eficienciaenergetica

La eficiencia
energética
en el sector
metalmecánico
Guía de
buenas prácticas
FEMEVAL
GUÍA EFICIENCIA ENERGÉTICA
Editado por: FEMEVAL
Con la colaboración de: SGS
Financiado por: IMPIVA y Fondo Europeo de desarrollo Regional
Imprime: Gráficas Nasve.
INDICE
1.- INTRODUCCIÓN
2.- EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EL SECTOR METALMECÁNICO
6
11
2.1.- FEMEVAL Y LA EFICIENCIA ENERGÉTICA
16
2.2.- ESTUDIO DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA.
16
2.2.1.- Índice de eficiencia energética
17
2.2.2.- Auditorías energéticas
20
2.2.2.1.- Recopilación de datos
22
2.2.2.2. Medición y monitorización de los procesos industriales
23
2.2.2.3. Medidas potenciales de ahorro energético
28
2.2.2.4. Informe final
30
2.3 RESULTADOS OBTENIDOS
30
3. METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN
33
3.1.- CONTRATACIÓN DEL SUMINISTRO ENERGÉTICO
34
3.2.- OPTIMIZACIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS HORIZONTALES
37
3.3.- OPTIMIZACIÓN DE LOS PROCESOS PRODUCTIVOS
55
3.4.- GESTIÓN ENERGÉTICA Y MANTENIMIENTO
60
4. MTD (Mejores Técnicas Disponibles)
63
5. PREGUNTAS FRECUENTES
69
6. DEFINICIONES
73
7. BIBLIOGRAFÍA
76
8. DIRECCIONES WEB DE INTERÉS RELACIONADAS CON LA ENERGÍA.
78
1
Introducción
1. Introducción
La presente guía se enmarca dentro del proyecto “La eficiencia energética como factor impulsor
de la competitividad en el sector metal-mecánico” que ha sido cofinanciado por el Fondo
Europeo de Desarrollo Regional, a través del IMPIVA y la Consellería de Industria, Comercio
e Innovación dentro de los Planes Sectoriales de Competitividad del Metal y se incluye dentro
de las actuaciones que viene desarrollando la Federación Empresarial Metalúrgica Valenciana
FEMEVAL para dinamizar el sector.
La energía desempeña un papel fundamental en todos los sectores productivos (primario,
secundario y terciario), y año tras año ha ido incrementando su consumo en nuestro país debido
al gran crecimiento económico experimentado, pero en algunos sectores este incremento no
ha sido minimizado todo lo posible, dejándolo en un segundo plano, ya que las empresas se
centraban en incrementar la producción y ventas, asumiendo el consumo energético como un
coste fijo de su empresa sin tratar de reducirlo.
Proceso Industrial. Cortesía SGS.
En muchos países entre los que se encuentra el nuestro se están desarrollando diferentes
políticas de ahorro en el consumo de energía, para potenciar el desarrollo sostenible y no
comprometer los recursos para las generaciones venideras. España está muy sensibilizada al
respecto, potenciando las energías renovables, implantando diversos programas de optimización
de la energía (nuevos procesos, sustitución de componentes, nueva maquinaria más eficiente…),
y al mismo tiempo varias campañas de concienciación y sensibilización respecto a la importancia
del ahorro energético.
Por otro lado, desde la segunda mitad de este siglo uno de los problemas más graves que tiene
planteado la humanidad es la degradación del medio ambiente. El desarrollo tecnológico, la
industrialización y el lógico proceso urbanístico son fenómenos que, incontrolados, pueden
producir consecuencias irreversibles en el medio.
Todas las actividades industriales de una u otra manera, independientemente de aquellos
procesos destinados a obtener energía, pueden emitir en alguna de sus fases, sustancias ajenas a
la composición normal de la atmósfera. La contaminación de origen industrial se caracteriza por
la gran cantidad de contaminantes que se pueden producir en las distintas fases de los procesos
industriales y por la variedad de los mismos.
Emisiones ambientales. Cortesía SGS.
La Comunidad Internacional, consciente de las posibles consecuencias de un aumento global
y sistemático de la temperatura media de la Tierra y su relación con la emisión de gases de
efecto invernadero (GEI), ha suscrito una serie de acuerdos como la Convención Marco de las
Naciones Unidas sobre el Cambio Climático y el Protocolo de Kioto, el cual puede definirse
como el primer intento serio de evitar la emisión de gases de efecto invernadero.
Dicho Protocolo es de gran importancia porque supone un compromiso de reducción concreto
y jurídicamente vinculante para aquellos países desarrollados y en transición a una economía de
mercado que lo ha ratificado.
Las Partes firmantes del mismo asumen el compromiso de reducir de forma individual o conjunta
las emisiones de seis gases de efecto invernadero en no menos de un 5,2 % respecto a las
emisiones del año 1990 en el periodo de compromiso comprendido entre los años 2008-2012.
FEMEVAL en concordancia con las diferentes políticas de ahorro energético ha decidido
fomentar la eficiencia energética entre sus asociados, para tratar de conseguir ese consumo
responsable de energía.
La presente guía tiene como objetivo ser una herramienta fácil de manejar y eficaz para aquellas
empresas pertenecientes a FEMEVAL que tienen interés en conseguir dentro de sus posibilidades
una mejora en su eficiencia energética.
Esta guía contiene además información obtenida de una serie de auditorías de eficiencia
energética que SGS ha realizado entre los asociados a FEMEVAL, donde se han analizado los
consumos energéticos, y se han presentado diferentes alternativas para reducirlos, evaluando
siempre la inversión a realizar y el tiempo de amortización de la inversión.
Es por ello por lo que la estructura de la guía tiene 2 partes claramente definidas, por una lado
se presenta un breve resumen de las principales conclusiones obtenidas a partir de las auditorías
de eficiencia energética realizadas, resultados obtenidos, situación de las empresas del sector
en cuanto a eficiencia energética se refiere, buenas prácticas empleadas o llevadas a cabo por
las empresas, MTD´s implantadas, etc. Y por otro lado se presenta una parte más práctica que
pretende ser una guía para facilitar a las empresas que estén interesadas en la identificación de
posibles puntos de mejora en su empresa, y además recomendaciones generales para ahorrar
energía en la industria, y más en concreto en el sector metalmecánico.
En qué consiste la eficiencia energética.
La eficiencia energética se puede definir como la optimización de los consumos energéticos
de una instalación, de tal manera que para realizar una misma operación se reduzca el
consumo energético sin disminuir la calidad del servicio prestado y el confort térmico de las
instalaciones.
La energía da prosperidad y confort a nuestras vidas, pero el empleo de esta energía también presenta
desventajas importantes (polución medioambiental, cambio climático). ¿Qué se puede hacer?
1. Reducir la demanda energética el máximo que sea posible.
2. Diversidad energética.
3. Uso de energías renovables.
Actuaciones energéticas para contribuir con el desarrollo
Para adoptar las medidas adecuadas en estos tres aspectos, se debe conocer previamente la
situación energética de la empresa o de las instalaciones, para lo cual en las auditorías energéticas
son evaluados los puntos con mayor impacto en el consumo energético.
En estas auditorias energéticas se realiza un análisis de situación mediante el cual se obtiene un
conocimiento de:
Modo de explotación de la industria
Niveles de demanda hacia los servicios consumidores de energía
Funcionamiento de las instalaciones energéticas y el estado de sus componentes
Consumos energéticos y sus correspondientes costes de explotación
En definitiva, conocer DÓNDE, CÓMO y PARA QUÉ se utiliza la energía en cada empresa,
para posteriormente proponer mejoras en los aspectos en los que no se esté realizando una
correcta gestión energética.
A continuación se presenta un ejemplo de un reparto típico de demanda energética entre las
diferentes secciones de una industria.
Fuente: Elaboración propia.
10
2
Eficiencia energética en el
sector metalmecánico
11
2. Eficiencia energética en el sector
metalmecánico
La Industria ha sido históricamente el sector con mayor consumo de energía de nuestro país.
Sin embargo, desde hace unos años con las optimizaciones realizadas a los procesos industriales,
los ahorros en los consumos de energía, y el gran incremento de la movilidad de personas y
mercancías, han hecho que el transporte se convierta en el sector de mayor demanda energética
en España (aunque con valores muy similares a los de la industria).
Fuente: Ministerio de Industria Turismo y comercio.
En cuanto a productos consumidos para generar energía en la industria española destaca el
consumo de electricidad y gas muy por encima del resto de energías (suponen cerca del 80%
del consumo total).
12
Fuente: Instituto Nacional de Estadística.
El consumo de energía final en los distintos sectores productivos de la Comunidad Valenciana
se puede ver a continuación, incluyendo los distintos productos consumidos para conseguir la
energía:
Miles de tep
Carbón
Petróleo
Gas Natural
Electricidad
Renovables
Total
(%)
Agricultura y pesca
0,0
459
0
55
0
514
5
Industria
0,6
483
2.081
777
114
3.456
35
Servicios
0,0
69
61
774
9
913
9
Doméstico
0,2
222
160
692
77
1.151
12
Transporte
0,0
3,880
0
21
23
3.924
39
Total
0,8
5.114
2.302
2.320
223
9.959
100
Fuente: AVEN (Agencia Valenciana de la energía)
Pese a que ya no sea el primer consumidor de energía, el sector Industrial como puede verse
en los gráficos anteriores es el responsable del 34% del consumo de la energía de nuestro país,
y dentro de este sector las industrias del metal suponen un 23% del consumo energético en
España.
13
Otros
productos
petrolíferos
Gas
Electricidad
Otros
261.056
3.047.604
5.302.029
409.404
10.980.004
100%
7.287
43.524
78.727
309.390
15.051
658.915
6%
240.127
96.419
28.991
355.664
729.624
40.988
1.496.022
14%
0
34.010
3.167
3.900
83.158
166.301
9.701
300.238
3%
Madera y corcho
0
38.737
11.407
3.612
23.250
116.579
8.669
202.255
2%
Papel,edición,
artes gráficas
1.126
33.680
34.367
8.260
341.821
419.371
63.447
902.072
8%
Industria química
17.840
58.763
30.727
76.456
664.955
572.179
107.957
1.528.876
14%
Caucho y
materias plásticas
0
21.286
2.518
8.866
57.769
361.796
19.530
471.765
4%
Productos
minerales
no metálicos
diversos
226.898
369.466
61.812
32.422
847.968
736.730
50.023
2.325.319
21%
Metalurgia y
fabricación de
prod. metálicos
30.270
124.152
114.386
27.630
437.835
1.229.449
68.408
2.032.129
19%
Maquinaria y
equipo mecánico
469
44.457
1.315
7.850
29.598
115.063
3.805
202.557
2%
Material y
equipo eléctrico,
electrónico y
óptico
0
26.950
4.239
3.529
18.696
146.045
2.520
201.980
2%
Material de
transporte
3
60.461
927
10.100
98.034
300.985
17.268
487.778
4%
Industrias
manufactureras
diversas
6.411
46.473
614
5.917
10.129
98.516
2.037
170.097
2%
Carbón y
derivados
Total industria
extractiva y
manufacturera
295.188
Industrias
extractivas y del
petróleo
7.962
196.974
Alimentación,
bebidas y tabaco
4.210
Industria textil,
confección, cuero
y calzado
Gasóleo
Fueloil
1.295.537 369.185
Total
%
consumos respecto
energéticos al total
Fuente: Instituto Nacional de Estadística
Analizando los consumos de energía de nuestro país mostrados en la tabla anterior claramente
se identifica el sector del metal como uno de los sectores con mayor consumo energético.
Cualquier mejora realizada conllevará un gran ahorro de energía y de costes para las empresas
y para el país.
Por comunidades autónomas se puede ver que la comunidad valenciana representa el 13% del
consumo total de energía de España, siendo la 2ª comunidad en demanda energética.
14
Fuente: Instituto Nacional de Estadística.
Consumo de energía en el sector Industrial por Comunidades Autónomas 2007.
A la vista de los datos presentados, las empresas del sector metalmecánico de la Comunidad
Valenciana son un grupo con un gran potencial de ahorro energético, ya que después del sector
azulejero son el siguiente consumidor de energía.
Hace unos 30 años se comenzaron en España a tomar las primeras medidas de ahorro y
eficiencia energéticas, pero no ha sido hasta los últimos 10 años cuando la cultura del ahorro
energético se ha implantado en nuestra sociedad y en el entramado empresarial, impulsado en
gran medida por los apoyos estatales y regionales de las diferentes entidades de gestión de la
energía, así como de distintas agrupaciones empresariales.
En el sector metalmecánico, se ha tratado de reducir costes y aumentar la competitividad desde
hace muchos años, pero debido a la bonanza del sector en la Comunidad Valenciana, y a la falta
de conciencia energética; el cambio de los hábitos de consumo energético ha quedado en un
segundo plano.
El 91% de las empresas del sector metal de la Comunidad Valenciana tienen menos de 10
trabajadores, por lo que en la mayoría de estas empresas no se ha invertido ningún recurso en
optimizar los consumos de energía, puesto que focalizan sus esfuerzos en mejorar la calidad de
sus productos y servicios, asumiendo como un coste fijo los costes energéticos.
El sector del metal ha reducido la producción en un 33% en la Comunidad Valenciana y las
perspectivas para los próximos meses son similares, por lo que es el momento de implantar
acciones que mejoren la competitividad de nuestras empresas, que permita optimizar el consumo
energético de nuestras instalaciones; lo que conllevará a corto/medio plazo una reducción de
costes, y por tanto a largo plazo ser más competitivos, de forma que en el momento en el que
la situación económica vuelva a resurgir se sitúen en una posición competitiva ventajosa.
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2.1 Femeval y la eficiencia energética
La misión de la Federación Empresarial Metalúrgica Valenciana (FEMEVAL) es defender y
representar los intereses de las empresas asociadas en sus múltiples actuaciones con la
Administración, los agentes sociales y demás organismos e instituciones, así como:
Ofrecer a las empresas asociadas el mejor asesoramiento en el desarrollo de
su actividad
Mejorar la formación profesional de Empresarios y Trabajadores
Ampliar el flujo de información de interés para las empresas, prestando
especial atención a los programas dirigidos a las PYMES
Dinamizar el Sector metalmecánico mediante la realización de un amplio
abanico de actividades
Para dinamizar el Sector metalmecánico, FEMEVAL en concordancia con las políticas de las
diferentes administraciones públicas, ha decidido realizar esta guía de eficiencia energética y
promover auditorías de eficiencia energética entre sus asociados, para que estas empresas
contribuyan en la conservación del medio ambiente al optimizar sus consumos de energía.
Estas auditorías energéticas y la guía de eficiencia energética son importantes en este sector ya
que una gran parte de las empresas asociadas a FEMEVAL no poseen personal con experiencia y
conocimientos sobre el ahorro energético. Esta guía permitirá a las empresas poder identificar
posibles focos de consumo energético elevado, así como medidas para reducir este consumo.
Por otra parte las empresas a las que se les han realizado las auditorías energéticas disponen
de un diagnóstico personalizado de los consumos energéticos de sus instalaciones, y todas las
propuestas realizadas han sido valoradas, calculado el periodo de amortización de la inversión, si
los hubiere; ya que en muchos casos las medidas propuestas no necesitan realizar inversiones.
2.2 Estudio de la eficiencia energética
El estudio energético en el sector está basado en dos pilares principales; Auditorías energéticas
realizadas en empresas asociadas y en un indicador de eficiencia energética que permite a las
empresas conocer su grado de eficiencia energética y evolución futura, realizado a través de
encuestas entre las empresas asociadas.
16
2.2.1 Índice de eficiencia energética
Se establece un perfil de eficiencia energética a las empresas del metal a través de un análisis de
diferentes factores que lo determinan.
El índice de Eficiencia Energética viene definido por una evaluación ponderada de tres factores
principales, que determinan la eficiencia del uso de la energía.
Cultura energética: se evalúa la información energética en la empresa; auditoría interna/
externa, conocimiento de los distintos de contratos energéticos, conocimientos sobre
programas y ayudas en materia de eficiencia energética…, la formación del personal y
la política en energía de la empresa.
Control energético: se analizan los medios y acciones para la gestión del consumo
energético y las medidas adoptadas para minimizar éstos.
Mejoras técnicas: se valora la actualización a las MTD’S mejoras técnicas disponibles
(reducción de paradas técnicas, disminución de consumos,…), el uso de energías
alternativas más eficientes y menos contaminantes,…
Factores principales del índice de eficiencia energética.
17
Estos tres factores principales que configuran el índice de eficiencia energética, han sido
evaluados entre las empresas asociadas a FEMEVAL. De tal forma que en cada factor principal
se han evaluado una serie de parámetros (evaluación de las tarifas energéticas contratadas,
existencia de personal al cargo de la eficiencia energética, energías alternativas empleadas…)
con los cuales después de ponderarlos con el coeficiente de corrección aplicado a cada factor
se han distribuido entre ÍNDICE A, B, C o D de eficiencia energética.
El factor cultura energética es al que mayor ponderación se le ha dado (1,5 de coeficiente de
corrección, frente a un 1 en los otros dos factores) esto es debido a que la cultura energética
es el motor impulsor de la eficiencia energética entre las empresas, y su existencia actúa como
catalizador para la aplicación de medidas de ahorro energético.
Dicho índice va puntuado de 0 a 100 distribuido linealmente entre los diferentes valores, es
decir de 0-25 puntos Índice D, de 25-50 puntos Índice C, de 50-75 puntos Índice B y de 75-100
puntos Índice A.
Con estos parámetros se han evaluado una serie de empresas obteniéndose los siguientes
resultados:
Fuente: Elaboración propia.
Índice de eficiencia energética: puntuación de las empresas.
De donde se puede apreciar que la mayor parte de las empresas poseen un índice de eficiencia
energética D o C. En la siguiente gráfica se puede apreciar en cada índice de eficiencia energética
qué porcentaje de empresas hay.
18
Fuente: Elaboración propia.
Distribución de empresas por índice de eficiencia energética.
Estos datos indican que la mayor parte de las empresas no poseen recursos propios para
realizar las tareas de eficiencia energética, ni los contratan, ya que en la mayoría de los casos
consideran el gasto energético como un gasto fijo.
Por lo que se puede concluir que ante la situación inicial del sector metalmecánico en la cual
el 80% de las empresas posean un índice D de eficiencia energética significa que el ratio de
mejora es muy elevado. Estas empresas podrán incrementar su puntuación entre un 25-40%
(dependiendo de los casos) realizando inversiones pequeñas, ya que al no estar realizando una
gestión de la energía su margen de mejora es superior a las empresas que sí que han realizado
alguna actuación.
Las empresas cuyos índices de eficiencia energética son C o B poseen un margen de mejora
entorno al 20%, es decir pasar al siguiente nivel de eficiencia energética, para ello deberán hacer
un esfuerzo en tratar de optimizar los recursos que dedican a la gestión de la energía, de tal
forma que se centren en los principales puntos de mejora dejando para más adelante los puntos
en los que la mejora no resulte tan significativa.
Por otro lado el pequeño porcentaje de empresas que posee una A en el índice de eficiencia
energética, deberá continuar evaluando los puntos de consumo de energía para poder identificar
posibles defectos en sus sistemas e instalaciones y evitar un posible derroche de energía.
19
2.2.2. Auditorías energéticas.
El objetivo principal es la identificación y evaluación de los potenciales ahorros energéticos.
Para detectarlos es necesario establecer primero los puntos de consumo, es decir, obtener
el “Mapa Energético” de la fábrica. El Mapa Energético describe y evalúa la situación actual de
los consumos y producciones energéticas, identificando los puntos de mayor consumo y su
participación en el gasto energético. Una vez obtenido, es posible establecer balances de masa
y de energía que nos permitan identificar los puntos en los cuáles se pueden obtener ahorros
energéticos. A partir de la identificación de estos puntos, se calcula la inversión necesaria y los
beneficios energéticos, económicos y de ahorro de emisiones que se pueden obtener con su
implantación.
Por tanto las fases fundamentales para realizar estas auditorías energéticas son las siguientes:
Recopilación de datos (Energía consumida. Inventario y revisión de las prestaciones de
los equipos)
Medición y monitorización de los procesos industriales
Medidas Potenciales de Ahorro Energético (Análisis del ahorro energético y de
emisiones. Inversiones previstas. Análisis económico y financiero)
Informe final
20
Fases de una auditoría energética.
21
2.2.2.1. Recopilación de datos.
La recopilación de datos es el primer paso a realizar en una auditoría energética. En este punto
hay que realizar dos pasos:
-Un análisis de la energía consumida
-Un inventario y revisión de las prestaciones de los equipos.
Análisis de la Energía consumida: se analizan las diferentes energías consumidas en
cada empresa, considerando los puntos críticos en cada tipo de energía de tal forma que se
optimice el importe pagado. Las energías empleadas son Electricidad y combustibles, cuyos
puntos críticos se detallan a continuación:
Electricidad; del consumo de esta fuente de energía se analizan los siguientes parámetros:
Precio: Contrato con la empresa suministradora, considerando las
distintas franjas horarias (punta, pico y valle) y el término de potencia.
Consumo: La cantidad de energía consumida es proporcional al importe
pagado en cada franja.
Potencia máxima: La potencia máxima influye en el precio de la energía
eléctrica, además es necesario analizar cuales son los elementos que
causan los consumos máximos de energía.
Ratios de utilización: Es el porcentaje de utilización de las instalaciones y
maquinaria de la empresa.
Factor de potencia: Las empresas eléctricas introducen penalizaciones en
las facturas dependiendo del factor de potencia.
Combustible; de cualquier combustible fósil (gas natural, gasoil, gasolina, biodiesel…) se
analizará:
Precio: Las distintas empresas suministradoras poseen diferentes tarifas,
por lo que se debe escoger la que más se adecue a nuestro consumo.
Consumo: La cantidad de combustible consumida es proporcional al
importe pagado, igual que sucede con el consumo eléctrico.
Coste equivalente: Evaluación del coste de sustitución de un combustible
por otro, considerando los costes adicionales del nuevo combustible.
Gastos fijos y variables: Las instalaciones pueden estar alquiladas o ser
propiedad del cliente, los mantenimientos de las instalaciones pueden ir a
cargo de la empresa suministradora o a cargo del cliente…
Para revisar el consumo de energía, se recopilan las facturas disponibles en la empresa, de tal
forma que se puedan analizar los consumos históricos durante los diferentes periodos del año.
22
Inventario y revisión de las prestaciones de los equipos; Para realizar correctamente la
auditoria se analizaran y revisarán los siguientes puntos, ya que son fundamentales para poder
tomar decisiones respecto al ahorro energético:
Identificar la carga de trabajo semanal: Se analiza la carga de trabajo (picos y valle), se trata
de adaptar el flujo de trabajo para que sea lo mas eficiente posible (reducir el número
de arranques y paradas, aprovechar las franjas horarias donde el precio de la energía es
menor…)
Identificar las diferentes instalaciones o equipos consumidoras de energía
Tipo de equipo: Hornos, prensas, compresores de aire, iluminación...
Características: Rendimientos, consumos, sistemas de arranque…
Programa de trabajo de las distintas secciones consumidoras (horas de
funcionamiento, turnos, modo de explotación…).
2.2.2.2. Medición y monitorización de los procesos industriales.
En esta fase de la auditoría se realizarán los siguientes trabajos:
-Analizar los principales puntos de consumo, mediante diferentes equipos de medida se
revisan las instalaciones para verificar el funcionamiento/consumo de los distintos equipos/
elementos con demanda energética.
-Efectuar un inventario de las principales cargas, una vez analizados los puntos de consumo
se realiza un inventario de las cargas para considerar los puntos más críticos de nuestras
instalaciones.
-Identificar los potenciales picos de demanda apoyándose en el inventario de las cargas y en
los principales puntos de consumo analizado, para que se pueda:
Programar, reducir picos de demanda
Investigar los consumos sin producción
Considerar secuencias de arranque
Para realizar las diferentes medidas los principales equipos de medición utilizados son los
siguientes:
Analizador de redes: Instrumento que analiza las propiedades eléctricas de la red. Con él
se pueden medir distintas magnitudes eléctricas como tensión, intensidad, potencia, energía,
armónicos, desequilibrios... Los datos son almacenados en una memoria para su posterior
tratamiento.
23
Analizador de redes (Izquierda) Cortesía SGS. Diagrama fasorial de la tensión (derecha)
Medida de energía de un compresor
Cámara termográfica: Permite visualizar la temperatura de los diferentes objetos, por lo que
se podrán detectar fugas (tanto de frío como de calor), defectos en máquinas, problemas en
cerramientos, puntos calientes en los cuadros eléctricos. Así se podrán tomar decisiones sobre
puntos localizados en las instalaciones.
24
Termografía de un motor eléctrico (izquierda). Cortesía SGS. Cámara termográfica (derecha). Cortesía SGS
Luxómetro: Permite medir la cantidad de luz que hay en cada punto. En función de la medición se
puede concluir si la iluminación es la adecuada, y proponer alternativas de ahorro en iluminación.
Luxómetro. Cortesía SGS.
Pinza amperimétrica: Equipo electrónico que mide la intensidad de un conductor. Recibe el
nombre de pinza porque consta de un sensor, en forma de pinza, que se abre y abraza el cable
cuya corriente queremos medir.
Pinza amperimétrica. Cortesía SGS.
25
Analizador de combustión: Permite verificar si la combustión en una caldera es la adecuada, calcular su rendimiento y analizar las sustancias que aparecen en los gases de escape.
Analizador de combustión (izquierda). Cortesía SGS. Registro de resultados del analizador de combustión (derecha).
Una vez se ha realizado el inventario de los equipos, se han monitorizado los procesos
industriales, se ha calculado el consumo energético de cada producto, se podrá elaborar una
tabla similar a la siguiente:
EQUIPO
Consumo kWh
Porcentaje
4.608
24,96%
2990,59
Alumbrado oficinas
307
1,66%
199,37
Alumbrado exterior
4.088
22,14%
2653,11
Cargadores baterías
4.320
23,40%
2803,68
Alumbrado interior nave
Compresor
Emisiones kg CO2
288
1,56%
186,91
2.496
13,52%
1619,90
Prensa
720
3,90%
467,28
Bomba de agua
86
0,47%
56,07
Microondas
38
0,21%
24,92
Equipo frío oficina
288
1,56%
186,91
1.224
6,63%
794,38
Equipos auxiliares (radial,…)
Varios oficina (ordenador, fax,..)
TOTALES ELECTRICIDAD FABRICA
18.458
11983,14
Reparto de consumos por secciones
Con estos datos y la estimación del consumo anual se analiza su evolución a lo largo del año, tal
y como se puede observar en el siguiente gráfico:
26
Consumo energético de una empresa dividido por secciones.
Para contribuir en la conservación del medio ambiente y reducir las emisiones de CO2 también
debemos evaluar las emisiones de cada uno de los equipos que existen en las instalaciones; para
ello se deberá de tratar de actuar sobre los que mayor cantidad de CO2 emiten:
Emisiones de CO2 de una empresa dividido por equipos.
Todos estos datos nos permitirán tomar posteriormente decisiones sobre los equipos a
sustituir o mejorar, dar soluciones alternativas, etc. en definitiva cualquier tipo de mejora en las
instalaciones de la empresa.
27
2.2.2.3. Medidas potenciales de ahorro energético.
A) Análisis del Ahorro Energético y de Emisiones:
En este punto se recomiendan una serie de medidas que permiten reducir consumos de energía
en varios puntos de nuestras instalaciones.
a) Eliminar pérdidas, para disminuir la demanda energética de nuestras instalaciones, y
aumentar la eficiencia en los distintos procesos. Para ello se evalúan los resultados
de las mediciones en los siguientes equipos y sistemas:
Alumbrado, ventiladores, bombas, hornos, calderas, maquinaria de
extrusión, punzonamiento, laminado…
Detectar fugas de aire comprimido, agua....
Aislamiento de conductos y cerramientos para evitar la disipación de
energía por puentes térmicos.
Desequilibrio entre fases que incrementan las perdidas por efecto Joule.
b) Disminuir condiciones de operación, de tal manera que se consiga trabajar en el
punto óptimo de funcionamiento. Los elementos fabricados tendrán las mismas
calidades y propiedades, pero los consumos energéticos se verán reducidos; para
lograr esto se debe actuar sobre los siguientes puntos:
Temperaturas, caudales...
Presiones de aire comprimido
Caudales en circuitos de bombas y ventiladores
c) Controlar las salidas y entradas de aire, ya que en estos puntos se produce una
gran perdida de energía (Esto debe realizarse fundamentalmente en los hornos,
zonas climatizadas, etc).
d) Utilización de calores residuales en gases calientes de nuestros procesos
térmicos.
e) Sustitución de equipos de bajo rendimiento por otros más eficientes.
f) El mantenimiento preventivo permite, siempre que se realice de forma adecuada
que todos los equipos trabajen en las condiciones idóneas de trabajo, y al mismo
tiempo reduce el coste en futuras reparaciones que se producen por un uso
incorrecto de los equipos. Los principales elementos a revisar son:
Filtros, aceites y grasas
Limpiar intercambiadores
Condiciones de uso de motores
Optimizar rendimientos de combustión
g) Tecnología; Se debe analizar si hay disponibles en el mercado equipos similares a
28
los de nuestras instalaciones que puedan realizar el mismo trabajo reduciendo el
consumo energético:
Cambiar iluminación (lámparas de alta eficiencia, balastos electrónicos...)
Equipos de alta eficiencia (calderas, motores, máquinas de frío)
Empleando estas medidas se pueden conseguir tres tipos de ahorro que se presentan a
continuación:
-Ahorro de consumo de energía: independientemente del tipo de energía (eléctrica, gas o gasoil), el contrato es linealmente proporcional al consumo de energía, por lo cual un ahorro en
el consumo de energía, conlleva un ahorro en la factura. Todas las reutilizaciones de energía
de unos procesos a otros y los aumentos de rendimiento de motores o instalaciones también
conllevan un ahorro en la energía consumida.
-Disminución de la potencia demandada: al disminuir la potencia necesaria para el funcionamiento
de nuestras instalaciones, se puede reducir la potencia contratada con la empresa suministradora
con el consiguiente ahorro económico.
-Ahorro en la compra /sustitución de equipos: Al hacer funcionar los distintos equipos en un
punto óptimo, junto a un buen mantenimiento preventivo, se consigue aumentar la vida útil de
estos, reduciendo las inversiones en sustitución y reparación.
B) Valoración económica de las propuestas realizadas.
Estas medidas de ahorro energético que no siempre derivan en un coste para el titular, pueden
ser:
Mejoras sin inversión para una adecuada explotación. Algunos ejemplos son:
Variación de consignas de temperatura en espacios ocupados, empleo
correcto de enfriamiento gratuito.
Variación de tiempos de uso de las instalaciones en función de la potencia
energética demandada en cada proceso.
Optimización de los contratos energéticos.
Mejoras con inversión que afectan al diseño de la empresa y que requieren
inversión en equipos que supongan un ahorro energético. Algunos ejemplos son:
29
Sustitución de generadores térmicos
Sustitución de lámparas
Instalar un variador de frecuencia
Empleo de balastos electrónicos
Mejora del aislamiento térmico
Implantación de energía solar para agua caliente sanitaria, fotovoltaica,
cogeneración, etc.
2.2.2.4. Informe final.
Toda auditoría energética finaliza con su correspondiente informe final, en el que se recogen
todos los puntos mencionados anteriormente, relacionando unos con otros para dar una
imagen global de la situación de la empresa así como las soluciones presentadas a los problemas
detectados.
A la vez y como se tienen analizados los consumos energéticos de los principales equipos
y procesos que demandan energía en la empresa, en futuras modificaciones de la empresa
(sustitución de equipos, nuevas líneas de producción) se podrán utilizar estas medidas para
calcular los contratos adecuados de energía o estudiar como simultanear los procesos para
optimizar el funcionamiento, realizar comparativas de consumos empleando nuevas tecnologías,
etc.
2.3 Resultados obtenidos
Del estudio energético del sector metalmecánico valenciano, se puede concluir lo siguiente:
La cultura energética está poco arraigada en el sector, no se suele tener personal en la empresa
con formación en este campo ni se han realizado análisis energéticos en las empresas. Tampoco
se utiliza la formación interna u otra acción para el fomento del uso eficiente de la energía y por
lo general, no se conocen los programas de subvenciones y ayudas para potenciar el ahorro y
eficiencia de los procesos industriales, así como el fomento de las energías renovables a través
de las distintas líneas IDAE, AVEN...
El control energético en la empresas es bastante bajo, se contabilizan los consumos totales,
aunque no por secciones o específicos de producción, no se suelen analizar acciones de mejora.
De las medidas de mejora en las instalaciones, la más realizada entre las empresas del sector es el
mantenimiento. Por lo general la mayoría de las empresas tienen personal para el mantenimiento
correctivo (68,1 %). Sin embargo hay que mejorar en el mantenimiento preventivo, ya que es el
que más aporta en la reducción de pérdidas energéticas. Este mantenimiento lo realiza el 30,4%
de las empresas del sector, localizado en las empresas mas grandes.
Las mejores técnicas disponibles del sector (MTDs) implican una mejora en la eficiencia
energética y por lo tanto una reducción en los costes de producción. Las MTDs no son muy
conocidas, y las empresas que son conocedores de ellas no han realizado estudios de viabilidad
para cambios en la tecnología de los procesos. El uso de energías renovables como sustituto
de energía convencional en el consumo final es bajo (2%) y está centrado principalmente en
energía solar térmica.
En las diferentes auditorías llevadas a cabo se han analizado todos los puntos comentados
anteriormente, y cabe destacar que en general las empresas del sector ven el gasto energético
como un gasto fijo, sin tomar medidas para reducirlo. En la mayor parte de las empresas auditadas
el personal encargado de las tareas energéticas era el personal de mantenimiento, dirigido
por un empleado de compras o desarrollo, que eran los encargados de realizar la compra del
material. Estas personas centraban sus esfuerzos de mejora en las tareas de producción, control
de calidad, mantenimientos, dejando al margen la optimización de su demanda energética, ya que
por lo general no entraba dentro de sus competencias.
30
Las diferentes empresas auditadas han logrado detectar los puntos o procesos donde
desperdiciaban energía, de tal forma que pueden actuar sobre ellos aumentando su
competitividad. Del mismo modo se han identificado procesos que consumen mayor energía de
la necesaria debido a un incorrecto funcionamiento de los equipos, por lo que si no se realiza un
mantenimiento adecuado, además de suponer un mayor consumo de energía en estos equipos,
en algunos supone una disminución de su vida útil.
Los puntos de mejora en todas las empresas auditadas son los que tienen que ver con las
tecnologías horizontales, es decir los servicios auxiliares que no intervienen directamente en el
proceso productivo: aire comprimido, iluminación, motores eléctricos.…
Los principales puntos de mejora en tecnologías horizontales son:
Motores trabajando a bajas cargas y con rendimiento bajo.
Fugas en las instalaciones de aire comprimido y compresores trabajando mucho tiempo
en descarga.
Alumbrados ineficientes y poco aprovechamiento de luz natural a través de lucernarios,
cerramientos translúcidos...
Fugas en los aislamientos de los sistemas térmicos.
Optimización de puntos de consigna: presiones, temperatura.…
Las mejoras propias de los procesos productivos de las empresas auditadas van encaminadas a:
Recuperación de calores residuales, principalmente de hornos.
Sustitución de quemadores en hornos.
Sustitución de combustibles, principalmente en procesos térmicos de gasóleo o fueloil
por gas natural.
Empleo de energía solar térmica en procesos de baja temperatura
Sistemas de gestión energética.
En todas las auditorias se han analizado los diferentes contratos que tienen con las empresas
suministradoras y en los casos de suministros eléctricos se han tomado medidas para reducir
las penalizaciones que se aplican al superar la potencia contratada, ya que en algunas ocasiones
realizan al mismo tiempo varias tareas cuya potencia eléctrica requerida es muy alta, y
simplemente secuenciando estas tareas a lo largo de la jornada podemos reducir la potencia
contratada o las penalizaciones aplicadas en la factura eléctrica.
El ahorro energético es una combinación de acciones de mejora en diferentes puntos, y dado
la implantación de las medidas en las empresas de sector, actualmente la capacidad de ahorro
energético medio en el sector esta entorno al 20 %.
31
32
3
Metodología de evaluación
33
3. Metodología de evaluación
Para una mejora energética en el sector del metal, es necesario conocer los aspectos que
determinan cuáles son los elementos más importantes a la hora de optimizar el consumo energético
y aprovechamiento de nuestros recursos.
A continuación se van a describir los primeros pasos a seguir. También se han listado los principales
problemas identificados y las distintas soluciones adoptadas en los diferentes casos encontrados;
para que las empresas del sector metalmecánico de la Comunidad Valenciana, que aún no han
tomado medidas de ahorro energético, puedan llevar a cabo una evaluación en las instalaciones.
3.1.- Contratación del suministro energético.
En los últimos años, los consumidores industriales han visto cómo la energía ha pasado de
representar un coste marginal en la estructura de costes de su actividad a ser un factor
importante en la misma debido al incremento paulatino de su precio.
El mercado de abastecimiento energético no es uniforme y en ocasiones puede resultar complejo.
En una primera aproximación se puede dividir éste por la propia energía consumida:
Electricidad: Alta y baja tensión.
Combustibles: gaseosos (GLP, gas natural), líquidos (gasóleo, fuelóleo...) y
sólidos (antracita, lignito, hulla…).
Energías renovables: aprovechamiento de la energía solar para uso térmico
o eléctrico para autoconsumo o venta, utilización de la biomasa para uso
térmico o eléctrico para autoconsumo o venta y utilización de la energía
geotérmica para autoconsumo.
En el análisis de la contratación de un suministro energético existirán dos supuestos básicos:
Contratación inicial de un suministro energético.
Optimización de una contratación energética ya existente.
34
Contratación inicial de un suministro energético. Cuando se inicia una actividad que requiera el
uso de fuentes energéticas, primeramente se debe de realizar una elección del tipo de energía
que se va a consumir. Esta elección debe de producirse en función de la actividad a desarrollar
y debe de tener presente de una forma general:
Tecnología a utilizar en la actividad.
Determinar el precio económico de la fuente energética utilizada.
Para ello, se utilizará la expresión: unidad económica pagada/unidad
energética consumida. Por ejemplo: c€/kWh.
Disponibilidad de suministro del tipo de energía
Impacto ambiental de la fuente energética utilizada. En este caso
como parámetro se utilizará la expresión: unidad contaminante
emitida/consumo energético realizado. Por ejemplo: gCO2/kWh,
tCO2/tep...
Una vez decididos los tipos de energía y cantidades que se van a utilizar, se deben analizar
individualmente las posibilidades de contratación de cada tipo de energía. En algunos casos
las contrataciones energéticas admiten modalidades: mercado liberalizado o compra a tarifa
regulada.
Este tipo de análisis de contratación inicial debe efectuarse con una cierta perspectiva, pues
pueden condicionar el crecimiento y la rentabilidad futura de la empresa. Por ejemplo en el caso
de la contratación de la energía eléctrica, que se elija una potencia de contrato que no tenga
en cuenta las ampliaciones futuras de una empresa, puede suponer un gasto considerable en un
futuro inmediato.
Optimización de un suministro energético ya existente. A diferencia del supuesto anterior, en
este caso ya se viene realizando la actividad en cuestión .Por tanto, ya existe una elección previa
de las fuentes energéticas a utilizar, así como una contratación energética de las mismas.
Es decir, en este caso el análisis consistirá en optimizar la contratación energética, y se realizará
a partir de los consumos energéticos que ha necesitado la empresa para realizar su actividad.
Éstos conllevan unos gastos económicos, así como un volumen de emisiones contaminantes
que están vinculados directamente al consumo energético. La contabilidad tanto del consumo
energético como del gasto económico se realizará a partir de las facturas energéticas pagadas
por la empresa. En caso de que el estudio de optimización se realice dentro de una asesoría
energética, donde se han planteado medidas de ahorro y eficiencia, éste se debe realizar a partir
de la nueva situación tanto de consumo como de curva de carga de consumo creada por dichas
medidas.
Con respecto a la energía eléctrica, otra medida es gestionar nuestra demanda de consumo
para hacerlo en los periodos más económicos (valle). En el caso de suministros ya existentes,
35
otro análisis importante a realizar es el estudio de la posibilidad de sustitución de unos
combustibles por otros, por ejemplo el fuelóleo por gas natural o renovable. Este estudio se
puede realizar por tres motivos: razones de eficiencia energética, cuestiones económicas o
razones medioambientales. En el mismo hay que evaluar la inversión, además de las propias del
cambio de fuente energética, que por razones tecnológicas puede conllevar dicha sustitución.
En el caso de que su empresa nunca haya tomado ninguna medida de ahorro energético un buen
comienzo sería revisar el contrato con la empresa eléctrica suministradora. Debería recoger
las facturas de los últimos años, analizar los consumos en cada franja horaria, y comparar con el
resto de las empresas suministradoras.También se deben tener en cuenta las penalizaciones que
aplican por potencia reactiva, excesos de potencia, etc.
Ejercicio optimización de factura
Realizar el análisis de los costes que supone el consumo de energía reactiva del mes de
septiembre del siguiente suministro, con un contrato a 6 periodos:
Lecturas reales en el periodo de facturación
Periodo 1 318698
318698
0
0
Potencia
kW
0
Periodo 2 595251
595251
0
0
0
Periodo 3 412571
412571
0
0
0
Periodo 4 436309
436309
0
0
0
Periodo 5 674407
739093
64686
42119
408
Periodo 6 587186
59923
11837
14277
358
L. Anterior
L. Actual
Reactiva
kVArh
Energía kWh
La tarifa de acceso correspondiente establece que el coste de la energía reactiva se calculará
en función del cos ϕ de la instalación en cada uno de los diferentes periodos, exceptuando
el periodo 6, en el que no se cobrará la energía reactiva demandada. Del mismo modo
establece que solo se facturará la energía reactiva que supere el 33% de la energía activa
demandada en el mismo periodo.
Los precios a aplicar para los excesos de energía reactiva, en función del valor del cos ϕ de
la instalación, para todas las tarifas de acceso son:
Para cos ϕ < 0,95 y hasta cos ϕ = 0,90: 0,000013 €/kVA rh
Para cos ϕ < 0,90 y hasta cos ϕ = 0,85: 0,017018 €/kVA rh
Para cos ϕ < 0,85 y hasta cos ϕ = 0,80: 0,034037 €/kVA rh
Para cos ϕ < 0,80: 0,051056 €/kVA rh
36
En este caso solo tendremos en consideración el periodo 5 para el cálculo de la energía
reactiva a facturar.
Para la estimación del cos ϕ empleamos la ecuación:
Periodo 5
Cos ϕ
0.84
Con lo que obtenemos que:
Su coseno es de 0,84, por tanto, pertenece al escalón de cos ϕ < 0,85 y hasta cos ϕ = 0,80, el
precio por kVArh de exceso consumido es de 0,034037 €.
El exceso producido es igual a: 42119-(64686*0.33)=20773 kVarh.
El precio a pagar será: 20773 kVAr x 0,034037 €/kVArh = 707,04 €.
Mediante medidas de compensación de energía reactiva se puede anular completamente
este sobrecoste. Puesto que los precios establecidos en el contrato suelen ser inamovibles,
en el periodo contemplado por el mismo, la compensación de los excesos de energía reactiva
es una de las pocas técnicas que nos permite optimizar una contratación liberalizada.
3.2.- Optimización de las tecnologías horizontales.
Las tecnologías horizontales son las tecnologías comunes empleadas en procesos generales
presentes en todas las industrias, independientemente del sector al que pertenezca; ejemplos
de estas tecnologías horizontales son motores, compresores, calderas, sistemas de climatización,
etc.
Paralelamente a la recopilación de las facturas se deberían medir los consumos y potencias
requeridos por las máquinas, ya que la potencia requerida es un factor determinante en las
tarifas de las compañías de suministro eléctrico. Una vez se han identificado los principales
puntos que requieren una potencia máxima, se debe analizar el motivo y tratar de reducir la
demanda de potencia.
De una manera similar a la búsqueda de los puntos de mayor potencia, se deben de analizar
los procesos que mayor energía consumen (todo tipo de energía: eléctrica, gas…). En estos
procesos fundamentalmente se tomarán dos medidas: reducir el consumo y reutilizar la energía
sobrante de los procesos.
37
La primera medida es tratar de reducir el consumo o hacer el proceso más eficiente en la
medida que sea posible. Para alcanzarlo se puede:
-Reducir las paradas y puestas en marcha para hacer un proceso continuo y disminuir las
perdidas de energía en el arranque y parada de la producción.
-Ajustar la producción a los momentos en los que el coste de la energía es menor.
-Analizar el proceso para detectar los puntos en los que se pierde la energía y tratar de
optimizar el proceso.
-Revisar la maquinaria existente en cada proceso y compararla con la existente
actualmente en el mercado, analizar la inversión a realizar, así como el tiempo de retorno
de la inversión por una maquinaria con menores consumos, o rendimientos superiores.
-Revisar el plan de mantenimiento de las máquinas, ya que en muchas ocasiones un
mantenimiento deficiente conlleva unos consumos superiores.
La otra medida que se debe tomar en los procesos que consumen una gran cantidad de energía
es analizar el tipo de energía sobrante, y qué se hace con ella. Ya que en los procesos que
consumen mayor cantidad de energía, aparecerá una mayor cantidad de energía sobrante que se
puede emplear para otros procesos.
Generalmente en los procesos del sector metalmecánico esta energía sobrante de los procesos
será calor, el cual puede ser empleado en una gran cantidad de actividades:
-Calentar el ACS de la nave industrial.
-Calentar en invierno las instalaciones.
-Si los gases de escape poseen una temperatura elevada se pueden emplear para generar energía eléctrica.
-Este calor sobrante también puede emplearse para otros procesos que tengamos en nuestra industria.
También se ha de tener en cuenta las energías renovables disponibles en el mercado, y analizar si
económicamente es rentable emplear alguna de ellas en el espacio libre disponible en nuestras
instalaciones (azoteas, cubiertas, jardines…).
Otro aspecto a considerar es la iluminación. Se debe realizar un inventario de los equipos
de iluminación que disponemos en nuestras instalaciones. Una vez realizado este inventario
compararlo con los equipos disponibles actualmente en el mercado, y analizar la viabilidad
económica de la sustitución de los equipos, así como el retorno de la inversión realizada.
El consumo de energía destinado al confort térmico de los trabajadores debe ser evaluado,
ya que tanto en invierno como en verano se consume una cantidad importante de energía en
los procesos de frío y calor. Deben estudiarse los consumos producidos, así como los puntos
donde existen grandes saltos de temperatura, para tratar de minimizar las zonas de disipación
de energía y hacer más eficiente el proceso.
38
En caso de no disponer de personal que pueda llevar a cabo las mediciones y analizar todos
los parámetros que se deben considerar, se pueden externalizar los servicios a empresas
especializadas.
Además de los ahorros energéticos que se obtienen mediante la optimización de los procesos,
también se consigue un ahorro en las emisiones de productos nocivos para el medioambiente,
con lo que este ahorro posee una doble eficacia.
Emisiones industriales. Cortesía SGS.
39
Por lo expuesto anteriormente, las emisiones causadas por el consumo de energía también
deben de ser consideradas, ya que además de influir negativamente en el medio ambiente,
pueden ser un indicador de fallos en los procesos de generación de energía que deben ser
subsanados. A continuación se enumeran las principales emisiones presentes en la industria:
Procedencia
Efecto
Focos de emisión
en nuestras
empresas
CO2
Se produce en las reacciones de
combustión.
Es un elemento que participa en el
efecto invernadero, ya que capta la
radiación infrarroja que la Tierra
emite hacia el espacio.
CO
Aparece cuando hay una
combustión incompleta de la
mezcla aire-combustible.
Muy tóxico para las personas.
NOx
Reacciones a alta temperatura
entre el nitrógeno y el oxígeno
presentes en el aire, en los
procesos de combustión.
Factor de la lluvia ácida, que
crea alteraciones de ecosistemas
Hornos.
forestales y acuáticos. Irritaciones en
los bronquios.
SO2
Procede de la combustión de
los combustibles fósiles, ya que
contienen azufre.
Factor de la lluvia ácida, que
crea alteraciones de ecosistemas
forestales y acuáticos. Enfermedades
de tipo alérgico, irritaciones de ojos
y vías respiratorias.
COV
Gases de escape originados por
(Compuestos
una deficiente combustión o la
Orgánicos
evaporación del carburante.
Volátiles)
Partículas y
humo
Son emitidos por la mala
combustión de los carburantes
Calderas, hornos,
motores de
combustión
(vehículos).
Calderas, hornos,
motores de
combustión
(vehículos).
Factor de la lluvia ácida, que
crea alteraciones de ecosistemas
forestales y acuáticos. Enfermedades En las chimeneas
de tipo alérgico, irritaciones de ojos y tubos de escape
de calderas,
y vías respiratorias.
hornos, motores
de combustión
Suciedad ambiental.
(vehículos).
Reducen la visibilidad.
Afectan a las vías respiratorias.
Si aparece una mala combustión en los hornos y calderas, además de emitir una gran cantidad de
elementos nocivos para el medio ambiente, estamos derrochando energía. Por lo que debemos
de realizar un mantenimiento preventivo en estos equipos para controlar estos parámetros.
40
A continuación se van a exponer las principales tecnologías horizontales que aparecen en el
sector metalmecánico y diversas propuestas para aumentar su eficiencia.
-Calderas de Gas/Gas-oil/Vapor:
Las calderas de gas/gas-oil se utilizan para transformar la energía fósil en energía calorífica, la
cual se emplea para calentar un fluido (en estado líquido o vapor) que será empleado en otros
procesos.
Se puede tratar de optimizar la combustión en las Calderas, para lo que se debería realizar un
análisis de los humos de escape. En función del resultado obtenido se pueden tomar medidas
que optimicen el proceso para conseguir un ahorro en el consumo de combustible:
-Si el rendimiento es bajo y la caldera está sucia, se debe limpiar la caldera para
optimizar su funcionamiento, así como fijar un sistema de mantenimiento preventivo,
de tal forma que no vuelva a suceder este problema.
-Si el rendimiento no es el adecuado también se deben de analizar los distintos
componentes de la caldera para verificar si algún elemento debe ser sustituido.
También se pueden aprovechar los calores residuales. Estos calores residuales se emplearan
para ACS o calefacción, aprovechando una energía que en muchos casos no es utilizada.
Reinyectar los condensados en la caldera es otra opción, con la que se conseguirá ahorrar
combustible y agua en el proceso (sólo en calderas de vapor).
-Bombas de calor (climatización):
Las bombas de calor son empleadas para transferir el calor de un foco a otro, introduciendo
trabajo en el sistema, estas bombas de calor son empleadas para sistemas de climatización.
Aumentar el rendimiento de la máquina y recuperar el calor para ACS realizando un balance
energético (energía entrante =energía saliente). Mediante esta mejora se conseguirá reducir el
consumo eléctrico, y producir ACS.
El empleo de equipos de climatización con variador de frecuencia (regulación inverter) optimiza
el consumo energético de estos equipos.
-Motores eléctricos:
Los motores eléctricos transforman energía eléctrica en energía mecánica. En el sector
metalmecánico se emplean en una gran cantidad de procesos, y su demanda energética puede
ser elevada (fundamentalmente en los arranques de los equipos).
41
Disminuir la potencia de arranque del motor (curva de arranque controlada por rampa)
fundamentalmente en equipos con muchos ciclos de arranque-parada o en motores cuya
velocidad de giro en su ciclo de funcionamiento no siempre es la máxima. Es recomendable el
empleo de variadores de frecuencia, muy eficientes energéticamente y con costes amortizables
con los ahorros energéticos.
Las estrategias de ahorro en los motores eléctricos son:
Selección del motor: Punto de funcionamiento.
El dimensionamiento de los motores en muy importante. El rendimiento
máximo se consigue entre el 75 % y 85 % de la carga nominal, a cargas menores,
el rendimiento disminuye de forma importante, con lo que hay que evitar los
sobredimensionamientos.
Características del motor: Motores de alto rendimiento
La Comisión Europea establece tres niveles de eficiencia energética para motores
eléctricos. Estos tres niveles son EFF1 Motores de alto rendimiento, EFF2 Motores de
rendimiento mejorado y EFF3 Motores de rendimiento estándar. Dependiendo de si
son motores de 2 o 4 polos poseen unos rendimientos determinados. En la siguiente
gráfica se pueden ver los rendimientos de cada motor dependiendo del número de
polos y la potencia requerida.
Clasificación energética de motores eléctricos.
Mediante el empleo de motores de alto rendimiento se puede tener ahorros energéticos, si
bien, la amortización desde un motor estándar nos lleva a periodos de retorno grandes. Son
recomendados fundamentalmente en ampliación de instalaciones nuevas o por renovación de
equipos existentes.
42
Ejercicio Motores:
En este ejercicio se va a comparar un motor existente en una empresa, y el ahorro que
se alcanza al sustituirlo por otro nuevo.
Si se dispone de un motor eléctrico con 15 kW de potencia nominal, 400V de tensión
nominal, 40 Amperios de corriente nominal y un factor de potencia en régimen nominal
de 0,75.
Con estos datos se puede calcular las potencias absoluta y de pérdidas, así como el
rendimiento del motor; que son los datos que emplearemos para compararlos con los
del nuevo motor.
Obtenemos:
P absorbida (kWh) P útil (kW)
20,78
15
P perd (kW)
η
5,78
72,16%
Los motores de alta eficiencia poseen unos rendimientos superiores a los de este
motor convencional; veamos los resultados que se obtendrían empleando un motor de
alta eficiencia EFF2.
Según la gráfica de la página anterior para una potencia nominal de 15Kw se tiene un
rendimiento del 90%, con lo cual se obtienen los siguientes resultados:
P absorbida (kW) P útil(kW)
16,66
15
P perd (kW)
η
1,66
90%
Una vez se tienen estos datos es el momento de calcular el coste económico de ambos
motores, por lo que se van a realizar dos supuestos de funcionamiento, uno con el
motor funcionando 10 horas al día, y el otro funcionando 5 horas al día; ambas empresas
trabajan 5 días a la semana y 48 semanas al año. Por lo cual el coste eléctrico anual de
ambos motores estimando un coste de 0,13€ kWh:
43
Potencia consumida (kW) 10 Horas al día 5 horas al día
Motor estándar
20,78
6.483,36 €
3.241,68 €
Motor alta eficiencia
16,62
5.187,62 €
2.593,81 €
Ahorro anual
4,15
1.295,74 €
647,87 €
-Aire comprimido
El aire comprimido es empleado en casi todas las industrias del sector en diferentes procesos;
atornilladores de alta velocidad, cinceles, prensas, cintas neumáticas, limpieza… Generalmente
en estas operaciones se pierde una gran cantidad de energía.
Además, la eficiencia global del sistema de aire comprimido puede ser mejorada empleando las
siguientes medidas:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Encontrar y reparar las fugas.
Emplear motores de alta eficiencia e inversores para cambiar las frecuencias y
amplitudes del voltaje.
Seleccionar el compresor óptimo para la operación requerida (no sobredimensionar).
Mejorar la fase de compresión del aire (por ejemplo empleando compresores multietapa).
Emplear el calor expulsado en otros procesos.
Mejorar la purificación del aire (mediante filtros o deshumidificador).
Reducir la presión de salida si es posible.
Identificar las zonas con grandes caídas de presión para tratar de minimizar las
pérdidas de energía.
Realizar un mantenimiento adecuado a los equipos.
Mejorar el flujo de aire en las tuberías para tratar de evitar las perdidas de presión
por fricción.
Evitar los usos innecesarios de los equipos.
Se puede llegar a ahorrar una gran cantidad de energía aplicando estas medidas. Para canalizar
el potencial de mejora en lugar de centrarse únicamente en el compresor, se debe optimizar
también toda la instalación de aire comprimido.
Central de compresores. Cortesía de Kemmerich Ibérica.
44
-Sistemas hidráulicos
Los sistemas hidráulicos están presentes en muchos procesos industriales. Se puede ahorrar una
gran cantidad de energía empleando nuevas tecnologías, sistemas y componentes. La eficiencia
de los sistemas hidráulicos se puede incrementar escogiendo la bomba adecuada para los
requerimientos de la industria.
Otras mejoras que se pueden aplicar son:
•
Mejorar la configuración de las válvulas de admisión de la bomba.
•
Emplear una bomba doble.
•
Mejorar la eficiencia del rotor (ajustando el ángulo de movimiento de las aspas).
•
Optimizar la velocidad del motor.
Existen unos ahorros económicos potenciales en estos procesos.
A continuación se muestra, a modo de ejemplo, un túnel de desengrase (decapado, fosfatado,
limpieza) en la que intervienen distintos circuitos hidráulicos.
Túnel de desengrase. Cortesía de Industrias Saludes.
Las bombas hidráulicas son empleadas para incrementar la presión en un fluido, y mediante este
incremento de presión se puede transportar el fluido. En el sector metalmecánico estas bombas
son empleadas para permitir el movimiento de los líquidos refrigerantes de los distintos procesos
térmicos. Para accionar las bombas hidráulicas se emplea normalmente energía eléctrica.
45
Para optimizar el consumo eléctrico en las bombas hidráulicas en la fase de diseño se deben
dimensionar correctamente los diámetros de las tuberías y las dimensiones del motor. Una vez
está realizada la instalación, si el flujo que circula no es el óptimo se pueden emplear distintas
medidas de ahorro energético como puede ser regular la potencia entregada por el motor
mediante un variador de frecuencia para reducir el flujo circulante.
-Iluminación:
La iluminación en la industria está en torno al 15% (aunque hay casos en los que puede llegar
al 35%) de la energía utilizada, con lo que tiene un potencial de ahorro energético y económico
con el empleo de un sistema eficiente de iluminación.
Un correcto sistema de iluminación se debe de ajustar a las necesidades de trabajo de la zona.
En la siguiente tabla se pueden ver los niveles de mínimos de iluminación que se deben de
cumplir en las diferentes zonas de trabajo, como mínimo se deben alcanzar estos límites:
Zona o parte del lugar de trabajo (*)
Nivel mínimo de
iluminación (lux)
Zonas donde se ejecuten tareas con:
1º Bajas exigencias visuales
2º Exigencias visuales moderadas
3º Exigencias visuales altas
4º Exigencias visuales muy altas
100
200
500
1.000
Áreas o locales de uso ocasional
Áreas o locales de uso habitual
50
100
Vías de circulación de uso ocasional
Vías de circulación de uso habitual
25
50
* El nivel de iluminación de una zona en la que se ejecute una tarea se medirá a la
altura donde ésta se realice; en el caso de zonas de uso general a 85 cm del suelo y
en las vías de circulación a nivel de suelo.
Fuente: Legislación y Normas sobre Seguridad y Salud en el trabajo, Generalitat Valenciana. RD 486/1997
Como regla general de iluminación, independientemente del tipo de zona, cabe destacar que se
debe maximizar el aprovechamiento de la radiación solar, se debe tratar de tener superficies
traslucidas/transparentes que permitan aprovechar la luz natural (aunque hay que considerar las
pérdidas térmicas que este tipo de cerramientos conlleva). En general hay que mantener limpias
las superficies traslucidas/transparentes, ya que en muchas ocasiones estas superficies al tener
difícil acceso no se limpian y limitan la entrada de luz natural.
46
Iluminación natural a través de lucernarios de cubierta. Cortesía de Kemmerich Ibérica.
Entre los requisitos que debe de cumplir un sistema de alumbrado están el buen rendimiento de
color para optimizar las condiciones de trabajo, la alta eficiencia luminosa para ahorrar energía
y la vida útil de las lámparas.
En instalaciones industriales las más usadas son las lámparas de descarga, más eficientes que
las incandescentes. Para su funcionamiento necesitan un equipo auxiliar (balasto, cebador). Las
lámparas de descargas mas usadas son: vapor de mercurio de alta presión, vapor de sodio de
alta presión, halogenuros metálicos y fluorescentes.
47
Las principales características de las lámparas usadas en el sector son las siguientes:
Lámpara incandescente:
Coste bajo.
Muy baja eficiencia.
Conexión sin equipos auxiliares.
Uso en alumbrado interior.
Lámpara incandescente halógena:
Mejor eficacia lumínica que las incandescentes.
Vida útil mayor.
Mayor coste que las incandescentes.
Uso en alumbrado decorativo y alumbrado para tareas específicas.
Lámpara fluorescente compacta:
Alta eficiencia.
Larga duración.
Es la sustituta de la lámpara incandescente al tener el equipo
auxiliar integrado.
Uso en alumbrado interior.
Lámpara fluorescente tubular:
Eficiencia elevada, más con balasto electrónico.
Larga duración.
Uso en alumbrado interior para alturas menores de 6 metros.
Lámpara de vapor de mercurio:
Alta eficiencia luminosa y amplio rango de potencias.
Alta vida útil.
Aplicaciónes que no requieren gran rendimiento de color.
Alto coste inicial.
Indicadas para alumbrar naves con alturas mayores de 6 metros.
Lámpara de vapor de sodio de alta presión:
Alta eficiencia luminosa. Son más eficiente que las de mercurio.
Amplio rango de potencias.
Alta vida útil.
Mala reproducción cromática.
Alto coste inicial.
Indicadas para alumbrar naves con alturas mayores de 6 metros.
48
En la siguiente tabla se pueden ver para los diferentes tipos de fuentes, el flujo luminoso y su
eficacia para unas determinadas potencias:
Tipo de fuente
Lámpara incandescente
Lámpara Fluorescente compacta
Lámpara Fluorescente tubular
Lámpara vapor de Mercurio
Lámpara Mercurio Halogenado
Lámpara vapor de Sodio alta
presión
Lámpara vapor de Sodio baja
presión
Potencia
Flujo Luminoso Eficacia luminosa
W
Lm
Lm/W
40
430
10,75
100
1.300
13,8
300
5.000
16,67
7
400
57,1
9
600
66,7
20
1.030
51,5
40
2.600
65
65
4.100
63
250
13.500
54
400
23.000
57,5
700
42.000
60
250
18.000
72
400
24.000
67
100
80.000
80
250
25.000
100
400
47.000
118
1.000
120.000
120
55
8.000
145
135
22.500
167
180
33.000
180
Principales características de las lámparas.
Considerando los niveles de iluminación mínima en función de los distintos lugares de trabajo,
se han diferenciado las siguientes zonas de iluminación:
-Iluminación de zonas de uso poco habitual:
Las zonas de uso poco habitual son lavabos, sótanos, trasteros, etc.
En este tipo de zonas se puede reducir el tiempo de uso de la iluminación empleando
temporizadores o detectores de presencia. Se puede reducir el consumo eléctrico, ya que
únicamente estarán encendidos cuando sea necesario, apagándose automáticamente cuando
no haga falta.
49
-Iluminación exterior:
Las necesidades lumínicas en el exterior de la empresa son diferentes a las de la zona interior,
ya que en estas zonas generalmente no se realizan trabajos con una demanda de iluminación
elevada.
Para optimizar el consumo de energía en el exterior de la industria es conveniente el empleo
de lámparas de descarga de vapor de sodio de alta presión, ya que son las más eficientes y la
limitación del color no debe de ser un obstáculo como puede ser en el interior.
Como sistema de regulación del alumbrado exterior se puede utilizar:
Interruptores crepusculares: Son células fotoeléctricas que detectan la cantidad de luz
natural existente, activando el sistema cuando la luz natural baja de un determinado
valor umbral.
Interruptor astronómicos: Se programan electrónicamente los momentos de encendido
y apagado dependiendo de la época del año.
Balastros de doble nivel: Son elementos electrónicos a partir de los cuales se consigue
tener dos regímenes de tensión para las lámparas, teniendo un régimen reducido en
los periodos de bajo tráfico de personal y vehículos.
Reductor de flujo: Estos elementos actúan sobre la tensión de alimentación de la
instalación, pudiendo suministrar tensiones menores a las lámparas como en el caso
anterior.
-Iluminación interior:
La zona con mayores consumos en iluminación es la interior, ya que es el lugar donde se realizan
los trabajos con niveles de iluminación necesarios más elevados. En cada una de las zonas
interiores se deberá evaluar cuales son las necesidades reales de iluminación, en función del
tipo de procesos que se realicen (manuales, maquinaria, alta precisión, etc..). Los niveles mínimos
requeridos para cada zona se pueden ver en la table de la página anterior.
Las medidas de ahorro más comunes en función de la tecnología de iluminación instalada son
las siguientes:
Las luminarias de descarga de Vapor de Mercurio Color Corregido, pueden sustituirse por
luminarias de Vapor de Sodio Alta Presión, que poseen una mayor eficacia luminosa para una
misma potencia. El principal inconveniente de esta tecnología es que, con respecto al índice
de reproducción cromática de las lámparas de vapor de sodio de alta presión, poseen un
rendimiento bajo (I.R.C.=23) y una temperatura de color amarillo–dorada (T=2.250 K).
50
Alumbrado interior en nave industrial. Cortesía de Industrias Saludes.
Luminarias de tubos fluorescentes equipadas con balastos electromagnéticos convencionales.
Una medida de ahorro empleada habitualmente es la instalación de balastos electrónicos para
el encendido y funcionamiento de tubos fluorescentes con objeto de reducir picos de arranque
y consumos en régimen estacionario.
En cuanto a lámparas incandescentes, en este tipo de lámparas una gran parte de la energía
eléctrica absorbida se pierde en forma de calor, lo que da lugar a una eficiencia luminosa muy
reducida. Es por esto que se propone como medida de ahorro energético la sustitución de
dichas lámparas por lámparas fluorescentes compactas.
En la tabla siguiente se pueden ver las equivalencias de iluminación entre lámparas incandescentes
y de bajo consumo, así como los ahorros en energía y emisiones de CO2.
Tabla de Equivalencias
Bombilla incandescente
Lámpara de bajo consumo
Ahorro en kWh a lo largo
de su vida
Emisiones de CO2
evitadas (kg)
40 W
60 W
75 W
100 W
150 W
9W
11 W
14 W - 15 W
18 W - 20 W
32 W
248
392
480
640
944
198,4
313,6
384
512
755,2
Tabla de equivalencias de iluminación.
51
La energía consumida por una instalación de iluminación depende de la potencia instalada
del sistema de alumbrado (incluyendo la potencia del equipo auxiliar) y las horas de
funcionamiento
Ejemplo práctico
Se dispone en una empresa de unas luminarias de vapor de mercurio de color corregido,
y se va a analizar el ahorro anual que se consigue sustituyéndolas por unas luminarias de
menor consumo energético y mismo flujo luminoso.
En una nave industrial se disponen de 82 luminarias de Vapor de mercurio de color corregido
de 400 W; estas luminarias se encienden durante 8 horas al día, 5 días a la semana durante
48 semanas al año.
La alternativa que se presenta es sustituir las lámparas de vapor de mercurio de color
corregido de 400 W por lámparas de vapor de sodio de alta presión de 250 W; el flujo
luminoso que se obtiene con estas lámparas es muy similar 23000 Lm y 25000 Lm (incluso
es superior el de las lámparas de vapor de sodio).
El coste y los consumos de ambas opciones de iluminación se pueden ver en la siguiente
tabla:
LUMINARIA
POTENCIA
(W)
POTENCIA
(con equipo
auxiliar)
HORAS
FUNC
(horas/dia)
HORAS
FUNC.
(horas/año)
Nº
LUMINARIAS
Potencia
instalada
(KW)
CONSUMO
ANUAL
(kWh/año)
Precio
€Kwh
CONSUMO
PREVISTO
(€/año)
VMCC
400
417
8
1920
82
32,8
65652,48
0,13
8534,8224
Vsap
250
261
8
1920
82
20,5
41091,84
0,13
5341,9392
-Consumo sanitario de agua:
El agua de consumo sanitario es un elemento básico en las industrias. En todas ellas se debe
minimizar su consumo. El ahorro en el consumo de agua tiene dos efectos, uno es el ahorro
directo en la factura de agua y el otro es el ahorro en el consumo energético de sistemas
secundarios que interactúan con el agua.
Se puede reducir el consumo energético en calentar el agua, sustituyendo los grifos convencionales
por grifería ecológica. La principal característica de la grifería ecológica es que comienza a
demandar agua caliente a partir de la posición central, ya que por estética siempre se deja el
monomando en la posición central y se arranca a partir de esta posición, por lo que se demanda
52
una cantidad de agua caliente que no se emplea, y la mayor parte de las ocasiones para cuando
llega el agua caliente ya se ha concluido la operación.
Otras medidas eficientes para la reducción del consumo de agua son el empleo de:
Temporizadores en la grifería.
Perlizadores.
Limitadores de caudal.
En muchos procesos en los que interviene el agua se puede evitar el gasto de energía en
calentar el agua empleando agua precalentada de otros procesos de la industria (calderas,
hornos, máquinas frigoríficas, etc.), aprovechando el exceso de calor de dichos procesos.
-Energías renovables:
Las energías renovables se pueden introducir en cualquier empresa para diversificar fuentes
de energía, reducir costes energéticos y contribuir en la conservación del medio ambiente.
Principalmente las energías renovables a introducir por el tipo de sector y por la buena situación
geográfica de Valencia en cuanto a radiación solar son las energías solar fotovoltaica y solar
térmica, aunque también se deben de tener otras en cuenta: biomasa, geotermia.…
Para el desarrollo de estas tecnologías se disponen de ayudas de las distintas administraciones
públicas a través de subvenciones públicas, créditos a bajo interés o precios de compra de la
energía generada (régimen especial).
Energía fotovoltaica:
Este tipo de energía renovable se caracteriza por transformar la energía solar en energía
eléctrica. La radiación solar es captada en los paneles fotovoltaicos generando energía eléctrica
en forma de corriente continua. Esta corriente es convertida en alterna a través de un equipo
llamado inversor, y esta corriente alterna ya se puede consumir en los centros de trabajo o bien,
verterse a la red eléctrica de distribución.
La integración de los sistemas debe realizarse en zonas libres de sombras y buena orientación
para aprovechar la radiación máxima. Las zonas mas usuales en la industria son las cubiertas,
aunque se pueden integrar en fachadas, pérgolas del parking.…
53
Placas fotovoltaicas ubicadas en cubierta. Cortesía SGS.
-Energía solar térmica:
La energía solar térmica aprovecha la radiación solar para transferirla a un fluido en forma de
calor. Las aplicaciones principales de la energía solar térmica en la industria del metal están en
sistemas de baja temperatura en las que la temperatura de trabajo (o del fluido a calentar) se
sitúa por debajo del punto de ebullición del agua (100 º C a presión atmosférica) o en sistemas
de media temperatura en los que el proceso necesita temperaturas entre 100 y 400 ºC, como
en los que se requiere la generación de vapor.
El esquema de principio de una instalación solar térmica es el siguiente:
Esquema de una instalación solar térmica.
54
Mediante la aplicación de sistemas térmicos, se puede llegar a cubrir una parte considerable de
la demanda industrial de calor.
La integración arquitectónica es similar a la solar fotovoltaica.
3.3.- Optimización de los procesos productivos.
En el sector metalmecánico existen un gran número de procesos de fabricación, procesos
industriales, subprocesos… por lo que a continuación se van a destacar los más relevantes, y
más implantados en las industrias del sector en la Comunidad Valenciana.
Soldadura
Los procesos de soldaduras son muy comunes en el sector metalmecánico. Hay muchas
innovaciones recientes que hacen la soldadura mas eficiente energéticamente, incluyendo el
uso de inversores en lugar de transformadores con rectificadores; monitorización, control
y compensación de las variaciones del parámetro de soldadura para optimizar la potencia
requerida para soldar.
Por lo cual se debe evaluar la eficiencia del sistema actual de soldadura empleado, y los disponibles
actualmente, evaluando el ahorro energético conseguido y considerando la inversión a realizar/
amortización.
Soldadura Mig. Cortesía de Kemmerich Ibérica.
55
Proceso de soldeo por puntos. Cortesía de Kemmerich Ibérica.
Hornos y calderas industriales.
Los hornos y calderas industriales se emplean en el sector metalmecánico en diversidad
de procesos como: moldear, fundir, quemar, sinterizar, calcinado de diferentes piezas o
sustancias…
El empleo de paredes refractarias ayuda a reducir el consumo de energías en los hornos. Éstas
son módulos porosos ubicados en los canales de combustión donde son calentados por los
gases calientes. El calor contenido en los módulos es irradiado de nuevo sobre el horno o
caldera. Empleando las paredes refractarias se pueden conseguir ahorros reales de entre el 2 y
el 5 %, y al mismo tiempo se mejora el funcionamiento del horno o de la caldera.
Un punto crítico en los hornos y calderas que debe analizarse es la entrada y salida de los
productos a procesar, ya que en muchos casos se pierde una gran cantidad de calor (energía)
en las aperturas de estos equipos. Se deben minimizar las aperturas de los hornos para evitar la
disipación de calor por la planta.
56
Horno de secado de piezas. Cortesía de Industrias Saludes
De un mismo modo se debe optimizar la temperatura de los hornos al proceso requerido, es
decir, no es necesario el mismo tiempo y temperatura de procesado en un horno para una pieza
de 20 centímetros, que para una pieza de 2 metros. Al reducir el tiempo de permanencia de la
pieza en el horno o reduciendo la temperatura, conseguiremos reducir la demanda energética.
El calor expulsado por los hornos y calderas industriales debe ser empleado en otros procesos
siempre que sea posible, estos procesos pueden ser: agua caliente sanitaria, precalentamiento
de aire para otros procesos, etc.
57
Procesado del metal
El coste de la energía en la industria del metal puede suponer hasta un 6 % de la facturación
anual de una empresa. En estos procesos se pueden tomar una gran cantidad de medidas que
permitirán reducir la demanda eléctrica, los costes de calentamiento.
Para optimizar la eficiencia energética en el procesado de metal se pueden tomar las siguientes
medidas:
•
Optimizar los procesos; por ejemplo apagando las máquinas en periodos de no
producción.
•
Aislar las tuberías y ajustarlas para prevenir perdidas de calor.
•
Reutilizar el calor expulsado de los hornos y calderas.
•
Emplear hornos de frecuencia media para procesos de endurecimiento.
•
Emplear procesos de inducción para el calentamiento de aceros.
Prensa de estampación. Cortesía de Kemmerich Ibérica.
58
Tratamientos superficiales
En la industrial del metal, el tratamiento de superficie constituye uno de los procesos más
importantes en la fabricación de piezas. Un tratamiento adecuado proporciona una protección
de la pieza ante la oxidación y corrosión y una gran durabilidad y resistencia. Entre estos
tratamientos tenemos: galvanizados, cromados, niquelados, pinturas,..
Pintura
El empleo de cabinas de pintura automatizadas, aparte de evitar la exposición de los
operarios a disolvente orgánicos, minimizar el tiempo de ciclo y obtener una calidad en
el acabado mejor, supone una reducción en los costes energéticos.
Cabina de pintura. Cortesía de Industrias Saludes.
Galvanizado
En la industria de galvanizado se debe realizar una gestión sistemática de la energía.
Para lograrlo el rectificador debe ser verificado, así como el calor perdido producido
por los rectificadores (especialmente los rectificadores antiguos de selenio), y los gases
calientes de la salida deben ser recuperados y utilizados. En este proceso es importante
optimizar el aire de entrada y de salida.
59
3.4 Gestión energética y mantenimiento.
Tener datos de consumos energéticos es la base para efectuar cualquier análisis de rendimiento
o de balances de otros tipos de energías. El sistema de Gestión Energética proporciona
instrumentos para poder realizar un seguimiento de la eficiencia energética y el impacto
medioambiental debido al proceso productivo de la industria.
Actualmente, estos sistemas ya están normalizados en varios países europeos, y en España se
pueden certificar bajo la Norma UNE 216301. Se está desarrollando la Norma EN 16001 a nivel
europeo y la ISO 50001 a nivel mundial. Ambas tienen la misma estructura que la Norma ISO
14000 y son integrables con otros sistemas de gestión.
El inicio del sistema se establece con la Política energética, que tiene en cuenta tres factores
fundamentales:
1. Consumos energéticos
2. Criterios de rendimiento en el diseño e instalación de equipos nuevos
3. Compras de energía
4. Energías renovables o alternativas
Actualmente, la tecnología permite obtener datos de energías producidas y consumidas a través
de contadores energéticos de calor, frío y electricidad.
Estos datos se llevan a un ordenador central que permite hacer un seguimiento detallado de
las producciones, los consumos y los rendimientos de los equipos, de forma que se detectan
rápidamente desviaciones respecto a valores óptimos.
Para poder llevar a cabo este objetivo es necesario disponer de un sistema informático formado
por una serie de equipos (hardware) y programas (software) que reciban datos, los muestreen,
calculen indicadores, tendencias, evaluaciones energéticas y evaluaciones económicas.
Estos instrumentos permiten evaluar los aspectos energéticos y definir criterios para obtener
los aspectos energéticos significativos. A partir de estos datos se establecen los objetivos y
metas del sistema de gestión energética.
Los estudios europeos de eficiencia energética evalúan que la implementación de sistemas de
Gestión Energética normalizados repercuta en un ahorro energético entre el 3 y el 5%. Estos
estudios, evalúan además la implementación del sistema de Gestión Energética normalizados en
ahorros económicos entre el 7 y 10%.
La diferencia entre el ahorro energético y el económico es debido a que no todas las mejoras
60
tienen una repercusión energética, pero si económica. Un ejemplo muy claro son las mejoras en
las facturas eléctricas ya que solo tienen un ahorro económico.
El mantenimiento energético va encaminado a la reducción de pérdidas energéticas en nuestras
instalaciones, comparte fines con el mantenimiento preventivo en cuanto a la búsqueda del
rendimiento óptimo de las instalaciones
Dentro del mantenimiento de la industria, se deberá de verificar periódicamente los siguientes
puntos:
Limpieza de las zonas de entrada de luz natural: lucernarios, cerramientos traslúcidos
y ventanas.
Limpieza de luminarias y ventanas.
Verificación y calibrado de los equipos de control y mando: presostatos, electroválvulas,
termostatos...
Detección de fugas en instalaciones de aire comprimido, agua y otros fluidos.
Sustitución de filtros en equipos de climatización y limpieza de conductos.
Verificación de los aislamientos de las instalaciones térmicas calorifugadas y
cerramientos.
61
62
4
MTD
(Mejores Técnicas Disponibles)
63
4. MTD (Mejores Técnicas Disponibles).
Para dar un enfoque integrado a la industria desde la Comisión de la Unión Europea, se han
creado las MTDs (Mejores Técnicas Disponibles), que deberán de servir de referencia común
para los estados miembros a la hora de establecer el objetivo tecnológico de aplicación en las
diferentes actividades. Por lo tanto, se van a destacar las MTDs aplicables a eficiencia energética
en el sector metalmecánico.
Con respecto a los procesos de metales no férreos existen varias técnicas aplicadas a la
recuperación de energía y calor, estas técnicas son aplicadas durante la producción y moldeo de
los metales férreos. Se emplean calderas, intercambiadores de calor y quemadores recuperativos
para recuperar este calor. Puede generarse vapor o electricidad para uso interno o externo,
y los gases de proceso o de combustión pueden ser precalentados. Las principales técnicas
descritas como ejemplos son las siguientes:
-Los gases calientes durante la fundición o tostación de minerales de sulfuro se pasan casi
siempre a través de calderas generadoras de vapor. El vapor producido puede utilizarse para
producir electricidad y/o para requisitos de calefacción. Además de producción de energía, el
vapor se utiliza como vapor de proceso y en el secador de concentrados, y el calor residual se
utiliza para precalentar el aire de combustión.
-Otros procesos pirometalúrgicos son también altamente exotérmicos, particularmente cuando
se utiliza aire de combustión enriquecido con oxígeno. Muchos procesos utilizan el exceso de
calor producido durante las etapas de fundición o conversión para fundir las materias secundarias
sin el uso de combustible adicional.
Proceso de fundición. Cortesía SGS.
64
-El uso de aire enriquecido con oxígeno o de oxígeno en los quemadores reduce el consumo de
energía al permitir la fundición autógena o la combustión completa del material carbonoso. Los
volúmenes de gases residuales se reducen significativamente, lo que permite usar ventiladores
más pequeños, etc.
-El material de revestimiento del horno puede asimismo influenciar el balance de energía de una
operación de fundición. En este caso, se indica que los refractarios de bajo peso tienen un efecto
beneficioso al reducir la conductividad térmica y el almacenamiento en una instalación. Este
factor debe estar compensado por la durabilidad del revestimiento del horno y la infiltración del
metal en el revestimiento, por lo que puede no ser aplicable en todos los casos.
-El secado separado de los concentrados a temperaturas bajas reduce los requisitos energéticos.
Esto es debido a la energía requerida para supercalentar el vapor en una fundición y el aumento
significativo en el volumen de gas global, que aumenta el tamaño de los ventiladores.
-El calor se recupera usando los gases calientes de etapas de fusión para precalentar la carga
del horno. De modo similar, el combustible gas y el aire de combustión pueden precalentarse, o
puede usarse un quemador de recuperación en el horno. La eficacia térmica aumenta en todos
los casos. Por ejemplo, casi todos los hornos de cuba para fusión de cátodos/chatarra de cobre
son alimentados con gas natural, y el diseño ofrece una eficacia térmica del 58 al 60%, según
el diámetro y la altura del horno. El consumo de gas es aproximadamente 330 kWh/tonelada
de metal. La eficacia de un horno de cuba es elevada, principalmente por el precalentamiento
de la carga dentro del horno. Puede haber suficiente calor residual en el gas de escape para
su recuperación y reutilización para calentar el aire de combustión y el gas. El esquema de
recuperación de calor requiere el desvío de los gases de la chimenea del horno a través de un
intercambiador de calor de tamaño apropiado, un ventilador de transferencia y los consumos
correspondientes. El calor recuperado es aproximadamente de un 4 a un 6% del consumo de
combustible del horno.
Emisiones atmosféricas. Cortesía SGS
65
-El enfriamiento antes de una instalación de filtros de bolsa es una técnica importante, ya que
proporciona protección térmica al filtro y permite una más amplia elección del filtro. En ocasiones
es posible recuperar calor en esta etapa. Por ejemplo, en un esquema típico utilizado por un
horno de cuba para fundir metal, los gases de la parte superior del horno son conducidos al
primero de los intercambiadores de gas, que produce aire de combustión precalentado para el
horno. La temperatura de los gases después de este intercambiador de calor puede estar entre
200 y 400 ºC. El segundo intercambiador de calor reduce la temperatura de los gases a 130 ºC
antes del filtro de la bolsa. Los intercambiadores de calor van normalmente seguidos por un
ciclón, que elimina las partículas de mayor tamaño y actúa como arresta-chispas.
-El monóxido de carbono producido en un horno eléctrico o un alto horno se recoge y se
quema como combustible mediante distintos procesos o para producir vapor u otra energía.
Pueden producirse cantidades significativas de este gas, y existen ejemplos en los que un gran
porcentaje de la energía utilizada por la instalación es producida a partir del CO recogido de una
instalación de horno de arco eléctrico. En otros casos, el CO formado en un horno eléctrico se
quema en el horno y proporciona parte del calor requerido para el proceso de fusión.
-La recirculación de gas residual contaminado a través de un quemador de combustible
oxicatilénico ha producido considerables ahorros de energía. El quemador recupera el calor
residual del gas, aprovecha el contenido energético de los contaminantes y los elimina. Este
proceso puede reducir así mismo los óxidos de nitrógeno.
-El uso del contenido calorífico de los gases de proceso o del vapor para elevar la temperatura
de las soluciones de lixiviación se practica con frecuencia. En algunos casos, una parte del caudal
de gas puede desviarse a un lavador para recuperar calor al agua, que luego se utiliza para
lixiviación. El gas enfriado es devuelto luego al flujo principal para su ulterior eliminación.
-Durante la fundición de chatarra electrónica o chatarra de baterías en recipientes metalúrgicos,
el contenido calórico del plástico se utiliza para fundir el contenido metálico y otros componentes
adicionales de chatarra o de formación de escoria.
En los hornos de recalentar y de tratamiento térmico, se recomienda considerar los siguientes
parámetros que influyen en el consumo de energía de los hornos:
-El diseño del horno.
-Rendimiento y turnos.
-La longitud diseñada de zona de recuperación en el horno.
-El diseño de los quemadores.
-El uso de recuperadores o de un sistema de regeneración.
-La capacidad de producción del horno.
-La disposición de las zonas de calentamiento.
-La temperatura de carga del material.
-La temperatura de calentamiento y de la carga.
-La precisión de la regulación térmica.
-El grado de aislamiento del horno.
66
En lo que respecta a buenas prácticas de eficiencia energética a nivel general, existe un documento
“Best Available Techniques for Energy Efficiency”, en el que se presentan las técnicas de ahorro
para los siguientes sistemas:
-Combustión.
-Sistemas de vapor.
-Recuperaciones de calor y frío.
-Cogeneración.
-Suministro de energía eléctrica.
-Motores eléctricos.
-Sistemas de compresión de aire.
-Sistemas de bombas.
-Calor, ventilación y aire acondicionado.
-Iluminación.
-Secado.
En este apartado se han destacado algunas de las MTDs aplicables al sector metalmecánico
relacionadas con la eficiencia energética, si se desea profundizar al respecto se puede consultar
la página Web del Ministerio de Medioambiente.
67
68
5
Preguntas frecuentes
69
5. Preguntas frecuentes
¿Qué es una auditoria energética?
Consiste en realizar un análisis de la situación de la empresa para conocer el modo de
explotación, demanda energética, estado y funcionamiento de las instalaciones y evaluar los
consumos energéticos junto a sus costes de explotación, para poder proponer mejoras en
todos los aspectos que sea posible.
En resumen, conocer dónde, cómo y para qué se utiliza la energía en una empresa y tratar de
optimizar su utilización.
¿Qué beneficios tiene hacer una auditoria energética, y cuanto podré
ahorrar?
En las auditorías se evalúan las instalaciones y procesos energéticos, y se proponen diversas
medidas de ahorro energético y económico, estas medidas no siempre tienen que significar un
desembolso por parte de la empresa, y se dividen en:
-Mejoras sin inversión.
-Mejoras con inversión.
En cada una de las mejoras con inversión se calcula el tiempo de retorno de la inversión a
realizar.
¿Qué tengo que analizar en mi empresa?
Se deberán analizar los principales focos de consumo de energía, así como recopilar el máximo
de información que se disponga de los consumos, potencias, importes pagados, etc. Para
posteriormente poder tomar medidas con el máximo de información disponible.
En el apartado 3 –Metodología de evaluación- se pueden ver los principales puntos a analizar.
¿Cómo identifico los principales focos consumidores de energía?
Se debe realizar un inventario de todos los equipos que consumen energía. De todos estos
70
equipos se realiza una medición en cada equipo para comprobar el consumo que realiza durante
el ciclo de funcionamiento, y una vez se obtiene esa medida se calcula su consumo anual.
Así se podrán tomar mediadas sobre los equipos siendo conocedores de los consumos
energéticos de cada uno, ya que algunos de ellos tienen consumos puntuales muy elevados, pero
a lo largo del año este consumo es muy pequeño.
¿Qué tengo que mirar en mi factura eléctrica/contrato?
Los principales puntos de la factura eléctrica en los que se puede incidir son el término de
potencia y el consumo de energía reactiva.
Una incorrecta elección de la potencia contratada, puede suponer un recargo por exceso de
potencia considerable, y en el caso de una potencia contratada muy elevada puede significar
estar pagando por una potencia muy superior a la realmente demanda por nuestra instalación.
En cuanto al consumo de energía reactiva, este será facturado en función del factor de potencia
de la instalación. Conocer este factor de potencia (cos ϕ) e implantar las medidas correctoras
necesarias, como puede ser la instalación de una batería de condensadores, puede ahorrar una
parte importante de la factura eléctrica.
¿Cómo sé si la iluminación en mi empresa es la más adecuada?
Se debe calcular el consumo eléctrico que se da debido a la iluminación existente, y al mismo
tiempo calcular el consumo que se tendría en la empresa si se sustituyeran las luminarias por
otras con menores consumos eléctricos.
En función del ahorro alcanzado se valorará si es necesario realizar la sustitución inmediata de las
luminarias, o una sustitución paulatina de las mismas en el momento que haya que cambiarlas.
El horario que se aplica en los contratos eléctricos, ¿a qué franjas horarias
corresponde?
Las diferentes franjas horarias que se pueden encontrar en una factura eléctrica, son las
correspondientes a la tarifa de acceso que se tenga contratada con la empresa distribuidora.
En dichas facturas se debe indicar que tarifa de acceso se aplica en el contrato de suministro
eléctrico.
Dentro de estas tarifas, podemos encontrar distribuciones horarias con un único periodo, dos,
tres o seis periodos, en función de la potencia contratada y de si el suministro se realiza en baja
o alta tensión.
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A modo de ejemplo, en la siguiente figura se puede ver como se distribuyen los tres diferentes
periodos para una tarifa de acceso en alta tensión 3.1A:
Distribución de periodos tarifa de acceso 3.1A.
¿Qué energías renovables puedo introducir en mi empresa?
Las energías renovables se pueden introducir en cualquier empresa para diversificar fuentes
de energía, reducir costes energéticos y contribuir con la conservación del medio ambiente.
Principalmente las energías renovables a introducir por el tipo de sector y por la buena situación
geográfica de Valencia en cuanto a radiación solar son las energías solar fotovoltaica y solar
térmica, aunque también se deben de tener otras en cuenta: biomasa, geotermia,…
¿Cuándo debemos pensar en realizar una auditoria energética?:
Si creemos que en un determinado lugar:
•
No se conoce el mapa energético, niveles de demanda, consumos energéticos y sus
correspondientes costes de explotación.
•
Se emplean equipos/instalaciones poco eficientes.
•
Se lleva a cabo un escaso mantenimiento en los equipos.
•
Se producen pérdidas de calor o de frío por un aislamiento deficiente.
•
Hay un desconocimiento de los hábitos adecuados de consumo.
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6
Definiciones
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6. Definiciones
Arrancador: Dispositivo para cebar una lámpara de descarga sin precaldeo de los
electrodos.
Balasto: es un elemento de las lámparas que se emplea para mantener un flujo de corriente
estable.
Bomba: Dispositivo empleado para elevar la presión de un líquido, habitualmente agua, e
impulsarlo en una dirección determinada.
Bomba de calor: es una máquina térmica de ciclo cerrado que permite transferir energía en
forma de calor de un foco a otro.
Calor latente: es la energía absorbida por las sustancias al cambiar de estado, de sólido a
líquido, o de líquido a gaseoso.
Cebador: Dispositivo que suministra un breve pico de tensión entre los electrodos de una
lámpara, para iniciar la descarga y vencer así la resistencia inicial del gas al paso de la corriente
eléctrica.
Desarrollo Sostenible: Aprovechamiento de los recursos que satisface las necesidades
actuales protegiendo el medio ambiente sin poner en peligro la capacidad de las generaciones
futuras de satisfacer las suyas.
Factor de potencia: el factor de potencia es la relación entre la potencia activa y la potencia
aparente, que es coincidente con el coseno del ángulo entre la tensión y la corriente cuando la
forma de onda es sinusoidal pura.
f.d.p.= cos ϕ= P/ S
Gas natural: Es una fuente de energía compuesta por una mezcla de gases su composición
varía en función del yacimiento del que se extrae; está compuesto principalmente por metano
en cantidades que comúnmente pueden superar el 90 ó 95% y suele contener otros gases
como nitrógeno, CO2, H2S, helio y mercaptanos.
Lámpara de descarga: Lámpara en la que la luz se produce por una descarga eléctrica a
través de un gas, un vapor metálico o una mezcla de varios gases y vapores.
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Lámpara fluorescente: Lámpara de descarga de mercurio a baja presión en la que la mayor
parte de la luz es emitida por una o varias capas de sustancias luminiscentes excitadas por la
radiación ultravioleta de la descarga.
Lámpara de halogenuros metálicos: Lámpara de descarga de alta intensidad en la que la
mayor parte de la luz se produce por la radiación de una mezcla de vapor metálico y productos
de disociación de halogenuros.
Lámpara de vapor de mercurio de alta presión: Lámpara de descarga de alta intensidad en la
que la mayor parte de la luz se produce, directa o indirectamente, por radiación del vapor de
mercurio a una presión superior a 100 kilopascales.
Lámpara de vapor de sodio de alta presión: Lámpara de descarga de alta intensidad
en la que la mayor parte de la luz se produce por la radiación del vapor de sodio trabajando a
una presión parcial del orden de 10 kilopascales.
Intercambiador de calor: es un dispositivo diseñado para transferir calor de un fluido a
otro, estos pueden estar en contacto directo o separados mediante una barrera.
Periodo de retorno: Es el tiempo que se tarda en rentabilizar la inversión realizada, es la
relación entre la inversión y el ahorro obtenido.
Rendimiento: Es la relación entre la energía útil y la energía consumida en un proceso, motor,
etc. Suele expresarse en tanto por ciento.
Variador de frecuencia: aparato automatizado de control para poder controlar la velocidad
en los motores asincrónicos. 75
7
Bibliografía
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7. Bibliografia
- Solar energy Strategies for developing countries. Eurosum conference. Freiburg 18-19 Sept
1996.
- La energía en España 2007. Ministerio de Industria, Turismo y Comercio.
- Consumo de energía por sectores. Instituto Nacional de Estadística. Disponible en www.ine.es
- Consumo de energía por Comunidades Autónomas. Instituto Nacional de Estadística. Disponible
en www.ine.es
- Guía práctica de la energía, consumo eficiente y responsable. Instituto para la Investigación y
Ahorro de la Energía (IDAE), 2ª edición.
- Análisis estructural del sector metal de la Comunidad Valenciana. Editado por FEMEVAL.
- Informe coyuntural del sector metalmecánico, primer trimestre 2009. Editado por FEMEVAL.
- Guía técnica de eficiencia energética en iluminación oficinas, 2001. Publicaciones técnicas IDAE.
- Energy efficiency opportunities are available for food processing and metal fabrication facilities.
Universidad de Minesota. Disponible en www.mntap.umn.edu
- Federal ministry for the environment, nature conservation and nuclear safety. Disponible en
www.bmu.de
- Energy in World History. Smil,V. Westview Press, Boulder, 1994.
- Situación socioeconómica de la energía solar, Agencia Valenciana de la Energía (AVEN).
- Documento de referencia de mejores técnicas disponibles en la industria de procesos de metales
férreos. Ministerio de Medio Ambiente.
- Documento de referencia de mejores técnicas disponibles en la industria de procesos de metales
no férreos. Ministerio de Medio Ambiente.
- Reference document on best available techniques for energy efficiency. February 2009. European
Comission.
- Libro verde sobre la eficiencia energética o cómo hacer más con menos. Junio 2009. Comisión
de las comunidades europeas.
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Direcciones web de
interés relacionadas con
la energía
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10. Direcciones web de interés
relacionadas con la energía
http://www.idae.es Instituto para la diversificación y ahorro de la energía.
http://www.aven.es Agencia Valenciana de la energía.
http://www.mytc.e Ministerio de Ciencia y Tecnología.
http://www.cne.es Comisión nacional de la energía.
http://www.energuia.com Guía de la energía.
http://www.greenpeace.com Greenpeace.
http://www.femeval.es Federación Empresarial Metalúrgica Valenciana.
http://www.iberdrola.es Iberdrola.
http://www.ree.es/ Red Eléctrica Española.
http://www.gasnatural.es/ Gas natural.
http://www.endesa.es Endesa.
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“Proyecto cofinanciado por los Fondos
FEDER, dentro del Programa Operativo FEDER
de la Comunitat Valenciana 2007-2013”