INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL “LIC. ADOLFO LÓPEZ MATEOS”
SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO PROGRAMA DE POSGRADO EN INGENÍERIA DE SISTEMAS MAESTRÍA EN CIENCIAS EN INGENIERÍA DE SISTEMAS
“METODOLOGÍA SISTÉMICA PARA LA ELABORACIÓN DE DIAGNÓSTICOS ENERGÉTICOS ELÉCTRICOS PARA EL AHORRO DE ENERGÍA EN SISTEMAS DE MEDIA Y BAJA TENSIÓN”
TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS EN INGENIERÍA DE SISTEMAS PRESENTA: ING. JONATAN MIRELES HERNÁNDEZ DIRECTOR DE TESIS DR. MIGUEL PATIÑO ORTIZ
MAYO 2008
CARTA CESIÓN DE DERECHOS
En la Ciudad de México, D. F., el día 16 del mes marzo del año 2008 el que suscribe Jonatan Mireles Hernández alumno del Programa de Maestría en Ciencias en Ingeniería de Sistemas con número de registro B031579 adscrito a la Sección de Estudios de Posgrado e Investigación de la E.S.I.M.E. Unidad Zacatenco, manifiesta que es autor intelectual del presente trabajo de tesis bajo la dirección del Dr. Miguel Patiño Ortiz y cede los derechos del trabajo titulado:
“Metodología Sistémica para la Elaboración de Diagnósticos Energéticos Eléctricos para el Ahorro de Energía en Sistemas de Media y Baja Tensión”
Al Instituto Politécnico Nacional para su difusión, con fines Académicos y de Investigación Los usuarios de la información no deben reproducir el contenido textual, graficas o datos del trabajo sin el permiso expreso del autor y/o director del trabajo. Este puede ser obtenido escribiendo a la siguiente dirección
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Atentamente
Ing. Jonatan Mireles Hernández
“METODOLOGÍA SISTÉMICA PARA LA ELABORACIÓN DE DIAGNÓSTICOS ENERGÉTICOS ELÉCTRICOS PARA EL AHORRO DE ENERGÍA EN SISTEMAS DE MEDIA Y BAJA TENSIÓN”
RESUMEN En el presente trabajo se realiza una evaluación del proceso de elaboración de diagnósticos energéticos eléctricos para el ahorro de energía en sistemas de media tensión, desde un enfoque sistémico. Mediante la utilización de la dimensión práctica de la teoría de sistemas, se utiliza la Metodología de Sistemas Suaves (MSS), buscando a través de la participación de todos los interesados analizar la situación problema y diseñar alternativas de solución. Obteniendo como resultado la generación de un sistema de fácil aplicación a procesos de diagnósticos energéticos eléctricos ya existente, o en vías de ejecutarse, buscando minimizar los efectos desfavorables de dichos diagnósticos. Es utilizada la MSS ya que permite manejar sistemas complejos que carecen de un orden estructural, en dicha clasificación se encuentran los procesos de los diagnósticos, ya que para ellos no existen respuestas optimizadas y es difícil su definición de forma exacta. La metodología resulta una herramienta útil ya que considera un sistema basado en el aprendizaje, mediante cuatro procesos básicos que son la percepción de la situación problema, la predicción, la comparación y finalmente la toma de la decisión sobre la acción. Lo anterior nos conduce a decidir si son ejecutadas o no ciertas acciones, para lograr un cambio en la situación y un nuevo aprendizaje de la misma. Esta tesis inicia con el diagnóstico de la situación que mantienen los métodos de elaboración de diagnósticos energéticos eléctricos al momento de ejecutarse, durante la aplicación de dicho proceso y una vez que el proceso finalizó; al realizarse un estudio de forma sistémica se consideran los elementos y relaciones involucradas en dicho proceso, elementos y relaciones que hasta el momento no se habían tomado en cuenta en los trabajos de investigación existentes. Esto nos permite de forma crítica dar recomendaciones con el fin de aminorar en lo posible, las condiciones más desfavorables que surgen de la aplicación de dicho proceso.
“SYSTEMIC METHODOLOGY FOR THE ELABORATION OF ELECTRICAL POWER DIAGNOSES FOR AHORRO DE ENERGY IN SYSTEMS OF AVERAGE AND LOSS TENSION” ABSTRACT In the present work is made an evaluation of the process of elaboration of electrical power diagnoses for the energy saving in systems of average tension, from a systemic approach. By means of the use of the practical dimension of the theory of systems, the Methodology of Systems Suaves is used (MSS), looking for through the participation of all the interested ones to analyze the situation problem and to design solution alternatives. Obtaining like result the generation of a system of easy application to processes of electrical power diagnoses or existing, or on the way to executing themselves, looking for to diminish the unfavorable effects of these diagnoses. The MSS is used since it allows handling complex systems that lack a structural order, in this classification are the processes of the diagnoses, since for them optimized answers do not exist and is difficult their definition of exact form. The methodology is a useful tool since it considers a system based on the learning, by means of four basic processes that are the perception of the situation problem, the prediction, the comparison and finally the taking of the decision on the action. The previous thing leads to us to decide if no certain actions are executed or, to obtain a change in the situation and a new learning of the same one. This thesis initiates with the diagnosis of the situation which they maintain the methods of elaboration of electrical diagnoses power at the time of executing itself, during the application of this process and once the process finalized; when being made a study of systemic form the elements and relations involved in this process, elements and relations are considered that until the moment had not been taken into account in the existing works of investigation. This allows of critical form to give recommendations us with the purpose of lessen as far as possible, the conditions more unfavorable than they arise from the application of this process.
¿Existe el mal? El profesor universitario reta a sus alumnos con esta pregunta. ¿Dios creó todo lo que existe?" Un estudiante contesta valiente: Si, lo hizo. ¿Dios creó todo?: Si señor, respondió el joven. El profesor contesto "Si Dios crea todo, entonces Dios hizo al mal pues el mal existe, y bajo el precepto de que nuestras obras son un reflejo de nosotros mismos, entonces Dios es malo". El estudiante se quedo callado ante tal respuesta y el profesor, feliz, se jactaba de haber probado una vez más que la fe Cristiana era un mito. Otro estudiante levanto su mano y dijo: ¿Puedo hacer una pregunta, profesor? Por supuesto, respondió el profesor. El joven se puso de pie y pregunto: ¿Profesor, existe el frió?, ¿Que pregunta es esa? Por supuesto que existe, ¿Acaso usted no ha tenido frió? El muchacho respondió: De hecho, señor, el frió no existe. Según las leyes de la Física, lo que consideramos frió, en realidad es ausencia de calor. "Todo cuerpo u objeto es susceptible de estudio cuando tiene o transmite energía, el calor es lo que hace que dicho cuerpo tenga o transmita energía. El cero absoluto es la ausencia total y absoluta de calor, todos los cuerpos se vuelven inertes, incapaces de reaccionar, pero el frió no existe. Hemos creado ese término para describir como nos sentimos si no tenemos calor". Y, ¿existe la oscuridad? Continúo el estudiante. El profesor respondió: Por supuesto. El estudiante contesto: Nuevamente se equivoca, señor, la oscuridad tampoco existe. La oscuridad es en realidad ausencia de luz. La luz se puede estudiar, la oscuridad no, incluso existe el prisma de Nichols para descomponer la luz blanca en los varios colores en que esta compuesta, con sus diferentes longitudes de onda. La oscuridad no. Un simple rayo de luz rasga las tinieblas se ilumina la superficie donde termina el haz de luz. ¿Como puede saber cuan oscuro esta un espacio determinado? Con base en la cantidad de luz presente en ese espacio, ¿no es así? Oscuridad es un término que el hombre ha desarrollado para describir lo que sucede cuando no hay luz presente. Finalmente, el joven pregunto al profesor: señor, ¿existe el mal? El profesor respondió: Por supuesto que existe, como lo mencionado al principio, vemos violaciones,
crímenes y violencia en todo el mundo, esas cosas son del mal. A lo que el estudiante respondió: El mal no existe, señor, o al menos no existe por sí mismo. El mal es simplemente la ausencia de Dios, es, al igual que los casos anteriores un término que el hombre ha creado para describir esa ausencia de Dios. Dios no creo al mal. No es como la fe o el amor, que existen como existe el calor y la luz. El mal es el resultado de que la humanidad no tenga a Dios presente en sus corazones. Es como resulta el frió cuando no hay calor, o la oscuridad cuando no hay luz. Entonces el profesor, después de asentar con la cabeza, se quedo callado. El joven se llamaba Albert Einstein
DEDICATORIA:
A mis Padres y A Mami Rosa: Manuel Mireles, Arcelia Hernández y abuelita
Rosa, por que gracias a su apoyo, esfuerzo y amor desmedido he llegado a terminar una etapa más de mi vida y por ser un ejemplo a seguir por su calidad humana.
A mis hermanos: Lezli y Eder por ser mis compañeros, amigos y estar en mi
vida.
A mis tías, tíos y primos: por su apoyo incondicional en mi vida y por todos los
buenos deseos para mí. A Mary: Por darme la alegría en cada día, y por quien soy cuando estoy a su
lado. A mis profesores: Por brindarme su amistad y orientar mi formación profesional. A mis amigos: Por su compañía y consejos
RESUMEN / ABSTRACT. ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1. Estructura y elementos que integran la metodología de Checkland.
13
Figura 2.1. Visión rica del sistema metodológico.
31
Figura 3.1. Planeación de proyectos a efectuarse en determinado tiempo.
47
ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.- Actividades, técnicas y herramientas a emplear en la metodología. Tabla 2.- Conocimiento del medio ambiente.
14 19
Tabla 3.- Consumo de electricidad de los motores existentes. Tabla 4. Consumo de energía y ahorros proyectados con los motores de alta eficiencia. Tabla 5. Costos de implementación y período simple de retorno.
62 63
Tabla 6. Ahorros Incrementales.
66
Tabla 7. Tasa interna de retorno para la inversión total.
66
Tabla 8. Códigos de eficiencia de motores NEMA.
67
Tabla 9. Códigos y especificaciones de los gabinetes.
71
Tabla 10. Combinaciones lámpara/balastro existentes en las instalaciones.
74
Tabla 11. Combinaciones propuestas lámpara/balastro y ahorro. Tabla 12. Ahorros de costos, costos de implementación y período de
75
recuperación. Tabla 13: Resumen de los ahorros de energía, de costos y de los costos de implementación para los primeros tres años
64
77 82
ÍNDICE GENERAL GLOSARIO i. HIPÓTESIS.
5
ii. INTRODUCCIÓN.
6
iii. JUSTIFICACIÓN.
8
iv. OBJETIVO.
9
1. MARCO CONCEPTUAL Y METODOLÓGICO.
11
1.1.
Marco conceptual.
11
1.2.
Definición de la metodología.
12
1.3.
Metodología de sistemas suaves de Peter Checkland.
12
1.4.
Metodología.
14
2. DIAGNÓSTICO.
18
2.1.
Análisis de la situación actual.
18
2.2.
Conocimiento del medio ambiente.
19
2.2.1. Componentes de una auditoria desarrollada por el programa EADC/IAC.
23
3. DISEÑO.
30
3.1.
Conocimiento del medio ambiente de la empresa donde se aplicara el diagnostico.
33
3.2.
Solicitud, recopilación y análisis de la información histórica.
33
3.3.
Evaluación del impacto del consumo de energéticos en los costos de producción
35
3.4.
Recorrido por las instalaciones de la planta
36
3.5.
Identificación de oportunidades de ahorro
38
3.6.
Planteamiento de la estrategia a seguir
41
3.7.
Instrumentación y medición
42
3.8.
Evaluación del potencial de ahorro de energía eléctrica
43
3.9.
Consulta de factibilidad de realización de las propuestas
45
3.10.
Desarrollo de las alternativas mas atractivas.
46
3.11.
Evaluación económica y apoyos para la ejecución del proyecto.
48
3.12.
Elaboración del informe del diagnostico energético eléctrico.
50
3.13.
Reunión de presentación de resultados ante la gerencia de la planta.
52
4. APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA
54
4.1.
Conocimiento del medio ambiente.
54
4.2.
Solicitud Recopilacion y análisis de la información histórica.
54
4.3.
Evaluación del impacto del consumo de energéticos en los costos de producción.
54
4.4.
Recorrido por las instalaciones de la planta.
54
4.5.
Identificación de oportunidades de ahorro de energía eléctrica
55
4.6.
Planteamiento de la estrategia a seguir.
55
4.7.
Instrumentación y medición.
55
4.8.
Evaluación del potencial de ahorro de energía eléctrica.
56
4.9.
Consulta de factibilidad de realización de las propuestas.
56
4.10.
Desarrollo de las alternativas más atractivas.
57
4.11.
Evaluación económica y apoyos para la ejecución del proyecto
58
4.12.
Reunión de presentación de resultados ante la gerencia de la planta.
58
4.13.
Cálculos y tablas para la toma de decisiones
58
4.13.1. Instalar motores de alta eficiencia
58
4.13.2. Sustitución y limpieza de lámparas y luminarias
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Anexos
84
Referencias bibliográficas
113
GLOSARIO DE TERMINOS PRINCIPALES Abstracto, sistema. Un sistema cuyos elementos son conceptos, al contrario de un sistema concreto, cuyos elementos son objetos. Adaptación. La habilidad de un sistema para mantener su estructura y función particulares, cuando se enfrenta a cambios en el medio. Calidad de vida. El indicador social que completa el indicador económico del PNB per cápita, para evaluar nuestro estándar de vida. Cibernética. La ciencia del control en los sistemas hombre-máquina. CONAE. Comisión Nacional para el Ahorro de Energía Complejidad. La intrincación de intra e interrelaciones entre componentes de sistemas. Consenso. Acuerdo necesario entre agentes que promueven y clientes que reciben cambios de sistemas. Control. Actividades del diseño de sistemas, por las cuales se mantiene un sistema dentro de límites de equilibrio viable. Costo de oportunidad. El sacrificio o pérdida en que se incurre al elegir una alternativa sobre otra. El costo de oportunidad es un costo de decisión. Desorden. Un estado de sistema que se caracteriza por entropía máxima, incertidumbre y desorganización. Diseño de sistemas. Sinónimo de enfoque de sistemas y la antítesis de mejoramiento de sistemas. Electricidad. Es un fenómeno físico originado por cargas eléctricas, estáticas o en movimiento, y por su interacción. Cuando una carga se encuentra en reposo 1
produce fuerzas sobre otras situadas en su entorno. Si la carga se desplaza produce también fuerzas magnéticas. Enfoque de sistemas. Un enfoque que predica “resolver los problemas del sistema mayor, con soluciones que satisfacen no sólo a los objetivos de los subsistemas, sino también la sobrevivencia del sistema global”. Puede verse también como una metodología de cambio, incluida en el paradigma de sistemas, que toma un enfoque holístico a problemas de sistemas complejos. Ética. Sinónimo de moralidad. Código de conducta y responsabilidad que deben seguir los agentes de cambio cuando diseñan sistemas. Evolución. El proceso por el cual el universo aumenta su complejidad y contrarresta los procesos entrópicos que tienden a la disipación progresiva y la disminución de organización. Expertos, peritos. Una denominación proporcionada a los que conocen la importancia relativa de los indicios en su medio y que proceden a seleccionarlos de acuerdo con ella. FIDE. Fideicomiso para el ahorro de Energía. Generalidad. Un término que se usa de manera impropia, para dar entender “isomorfismo”. Información, teoría de información. Un enfoque por el cual puede medirse la cantidad de información en canales de comunicación, en términos de la probabilidad de los mensajes y señales trasmitidos. Esta medición evita los temas relacionados con el significado y el valor. Integración, modelo de comportamiento. Un modelo por el cual la complejidad de sistemas de producción puede conceptualizarse y evaluarse.
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Intercambios. La comparación de fines y medios que permiten a los autores de decisiones
comparar
su
mérito
relativo
y
negociar
intercambios,
compensaciones y sustituciones entre objetivos en conflicto. Juicio. Una forma particular de toma de decisiones que consiste en utilizar indicios del medio para hacer evaluaciones que no violan postulados de coherencia, concuerdan con las creencias de los jueces, con la realidad y representan su consenso. Medición. El proceso por el cual las observaciones cualitativas se convierten en enunciados cuantitativos. Medio. Una porción del ecosistema, el sistema que abarca a todos los sistemas. Cuando se tratan sistemas abiertos, es esencial considerar el medio, como perteneciente al sistema bajo diseño. Modelos. “Subrogados” del mundo real, que nos ayudan a comprender cómo funcionan. Se espera que los administradores no “equivoquen el modelo por la realidad” y manejen el modelo, en vez de la situación efectiva, perteneciente al mundo real. Los modelos de decisión se utilizan para convertir entradas en salidas y elegir las alternativas que satisfacen los objetivos del autor
de
decisiones. Optimización. El valor máximo de la función objetivo, que puede lograrse en un sistema cerrado-claramente un subóptimo, cuando el sistema que se evalúa es un subsistema abierto, colocado en el contexto de un sistema mayor. Responsabilidad social. Un elemento de diseño de sistemas que los administradores pasan muchas veces por alto. Retroalimentación. La característica de regulación por la cual se recicla una porción de la salida-generalmente la diferencia entre los resultados real y deseado-a la entrada, a fin de mantener al sistema entre los umbrales del equilibrio.
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Sistemas. Ensambles real o ideado o conjuntos de elementos relacionados “que se han identificado como de interés especial”. Sistemas “flexibles”. Sistemas que pueden adoptar varios estados, debido a las condiciones del medio, que sin embargo, aún preservan sus identidades originales, a pesar
de estas influencias. Generalmente estos sistemas se
encuentran en el dominio de las ciencias sociales. Tensión. Voltaje con que se realiza una transmisión de energía eléctrica. Teoría general de sistemas. Una disciplina relativamente nueva, que proporciona fundamento y apoyos teóricos al enfoque de sistemas y a todo lo que se trata en este libro. Teoría general de sistemas aplicados. Sinónimo, en este libro, de “enfoque de sistemas”. Toma de decisiones. Pensamiento iterativo en la base del proceso de diseño de sistemas por el cual se elaboran y eligen alternativas para su implantación. Verdad. La respuesta a una pregunta que satisface estándares epistemológicos o la solución a un problema que se juzga aceptable por consenso.
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i. HIPÓTESIS DE TRABAJO Los diagnósticos relacionados con el ahorro de energía eléctrica, revelan muy poca información relacionada a los efectos y consecuencias de la aplicación de dicho proceso a una empresa. Lo cual llevo al investigador de este trabajo a plantear la siguiente hipótesis: Los diagnósticos energéticos eléctricos no han sido llevados de manera integral, lo que ocasiona no considerar los efectos que conlleva la aplicación de dicho proceso, evitando prever en su totalidad las consecuencias de este.
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ii. INTRODUCCIÓN: Esta tesis denominada “Metodología sistémica para la elaboración de
diagnósticos energéticos eléctricos para el ahorro de energía en sistemas de media y baja tensión” tiene como finalidad analizar de forma sistémica el proceso de elaboración de diagnósticos energéticos eléctricos para ahorro de energía en sistemas de media y baja tensión, con un enfoque sistémico. Se presenta en el primer capítulo, el marco conceptual y metodológico en el que se basa el trabajo de investigación. En el marco conceptual se resumen los conceptos más significativos de la elaboración de diagnósticos energéticos eléctricos. En el marco metodológico, se utiliza y desarrolla el análisis mediante la Metodología de Sistemas Suaves (MSS) lo cual le da el carácter sistémico al presente trabajo de investigación. En el segundo capítulo, se efectúa el análisis de los procesos de los diagnósticos energéticos eléctricos existentes, considerando de manera integral los sistemas que interviene en él, efectuando un análisis crítico del mismo. El tercero, corresponde a la fase de desarrollo, se expone en él una serie de acciones sucesivas, que conforman la metodología de sistemas suaves. Se realiza en esta fase el diseño de un conjunto de sistemas denominados “relevantes”, cuya finalidad es la de proponer soluciones a la situación del problema planteado, mediante la sugerencia de cambios factibles y deseables en busca de obtener una mejora. Se genera posteriormente un modelo que es comparado con el mundo real, permitiéndonos proponer cambios desde el punto de vista sistémico. Finalmente en esta fase se dejan expresadas las acciones que pueden mejorar la situación de la problemática planteada, las cuales serán objeto de estudios posteriores a este. En el cuarto capítulo se aplicará la metodología en una empresa con la finalidad de tener datos reales, así como su aplicación verdadera. Finalmente, se realiza el contraste de los resultados obtenidos contra los esperados, presentando conclusiones y recomendaciones derivadas del proceso de comparación,
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logrando finalmente un aprendizaje significativo y el entendimiento de los diagnósticos energéticos eléctricos para el ahorro de energía en los sistemas de media y baja tensión y los efectos derivados de su aplicación.
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iii. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO DE TESIS La tendencia actual en la elaboración de diagnósticos energéticos eléctricos, hace necesario tener una evaluación integral más objetiva de los resultados de implementar un diagnóstico energético eléctrico. La literatura teórica que existe aporta, en la mayoría de los casos, razones económicas, para justificar los proyectos que resultan de la aplicación de los diagnósticos energéticos eléctricos, sin embargo existe mucha polémica por darle un gran peso exclusivamente a este sistema, dejando de lado todos los demás. Los diagnósticos eléctricos realizados a las empresas, en su mayoría fueron realizados de forma particular, por lo carecen de una visión sistémica de dicho proceso. Es necesario realizar de forma integral los diagnósticos energéticos eléctricos, para contribuir a la competitividad de las empresas, a su efecto social y al ambiental. La mayoría de los diagnósticos energéticos eléctricos analizan la información de manera aislada y no dan una visión general de los proyectos potenciales de ahorro de energía eléctrica en los procesos de la industria.
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iv. OBJETIVO. General: Proponer una metodología para llevar a cabo diagnósticos energéticos eléctricos para el ahorro de energía en sistemas de media y baja tensión con un enfoque sistémico y sistemático.
Particulares: 1.- Calificar los diferentes diagnósticos energéticos eléctricos que se aplican a la industria y sus procesos. 2.- Identificar los procesos más significativos que contribuyen al apoyo de la eficiencia energética eléctrica de la empresa, a su competitividad y a su impacto social y ambiental. 4.- Desarrollar una metodología para el diagnóstico energético eléctrico en los sistemas de media y baja tensión. 5.- Aplicar la metodología en un sistema de media tensión y analizar los resultados obtenidos.
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CAPÍTULO 1 MA R C O CONCEPTUAL Y METODOLÓGICO
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CAPÍTULO 1. MARCO CONCEPTUAL Y METODOLÓGICO. En este capítulo se describe el marco conceptual y la metodología usada para la elaboración del presente trabajo de tesis.
1.1. Marco conceptual. La metodología utilizada en el proceso de diseño e implantación del diagnóstico energético eléctrico para el ahorro de energía en sistemas de media y baja tensión, está referenciada con la metodología de Sistemas Suaves de Peter Checkland, la metodología permite aprender, resolver y mejorar problemas; siendo útil como un modelo referencial. Este modelado y desarrollo de procesos es un ciclo abierto que permite efectuar retroalimentación. La metodología se puede describir en siete etapas, que emplean el concepto de un sistema de actividad humana como un medio, y trata con sistemas sociotécnicos. La metodología se puede sintetizar y operar mediante tres fases:
diagnóstico, diseño e implantación. Diagnóstico: En esta etapa tenemos el problema no estructurado, pero sabemos identificar qué tipo de problema tenemos. Esto nos ayuda a familiarizarnos con el medio ambiente donde el observador relaciona los modelos de acuerdo al pasado y presente; por lo que representa una herramienta esencial, para el análisis propuesto.
Diseño: En esta etapa podemos definir a la Visión, Misión y Objetivos; en donde el conjunto de elementos que se interrelacionan obtienen un interés especial ayudando a optimizar la metodología propuesta.
Implantación: en esta etapa podremos mejorar la situación del problema y establecer así la construcción de un modelo de forma mejorada y optimizada. En esta figura 1 se ilustra la metodología, la cual representa una secuencia cronológica de siete etapas.
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Figura 1.1.- Estructura y elementos que integran la metodología de Checkland
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1.2. Definición de Metodología. La definición de Metodología es un conjunto de pasos sistemáticos que permiten efectuar el control y la medición de la actuación de un objetivo, problema u oportunidad. La Metodología nos permite controlar los pasos de actividades demasiado complicadas y evita incidir en errores. También nos brinda un plano más amplio y decisivo para el desarrollo de los objetivos que se tienen planeados; de acuerdo al grado de complejidad con que se planea implementar. De acuerdo a estos resultados se dará una solución y con las herramientas con las cuales se podrá resolver la problemática. Es por eso que la realización de la “Metodología Sistémica para la Elaboración de Diagnósticos Energéticos Eléctricos para el Ahorro de Energía en Sistemas de Media y Baja Tensión” nos ayudará a tener un control de disciplinas y antecedentes de los procesos en esta implantación y resolución de problemática.
1.3. Metodología de sistemas suaves de Peter Checkland. La Metodología de Checkland nos ayuda a comprender, resolver y mejorar problemas, tomado como modelo referencial. Este modelo es un ciclo consta de siete etapas que nos permite acomodar, distribuir y aumentar como mejor nos convenga el desarrollo de procesos.
1.4. Metodología. En la tabla 1, se muestran las actividades, técnicas y herramientas a emplear en la metodología para el desarrollo del proyecto; en donde delimitamos el número de fases o etapas haciendo referencia a las etapas, generalizando un poco [1].
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Tabla 1.- Actividades, técnicas y herramientas emplear en la metodología
FASES
ETAPAS 1.1. Situación
Fase I Diagnóstico
Problema no estructurada. 1.2. Situación de problema no expresada.
DEFINICIÓN
Ayuda a familiarizarnos con el medio ambiente donde el observador relaciona los modelos de acuerdo al pasado y presente. Esto representa una herramienta esencial, para el análisis propuesto.
2.1. Visión, Misión, Objetivo. 2.2. Modelo Fase II
Conceptual.
Diseño 2.3. Sistema Viable.
Este punto es un ensamble real o conjunto de elementos relacionados que se han identificado como interés especial ayudando a optimizar el modelo propuesto.
2.4. Proceso de cambio planeado. Lograr establecer la construcción de un Fase III Implantación
3.1 Mejorar la
modelo obteniendo el experto una
situación del
considerable atención en el futuro de una
problema.
manera en mejora u optimización del problema.
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Fases ¿Qué hacer global?
Actividad ¿Qué hacer?
Técnica ¿Cómo Hacer?
Análisis de la problemática actual en donde no se tiene un diagnóstico energético eléctrico con visión integral.
Fase l.Diagnóstico
Identificar los sistemas eléctricos más relevantes para propuestas de proyectos.
Herramienta ¿Con qué hacer?
Procesador de palabras Hojas de calculo Observación, recopilación de datos, entrevistas con personas de la entidad y empresa.
Modelos conceptuales de las definiciones.
Búsqueda de apoyos económicos para el apoyo de los proyectos.
Software (control de la demanda, iluminación, motores, protecciones)
Metas ¿Qué obtener?
Definición de proyecto de tesis Conocer el objetivo de la problemática que requiere apoyo para mejorarla. Definir la problemática y darle una solución
Recopilación de todo tipo de información.
Modelos conceptuales de las definiciones
Fase ll.- Análisis y diseño
Modelos conceptuales de los sistemas pertinentes Comparación de los modelos conceptuales con la realidad
Observación, conectar equipo de medición, operación de los sistemas eléctricos y por los usuarios técnicos especializados.
Herramienta, analizadores de redes eléctricas, multimetros, dinamómetros, luxómetros, cable coaxial, pc, software de programación
Mejorar la situación del problema
Distribución, programación e instalación del equipo Programación de horarios con la demanda máxima del sistema
Definición de cambios deseables y factibles
Fase lll.Implementación y Operación del Sistema
Diseñar y elaborar la metodología que cumpla con los requerimientos para la puesta en operación del equipo.
Observación, instalación de equipos eficientes mantenimiento, balanceo de fases, corrección de factor de potencia, ensamblado, conectar y programar las protecciones, por el personal técnico especializado
Herramienta, analizadores de redes eléctricas, multimetros, dinamómetros, luxómetros, cable coaxial, pc, software de programación
Puesta en operación del sistema eléctrico.
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Una vez descrito el marco conceptual y la metodología a usar continuamos con el capítulo 2 donde se realiza un estudio comparativo de las metodologías existentes dando a conocer ventajas y desventajas con respecto a la metodología propuesta en este trabajo de tesis.
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CAPÍTULO 2 DIAGNÓSTICO
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CAPÍTULO 2.- DIAGNÓSTICO En este capítulo se realizará una identificación o análisis de las metodologías existentes en el mercado, para así, obtener sus ventajas y desventajas, y así establecer la justificación lógica del trabajo de tesis.
2.1. Análisis de la situación actual. Las metodologías para la realización de un diagnóstico energético eléctrico no deben considerarse como un mapa de caminos inamovible o una receta de la cual hay que cumplir exactamente cada uno de los pasos [7]. Debe entenderse como un proceso lógico de conducir secuencialmente las actividades del diagnóstico para obtener el objetivo final de evaluar acciones para usar más eficientemente la energía eléctrica. Las actividades realizadas en una planta no necesariamente tienen que reproducirse en otra de manera idéntica, ni siquiera en plantas o empresas con objetivos de producción similares. Por ello, los lineamientos generales de aproximación mostrados a través de un diagrama de flujo de actividades pueden servir como una guía para realizar un proyecto de diagnóstico energético eléctrico a ejecutar en la planta. La manera más eficiente de realizar un diagnóstico energético eléctrico se basa en las siguientes etapas. En la primera se define el proyecto de diagnóstico de energía eléctrica que será ejecutado. En la segunda etapa se obtienen los datos necesarios para la realización del diagnóstico, ya sea por medición directa o por cálculo con base en ecuaciones paramétricas o de estado. En la tercera etapa se efectúan los balances de materiales y de energía eléctrica, se calculan las eficiencias energéticas eléctricas, se tabulan los resultados y, posteriormente, se realiza su análisis para detectar las condiciones que permitan mejorar la eficiencia. La siguiente etapa es formular las políticas energéticas a seguir en función de los resultados obtenidos, es decir, después de haber localizado los sitios donde existen ahorros potenciales de energía eléctrica.
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2.2. Conocimiento del medio ambiente. En la siguiente tabla 3 encontraremos las ventajas y desventajas de los diagnósticos energéticos eléctricos existentes en el país. Tabla 2.- Conocimiento del medio ambiente. Diagnóstico CONAE
Ventajas Iluminación
Diferentes Empresas Públicas
Tienen un amplio conocimiento de las nuevas tecnologías y en el campo de aplicación.
Instituciones educativas
Sirven para transmitir el conocimiento del valor de los energéticos y su consumo moderado, dan una idea de las aplicaciones en la industria Cuenta con recursos ilimitados para la realización de cualquier estudio y ejecución de proyectos de ahorro de energía
FIDE
Desventajas Es aplicado sólo a sistemas de iluminación y en casas habitacionales No ven de forma integral el ahorro de energía eléctrica, debido a que por ser empresas le dan más importancia al costo del proyecto que ellas mismas van a realizar y donde tienen más ganancias económicas. Estas están más orientadas al área académica y no a la práctica.
No cuenta con personal calificado para la elaboración de diagnósticos energéticos eléctricos, éstos deben de ser externos certificados con por ellos para que puedan realizar el diagnóstico o proyecto.
Después de analizar las ventajas y desventajas de los diferentes diagnósticos energéticos eléctricos existentes, llegamos a la conclusión que falta verlos de manera sistémica, debido a que cada uno de los especialistas en su área de conocimiento ofrece muchas ventajas que se pueden utilizar para una buena aplicación de diagnósticos eléctricos. Tomaremos un ejemplo de cómo trabajan en los Estados Unidos de Norteamérica, con su departamento de Energía para complementar y enriquecer este trabajo de tesis debido a que se debe de ampliar la visión de los diferentes diagnósticos energéticos eléctricos y a continuación se describe el sistema. El Departamento de Energía de los Estados Unidos de América (DOE), realiza desde el año de 1976 el programa denominado "Energy Analysis and Diagnostic
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Centers (EADC)". Con este programa el DOE ha ofrecido auditorías sin costo a plantas industriales. Actualmente participan en el programa 30 universidades y tecnológicos que cubren la mayor parte del territorio de los EUA. Entre las características interesantes está la integración y mantenimiento de una base de datos con la información de los resultados de las auditorías energéticas aplicadas a plantas desde 1980. En 1995, la base de datos contaba con información de alrededor de 4,500 auditorías de energía y se le añaden anualmente aproximadamente 900 casos; en cada estudio se ha identificado el potencial de ahorro de energía, las medidas de uso racional y el análisis de la rama industrial. En 1993, el programa original EADC se ha ido transformando en el programa denominado "Industrial Assessment Centers (IAC)", para realizar simultáneamente auditorías energéticas y ambientales para la minimización, en este último caso, de los desechos emitidos al medio ambiente. La información y metodologías generadas durante la gestión del programa son sumamente útiles para la planeación de las políticas gubernamentales en EUA y como herramienta de los profesionales dedicados a esta actividad. A finales del sexenio pasado se calculaba que en nuestro país se había realizado más de 1,500 trabajos de auditoría energética, con diferentes metodologías y grados de profundidad, pero desafortunadamente el impacto de sus resultados es difícil de cuantificar porque tales estudios se encuentran dispersos entre las diferentes dependencias que apoyaron, en su momento, su ejecución. En este contexto, un programa similar al EADC/IAC puede ser de gran utilidad e interés para nuestro país, dado que no se cuenta con una base de datos que integre tales resultados. Además, como su desarrollo se da en las universidades y tecnológicos con carreras de ingeniería afines distribuidas en todo el territorio, podría tener gran impacto nacional. En un trabajo previo se propone un la creación de un programa similar en México y se plantea un posible presupuesto. Para formar parte de la red de 30 Instituciones Educativas que participan actualmente el programa EADC/IAC, se requiere responder a la convocatoria emitida por el DOE, para integrar un centro dentro de la institución de asesoría. Los centros se constituyen al menos de dos profesores-investigadores
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responsables y un cierto número de estudiantes en su último año de licenciatura o de posgrado. Por cada trabajo de auditoría realizado el programa otorga un cierto financiamiento a la institución, para ser empleado principalmente en becas para los estudiantes y profesores participantes, el mantenimiento del equipo de medición, así como los costos de operación, también queda un remanente para la institución. Al iniciar el centro se otorga un financiamiento único para la adquisición del equipo principal de medición. Como los trabajos de auditoría tienen que ser realizados en el área de influencia del centro, el programa no paga viáticos y viajes. La metodología de todo el programa es uniforme y se apoya en gran medida en manuales y formatos que se han ido acumulando y mejorando con el tiempo. Cada centro es responsable de contactar, convencer y realizar los estudios de diagnóstico. Los estudios se efectúan en respuesta al requerimiento de las empresas que fueron invitadas previamente. Esto puede darse directamente por promoción por correo, teléfono o por recomendación de clientes anteriores. Para ser aceptados como candidatos al programa, las plantas deben cumplir algunos requisitos, como: •
La empresa debe estar catalogada como pequeña o mediana industria.
•
La instalación debe tener entre 20 y 500 empleados.
•
Deben carecer de algún experto entre su personal para realizar las
labores de auditoría energética en la planta. •
Sus ventas deben ser inferiores a 75 millones de dólares al año.
•
Su facturación energética debe estar por debajo de 1.75 millones de
dólares al año. Además, se solicita a la empresa interesada proporcionar las facturas de los últimos doce meses de consumo de energéticos e identificar los procesos de mayor intensidad en el uso de la energía, mismos que serán analizados durante
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la visita de auditoría. Establecido el contacto, la asesoría se realiza en una semana de trabajo aproximadamente, de la cual sólo un día se dedica a la visita de las instalaciones y medición de los parámetros de interés. El equipo de trabajo se integra por un investigador responsable y de 2 a 4 estudiantes. Aunque cada trabajo de diagnóstico y cada planta es individual y única, la secuencia típica de actividades durante la visita es la siguiente: •
Reunión con el director de la planta para revisar el programa y la
metodología para la realización de la auditoría. •
Visita guiada por las instalaciones de la empresa con los supervisores de
mantenimiento y operación. •
El equipo de auditoría efectúa un recorrido por la planta en parejas para la
recopilación de la información. •
Se realiza una reunión con el objeto de revisar la información recopilada,
desarrollar las opciones de ahorro identificadas en la auditoría, estimar los tiempos de ejecución y la rentabilidad de la inversión. •
El equipo de diagnóstico energético efectúa una presentación a los
directivos e ingenieros de la empresa para explicar y justificar las recomendaciones y obtener retroalimentación para las conclusiones finales. Antes de transcurrir las dos semanas posteriores a la visita de auditoría, se presenta un informe final del diagnóstico a la empresa y se envía una copia a la coordinación del programa EADC/IAC para su revisión; este último organismo, en caso de haber observaciones sobre el desarrollo del trabajo se lo indica al responsable del centro. Una vez aceptado es ingresado en la base de datos general. En ocasiones los coordinadores del programa acompañan a los grupos de auditoría de los centros para observar el proceso de trabajo en planta. Dentro de los siguientes 12 meses de haber entregado el informe de auditoría, el centro de análisis y diagnósticos energéticos se comunica con la empresa para
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confirmar qué recomendaciones se han puesto en práctica, o bien cuales serán efectuadas dentro de los dos años siguientes a la auditoría.
2.2.1 Componentes de una auditoría desarrollada por el programa EADC/IAC. Selección de la empresa a estudiar. La selección de las empresas a atender involucra la armonización de diferentes metas del programa. Durante un período razonable de tiempo, se espera que cada Centro de Análisis y Diagnósticos Energéticos atienda un amplio espectro de empresas. Esto incluye cubrir toda el área geográfica que le fue asignada. Desde el punto de vista de operación, también es conveniente seleccionar a las empresas que presenten mayores posibilidades de obtener auditorías exitosas. De acuerdo con la experiencia, entre los factores que conducen a diagnósticos con resultados exitosos están: • Tamaño de la Planta. Si la planta es demasiado pequeña, no habrá ocasión de emplear muchas de las oportunidades de ahorro de energía (OAE), sugeridas en los manuales. • Interés de la Administración. La puesta en práctica exitosa de algunas OAE puede representar un costo económico importante. Esto implica que la administración esté involucrada. Por lo tanto, los mejores resultados del diagnóstico se dan en aquellas industrias en donde los directivos están involucrados o indican explícitamente su apoyo.
Visita a la empresa. La visita a la empresa, normalmente involucra los siguientes aspectos: Entrevista inicial. Al llegar a la planta, el equipo de auditores se entrevistará con un representante de la empresa. Las metas a cubrir en la reunión son: -
Presentaciones. 23
-
Descripción del programa del EADC/IAC.
-
Discusión detallada de la operación de la planta.
-
Discusión detallada del equipamiento de la planta.
Esta actividad es muy importante y crucial, ya que el éxito del trabajo está supeditado a que la administración de la empresa esté convencida de la calidad del equipo de auditores. Se debe efectuar un gran esfuerzo para asegurar al cliente sobre aspectos relacionados con las tecnologías, su propiedad y procedimientos. También se debe tratar lo relativo a la confidencialidad, seguros y normas de seguridad, para establecer un acuerdo. Además, se hace una evaluación de la filosofía administrativa, entrenamiento, nivel educativo de la administración y del comité de eficiencia energética. No debe olvidarse que la operación de la planta involucra tanto a la maquinaria como al personal. Es un hecho comprobado que a menudo se atiende más a las máquinas que a la gente. Así, aún cuando las principales medidas son de tipo técnico, la interfase con la administración de la planta, el entendimiento de su filosofía de operación y las costumbres, son metas de similar importancia. Recorrido por la planta. A continuación de la entrevista inicial, el equipo de auditoría realiza un recorrido detallado de la planta. Normalmente el interés principal se centra en los procesos de manufactura, pero el recorrido también involucra los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado y cualquier otro sistema auxiliar que consuma energía. Comúnmente, el recorrido se hace desde la llegada de las materias primas hasta la salida del producto terminado. Las metas a alcanzar por el equipo de auditores dentro del recorrido por la planta son una visión general de las instalaciones y una impresión inicial de las posibles oportunidades de ahorro de energía. La obtención de esta imagen general de la planta es necesaria para colocar las ideas de ahorro en el contexto adecuado para su presentación a los directivos de la empresa.
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Evaluación. Después del recorrido de la planta, el equipo de auditoría se reúne para revisar la información obtenida y determinar un plan o estrategia a seguir. El propósito de dicha reunión es: Entrenamiento de los Estudiantes. Cada planta es diferente y siempre hay operaciones, equipos y procesos novedosos para los estudiantes. A menudo, la entrevista inicial se lleva muy rápidamente y no es posible el intercambio con los estudiantes y su entrenamiento. Esto no es posible realizarlo durante el recorrido por la planta, ya que se efectúa en ambientes ruidosos, en donde las conversaciones se dan a gritos. Por lo tanto, la primera parte de la junta de evaluación se dedica a responder las preguntas de los estudiantes. Ellos deben sentirse libres para plantear cualquier pregunta por obvia que parezca. Lista de posibles OAE. Con base en la revisión y estudio de los recibos de pago de los energéticos y las discusiones durante la entrevista inicial, se puede hacer una lista de las posibles oportunidades de ahorro de energía (OAE). Se insiste en que los estudiantes participen en la generación de ideas y hay una correlación directa entre su experiencia adquirida y su habilidad para contribuir a generar más ideas. Listado de preguntas para la administración. Simultáneamente a la generación del listado de acciones de ahorro, se inicia otra lista que detalla la información adicional requerida de la administración para evaluarlas, así como otros aspectos necesarios para incluir en el informe de la auditoría. Listado de mediciones y datos requeridos. También debe hacerse una lista de los datos adicionales necesarios para evaluar las posibles oportunidades de ahorro de energía, así como las mediciones y estudios que podrían conducir a otras oportunidades adicionales.
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Mediciones y reunión de la información. Este aspecto de la auditoría es crucial para obtener resultados exitosos. Las ideas para los ahorros de energía deben estar bien soportadas en datos adecuados de ingeniería. La táctica de acercamiento consiste en obtener la información obvia o más simple al principio. Entonces, cuando el tiempo lo permita, el equipo de auditoría puede dedicarse a explorar otras OAE, que también hayan sido identificadas. Las mediciones típicas incluyen: -
Mediciones de presión
-
Mediciones de temperatura de paredes y gases de combustión
-
Mediciones de regímenes de flujo de combustible, vapor, purgas, etc.
-
Composición de los gases de combustión
-
Niveles de iluminación
-
Fugas de aire
-
Niveles de vibración
-
Demanda de energía eléctrica
-
Voltaje, amperaje, factor de potencia
Entrevista final. Se efectúa una entrevista final con la administración de la planta. El objetivo central es avanzar en aquellas acciones que fueron consideradas en acuerdo con la administración de la empresa. También se pretende determinar si las ideas de ahorro de energía presentadas por el equipo de auditores son viables de ser puestas en práctica. En muchos casos, hay restricciones que no fueron consideradas por el equipo de auditores. La discusión de lo anterior en la reunión antes de salir de la planta, puede ahorrar trabajo en la etapa de redacción del informe de la auditoría. El propósito más importante de la reunión es convencer a los directivos de las ideas de ahorro que formarán parte del informe. Si la fundamentación adecuada de las ideas puede ser realizada durante esta entrevista, entonces los directivos de la empresa ya conocerán lo que el informe final incluirá y, en muchos casos, estarán en condiciones de iniciar los cambios inmediatamente después de recibir el informe.
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Preparación del informe de la auditoría. Descripción escrita. Inmediatamente después de la visita es necesario comenzar el trabajo de redacción del informe de la auditoría. Muchas partes del informe incluyen descripciones detalladas tales como el diagrama de la planta; de los sistemas de calentamiento, ventilación y aire acondicionado y de los procesos de manufactura. Estas partes normalmente pueden ser escritas antes de tener toda la información correspondiente a los datos de los equipos del proveedor. Información de los proveedores. A menudo se requiere información adicional a la adquirida durante la visita a la instalación para completar el análisis ingenieril de las distintas OAE. Por ejemplo, se requiere la información de las tarifas eléctricas de la compañía suministradora o datos de un fabricante de calderas sobre los economizadores disponibles de un cierto tipo. Esta etapa es la que normalmente consume la mayor parte del tiempo de procesamiento. Cálculos de las oportunidades de ahorro de energía. Es la parte fundamental del informe; los cálculos deben ser claros y concisos, de manera tal que la administración de la planta pueda fácilmente seguir su lógica. Sin embargo, debe tomarse la precaución de presentar suficiente información que justifique las suposiciones que normalmente forman parte de los análisis de ingeniería. Integración del informe y lectura de prueba. La calidad del informe final es indispensable para causar el impacto deseado. Esto puede parecer que es sencillo en la mayor parte de los casos, sin embargo, debido a que participan diferentes personas es conveniente una lectura de prueba del informe por alguien que no participó ni tuvo conexión previa con esta auditoría en particular.
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Seguimiento de las acciones recomendadas. Entre seis y doce meses después de haber presentado el informe final de auditoría a la empresa, se efectuará una entrevista de seguimiento con los directivos; ésta se hace normalmente por teléfono. Aquí se examinan las ideas presentadas en el informe para determinar las acciones si alguna medida no se entendió completamente. Para las recomendaciones de ahorro que no fueron ejecutadas se buscan las causas. Hay tres razones importantes para la evaluación de la instrumentación de las medidas de ahorro. La primera es verificar si el trabajo del equipo de auditoría fue considerado de calidad suficiente. Si una idea ha sido rechazada, es importante determinar el por qué y tratar de presentar un caso más sólido y mejor estructurado en la siguiente ocasión que se presente. La segunda razón es que es una herramienta motivacional entre el personal del Centro EADC/IAC. Cuando una OAE se ejecuta, especialmente en aquellas en las cuales se requieren cantidades importantes de dinero invertido, se da un sentimiento real de haber cumplido con la tarea encomendada. Para los estudiantes, ésta puede ser la primera ocasión en que su trabajo de ingeniería tenga un impacto real. Finalmente, no debe olvidarse que el programa requiere demostrar que sus resultados son efectivos, por lo que únicamente mediante la adopción de acciones se justifica su existencia. Una vez realizado el estudio del medio ambiente y tomando lo más importante de cada uno de los antes analizados empezaremos en el siguiente capítulo el diseño de la metodología para la elaboración de diagnósticos energéticos eléctricos para el ahorro de energía en sistemas de media y baja tensión.
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CAPÍTULO 3 DISEÑO
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CAPÍTULO 3.- DISEÑO En este capítulo tomaremos las aportaciones que nos reflejan los diferentes diagnósticos estudiados en el capítulo anterior, y diseñaremos el propio el cual es objeto de esta tesis. “Metodología sistémica para la elaboración de diagnósticos energéticos eléctricos para el ahorro de energía en sistemas de media y baja tensión” Una forma de apoyar la productividad de la empresa y contribuir a una mejor situación ambiental es la instauración de programas de uso racional de la energía eléctrica. Para que los directivos puedan tomar decisiones rápidas y efectivas con relación al programa se requiere disponer de información cuantitativa suficiente sobre los costos de inversión y los posibles ahorros económicos y de energía asociados a cualquier acción para usar más eficientemente la energía eléctrica. En el caso particular de nuestro país, las experiencias en ahorro de energía eléctrica y sobretodo en la conceptualización y ejecución de diagnósticos energéticos muestran que los resultados que entrega un estudio del primer nivel, de recorrido o elemental es insuficiente para atraer la atención de los directivos empresariales, ya que difícilmente perciben el interés económico de ahorrar energía, al no disponer de suficiente información cuantitativa. Un diagnóstico más profundo implica el uso de instrumentación adicional y personal calificado, lo que representa un elevado costo económico para la empresa, mismo que el directivo normalmente no encuentra justificado efectuar y por lo tanto no acepta cubrir. Por las razones anteriores, en el presente capítulo se desarrolla una metodología de diagnóstico energético eléctrico que es simple, pero arroja resultados cuantitativos desde sus primeras etapas. Podría decirse que es un nivel intermedio entre el de primer nivel y segundo nivel. Las características más relevantes de esta metodología son las siguientes:
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Figura 2.1.- Visión rica del sistema metodológico.
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a)
Proporciona información técnica-económica suficiente sobre el potencial
de ahorro inicial y posibles medidas de aprovechamiento. b)
Requiere de un mínimo de recursos humanos y materiales, para que su
costo sea el más bajo posible. c)
Sirve de elemento detonador para iniciar los programas de uso racional de
la energía en las instalaciones bajo estudio. d)
La duración del diagnóstico no debe exceder de una semana.
Para cumplir con esos objetivos, la metodología de diagnóstico energético propuesta consiste en las siguientes etapas: •
Solicitud y recopilación de la información histórica.
•
Análisis de la información.
•
Evaluación del impacto de consumo de energéticos eléctricos en los
costos de producción. •
Recorrido por las instalaciones.
•
Identificación de oportunidades de ahorro de energía.
•
Planteamiento de la estrategia a seguir.
•
Instrumentación y mediciones.
•
Evaluación del potencial de ahorro.
•
Consulta de factibilidad de realización.
•
Desarrollo de las alternativas más atractivas.
•
Evaluación económica.
•
Elaboración del informe.
•
Reunión de presentación de resultados ante la gerencia de la planta.
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3.1. Conocimiento del medio ambiente de la empresa donde se aplicará el diagnóstico. El primer paso que un buen sistémico debe de tomar en cuenta es el conocimiento del medio ambiente, así mismo conocer el entorno, de tal forma que se pueda realizar una visualización de forma sistémica, lo cual nos dará una gama de posibilidades para atacar las diferentes oportunidades de ahorro de energía.
3.2. Solicitud, recopilación y análisis de la información histórica. Una parte esencial de un diagnóstico energético es la información histórica del consumo de energía eléctrica de la planta. Ésta debe ser solicitada por el auditor al encargado de la empresa y es conveniente aceptarla tan detallada como sea posible. Siempre es más conveniente tener una copia directamente de los recibos o facturaciones energéticas recibir una tabla con los datos ya digeridos y aglutinados. La primera información corresponde a los consumos globales de la instalación, sin embargo, la temporalidad de cobro y el verificar información adicional es relevante. El auditor buscará el término temporal más adecuado para la instalación que esté diagnosticando. La obtención de los datos correspondientes a la producción de la empresa tiene como objetivo el poder elaborar los índices energéticos de la instalación. Por ello, su selección es delicada y debe enfocarse al producto o servicio más representativo. No se trata de obtener simplemente un número, sino de acotar los niveles de consumo energético por unidad de producción en los que se desenvuelve la operación normal de la instalación. Es conveniente que la información abarque al menos un año, para contemplar las posibles oscilaciones estacionales o temporales de trabajo. Otro inciso a desarrollar es la obtención del censo de equipos eléctricos y térmicos. Capacidad instalada y datos de consumo de energía. Esto permitirá además el control estadístico del consumo energético en la planta y de la misma manera en las líneas de producción o etapas de proceso importantes. La recopilación de información puede ser lenta, pues en la mayoría de las empresas el control al que más tiempo le dedican es el de las ventas o en 33
algunas ocasiones cuentan con la mayoría de las facturas y habrá que extraer la información requerida. Es recomendable solicitar la información citada en el párrafo anterior con anticipación para no retrasar el tiempo destinado para esta etapa del diagnóstico. Para analizar la información se debe contar con los datos de registro de consumo de energía de la planta industrial de por lo menos un año, de los que se puede obtener los comportamientos y tendencias mediante gráficas de consumos energéticos contra el tiempo; esto permitirá notar variaciones importantes de un intervalo de tiempo a otro, por equipo o línea de producción, con lo cual se tendrá una idea más precisa de la planta y su forma de operar. También servirá para obtener información muy importante para definir el período más adecuado para la realización de las mediciones en las instalaciones y sobre la manera de extrapolar los ahorros en el tiempo. Cuando el equipo de auditoría energética no forma parte del personal de la empresa es muy conveniente solicitar un lugar destinado al trabajo de gabinete. Éste debe estar en un lugar dentro de las instalaciones, así como tener acceso en el momento que se desee y no interrumpir la secuencia de trabajo, ni perder tiempo en transportarse a algún lugar lejano a la empresa. Se recomienda solicitar o llevar al menos una computadora para elaborar en ella las bases de datos con la información recabada y después generar las gráficas de datos e indicadores energéticos que sean de interés para ser analizados, criticados y comparados por el auditor con los de otras compañías similares, tanto nacionales como internacionales. De aquí se obtienen índices energéticos que describen las tendencias energéticas de la instalación y la importancia relativa de cada energético según su consumo y su impacto en los costos.
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3.3. Evaluación del impacto del consumo de energéticos en los costos de producción. En esta parte el auditor evalúa los consumos energéticos por unidad producida o por volumen de producción, según sea el caso más representativo de la operación de la empresa. Para llevar a cabo esta actividad se necesita contar con la información recabada y analizada anteriormente. Se obtienen los costos totales en una base temporal uniforme, normalmente se emplea el mes o el año, denominado consumo global de la planta y si además se considera la producción global y los consumos son referidos a una unidad común de energía, se podrá conocer la energía consumida por cada unidad producida. El indicador obtenido mediante esta relación será de gran ayuda en la evaluación final del diagnóstico energético, pues éste se comparará con el consumo que se propondrá al final de las propuestas de ahorro de energía; la diferencia entre ambas es el potencial de ahorro logrado después de la auditoría energética. La unidad producida puede estar dada por el número de unidades producidas en un intervalo de tiempo, por toneladas, litros, barriles, etc., según sea la manera en que esté disponible la información o se desee trabajar. Es muy importante precisar el impacto del consumo de energía en los costos de producción, dado que es importante ir creando conciencia de lo que éstos representan en la empresa. Esta cantidad puede ser usada favorablemente para convencer a los directivos de la empresa, quienes serán, al final de cuentas, los que tomarán la decisión definitiva si se ejecuta o no una acción encaminada a ahorrar energía. En las empresas que el consumo energético represente un porcentaje importante de los costos totales de producción es obvio que subrayarlo ante los directivos podrá ayudar a crear un ambiente más propicio para la aceptación de las propuestas de incremento de la eficiencia energética. En las empresas en que lo anterior no es así, normalmente de la factura energética representa, por si solo, una cantidad suficientemente importante para usarla como elemento promotor de los resultados de diagnóstico.
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El monto total de consumo de energía o, en su caso, el monto de la facturación eléctrica o de un tipo determinado de combustibles también normará los criterios del tope máximo de recursos económicos que es posible esperará para la realización de un diagnóstico energético. Resulta aleccionador que haya propuestas de diagnóstico energético cuyo costo represente un porcentaje muy alto del total de la facturación energética. Aún cuando el proyecto fuera adecuado en lo técnico, indudablemente que no corresponde a la realidad de la empresa que se pretende diagnosticar.
3.4. Recorrido por las instalaciones de la planta. La descripción de esta actividad está dirigida preferentemente a los consultores externos, ya que es lógico que cuando el diagnóstico se efectúa con personal de la propia empresa, ellos conocen muy bien las instalaciones. Entonces, en el primer caso, antes de hacer el recorrido por la instalaciones es de gran ayuda familiarizarse con el proceso, operación, etc., que se va a analizar, esto es porque el auditor no va a aclarar dudas propias, sino a ayudar a resolver problemas que se presentan en tales instalaciones y que las personas que ahí laboran no han logrado detectar, ni mucho menos resolver. Es por eso que el prepararse sobre el tema ayudará a que en poco tiempo sea posible detectar posibles fallas y áreas de oportunidad de ahorro de energía. Ya en planta, se recomienda establecer una buena relación con alguna persona que conozca bien el proceso o servicio prestado y las funciones de todas sus partes, así como las variaciones que en ella ocurren y que les provoca modificaciones en los consumos de energía. Habrá que observar si la empresa cuenta con planos de ubicación de cargas; de ser así, se identificarán: •
Las dimensiones del terreno de la empresa un diagrama general de
ubicación de las principales operaciones con fines de orientación, sobretodo cuando ésta es muy grande. •
Los grupos de máquinas para un mismo proceso.
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•
Las líneas conductoras de energéticos.
•
Las oficinas generales de apoyo administrativo.
•
Los sistemas de iluminación de la planta.
•
Los talleres de apoyo a la producción.
•
El voltaje de operación de los equipos.
•
El riesgo de accidente al efectuar el recorrido.
Los planos son para identificar los puntos de interés sobre ahorro de energía cuando la planta de producción es muy grande y el tiempo de trabajo es corto; también para orientarse dentro de la planta, así como para darle seguimiento a una línea de producción o de conducción de energéticos del que se tenga interés. Una vez terminada la explicación introductoria se procede a efectuar el recorrido por la planta; debe de mantenerse la atención durante todo el recorrido, olvidarse de cualquier cosa que ocupe la mente que no sea el proceso de la empresa para absorber al máximo los posibles errores de producción, realizar preguntas que vayan surgiendo durante el camino y aclararlas en ese momento o anotarlas para después ser respondidas; también debe demostrarse interés por la planta y deseos de resolver las deficiencias presentes. La visita a las instalaciones de la planta tiene como objetivo la detección de oportunidades de ahorro obvias y el planteamiento de una cartera de alternativas para trabajar en ellas. Esto puede ser realizado por dos o tres personas con la idea de que cada una de ellas obtenga una idea gruesa del proceso de la empresa y contar con una base sólida para enfrentar la situación. Es importante anotar las oportunidades de ahorro obvias detectadas para dedicarles tiempo después del recorrido a cada una de ellas y discutirlas con el equipo de trabajo,
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sería ideal que cada persona agotara diferentes puntos para ampliar la cartera de alternativas o iguales para confirmar las posibles opciones. La auditoría de recorrido podrá ser muy simple en plantas pequeñas donde se empleen pocos energéticos y existan pocos procesos u operaciones, o muy complicada cuando haya una gran cantidad de arreglos de equipos y procesos. Sin embargo, los principios básicos son los mismos. Debe hacerse énfasis en la importancia que reviste el demostrar interés en la trayectoria del proceso, así como en la gente que dirige el recorrido, pues de eso dependerá, en gran manera, que se interesen en los servicios del auditor o que busquen el de alguna otra persona o empresa. Lo más importante es ser sensibles al uso de la energía e imaginativos para proponer soluciones inmediatas y accesibles. El tiempo propuesto para esta fase de la metodología es de 2 a 3 horas y las observaciones que se hagan del recorrido servirán como base para la identificación de oportunidades de ahorro, en función del impacto que tenga dentro consumo energético y, por lo tanto, en los costos de producción.
3.5. Identificación de oportunidades de ahorro. Al terminar el recorrido es recomendable enlistar las oportunidades de ahorro detectadas y discutirlas con los compañeros auditores, de igual manera deben discutirse las que ellos han detectado. Al final de la reunión se establecerá una serie de puntos posibles de trabajo para elaborar una cartera de alternativas y valorar el potencial de ahorro en cada una de ellas. Es conveniente que la cartera esté ordenada de tal forma que aparezcan en primer término los puntos más importantes que ofrezcan mejores e inmediatos resultados, debido a que el tiempo y el presupuesto son limitados. Existen puntos que deben ser considerados como base para trabajar en ellos, los cuales, a título de ejemplo, se listan a continuación, para un conjunto de equipos. a) Generación y conducción de vapor y calor.
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•
El tipo de combustible utilizado y eficiencia de combustión.
•
El tipo de aislamiento térmico utilizado y las condiciones en que se
encuentra. •
Presión y temperatura de operación de trabajo.
•
Recuperación de condensados.
•
Fugas de vapor.
•
Empleo de vapor en el proceso.
•
Tipo y cantidad de quemadores.
•
Equipo de medición de flujos de gas y aire.
•
Energía eléctrica utilizada en equipos auxiliares.
b) Sistemas de Iluminación. •
Las condiciones actuales de la iluminación.
•
El tipo de lámparas y luminarias.
•
La potencia de cada equipo.
•
Distribución de los equipos de iluminación dentro de la instalación.
•
Considerar los tiempos de encendido.
•
Contabilizar el área de láminas translúcidas o contribuciones de luz natural.
•
Investigar si los circuitos de encendido son generales o individuales.
c) Aire acondicionado. •
Tipo de equipo acondicionador de ambiente.
•
Condición actual del aislamiento térmico del local.
•
Incidencia de radiación solar sobre las ventanas.
•
Aislamiento de ductos o tuberías conductoras de aire o agua.
•
Mantenimiento de filtros de aire (estado, frecuencia, etc.).
•
Temperatura de operación.
•
Horario de operación.
•
Fugas obvias a través de puertas y ventanas abiertas.
d) Aire comprimido. •
Número y tipo de compresores.
•
Presión a la que opera el apagado automático de la unidad.
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•
Presión de trabajo.
•
Longitud y diámetro de las líneas conductoras de aire.
•
Ubicación de la unidad o unidades con respecto al área de utilización.
•
Estimar el diámetro de los orificios de fuga de aire.
Para iniciar esta etapa ya se cuenta con la información necesaria de los equipos y las líneas de producción, por lo tanto, se conocen sus condiciones de operación, las cuales se pueden comparar con las reportadas por el fabricante o, en su caso, con los datos ideales y calcular la eficiencia. Para lograr acercarse a ese dato de eficiencia, es necesario introducir una guía de puntos posibles de ahorro en una auditoría energética a analizar y trabajar sobre ellos con la idea de ahorrar energía, que sea lo más rentable económicamente posible. Las posibles medidas de incremento de eficiencia varían en el ahorro y en el tipo de operación a realizar, al igual que en la inversión necesaria. De aquí se deriva la diferencia entre las posibles operaciones a ejecutar: las que requieren de inversión y las que no; dentro de esta última categoría se cuentan las que sólo aplican las bases de mantenimiento y aquellas en las que se racionalice el uso de energía en el proceso para optimizar su utilización. El objetivo de esta parte de la auditoría es la identificación de alternativas para ahorrar energía con mínima o nula inversión para que su recuperación monetaria o los resultados del beneficio se vean reflejados rápidamente en la economía de la empresa. Como una forma de apoyar la identificación de acciones para ahorrar energía, se identificaron una cantidad importantes de rubros factibles, agrupados en tres categorías. En primer lugar se señalan las que no requieren inversión, pues se derivan de operaciones de mantenimiento; después, las que requieren de una inversión mínima y por último, las que necesiten de una inversión mayor, como resultado de un análisis de rentabilidad y un detallado trabajo de ingeniería especializada en diseño de equipos.
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Esta labor puede durar al varios días según las dimensiones de las instalaciones y requiere de todo el equipo de trabajo para el diagnóstico energético, ya que es una parte primordial dentro de la metodología y de la que se obtendrán las bases para plantear la estrategia a seguir para conseguir los máximos ahorros posibles de energía con la mínima inversión.
3.6. Planteamiento de la estrategia a seguir. Una vez determinadas las oportunidades de ahorro es necesario seleccionar una ruta de seguimiento para llevarlas a cabo y evaluar los resultados que se alcanzarán gracias a las modificaciones que se propongan al proceso, equipo o instalación. La estrategia deberá reconocer la importancia de cada una de las oportunidades de ahorro, la posibilidad real de evaluación y el tiempo disponible para hacerlo. En la planeación de la estrategia a seguir influyen varios factores que son determinantes en la continuación de la metodología de diagnóstico energético. Algunos de estos factores son la situación técnica y económica de la empresa, la disponibilidad de personal y de la tecnología necesaria para la mejora de la producción y el interés que demuestren los empresarios por el trabajo que se está desarrollando dentro de su empresa. Debido a esas razones, es muy importante que queden muy claros los alcances del diagnóstico energético y preparar una secuencia de trabajo real, que lleve al cabo las oportunidades que se adapten a las posibilidades de cada empresa y planear para el futuro la aplicación de las medidas o acciones que por el momento no son posibles por dificultades técnicas o económicas. Esta actividad puede tomar alrededor de un día, ya que es cuestión de valorar la oferta y la capacidad de la empresa, además de intercambiar opiniones con el resto del equipo del diagnóstico energético; de esta acción se deduce la tarea que debe ser pulida y detallada para extraer de cada punto escogido la máxima eficiencia.
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3.7. Instrumentación y mediciones. Un diagnóstico energético es un proyecto complejo, pero puede ser ejecutado adecuadamente cuando se realiza secuencialmente. Cada paso del diagnóstico energético es un proceso de estudio para las fases subsecuentes, que lleva de lo general a lo específico. Después de cada paso se toman acciones para incrementar la eficiencia energética y/o moverse al siguiente nivel de diagnóstico, que requiere de información más detallada. Este modo de conducir el diagnóstico es razonablemente eficiente, pues en cada fase se llevan al máximo los esfuerzos con los que se identifican los puntos en los cuales es más probable un ahorro de energía y, de esta manera, se diagnostican las oportunidades de uso racional en un tiempo bastante reducido. No obstante, la agilidad del diagnóstico se enfrenta a la falta parcial o total de datos de aquellas variables de interés para el estudio energético del sistema, equipo o proceso, pues como se ha sostenido en este trabajo, es común en las empresas la ausencia de instrumentación suficiente. Por tal motivo, para los fines del método propuesto es necesario contar con equipamiento portátil, preferentemente no invasivo, para obtener la información requerida con suficiente facilidad, precisión y claridad. Un instrumento diseñado para ser utilizado permanente puede presentar el inconveniente del costo, dificultad de instalación y operación inicial, etc. El equipo portátil puede, además, ser transportado fácilmente y ser empleado en distintos puntos de interés del sistema bajo análisis. Aunque habrá muchas ocasiones en las que necesariamente se debe dejar instalado uno o varios equipos de medición. El nivel de instrumentación necesario depende, en cada caso, de una serie de factores, tales como la naturaleza del proceso, consumo de energía y potencial de energía recuperable. Frecuentemente,
la
inversión
para
la
instalación
de
un
sistema
de
instrumentación es elevada, pero si se consideran adicionalmente los beneficios que se obtendrán al ahorrar energía, así como obtener una producción constante
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debido al control del proceso y con mayor calidad física, aumentar la vida útil de los equipos, e incrementar la productividad, entonces, la inversión es muy atractiva. Las mediciones brindarán datos reales de cada parámetro y darán la posibilidad de estar probando continuamente las variaciones que se puedan presentar. Para realizar este trabajo se recomienda organizar equipos de al menos dos personas, debido a que se familiarizarán de manera más rápida con las instalaciones y se adaptarán a las condiciones que imponga la planta industrial. Esto redituará en ahorro de tiempo y disminución de errores de medición. Las variables más comunes que tienen que ser medidas son presión, temperatura, flujo, nivel, composición de gases de combustión, voltaje, amperaje, demanda y factor de potencia.
3.8. Evaluación del potencial de ahorro de energía eléctrica. Una vez que han sido detectados por el auditor los posibles puntos de ahorro de energía dentro de la planta, se empieza a trabajar en cada uno de ellos en orden de importancia para hacer una selección de las alternativas con mayor probabilidad e interés de realización. Para evaluar el potencial de ahorro de energía de las alternativas detectadas es necesario efectuar balances de energía, para contabilizar las pérdidas que se tengan en el proceso, equipo o sistema. El auditor realizará los balances de energía para cada equipo o proceso de interés con ayuda de diagramas de flujo y esquemas que lo representen de manera general. Esta actividad consume alrededor de medio día a un día completo dependiendo la cantidad de equipos o líneas de producción seleccionadas. La importancia de los balances de energía radica en medir, realmente, la cantidad de energía utilizada en los equipos y procesos de la planta en un tiempo determinado, lo que brinda al auditor una idea cercana de la situación energética de la empresa.
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Con ayuda de los resultados del balance de energía, se puede determinar el consumo de energía por unidad de tiempo, así como el costo real de la energía utilizada. Ya conocidas las condiciones de producción, se realiza otro balance de energía; ahora, con las mejoras propuestas al proceso o equipo, tratando de aprovechar la eficiencia máxima del punto de ahorro detectado. Los resultados servirán para ser comparados con el balance de energía actual y así, determinar el potencial de ahorro de energía, que después debe ser convertido a unidades monetarias para que sea considerada la factibilidad económica y, por lo tanto, su realización. Para que se vean reflejados los resultados de la auditoría, las modificaciones que se propongan al proceso o etapa de producción deben, por lo menos, mantener la producción actual y de ser posible mejorarla, es decir, mantener la misma producción con menor cantidad de energía, repercutiendo económicamente en el menor costo por unidad producida en la planta industrial. En todo balance es fundamental que las condiciones en que se hacen las mediciones sean las mismas al principio y al final de la labor. En la parte térmica serían temperatura de paredes, análisis de gases de combustión, cantidad de combustible consumido, temperatura de gases de combustión a la salida de la chimenea, cantidad de unidades producidas, pérdidas por desechos de producción, purgas, condensados, fugas de calor, etc. En la parte eléctrica la carga instalada, distribución eléctrica, tiempos de utilización de motores y otros equipos que utilizan energía eléctrica como compresores, sistemas de alumbrado, aire acondicionado, equipos de refrigeración, y aire comprimido, entre otros; la eficiencia, estado actual de los equipos así como los modos de operación. Otro punto importante dentro de los balances de energía en equipos industriales es ubicar el tipo de funcionamiento sobre el que se está trabajando, es decir, si es intermitente o continuo.
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3.9. Consulta de factibilidad de realización de las propuestas. En muchas ocasiones, la evaluación técnica de una propuesta puede ofrecer grandes ahorros de energía sin embargo, pueden existir otras razones que impidan lograr su ejecución. Por ejemplo, al auditor le puede parecer atractivo, desde el punto de vista energético, la eliminación de alguna etapa u operación del proceso actual, y, lógicamente, el eliminarlas representa una oportunidad de ahorro, pero al momento de hacer la propuesta se observa que esto no es posible, debido a que si se llevara a cabo, el producto no satisface las condiciones de calidad que la experiencia dentro del ramo les ha brindado. En otras ocasiones, resulta afectada la velocidad de producción debido a la secuencia del proceso, ya que regularmente el producto debe permanecer dentro de un tratamiento algún tiempo determinado y los siguientes pasos de la línea de producción están coordinados de esta manera. Estos son algunos ejemplos de los casos problemáticos que pueden presentarse, pero como en este tipo de trabajos hay que tener siempre presente que cada empresa es un mundo nuevo al que se debe analizar cuidadosamente, tal como si fuera la primera vez, pues aunque ya se hayan visitado algunas plantas industriales similares o del mismo giro, siempre habrá algo diferente que aprender y estudiar. Debido a lo anterior, es conveniente que una vez evaluado un punto de ahorro se consulten con los ingenieros de la empresa las posibles acciones y con la ayuda de su experiencia dentro de la empresa apoye en la evaluación de la factibilidad de que se realice el proyecto de ahorro en el punto detectado, sin detrimento de la calidad del producto o servicio prestado, antes bien, mejorándola. Cuando la propuesta ha sido aprobada por la persona indicada dentro de la planta, se procede a mostrar la opción planteada a los directivos de la empresa, que son al final los que deciden, económicamente hablando, si es posible realizar una inversión de este tipo debido a la situación de la empresa, o que estén en la posición de invertir en las propuestas que ofrezcan mayores ganancias.
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También es importante la investigación, por parte del auditor, del mercado de equipos recomendados, para determinar su disponibilidad.
3.10. Desarrollo de las alternativas más atractivas. El objetivo de esta etapa de la metodología es el de desarrollar energéticamente las alternativas que presenten mayor claridad, calidad y ventajas para evaluar los ahorros de energía de la empresa. El tiempo de realización es simultáneo a la evaluación del potencial de ahorro y debe ser realizado por el auditor. La asignación puede hacerse invirtiendo todo el tiempo disponible en el proyecto más importante de la lista de alternativas o combinando varios proyectos pequeños pero igual de significativos, que también darán beneficios en cuanto al ahorro de energía a la empresa. También se ha de valorar la capacidad técnica de los recursos humanos para llevar a cabo con precisión todas las propuestas hechas por los auditores, la disponibilidad de los equipos en el mercado y el deseo de seguir en la competencia por parte de la empresa, mediante el mejoramiento continuo de su planta e infraestructura. Para facilitar la selección de las diferentes opciones de ahorro de energía, se acostumbra dividirlas en varios rubros de acuerdo con el monto de su inversión inicial y el período de amortización de la inversión:
•
Acciones inmediatas. En este tipo de acciones no se requiere de inversión
ni mano de obra del exterior, simplemente se trata de llevar a cabo una promoción del uso eficiente de energía dentro de las instalaciones, efectuar el mantenimiento de los equipos y hacer un mejor manejo de ellos, apegándose a sus instrucciones de operación y no a las costumbres de manejo.
•
Acciones a corto plazo. Aquí se trata de aumentar el rendimiento
energético de los equipos, enfatizando el proyecto en la mejora del servicio de mantenimiento y aportando accesorios.
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•
Acciones a mediano plazo. En esta parte será necesario realizar estudios
un poco más profundos ya que se trata se recuperar y aprovechar las energías residuales, investigar sobre medidores para instrumentar equipos o líneas de producción carentes de ellos o en mal estado, automatizar procesos, etc.
•
Acciones a largo plazo. En esta etapa, se necesita de mucha dedicación,
pues se pretende rediseñar o cambiar los procesos e incluso las materias primas si fuese necesario, con la finalidad de obtener una mejor calidad de producto y de menor consumo de energía. Al final de esta etapa se logra la selección y el desarrollo de las alternativas más atractivas desde el punto de vista energético y se procede a la evaluación económica de cada una de ellas. Figura 3.1.- Planeación de proyectos a efectuarse en determinado tiempo.
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3.11. Evaluación económica y apoyos para la ejecución del proyecto. Una vez desarrolladas técnicamente las alternativas de incremento de eficiencia energética eléctrica y seleccionadas las más atractivas, se procede a la evaluación económica. Lo anterior tiene la finalidad de que el auditor tenga una idea clara de las posibilidades de llevar a cabo cada uno de los proyectos en función de su rentabilidad de la inversión y otorgarle un lugar dentro la lista de propuestas que se presentará a la directiva de la empresa. Es necesario enfatizar que es sumamente importante que el tomador de decisiones de la empresa tenga suficientes elementos de juicio para analizar la viabilidad económica de cada una de las acciones y del programa de ahorro de energía en general, a la luz del conjunto de inversiones que normalmente deben hacerse en una empresa y que es objetivo central de esta metodología que las acciones se lleven a cabo. Esta acción debe ser desarrollada de preferencia por expertos en evaluación económica. En muchas empresas cuentan con personal que realiza este tipo de labor y puede recurrirse a ellos. Si éste no es el caso, debe tomarse la precaución de aplicar las metodologías de análisis económico que se empleen comúnmente en la empresa, así como los criterios e indicadores económicos y financieros de uso cotidiano en sus evaluaciones. En nuestro país, debido a la situación económica prevaleciente, el costo financiero del dinero es elevado y, por lo tanto, es recomendable que la tasa de retorno simple de una inversión no exceda de dos años. De otra manera no sería rentable la inversión. En otros países, con economías más estables, los tiempos de recuperación de la inversión pueden ser notoriamente superiores. No obstante, en muchas empresas nacionales presentan una estrategia de inversiones amplia, que depende del tipo de gastos de inversión. Además del análisis económico, es conveniente realizar un análisis financiero de las oportunidades de ahorro de energía, es decir, plantear un calendario de pagos y retornos de la inversión para cada caso de tal manera que el análisis financiero complemente al económico.
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Las inversiones en ahorro de energía siguen el mismo tipo de principios que en cualquier otra inversión. Sin embargo, tienen la distinción de ser más atractivas que otras, ya que las inversiones que se hacen para un proyecto de ahorro de energía se pueden pagar con el ahorro de la misma. Se pueden plantear dos parámetros de evaluación económica de la inversión según se tenga en cuenta o no, el valor del dinero a lo largo del tiempo. Dentro de los parámetros de evaluación que se conocen están los de primero y segundo grado. En los primeros, no se tiene en cuenta la disminución del valor del dinero. Este parámetro permite saber si una inversión puede ser recuperada en un tiempo razonable comparado con la vida estimada. Normalmente si el tiempo de recuperación es menor de la mitad de la vida estimada, la inversión es rentable. Se toma en cuenta cuando la motivación principal es recuperar la inversión lo antes posible con beneficio generado lo antes posible. En el segundo caso sí se toma en cuenta la disminución del costo del dinero en el tiempo. En este parámetro se trata únicamente la inversión costo-beneficio. En cualquiera de los dos puede considerarse el valor del energético; pero no los impuestos, ni la inflación, ni la tasa de interés, etc.; ya que todos estos factores complican la forma de evaluar la rentabilidad de un proyecto energético. Existe otro parámetro de tercer grado que incluye todos los factores que alteran los cálculos económicos. En los casos de conservación de energía, la oportunidad y el atractivo de la inversión generalmente son muy claros, que se considera suficiente la utilización de los parámetros de primero y segundo grado. Otro de los parámetros mas importantes a considerar que pasa muchas veces desapercibido al momento de presentar las diferentes alternativas de proyectos de ahorro de energía eléctrica es que por muy insignificante que parezca la inversión para dicho proyecto, la mayoría de las empresas busca un sistema ágil de financiamiento de los proyectos, para lo cual se deben tener estudios de los diferentes apoyos que se aplican para la elaboración de diagnósticos energéticos eléctricos y para la ejecución de los proyectos.
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Uno de ellos es el del FIDE, el cual tiene diferentes vertientes de apoyo, como niveles de inversión, esto claro una vez presentado el proyecto y evaluado para dichos apoyos que existen.
3.12. Elaboración del informe del diagnóstico energético eléctrico. El informe final del diagnóstico energético es una parte importante, ya que resumirá los resultados de todo el trabajo realizado dentro y fuera de la empresa. Como elementos mínimos debe contener los siguientes:
a) Portada. El informe debe tener una buena presentación, como lo es una portada atractiva y con la información precisa de la empresa (nombre, dirección, teléfono, giro, etc.), fecha de realización, nombre de la firma o persona que desarrolló el diagnóstico energético y los nombres de las personas que intervinieron en el desarrollo de la auditoría energética. Indicar los nombres de las personas que dieron seguimiento y prestaron su colaboración, por parte de la empresa, al diagnóstico energético.
b) Introducción. Después de la portada, se presenta una introducción para exponer clara y brevemente las causas y objeto del informe final del diagnóstico.
c) Datos obtenidos en la recopilación de información. En seguida se listan los datos básicos de la empresa, tales como consumos de energía por año de las diferentes fuentes y en sus respectivas unidades, así como los costos económicos y energéticos por unidad producida por año.
d) Descripción general del proceso. Se debe redactar un resumen del proceso de producción o del servicio prestado en la empresa, con el objeto de que cualquier persona tenga las bases para darle seguimiento a la lectura del informe final y ubique rápida y fácilmente el sitio específico de la mejora propuesta.
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e) Listado de los puntos de ahorro detectados dentro de la instalación. En esta parte se enumeran las oportunidades de ahorro detectados por el auditor en orden de importancia.
f) Desarrollo de los puntos listados anteriormente. Aquí se desarrollan independientemente cada uno de los puntos, mostrando tablas de consumo de energía y mediciones obtenidas dentro del mismo. También una explicación con mayor detalle del proceso o equipo de consumo de la situación en la que se encuentra trabajando y, por lo tanto, las opciones planteadas para dar solución a los excesos de consumo de energía y mejorar el funcionamiento del equipo, mostrando las inversiones que se recomienda realizar y el ahorro en unidades energéticas y monetarias que se obtiene con dicha inversión.
g) Resumen de oportunidades de ahorro de energía. Para manejar de una manera más fácil los resultados de la auditoría energética, al final de la descripción de cada una de las oportunidades de ahorro de energía se aconseja vaciar en una tabla el nombre del proyecto, la cantidad de energía ahorrada por año, el ahorro anual en unidades monetarias, la inversión en unidades monetarias y el período de recuperación en años. h) Posibles apoyos económicos y su funcionamiento. Con la finalidad de garantizar que la aplicación del diagnóstico y la ejecución de los diferentes proyectos se lleve acabo, es necesario plantear apoyos económicos con los que cuentan las diferentes instituciones gubernamentales y los que mejor se apliquen a las necesidades de la empresas a las cuales se les realizan los diagnósticos energéticos eléctricos.
i) Anexos. Al final del informe se presentan los anexos de cada una de las opciones propuestas, ya sean modificaciones al proceso de manera esquemática, tablas de resultados, recomendaciones fuera de evaluación o fuera de tiempo, etc.
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3.13. Reunión de presentación de resultados ante la gerencia de la planta. Una vez concluido el informe escrito, el auditor debe concertar una cita en la sala de juntas con los directivos o dueños de la empresa para exponer con detalle, apoyado en material visual de ser posible, los resultados obtenidos de la auditoría energética. Es importante que en esa reunión también estén presentes los grupos de ingeniería de la empresa. Después de la explicación es recomendable que el auditor sugiera le formulen preguntas para aclarar todas las dudas que surjan del trabajo realizado en la empresa y, de esta manera, dar por concluido el trabajo de la auditoría o diagnóstico energético. Una vez presentada la metodología para la elaboración de diagnósticos energéticos eléctricos para el ahorro de energía eléctrica en sistemas de media y baja tensión, en el siguiente capítulo aplicaremos lo antes descrito en la metodología.
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CAPÍTULO 4 APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA
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CAPÍTULO 4.- APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA En este capítulo, aplicaremos la metodología para la elaboración de diagnósticos energéticos eléctricos para el ahorro de energía en sistemas de media y baja tensión.
4.1. Conocimiento del medio ambiente. La empresa se encuentra ubicada en la zona norte del Distrito Federal, la compañía que suministra la energía eléctrica es Luz y Fuerza.
4.2. Solicitud, recopilación y análisis de la información histórica. Parte esencial de un diagnóstico energético es la información histórica del consumo de energía eléctrica de la planta, para lo cual se solicitan las facturas del pago de la energía eléctrica. Otro inciso a desarrollar es la obtención del censo de equipos eléctricos. Capacidad instalada y datos de consumo de energía. Esto permitirá además el control estadístico del consumo energético en la planta y de la misma manera en las líneas de producción o etapas de proceso importantes.
4.3. Evaluación del impacto del consumo de energéticos en los costos de producción. Se evalúa los consumos energéticos por unidad producida o por volumen de producción, según sea el caso más representativo de la operación de la empresa. Para llevar a cabo esta actividad se necesita contar con la información recabada y analizada anteriormente.
4.4. Recorrido por las instalaciones de la planta. En el recorrido por la planta se localizaron oportunidades de ahorro de energía eléctrica, las cuales se enlistan a continuación.
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4.5. Identificación de oportunidades de ahorro de energía eléctrica. Al terminar el recorrido enlistamos las oportunidades de ahorros detectados y una vez discutidas con los compañeros auditores. Es conveniente que la cartera esté ordenada de tal forma que aparezcan en primer término los puntos más importantes que ofrezcan mejores e inmediatos resultados, debido a que el tiempo y el presupuesto son limitados. •
Iluminación
•
Motores eléctricos
•
Mantenimiento de la subestación eléctrica.
•
Protecciones eléctricas
•
Corrección del factor de potencia
•
Balanceo de las fases
De lo anterior se tomarán las dos primeras, debido a que tienen mayor impacto económico, ambiental y social.
4.6. Planteamiento de la estrategia a seguir. Una vez determinadas las oportunidades de ahorro es necesario seleccionar una ruta de seguimiento para llevarlas a cabo y evaluar los resultados que se alcanzarán gracias a las modificaciones que se propongan al proceso, equipo o instalación. La estrategia deberá reconocer la importancia de cada una de las oportunidades de ahorro, la posibilidad real de evaluación y el tiempo disponible para hacerlo.
4.7. Instrumentación y mediciones. Un diagnóstico energético es un proyecto complejo, pero puede ser ejecutado adecuadamente cuando se realiza secuencialmente. Cada paso del diagnóstico energético es un proceso de estudio para las fases subsecuentes, que lleva de lo general a lo específico. Después de cada paso se toman acciones para incrementar la eficiencia energética y/o moverse al siguiente nivel de diagnóstico, que requiere de información más detallada.
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Para dicho caso de aplicación se tienen que medir los siguientes parámetros eléctricos. Tensión Corriente. Factor de potencia Balanceo de fases Potencia de los motores Intensidad luminosa Por lo que tenemos que emplear el instrumento de medición llamado “Analizador de redes eléctricas” el cual nos dará los datos necesarios para realizar el estudio de la parte imaginaria (cálculos teóricos) y la parte real de la metodología (parámetros eléctricos reales) y de tal manera realizar la comparación de los resultados obtenidos con los esperados. Para obtener la intensidad luminosa de cada lámpara, es necesario medir con el instrumento llamado luxometro digital. Es conveniente tomar este tipo de medición en las noches o en la ausencia de la luz solar para tener los parámetros más exactos.
4.8. Evaluación del potencial de ahorro de energía eléctrica. Una vez que han sido detectados por el auditor los posibles puntos de ahorro de energía dentro de la planta, se empieza a trabajar en cada uno de ellos en orden de importancia para hacer una selección de las alternativas con mayor probabilidad e interés de realización.
4.9. Consulta de factibilidad de realización de las propuestas. En muchas ocasiones, la evaluación técnica de una propuesta puede ofrecer grandes ahorros de energía; sin embargo, pueden existir otras razones que impidan lograr su ejecución. Por ejemplo, al auditor le puede parecer atractivo, desde el punto de vista energético, la eliminación de alguna etapa u operación del proceso actual, y, lógicamente, el eliminarlas representa una oportunidad de ahorro, pero al momento de hacer la propuesta se observa que esto no es 56
posible, debido a que si se llevara a cabo, el producto no satisface las condiciones de calidad que la experiencia dentro del ramo les ha brindado. En otras ocasiones, resulta afectada la velocidad de producción debido a la secuencia del proceso, ya que regularmente el producto debe permanecer dentro de un tratamiento algún tiempo determinado y los siguientes pasos de la línea de producción están coordinados de esta manera.
4.10. Desarrollo de las alternativas más atractivas. El objetivo de esta etapa de la metodología es el de desarrollar energéticamente las alternativas que presenten mayor claridad, calidad y ventajas para evaluar los ahorros de energía de la empresa. El tiempo de realización es simultáneo a la evaluación del potencial de ahorro y debe ser realizado por el auditor. Para tener una mejor idea de este caso se presenta las siguientes tablas donde se muestran los parámetros eléctricos y económicos que se consideran para los motores eléctricos y la iluminación de la planta en estudio.
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4.11. Evaluación económica y apoyos para la ejecución del proyecto. Una vez desarrolladas técnicamente las alternativas de incremento de eficiencia energética eléctrica y seleccionadas las más atractivas, se procede a la evaluación económica. Lo anterior tiene la finalidad de que el auditor tenga una idea clara de las posibilidades de llevar a cabo cada uno de los proyectos en función de su rentabilidad de la inversión y otorgarle un lugar dentro la lista de propuestas que se presentará a la directiva de la empresa. Es necesario enfatizar que es sumamente importante que el tomador de decisiones de la empresa tenga suficientes elementos de juicio para analizar la viabilidad económica de cada una de las acciones y del programa de ahorro de energía en general, a la luz del conjunto de inversiones que normalmente deben hacerse en una empresa y que es objetivo central de esta metodología que las acciones se lleven a cabo.
4.12. Reunión de presentación de resultados ante la gerencia de la planta. Una vez concluido el informe escrito, el auditor debe concertar una cita en la sala de juntas con los directivos o dueños de la empresa para exponer con detalle, apoyado en material visual de ser posible, los resultados obtenidos de la auditoría energética. Es importante que en esa reunión también estén presentes los grupos de ingeniería de la empresa. Después de la explicación es recomendable que el auditor sugiera, le formulen preguntas para aclarar todas las dudas que surjan del trabajo realizado en la empresa y, de esta manera, dar por concluido el trabajo de la auditoría o diagnóstico energético.
4.13. Cálculos y tablas para la toma de decisiones. 4.13.1 Instalar motores de alta eficiencia Ahorros estimados de energía eléctrica = 435,473.29 kWh/año Ahorros estimados por costos de energía eléctrica = $18,725.35 /año Ahorros estimados por demanda = 636.40 kW/año Ahorros estimados de costos por demanda = $4,104.76 /año Ahorros estimados totales = $22,830.11 /año Costos estimados de implementación = $ 83,546.16 58
Costos diferenciales estimados de implementación = $ 14,780.48 Período simple de retorno = 3.66 años Período simple de retorno diferencial = 0.65 años Tasa interna de retorno = 11 % Tasa interna de retorno diferencial = 153 % Acción recomendada Se pueden adquirir motores de alta eficiencia para reemplazar a los existentes, que son estándar, conforme van saliendo de operación. Antecedentes Los motores de alta eficiencia se construyen con mejores cojinetes y embobinados para reducir las pérdidas por fricción y resistencia eléctricas. Dependiendo de la potencia de un motor dado de alta eficiencia, las eficiencias de operación pueden ser de 1% a 10% superiores a las de los motores estándar existentes. En general, entre más grande sea el motor, el incremento en eficiencia es menor. Normalmente, el bono en costos (o costo diferencial del motor) resulta en inversiones rentables para los motores de alta eficiencia. Ahorros previstos Las características de operación, la eficiencia estimada y los consumos de energía de los motores actuales, se resumen en la tabla 1. Estos datos junto con los que se reportan en la tabla 2 respecto a las características de los motores propuestos de alta eficiencia, se usan para calcular el potencial de incremento en eficiencia, los ahorros de energía y
⎛ 1 1 ES = HP x N x C 1 x LF x UF x H x ⎜⎜ ⎝ Ec E p ECS = ES x cos to promedio electricidad
⎞ ⎟⎟ ⎠
demanda y sus respectivos costos. El ahorro de energía anual, ES, y el ahorro en costos por energía, ECS, que pudieran ser obtenidos al instalar motores de alta eficiencia sobre la base de remplazo de los motores quemados, se puede calcular como sigue: donde: 59
N =
número de motores de un tamaño dado, sin unidades
C1 =
constante de conversión, 0.746 kW/hp
LF =
fracción de la carga a la cual el motor opera normalmente, se supone que es de 75%
UF =
fracción de tiempo en el que motor opera actualmente, sin unidades
H =
tiempo de operación del equipo accionado por el motor, hr/año
Ec =
eficiencia estimada del motor existente (a 75% de carga, sin unidades)
Ep =
eficiencia estimada del motor propuesto (a 75% de carga, sin unidades)
Como ejemplo, los ahorros de energía y sus correspondientes ahorros de costos en una
1 ⎛ 1 ES = ( 40 )( 1 )(0.746)(0.99 )( 1 )( 6900 ) ⎜ ⎝ 0.893 0.93
⎞ ⎟ = 9,142.82 kWh/año ⎠
ECS = ( 9,142.82 kWh/año)($0.043 /kWh) = $393.14 /año
base anual para el motor de 40 hp de la bomba de agua helada se calculan como sigue: Los ahorros de demanda, DS, y los ahorros de costos por demanda, DCS, resultantes de la instalación de motores de alta eficiencia puede estimares como sigue: ⎛ 1 1 ⎞ ⎟ DS = HP x N x C 1 x LF x CF x DUF x C 2 x ⎜⎜ ⎟ ⎝ EFF c EFF p ⎠ DCS = DS x cos to promedio demanda
donde: HP =
potencia del motor considerado, hp
CF =
factor de coincidencia (probabilidad de que el equipo contribuya al pico de la demanda en la empresa), por mes
DUF =
fracción del año en cual el equipo contribuye al pico de demanda, sin unidades
C2 =
constante de conversión, 12 meses/año 60
Continuando con el ejemplo del motor de 40 hp de la bomba de agua helada, éste se encuentra operando de manera cercana al 100% de su carga, cuando se produce el pico
1 ⎞ ⎛ 1 DS = ( 40 )( 1 )(0.746)( 0.99 )( 1 )( 1 )(12)⎜ ⎟ = 15.90 kW/año ⎝ 0.893 0.93 ⎠ DCS = ( 15.90kW/año)($6.45 /kW ) = $102.56 /año
de demanda mensual, por lo tanto, CF = 1.0/mes. La bomba de agua helada opera todo el año, por lo que DUF = 100%. Entonces, los ahorros por demanda y sus costos respectivos se calcula como sigue: Los ahorros del resto de los motores considerados en la planta se muestran en las tablas siguientes. En la Tabla 1 se proporciona la energía consumida por los motores existentes. La Tabla 2 muestra el consumo proyectado y los ahorros potenciales cuando al reemplazar por motores de alta eficiencia.
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Tabla 3.- Consumo de electricidad de los motores existentes. EQUIPO
AGUA HELADA #1 AGUA HELADA #2 BOMBA #1 TORRE ENFRI BOMBA #3TORRE ENFRI BOMBA #4TORRE ENFRI BOMBA DGA DEODO L-1 BOMBA DGA DEODO L-2 HOMOGENIZADOR L-1 HOMOGENIZADOR L-2 HOMOGENIZADOR L-3 LIQUIVERTER L-1 LIQUIVERTER L-2 LIQUIVERTER L-3 VEN #1 TORRE ENFRIA. VEN #2 TORRE ENFRIA. BOMBA #1 CISTERNA BOMBA #2 CISTERNA BOMBA #3 CISTERNA BOMBA #1 AGUA TRATA BOMBA #2 AGUA TRATA BOMBA #2 CALDERA AGITADOR GRASA #3 BOMBA DGA T-BA L-3 BOMBA P. A. ENV. SECC. 1 LAVADORA #2 SECC. 2 LAVADORA #2 BOMBA SEC #3 LAVA #2 Total
Potencia Eficiencia Del de motor Motor actual HP % 40 89.3% 40 89.3% 75 90.4% 60 91.0% 75 91.4% 20 87.1% 20 87.1% 125 89.5% 125 89.5% 125 89.5% 25 86.2% 25 86.2% 25 88.0% 50 88.7% 50 88.7% 60 85.5% 60 88.5% 60 90.8% 15 86.5% 15 86.6% 10 84.0% 7.5 85.7% 7.5 83.6% 7.5 82.8% 10 84.0% 10 84.0% 10 85.0%
LF Fracción De Carga % 99.67% 98.74% 102.75% 100.97% 90.19% 55.44% 55.46% 74.31% 79.87% 71.15% 45.42% 46.50% 72.70% 62.48% 56.19% 43.50% 44.46% 88.88% 88.15% 100.75% 92.29% 66.81% 74.79% 53.23% 40.96% 55.41% 85.21%
CF Factor De Coin. 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
DUF Factor de Contribución En Demanda 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
Demanda actual KW/año 399.66 395.94 763.16 595.96 662.52 113.96 114.00 929.12 998.61 889.58 117.92 120.72 184.88 315.30 283.57 273.25 269.82 525.78 136.85 156.22 98.35 52.34 60.07 43.16 43.65 59.05 89.74
UF Fracción de Uso diario 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
Horas de Uso Anual h/año 6900 6900 8280 8280 8280 8280 8280 8280 8280 8280 8280 8280 8280 8280 8280 8280 8280 8280 8280 8280 8280 8280 8280 8280 8280 8280 8280
Consumo Energía actual kWh/año 229,806.11 227,663.14 526,578.51 411,211.40 457,141.96 78,630.95 78,663.07 641,091.59 689,042.17 613,810.53 81,361.82 83,300.02 127,568.99 217,559.09 195,662.13 188,540.68 186,172.51 362,789.66 94,425.15 107,789.84 67,862.02 36,117.32 41,445.42 29,779.69 30,117.06 40,744.88 61,921.96 5,906,797.69
62
Tabla 4.- Consumo de energía y ahorros proyectados con los motores de alta eficiencia. EQUIPO
AGUA HELADA #1 AGUA HELADA #2 BOMBA #1 TORRE ENFRI BOMBA #3TORRE ENFRI BOMBA #4TORRE ENFRI BOMBA DGA DEODO L-1 BOMBA DGA DEODO L-2 HOMOGENIZADOR L-1 HOMOGENIZADOR L-2 HOMOGENIZADOR L-3 LIQUIVERTER L-1 LIQUIVERTER L-2 LIQUIVERTER L-3 VEN #1 TORRE ENFRIA. VEN #2 TORRE ENFRIA. BOMBA #1 CISTERNA BOMBA #2 CISTERNA BOMBA #3 CISTERNA BOMBA #1 AGUA TRATA BOMBA #2 AGUA TRATA BOMBA #2 CALDERA AGITADOR GRASA #3 BOMBA DGA T-BA L-3 BOMBA P. A. ENV. SECC. 1 LAVADORA #2 SECC. 2 LAVADORA #2 BOMBA SEC #3 LAVA #2
Motor de alta efic. propuesto HP 40 40 75 60 75 20 20 125 125 125 25 25 25 50 50 40 40 60 15 15 10 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 10
Motor actual HP 40 40 75 60 75 20 20 125 125 125 25 25 25 50 50 60 60 60 15 15 10 7.5 7.5 7.5 10 10 10
Eficiencia Demanda Demanda Costo de la Consumo de del motor propuesta ahorrada Demanda Energía de alta Ahorrada propuesto eficiencia kW/año kW/año kW/año kWh/año 93.0% 383.76 15.90 102.56 220,663.29 93.0% 380.18 15.75 101.60 218,605.58 93.8% 735.49 27.66 178.42 507,491.44 93.8% 578.17 17.79 114.74 398,936.43 94.0% 644.20 18.33 118.20 444,497.61 91.8% 108.12 5.83 37.63 74,605.18 91.8% 108.17 5.84 37.65 74,635.66 95.4% 871.66 57.46 370.62 601,443.37 95.4% 936.85 61.76 398.35 646,428.45 95.4% 834.56 55.02 354.85 575,849.50 93.0% 109.29 8.62 55.61 75,412.79 93.0% 111.90 8.83 56.94 77,209.27 93.5% 174.01 10.88 70.15 120,064.93 94.3% 296.58 18.72 120.77 204,639.35 94.3% 266.73 16.84 108.62 184,042.75 93.1% 167.29 105.95 683.40 115,433.07 93.1% 170.99 98.83 637.43 117,982.58 93.9% 508.42 17.36 111.96 350,812.58 91.3% 129.65 7.19 46.41 89,460.85 91.1% 148.50 7.72 49.77 102,465.43 90.1% 91.69 6.66 42.95 63,267.59 90.7% 49.46 2.89 18.61 34,126.29 90.4% 55.55 4.52 29.14 38,327.84 89.4% 39.97 3.19 20.55 27,581.19 90.3% 30.45 13.20 85.11 21,011.90 90.3% 41.20 17.85 115.15 28,426.66 90.9% 83.92 5.82 37.57 57,902.83 TOTAL 8,056.78 636.40 4,104.76 5,471,324.40
Ahorro de Ahorro en Energía Costos de Total Energía kWh/año $/año 9,142.82 393.14 9,057.57 389.48 19,087.07 820.74 12,274.97 527.82 12,644.35 543.71 4,025.77 173.11 4,027.41 173.18 39,648.22 1,704.87 42,613.72 1,832.39 37,961.03 1,632.32 5,949.04 255.81 6,090.75 261.90 7,504.06 322.67 12,919.73 555.55 11,619.38 499.63 73,107.61 3,143.63 68,189.93 2,932.17 11,977.08 515.01 4,964.30 213.46 5,324.42 228.95 4,594.43 197.56 1,991.03 85.61 3,117.58 134.06 2,198.50 94.54 9,105.16 391.52 12,318.22 529.68 4,019.14 172.82 435,473.29 18,725.35
Ahorro Total de Costos $/año 495.70 491.08 999.17 642.57 661.90 210.74 210.83 2,075.50 2,230.74 1,987.18 311.42 318.84 392.82 676.32 608.25 3,827.02 3,569.59 626.97 259.87 278.72 240.51 104.23 163.20 115.09 476.64 644.83 210.39 22,830.11
63
A partir de la Tabla, los ahorros de energía son de 435,473.29 kWh/año, y los ahorros de costos respectivos son de $18,725.35/año. Los ahorros totales de demanda son de 636.40 kW/año y por costos por demanda son de $4,104.76/año. Los ahorros totales de costos derivados de la instalación de motores de alta eficiencia son de $22,830.11/año. Costos de implementación Los costos de implementación están basados en el costo de reemplazo de los motores existentes por motores de alta eficiencia, conforme los primeros se van quemando o saliendo para reparación, en vez de reemplazarlos por motores de la misma eficiencia. El costo de implementación y el período
simple de retorno de todos los motores
considerados en esta empresa se da en la Tabla 3. Tabla 5.- Costos de implementación y período simple de retorno. EQUIPO
AGUA HELADA #1 AGUA HELADA #2 BOMBA #1 TORRE ENFRI BOMBA #3TORRE ENFRI BOMBA #4TORRE ENFRI BOMBA DGA DEODO L-1 BOMBA DGA DEODO L-2 HOMOGENIZADOR L-1 HOMOGENIZADOR L-2 HOMOGENIZADOR L-3 LIQUIVERTER L-1 LIQUIVERTER L-2 LIQUIVERTER L-3 VEN #1 TORRE ENFRIA. VEN #2 TORRE ENFRIA. BOMBA #1 CISTERNA BOMBA #2 CISTERNA BOMBA #3 CISTERNA BOMBA #1 AGUA TRATA BOMBA #2 AGUA TRATA BOMBA #2 CALDERA AGITADOR GRASA #3 BOMBA DGA T-BA L-3 BOMBA P. A. ENV. SECC. 1 LAVADORA #2 SECC. 2 LAVADORA #2 BOMBA SEC #3 LAVA #2
Potencia Costo del Diferencia de Ahorro Total Período de Período de del Motor Motor de Alta Costo de de Costos Recuperación Recuperación Eficiencia Motores Anuales Diferencial HP $ $ $/año Años Años 40 2,943.04 616.08 495.70 5.94 1.24 40 2,943.04 616.08 491.08 5.99 1.25 75 6,370.24 1,339.60 999.17 6.38 0.00 60 5,124.48 1,048.56 642.57 7.98 0.00 75 5,030.64 -2,476.56 661.90 7.60 0.00 20 1,576.24 359.04 210.74 7.48 0.00 20 1,576.24 359.04 210.83 7.48 0.00 125 9,284.72 1,918.96 2075.50 4.47 0.00 125 9,284.72 1,918.96 2230.74 4.16 0.00 125 9,284.72 1,918.96 1987.18 4.67 0.00 25 1,685.04 473.28 311.42 5.41 0.00 25 1,685.04 473.28 318.84 5.28 1.48 25 1,685.04 473.28 392.82 4.29 1.20 50 3,137.52 938.40 676.32 4.64 0.00 50 3,137.52 938.40 608.25 5.16 1.54 40 2,943.04 616.08 3827.02 0.77 0.16 40 2,943.04 616.08 3569.59 0.82 0.17 60 5,124.48 1,048.56 626.97 8.17 0.00 15 1,268.88 320.96 259.87 4.88 0.00 15 1,268.88 320.96 278.72 4.55 0.00 10 777.92 159.12 240.51 3.23 0.00 7.5 795.60 193.12 104.23 7.63 1.85 7.5 777.92 159.12 163.20 4.77 0.98 7.5 777.92 159.12 115.09 6.76 1.38 7.5 670.48 38.08 476.64 1.41 0.08 7.5 670.48 38.08 644.83 1.04 0.06 10 779.28 195.84 210.39 3.70 0.93 TOTAL 83,546.16 14,780.48 22,830.11 3.66 0.65
64
De la tabla, se observa que el costo total de implementación es de $83,546.16. Los ahorros de costos de $22,830.11/año pagarán su implementación en aproximadamente 3.66
años. Si se consideran los costos diferenciales la inversión es únicamente de
$14,780.48 que se pagará en 0.65 años. Ahorros Incrementales Los ahorros totales debidos al reemplazo de los motores quemados por motores de alta eficiencia dependerán de la vida de los motores viejos. Suponiendo que una distribución
f=
1 EML
homogénea de la vida de los motores en todas las áreas consideradas, la fracción actual de motores que debe ser reemplazada, f, se estima como sigue: donde EML es la vida estima del motor en años. La vida estimada promedio de los motores estándar se estima en 12 años, con base en información proporcionada en la empresa y por experiencias previas en otras plantas. Entonces, la fracción de motores que debe reemplazarse anualmente es: Este valor puede emplearse para estimar el número de motores que saldrán de operación cada año. Los ahorros al final del primer año serán la fracción la fracción de motores
f =
1 = 0.0833 por año 12
IS n = n x f x S
quemados en un año multiplicado por los ahorros anuales de todos los motores. Cada año de los siguientes serán reemplazados más motores originales por los de alta eficiencia, entonces, los ahorros incrementales en el año n, ISn, pueden ser estimados como sigue: 65
Los ahorros incrementales de energía no pueden ser mayores que los ahorros totales calculados cuando todos los motores han sido reemplazados (i.e., si f x n > 1, entonces f x n = 1). Los ahorros incrementales de energía, demanda, costos por energía, demanda y totales que pueden ser realizados se dan en la siguiente tabla 4. Tabla 6. Ahorros Incrementales. Año
1 2 3 4 5 6 7
Fracción de Ahorro de Ahorro de Motores Demanda Costos por Reemplazados Demanda kW/año $/año 8.33% 53.01 341.93 16.66% 106.02 683.85 24.99% 159.04 1,025.78 33.32% 212.05 1,367.70 41.66% 265.12 1,710.04 49.99% 318.13 2,051.97 58.32% 371.15 2,393.89
Ahorro de Ahorro en Ahorro en Energía Costos por Costos Totales Anual Energía por año kWh/año $/año $/año 36,274.93 1,559.82 1,901.75 72,549.85 3,119.64 3,803.50 108,824.78 4,679.47 5,705.24 145,099.70 6,239.29 7,606.99 181,418.17 7,800.98 9,511.02 217,693.10 9,360.80 11,412.77 253,968.02 10,920.63 13,314.52
Tasa Interna de Retorno (IRR) IRR = i1 +( i2 - i1) [VP1/Abs (VP1) + Abs (VP2)] VP = costo inicial + anualidad ( P/A, i=IRR, n) = 0 donde: VP = Valor presente n = Ciclo de vida Por lo tanto: Tabla 7. Tasa Interna de Retorno Para la Inversión Total Inversión Ahorros al año 1 Ahorros al año 2 Ahorros al año 3 Ahorros al año 4 Ahorros al año 5 TIR
Total Diferencial ($83,546.16) ($14,780.48) $22,830.11 $22,830.11 $22,830.11 $22,830.11 $22,830.11 $22,830.11 $22,830.11 $22,830.11 $22,830.11 $22,830.11 11% 153%
Información Adicional Las eficiencias asociadas con los códigos de letras NEMA (“National Electrical Manufacturer's Association”), se en listan a continuación. Estos códigos pueden usarse para determinar la eficiencia de los motores que no indican su eficiencia en su placa. Este código de letras no debe confundirse con la letra Tipo que indica el aislamiento del motor.
66
Tabla 8.- Códigos de Eficiencia de Motores NEMA Código NEMA
Eficiencia Nominal
Eficiencia Mínima
Código NEMA
Eficiencia Nominal
Eficiencia Mínima
A
----
>95.0
M
78.5
75.5
B
95.0
94.1
N
75.5
72.0
C
94.1
93.0
P
72.0
68.0
D
93.0
91.7
R
68.0
64.0
E
91.7
90.2
S
64.0
59.5
F
90.2
88.5
T
59.5
55.0
G
88.5
86.5
U
55.0
50.5
H
86.5
84.0
V
50.5
46.0
K
84.0
81.5
W
N/A