencia, que
  perciben la presencia o ausencia humana y pueden apagar o
  encender la iluminación de un área o
  algún equipo.

1.2.1.3 Controladores Programables Se emplean
principalmente en equipos que tienen cargas cíclicas y
sustituyen a los relevadores electromecánicos.
También son usados con frecuencia para controlar equipo
individual con el método de encendido/apagado o a una hora
específica del día. Los equipos típicos
disponibles controlan una variedad de puntos. El tiempo de
arranque o paro de cada punto puede controlarse individualmente o
monitorearse.

1.2.1.4 Control de la demanda máxima El control
de demanda es la administración de las principales cargas
eléctricas para reducir y establecer un límite
máximo a la demanda (kW) durante ciertos períodos
de tiempo. Los cargos por demanda máxima representan un
componente importante y apreciable de la factura
eléctrica. Dependiendo del factor de carga de la planta,
los cargos directos por demanda típicamente representan
entre 15 % y el 30 % de la facturación. Demanda
Máxima Medida Esta es la demanda instantánea
registrada por el medidor de la compañía
eléctrica sobre cualquier intervalo de 15 minutos. Estos
valores medidos de la demanda máxima se registran
mensualmente durante el período punta, valle y resto. A.
Metodología de control de la demanda i.
Recopilación de la información: Es el primer paso
de esta metodología, en donde básicamente se debe
obtener los datos de la facturación eléctrica y
producción de la empresa a analizar, el censo de las
principales cargas y sus horarios de operación. ii.
Análisis de la información, esto requiere de un
análisis histórico de la facturación
eléctrica revisando los índices energéticos
de un año de la empresa (kWh/producto), comportamiento de
la demanda punta, valle y resto, graficar el comportamiento de la
demanda y del consumo de energía anual, revisar el perfil
de demanda proporcionado para un mes y verificar el
comportamiento de la demanda en períodos sin
producción. iii. Mediciones. En esta etapa se requiere de
equipos de medición apropiados, ya que se realizan
mediciones en transformadores y en cada una de las principales
cargas, además se realiza un análisis de las
mediciones eléctricas y de la operación de estas
cargas. iv. Propuesta de control de la demanda, se realiza con
base a la información entregada, en donde
básicamente se presentarán los nuevos horarios de
operación y con ellos se elaborarán los nuevos
perfiles de operación ya sea para un día
típico o para un fin de semana, con estos se tendrá
el nuevo perfil de demanda mensual con la reducción en la
demanda máxima y en la demanda facturada. Si se tienen el
consumo y demanda de energía eléctrica en cada uno
de los horarios de facturación podremos calcular el monto
a pagar, dependiendo de la tarifa eléctrica. En el anexo A
se encuentra un ejemplo de propuesta de control de demanda. v.
Evaluación económica del proyecto. Para esta etapa
se requiere de dos aspectos, el primero es la
determinación de los beneficios económicos y
energéticos, el cual consiste en el ahorro obtenido por
las modificaciones sugeridas de cambios de horarios, ajuste de
cargas, modificaciones en el contrato de las demandas
energéticas, entre otros; el segundo aspecto es la
inversión a realizar en el equipo de control que la
empresa requiere y/o capacitaciones. B. Equipos para control de
demanda Un controlador de demanda básicamente es un
dispositivo que actúa sobre una señal, que
temporalmente apaga cargas eléctricas predeterminadas,
para mantener la demanda máxima bajo control. El
controlador, apaga o establece ciclos de trabajo a las cargas
cuando la demanda alcanza un valor preseleccionado, o crece a una
tasa. El punto prefijado debe ser cuidadosamente seleccionado,
para que no se afecte la producción o necesidades de
operación. Los controladores automáticos, tienen la
posibilidad de manejar diferentes tablas de niveles de acuerdo al
día, la fecha, el mes, la estación, o el
año. Algunos equipos implementan esquemas de
re-conexión y/o conexión anticipada en el caso de
demandas bajas y cargas programables de gran "capacitancia". De
esta manera, la capacidad de la planta de almacenar
energía, se optimiza en forma económica. Existen
sistemas para control que van desde un sistema de monitoreo,
registro y adquisición de parámetros
eléctricos. Este sistema permite cubrir cualquier
necesidad de medición eléctrica y control de
demanda, ya que ofrece entre otras cosas:

• 1. Control de demanda

• 2. Estado de las cargas en control

• 3. Mediciones en tiempo real

• 4. Registro de eventos de medición y
  operación

• 5. Manejo de tendencias

• 6. Facturación

• 7. Generación de reportes

1.2.1.5 Control del factor de potencia El factor de
potencia se define como el cociente entre la potencia activa o
real (útil) y la potencia aparente. Trabajar con un factor
de potencia bajo es caro e ineficiente. Las
compañías eléctricas imponen recargos
adicionales cuando una empresa opera con un factor de potencia
inferior a 0.9. Un bajo factor de potencia también reduce
la capacidad eléctrica de distribución del sistema
porque se incrementa la corriente, causando un aumento de las
caídas de tensión. Un bajo factor de potencia es
causado por cargas inductivas tales como transformadores, motores
eléctricos y lámparas fluorescentes. Son este tipo
de elementos los que precisamente consumen la mayor parte de la
energía en la industria. Los principales beneficios que
conlleva la mejora del factor de potencia son:

• Reducir la factura de la compañía
  eléctrica. Debido a las modificaciones realizadas en
  los equipos y a la eliminación de multas.

• Aumento de la capacidad de transmitir energía
  útil en el sistema eléctrico. Un factor de
  potencia incorrecto causará pérdidas de
  potencia en el sistema de distribución y
  provocará caídas de tensión lo que puede
  causar sobrecalentamiento y fallos prematuros en motores y
  otros equipos con carácter inductivo.

Algunas de las estrategias más utilizadas para
corregir el factor de potencia son:

• 1. Minimizar la operación de motores sin
  carga o con baja carga.

• 2. Evitar que los equipos operen por encima de
  su tensión nominal.

• 3. Sustituir los motores convencionales por
  motores de alta eficiencia. No obstante, aun los motores de
  alta eficiencia deben operarse a su capacidad
  óptima.

• 4. Instalar banco de capacitores en el circuito
  de corriente alterna para disminuir la magnitud de la
  potencia reactiva.

A continuación, se presenta un ejemplo de
cálculo de la capacidad del banco de capacitores para
mejorar el factor de potencia. Ejemplo. Se quiere averiguar la
capacidad de un condensador necesario en kVA, para una potencia
de 410 kW con un 0.73 de factor de potencia inicial. Se busca un
factor de potencia final de 0.95.

En la gráfica anterior se observa la
intersección de la fila del factor inicial 0.73 y la
columna del factor de potencia final 0.95, entonces se obtiene el
factor multiplicador necesario: 0.607. Multiplicando 410 por
0.607 se tienen 248.87 kVA. Por lo tanto se utilizará un
condensador estándar de 250 kVA para corregir el factor de
potencia.

1.2.2 Refrigeración Los equipos de
refrigeración son sistemas generadores de frío
destinados fundamentalmente a tareas de conservación de
alimentos y creación de hielo. Su principio de
operación es similar al de los equipos de aire
acondicionado, pero en lugar de enfriar un espacio abierto,
absorben el calor de una cámara en donde se encuentran los
elementos que se requieran refrigerar. Los principales sistemas
de refrigeración comerciales empleados en la industria y
servicios son:

• 1. Cámaras
  frigoríficas

• 2. Congeladores

• 3. Máquinas de hielo

• 4. Expendedores de bebidas y máquinas de
  vending

Estos equipos pueden llegar a suponer más del 30
% del consumo energético en muchos establecimientos,
puesto que operan usualmente 24 horas al día y tienen
vidas útiles de más de 10 años. Es por ello
que incluso pequeños ahorros energéticos obtenidos
del sistema pueden rentabilizarse rápidamente.

1.2.2.1 Mejora de las condiciones de operación La
mejora de las condiciones de operación son medidas de bajo
o nulo costo que alargan la vida útil de los equipos y no
implican necesariamente ahorros despreciables. Con un buen
mantenimiento se puede alcanzar hasta un 25 % de reducción
de los costos de operación. Este mantenimiento debe
incluir:

• 1. Des-escarchado de los serpentines del
  evaporador y limpieza del condensador.

• 2. Realización de una inspección
  frecuente de cada uno de los componentes del sistema como
  compresor, motor, etc.

• 3. Comprobación de la cantidad de gas en
  el circuito de refrigeración.

Un buen aislamiento es requerido en los equipos de
refrigeración, ya que la producción de frío
es usualmente más cara que la de calor. Es necesario la
revisión de:

• 1. La línea fría del refrigerante
  en el sistema está correctamente aislada.

• 2. Las puertas de las cámaras
  están cerradas. Existen detectores que avisan cuando
  las puertas se quedan abiertas. Si no se desea realizar la
  inversión, unos carteles que recuerden que las puertas
  deben cerrarse siempre, pueden ser también
  útiles.

• 3. Existen juntas para conseguir un cierre
  hermético de las puertas. Estas juntas deben revisarse
  periódicamente para comprobar su estado.

• 4. Las cámaras frigoríficas deben
  estar lo más lejos posible de áreas calientes.
  De nada sirve una cámara muy potente si el ambiente
  que la rodea está demasiado caliente. Si esto no es
  posible, el espesor de aislamiento debe ser especialmente
  grande para que las pérdidas no sean
  excesivas.

• 5. En el caso de que exista más de un
  equipo de refrigeración, la colocación proximal
  de uno con otro puede disminuir la superficie de contacto con
  el ambiente y reducir los consumos.

1.2.2.2 Mejora en la eficiencia de los equipos. El
cambio de algunas piezas del sistema de refrigeración
existente puede mejorar significativamente el rendimiento global
de la instalación. Los ahorros varían entre un 1 y
un 20 %, dependiendo de la tecnología empleada. A
continuación se detalla una serie de equipos que pueden
mejorar la eficiencia de los equipos.

• 1. Existen ventiladores de alta eficiencia para
  el evaporador y condensador que necesitan menos
  energía para operar y generan menos calor, por lo que
  reducen la carga a refrigerar. El ahorro potencial de
  energía se estima entre el 3 y 15 %.

• 2. También hay sistemas de
  compresión de alta eficiencia que permiten ahorros
  entre el 6 y el 16 %, dependiendo del equipo de
  refrigeración empleado.

• 3. Los amplificadores de presión de la
  línea líquida son pequeñas bombas de
  refrigeración situadas después del condensador,
  que aumentan la presión del refrigerante
  líquido antes de entrar a la válvula de
  expansión. Este aumento de presión proporciona
  un sub-enfriamiento del refrigerante, mejorando la eficiencia
  del sistema. Pueden ahorrar hasta un 20 %.

• 4. Una iluminación eficiente como
  lámparas fluorescentes tipo T-8 o balastros
  electrónicos, pueden reducir el consumo
  eléctrico y la carga de refrigeración en el
  compresor. Los ahorros pueden llegar hasta el 10 %. Ahorros
  adicionales pueden conseguirse mediante la instalación
  de controles de iluminación, que apagan las luces
  cuando no se utilizan.

• 5. La escarcha que se produce en las paredes de
  cámaras frigoríficas, congeladores, etc.
  disminuye la transferencia de calor y aumenta
  considerablemente el consumo energético. Los sistemas
  eficientes anti-escarcha mejoran el ciclo de des-escarchado,
  identificando la caída de temperatura presión
  del evaporador o midiendo la acumulación de escarcha y
  detectando la humedad. Estos sistemas son más
  eficientes que los que inician el des-escarchado siguiendo
  ciclos programados. Los ahorros varían entre el 1 y 6
  %.

La siguiente tabla resumen muestra los ahorros
energéticos conseguidos en la utilización de los
dispositivos comentados.