FEMEVAL GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Manual de orientación para identificar las transformaciones energéticas óptimas para su empresa GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA GUIA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA INDICE INTRODUCCIÓN ILUMINACIÓN EFICIENTE ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Introducción Terminología Básica Uso de Lámparas en Iluminación Eficiente Ventajas e Inconvenientes Uso de Luminarias en Iluminación Eficiente Ejemplos Prácticos Uso de Equipos Auxiliares en Iluminación Eficiente Ejemplo Práctico Uso de Equipos de Regulación y Control en Iluminación Eficiente Mantenimiento de Instalaciones de Alumbrado CLIMATIZACIÓN ? Introducción ? Bomba de Calor ? ¿Qué es la Bomba de Calor? ? ¿Dónde Puede Aplicarse la Bomba de Calor? ? Ejemplos de Aplicación de la Bomba de Calor ? Consejos de Instalación, Uso y Mantenimiento ? Acumulación ? ¿Qué es un Acumulador Eléctrico de Calor o un Termoacumulador? ? ¿Dónde Pueden Aplicarse los Acumuladores de Calor? ? Ejemplo de Aplicación ? Consejos de Instalación, Uso y Mantenimiento ? Suelo Radiante ? ¿Qué es el Suelo Radiante? ? ¿Dónde Puede Aplicarse el Suelo Radiante? ? Consejos de Instalación, Uso y Mantenimiento F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA MOTORES ELÉCTRICOS. REGULACIÓN DE VELOCIDAD ? ? ? ? ? ? ? Introducción Motores Eléctricos de Alto Rendimiento ¿En qué casos es aconsejable la Instalación de Motores Eléctricos? ¿Qué es la Regulación de Velocidad? ¿Dónde Puede Aplicarse la Regulación de Velocidad? Ejemplos Prácticos Consejos de Instalación, Uso y Mantenimiento ENERGÍA REACTIVA ? ? ? ? ? ? ? Introducción ¿Qué es la Energía Reactiva? Factor de Potencia de Diferentes Receptores Cálculos del Factor de Potencia de una Instalación o Receptor Corrección del Factor de Potencia Ventajas de la Compensación de la Energía Reactiva Ejemplo Práctico TARIFAS ELÉCTRICAS ? Estructura de las Tarifas Eléctricas ? Definición de las Tarifas Eléctricas ? Clasificación de las Tarifas ? Tarifas de Baja Tensión ? Tarifas de Alta Tensión ENERGÍAS RENOVABLES ? ? ? ? ? ? ? ? ¿Qué son las Energías Renovables? Hidráulica Biomasa Residuos Sólidos Urbanos Energía Eólica Energía Solar Térmica Energía Solar Fotovoltaica Energía Geotérmica SISTEMAS DE ENERGÍA TOTAL: COGENERACIÓN ? ¿Qué son los Sistemas de Energía Total? ? Cogeneración ? Trigeneración AUDITORÍAS ENERGÉTICAS F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA INTRODUCCIÓN F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA INTRODUCCIÓN La energía sufre un proceso de encarecimiento progresivo, lo que unido a la cada vez mayor demanda que hacemos de ella en cualquier aspecto de nuestra vida hace que el cuidado de la eficiencia energética deba ser una de nuestras prioridades. En el caso de la Energía Eléctrica, en el camino desde la central productora hasta su lugar de destino, se han ido acumulando pérdidas (generación, transformación, transporte, distribución, rendimientos en equipos auxiliares, luminarias y lámparas), que se estima pueden llegar a triplicar la energía consumida en origen. Proporcionalmente, cada vez se primará más como factor de mérito la eficiencia de los sistemas de consumo energético, y no sólo por su incidencia en la rentabilidad de las instalaciones, empezando a valorarse también las características “ahorradoras“ de los equipos/componentes como argumentos importantes de venta (criterios de competitividad ). Pero la eficiencia energética de las instalaciones no sólo repercute favorablemente sobre el factor económico, sino que lo hace también en el medio ambiental. Para darnos una idea orientativa en este sentido indicaremos como dato, que se pueden cifrar entre 300 y 1.000 Kg. de carbón mineral, los que todos los años dejarían de “quemarse” por cada kWh de energía eléctrica “ahorrada”, reduciéndose en consecuencia proporcionalmente: ? ? ? ? El consumo de las reservas energéticas del planeta. La contaminación (efecto invernadero). Los residuos de transformación de la energía primaria. La saturación de redes y centrales evitando consecuentemente ampliaciones y/o construcciones. El documento que tiene en sus manos pretende servir de herramienta a nivel práctico, para identificar e implantar mejoras en las transformaciones energéticas, de cara a aumentar el rendimiento de las mismas, tratando aquellos aspectos clave que permitan conseguir un ahorro, en primer lugar en el ámbito energético, y en segundo a nivel económico. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ILUMINACIÓN EFICIENTE F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA INTRODUCCIÓN Durante las tres últimas décadas, la energía está sufriendo un proceso de encarecimiento progresivo. Este encarecimiento afecta también a la energía eléctrica, energía que, mediante diversas transformaciones, convertimos en luz. Desde las instalaciones de generación de energía eléctrica (ya sean hidráulicas, térmicas o nucleares) hasta nuestra instalación de alumbrado se producen una serie de pérdidas energéticas que son desaprovechadas. Desde el punto de vista de las instalaciones de alumbrado, hemos de intentar aprovechar al máximo la energía eléctrica que nos llega a través de la red de distribución, así como favorecer el aprovechamiento de la luz natural. Este aprovechamiento (máxima conversión de energía eléctrica en luz visible) ha de tener, sin embargo, la limitación de poder ser aprovechada para una aplicación determinada, es decir, deberá tener unas características de reproducción de color y temperatura de color acordes con la actividad a desarrollar en la estancia alumbrada. Mediante este aprovechamiento se podrán llegar a conseguir varios fines: ? Ahorro económico: En facturación por consumo En contratación de potencia ? Mejora medioambiental: Menor consumo de reservas energéticas Menor contaminación por residuos ? Mejoras técnicas: Menor saturación de redes y centrales (implica mayor calidad de servicio) Menor necesidad de ampliaciones y construcciones de centrales y redes. Para conseguir todos estos fines nos apoyaremos en los avances tecnológicos que se están produciendo en diversos campos como la electrónica, microelectrónica, nuevos materiales, etc. Ellos nos han llevado a la aparición de nuevos equipos y componentes (lámparas, luminarias, equipos auxiliares, equipos de regulación y control, etc.) que hacen que las instalaciones de alumbrado sean más eficientes, tanto desde el punto de vista energético, como desde el estético y funcional. TERMINOLOGÍA BÁSICA Para poder implantar los sistemas de iluminación más eficientes, es necesario conocer antes una serie de conceptos, que deben quedar claros: ? Flujo luminoso Podría decirse que es una unidad de “potencia luminosa”. Su formulación, teniendo en cuenta que ? es el Flujo Luminoso definido, Q la cantidad de luz o radiación visible y t el tiempo durante el que se mantiene dicha radiación, es la que sigue: ? = Q/t F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Su unidad es el lumen y se representa por lm. ? Eficacia luminosa Eficacia luminosa de la fuente de luz es la relación entre el flujo luminoso y la potencia absorbida por la fuente. Su unidad de medida es el lumen por vatio (lm/W). Esta magnitud es también conocida como rendimiento luminoso y es la que se emplea, en la práctica, para definir la eficacia de una determinada fuente de luz. ? Intensidad luminosa Se define como la relación entre el flujo emitido por una fuente luminosa y el ángulo sólido en el que se emite. I=? /w Siendo I la Intensidad Luminosa, ? Flujo Luminoso en lúmenes ( lm ) y w el ángulo sólido en estereoradianes ( str ) . Su unidad se llama candela, se representa con cd, excepcionalmente por lm/str. ? Iluminancia Se puede definir como la relación o cociente entre el flujo luminoso emitido por una fuente y la superficie sobre la que incide. E =? /S Siendo ? el flujo luminoso existente en lúmenes (lm) y S la superficie a iluminar en m2. Por lo tanto las exigencias de Iluminancia serán siempre uno de los parámetros más significativos de la bondad o idoneidad del acondicionamiento lumínico en un determinado local. Su unidad es el lux o lm/m2 y se puede medir con un aparato electrónico llamado luxómetro, que consiste en un sensor o célula fotoeléctrica cuya variación de resistencia es consecuencia del nivel de iluminación recibido, variación que se refleja en un medidor analógico de aguja o numérico digital. ? Luminancia La unidad es la candela por metro cuadrado ( cd/m2), lo que equivale a una superficie que emite 1 candela en 1 m 2 de superficie proyectada. El aparato de medida se llama luminancímetro y no es otra cosa que un sistema de célula fotoeléctrica pero que recoge exactamente la radiación luminosa de una determinada superficie y que la plasma de forma digital o analógica. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Vistas las definiciones anteriores podemos deducir claramente la diferencia conceptual entre Luminancia e Iluminancia. La primera se refiere siempre a la radiación luminosa que emite un objeto o superficie por reflexión de la que incide sobre él, mientras la segunda se concreta en la radiación luminosa que recibe ese mismo objeto o superficie sin tener en cuenta el comportamiento de la luz sobre dicho objeto. ? Vida o duración La lámpara eléctrica como cualquier otro bien material está sometido a un envejecimiento que incide directamente en la reducción progresiva de su flujo y con él su Eficacia Luminosa. Con motivo de esta realidad surgen dos definiciones representativas de su comportamiento. Por un lado lo que la CIE (Comisión Internacional de la Iluminación) llama Vida Media, que representa el número de horas de encendido que coincide con la inutilización del 50 % de las lámparas en uso, o dicho de otro modo, la media aritmética de las horas de duración. Este concepto dado en horas, es el que normalmente exhiben los fabricantes como característica de gran importancia. Pero como existen lámparas cuyo deterioro es más paulatino que brusco, se debe propiciar otra forma de medición. En este sentido se llama Vida Útil o Vida Económica al período de tiempo de funcionamiento expresado también en horas, durante el cual el flujo de la lámpara no desciende por debajo del 70 % de su valor nominal, equiparable en ocasiones al tiempo en que la mortandad no supere el 20 %. ? Temperatura de color No se está definiendo una temperatura, sino el color que representa. Su unidad es el grado Kelvin (ºK) que equivale al Grado Centígrado más 273 unidades (ºK = ºC + 273). Sensaciones producidas por la temperatura de color de una lámpara: Color de la luz Blanco rojizo Blanco Blanco azulado Temperatura de color <3300 ºK 3300 a 5000 ºK <5000 ºK Ambiente producido Cálido Neutro Frío ? Índice de rendimiento de color El concepto de Rendimiento de Color nos define por tanto la calidad de la luz de una determinada lámpara, en cuanto a la capacidad de facilitar al ojo humano la diferenciación y reconocimiento de los colores de los objetos que ilumina. El I.R.C. se mide en porcentaje, correspondiendo el 100 % cuando la lámpara a ensayar tiene idénticas características cromáticas que la patrón o de referencia. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA USO DE LÁMPARAS EN ILUMINACIÓN EFICIENTE A continuación se realiza una descripción de los usos de cada uno de los tipos de lámparas existentes y una valoración de cada una de ellas teniendo en cuenta los tres factores más importantes a la hora de definir las prestaciones de una lámpara, es decir, eficacia luminosa, vida media e índice de rendimiento de color. El código de colores es el siguiente: Blanco: Propiedad o uso ventajoso Gris: Propiedad o uso intermedio Negro: Propiedad o uso desfavorable TIPO DE LÁMPARA Incandescente estándar Incandescente halógena Fluorescente tubular Fluorescente compacta Vapor mercurio alta presión Luz mezcla Halogenuros metálicos Vapor sodio baja presión Vapor sodio alta presión Inducción EFICACIA (lm/W) 9? 20 16? 25 40? 108 50? 87,5 36? 60 18? 28 58? 87,7 100? 203 80? 135 64? 71 TIPO DE LÁMPARA Incandescente estándar Incandescente halógena Fluorescente tubular Fluorescente compacta Vapor mercurio alta presión Luz mezcla Halogenuros metálicos Vapor sodio baja presión Vapor sodio alta presión Inducción VIDA MEDIA (horas) 1.000 2.000 10.000? 12.000 6.000? 9.000 16.000 6.000 9.000 14.000 16.000 60.000 TIPO DE LÁMPARA Incandescente estándar Incandescente halógena Fluorescente tubular Fluorescente compacta Vapor mercurio alta presión Luz mezcla Halogenuros metálicos Vapor sodio baja presión Vapor sodio alta presión Inducción I.R.C. (%) 100 100 50? 95 80 45? 55 60 65? 95 0 25? 80 80 F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA TIPO DE LÁMPARA Incandescente estándar Incandescente halógena Fluorescente tubular Fluorescente compacta Vapor mercurio alta presión Luz mezcla Halogenuros metálicos Vapor sodio baja presión Vapor sodio alta presión Inducción Incandes. Estándar Alumbrado de oficinas Alumbrado de tiendas (general) Alumbrado de tiendas (exposición) Deportes (interiores) Industrial Autopistas Calles Zonas residenciales Doméstico (seguridad) Industrial (seguridad) Deportes Alumbrado grandes áreas Túneles Alumbrado doméstico F E M E V A L (lm/W) Incandes. halógena X X Horas I.R.C Eficiencia total Mercurio alta presión Fluoresc estándar Fluoresc compacta X X X X X X X Sodio alta presión X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X Halogenuro X X X X X X X GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA VENTAJAS E INCONVENIENTES A continuación se desarrollan las ventajas e inconvenientes de cada una de las lámparas así como el uso recomendado en cuanto al tipo de instalación. Lámparas Incandescentes Ventajas Inconvenientes Uso Recomendado - Buena reproducción cromática - Reducida eficacia luminosa - Alumbrado interior - Encendido instantáneo - Corta duración - Alumbrado de acentuación - Variedad de potencias - Elevada emisión de calor - Casos especiales de muy buena reproducción cromática - Bajo coste de adquisición - Apariencia de color cálido Lámparas Incandescentes Halógenas Ventajas Inconvenientes Uso Recomendado - Buena reproducción cromática Reducida eficacia luminosa - Alumbrado de interior - Encendido instantáneo - Corta duración - Reduce decoloración (Filtro UV) - Variedad de tipos - Elevada emisión de calor - En bajo voltaje, con equipos electrónicos - Con reflector dicroico (luz fría) - Coste de adquisición Con reflector aluminio (menor Carga térmica) - Facilidad de instalación - Elevada intensidad luminosa - Apariencia de color cálida Lámparas Fluorescentes Lineales Ventajas Inconvenientes Uso Recomendado - Buena eficacia luminosa - Dificultad de control de temperatura de - Alumbrado interior color en las reposiciones - Con equipos electrónicos - Larga duración - Si no se usa equipos electrónicos puede dar problemas, retardo de estabilización, etc. Bajo consumo Aumenta la duración Menor depreciación Ausencia de interferencias y armónicos - Bajo coste de adquisición - Dificultad de lograr contrastes e iluminación de acentuación - Variedad de apariencias de color - Forma y tamaño, para algunas aplicaciones - Distribución luminosa adecuada para utilización en interiores. - Posibilidad de buena reproducción de colores - Mínima emisión de calor F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Lámparas Fluorescentes Compactas Ventajas Inconvenientes Uso Recomendado - Buena eficacia luminosa - Variaciones de flujo con la temperatura - Sustitución de lámparas incandescentes - Larga duración - Costo de adquisición medio-alto - Consumo para flujo equivalente es un 20 % y duran 10 veces más - Facilidad de aplicación en iluminación de compactas (Casquillo E-27) - Retardo en alcanzar máximo flujo (>2 minutos) - Acortamiento vida por mínimo de encendidos - Mínima emisión de calor - Variedad de tipos - Posibilidad de buena reproducción cromática Lámparas Fluorescentes con Equipos Electrónicos Ventajas Inconvenientes Uso Recomendado - Alta eficacia luminosa - Costo de adquisición medio-alto - Sustitución de lámparas incandescentes y de vapor de mercurio - Larga duración - No tiene la facilidad de instalación de las lámparas de casquillo tipo Edison - Sustitución de lámparas fluorescentes con equipos convencionales - Mínima emisión de calor - Variedad de tonos y excelente reproducción de color - Alcanza rápidamente su potencia nominal Lámparas de Vapor de Mercurio de Alta Presión Ventajas Inconvenientes Uso Recomendado - Larga duración - En ocasiones, alta radiación U.V - El alumbrado exterior e industrial - Eficacia luminosa - Flujo luminoso no instantáneo - En aplicaciones especiales con filtros U.V - Flujo luminoso unitario importante en potencias altas Depreciación del flujo importante - Lámparas de color mejorado - Variedad de potencias - Posibilidad de utilizar a doble nivel F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Lámparas de Vapor de Sodio de Alta Presión Ventajas Inconvenientes Uso Recomendado - Muy buena eficacia luminosa - Mala reproducción cromática, en versión estándar - En alumbrado exterior - Larga duración - Estabilización no instantánea - En alumbrado interior industrial - Aceptable rendimiento en color en tipos especiales - En potencias pequeñas gran sensibilidad a sobretensión - En alumbrado de túneles - Poca depreciación de flujo - Equipos especiales para reencendido en caliente - Posibilidad de reducción de flujo USO DE LUMINARIAS EN ILUMINACIÓN EFICIENTE TIPO DE LUMINARIA Regleta sencilla Regleta con cubierta de plástico opal Luminaria con reflector y lamas en V Luminaria con reflector y rejilla de retícula fina Luminaria de baja luminancia con reflectores parabólicos y rejilla de lamas Luminaria de baja luminancia con reflectores parabólicos y rejilla de lamas para lámpara de 16 mm TOTAL 95 70 65 55 RENDIMIENTO HEMISFERIO INFERIOR 60 45 65 55 70 70 80 80 Tipos de Luminarias A continuación se detallan las posibilidades existentes en la instalación de luminarias según el uso a que esté destinada la instalación de alumbrado o el tipo de lámparas que pueda incluir: ? ALUMBRADO VIARIO : ? ? ? ? ? ? CONVENCIONAL: Flujo a lo largo de la calzada. DE CATENARIA: Flujo a lo ancho de la calzada DE PROYECCIÓN: Flujo asimétrico desde gran altura. ÁREA PEATONAL: Funcionalidad y estética TÚNELES: Robustez, gran rendimiento, y poca luminancia al conductor. ALUMBRADO INDUSTRIAL: ? HASTA 6 m DE ALTURA: Luminaria para lámpara fluorescente tipo artesa. ? MÁS DE 6 m DE ALTURA: Luminarias especiales para lámparas de alta intensidad (sodio, mercurio). ? AMBIENTES POLVORIENTOS O HÚMEDOS: Luminaria tipo estanco. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ? ALUMBRADO DE OFICINAS: ? PARA FLUORESCENTES: MONTAJE EMPOTRADO O ADOSADO: ? TECHO MODULAR O NO MODULAR: DIFUSORES OPALES CONTROLADORES PRISMÁTICOS REJILLAS REFLECTORES FACETADOS REFLECTORES PARABÓLICOS ? PARA FLUORESCENTES COMPACTAS Criterios para la elección de una luminaria ? Requisitos: a) b) c) d) e) f) Asegurar la conexión eléctrica de las lámparas. Proteger las lámparas. Controlar y distribuir el flujo de las lámparas. Robustez para sus condiciones de utilización. Eficiencia. Estética agradable. ? Criterios de elección: a) Tipo de aplicación b) Materiales y condiciones de funcionamiento c) Geometría de la instalación ? TIPO DE APLICACIÓN: a) Alumbrado viario : Combinación de rendimiento elevado y buena distribución de luz. b) Alumbrado de interiores: Combinación de eficacia de lámpara y luminaria, I.R.C. y reflectancias del interior. ? MATERIALES Y CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO: ? Chapa de acero pintada o esmaltada: Lámparas fluorescentes tubulares ? Acero inoxidable : Pequeños componentes no pintados. ? Aleación de Al: Sistemas ópticos de luminarias reflectoras. Carcasas para proyectores. Luminarias viarias e industriales. ? Plásticos: Luminarias y componentes. ? Vidrio: Sodocálcico (vidrio normal). Borosilicato (vidrio duro). ? Cerámica: Luminarias expuestas a muy altas temperaturas. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ? CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO: ? ? ? ? ? Grados de protección (Cuadro 1) Grado de inflamabilidad de la superficie de montaje Normalmente inflamable Fácilmente inflamable Protección contra descargas eléctricas (Cuadro 2) 0 1 2 3 4 5 6 GRADO DE PROTECCIÓN 1er dígito 2º dígito Descripción Descripción No protegida No protegida Contra sólidos mayores de 50 mm Contra goteo de agua Contra goteo de agua inclinada Contra sólidos mayores de 12 mm hasta 15? Contra sólidos mayores de 2,5 mm Contra rociado por agua Contra sólidos mayores de 1 mm Contra salpicaduras Contra polvo Contra chorro de agua a presión Hermética al polvo Contra fuerte marejada Contra inmersión Contra inmersión invertida (Cuadro 1) CLASE DE LUMINARIA 0 I II III 2 3 4 5 6 7 8 PROTECCIÓN ELÉCTRICA Aislamiento normal, sin toma de tierra ni aislamiento de conjunto doble o reforzado Al menos un aislamiento normal de conjunto y toma de tierra. Para luminarias para conexión con cable flexible o manguera, provistas, bien sea con enchufe hembra con toma de tierra, con cable flexible inseparable o manguera con conductor de tierra y enchufe con contacto a tierra Con doble aislamiento o aislamiento reforzado de conjunto sin toma de tierra Diseño especial para conexión de circuitos de muy baja tensión, sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada (Cuadro 2) ? GEOMETRÍA DE LA INSTALACIÓN: ALUMBRADO VIARIO Unilateral Tresbolillo Oposición Suspensión central Mediana con doble brazo F E M E V A L 0 1 ALUMBRADO INTERIOR Distribución continua Distribución semicontínua Distribución asimétrica GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA REGLAS PRÁCTICAS ? Para alturas hasta 6 m, el compromiso entre calidad y eficiencia lo ofrece la fluorescencia. ? Para interiores industriales con alturas superiores a 6 m, la disposición es reticular, con luminarias de haz ancho o estrecho equipados con lámparas de alta intensidad con una potencia de hasta 400 W. EJEMPLOS PRÁCTICOS Se desarrollarán dos ejemplos de instalaciones dando las soluciones más adecuadas y los criterios para llegar a ellas. 1. Nave Industrial NAVE INDUSTRIAL DE 1.600 m2 DATOS DE PARTIDA ? ? ? ? ? Dimensiones: L=40, A=40, h=8 m Nivel iluminación (tareas bastas): 300 lux Factor de mantenimiento: 0,8 Reflectancia techo, paredes, suelo: 0,5; 0,3; 0,1 Funcionamiento horas/año: 4.000 horas SOLUCIONES PROPUESTAS: A. Luminaria industrial con lámpara de descarga A.1 V.M.C.C. 250 W A.2 V.M.C.C. 400 W A.3 V.S.A.P. 150 W A.4 V.S.A.P. 250 W A.5 V.S.A.P. 400 W B. Regleta industrial para fluorescente de 26 mm B.1 2 tubos 58 W, reflector blanco, equipo normal. B.2 2 tubos 58 W, reflector blanco, equipo electrónico. B.3 2 tubos 58 W, reflector aluminio, equipo normal. B.4 2 tubos 58 W, reflector aluminio, equipo electrónico. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ANÁLISIS DE LAS SOLUCIONES PROPUESTAS Solución A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2 B3 B4 Flujo lámpara 12.700 22.000 14.500 25.000 47.000 5.400x2 5.400x2 5.400x2 5.400x2 ? lumin 78 75 79 80 78 75 75 79 79 Eficien. lámpara 47,22 52,13 86,31 91,24 109,04 75 89,30 75 89,30 Nº lumin 64 36 49 30 16 81 81 72 72 Potencia total 17.216 15.192 8.232 8.220 6.896 11.664 9.072 10.368 8.064 Nivel lux 332 314 293 316 311 325 301 300 289 W/m2/100 lux objetivo 3,59 3,17 1,72 1,71 1,44 2,43 1,89 2,16 1,68 Valor 9 8 4 3 1 7 5 6 2 Nota: Las soluciones sombreadas son las más favorables. 2. Oficinas DATOS DE PARTIDA ? ? ? ? ? Dimensiones: L=4,2, A=3,6, h=2,7 m Nivel iluminación: 500 lux Factor de mantenimiento: 0,8 Reflectancia techo, paredes, suelo: 0,7; 0,5; 0,1 Funcionamiento horas/año: 2.720 horas SOLUCIONES PROPUESTAS: SOLUCIÓN 1 2 3 4 5 6 7 8 LUMINARIA LÁMPARA REFLECTOR Empotrada Empotrada Empotrada Empotrada Empotrada Empotrada Empot. Bajo perfil Empot. Bajo perfil 2 fluorescentes 36W/26 mm 2 fluorescentes 36W/26 mm 2 fluorescentes 36W/26 mm 2 fluorescentes 36W/26 mm 2 fluorescentes 36W/26 mm 2 fluorescentes 36W/26 mm 2 fluorescentes 36W/16 mm 2 fluorescentes 36W/16 mm Lamas blancas Lamas blancas Al mate Al mate Al brillo Al brillo Al brillo Al brillo F E M E V A L EQUIPO AUXILIAR Normal Electrónico Normal Electrónico Normal Electrónico Electrónico Electrónico GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ANÁLISIS DE SOLUCIONES PROPUESTAS Solución 1 2 3 4 5 6 7 8 Flujo lamp (lm) ? luminoso 3.450 3.200 3.450 3.200 3.450 3.200 2.900 3.500 55 55 57 57 62 62 78 78 Eficiencia Lámpara (lm/W) 75 88,88 75 88,88 75 88,88 87,88 87,5 Nº Luminari as 4 4 3 3 3 3 3 2 Potenci Nivel en Valor 2 a total lux W/m /10 Compara (W) 0 lux . 368 566 4,3 8 320 558 3,79 7 276 494 3,69 6 240 487 2,93 4 276 607 3,25 5 240 580 2,74 3 198 590 2,22 2 160 483 1,15 1 Nota: Las soluciones sombreadas son las más favorables. USO DE EQUIPOS AUXILIARES EN ILUMINACIÓN EFICIENTE BALASTOS: Limitan y estabilizan la corriente a los valores óptimos requeridos por las lámparas. ALUMBRADO Fluorescencia Descarga Halógenas B.T. MAGNÉTICO ESTANDAR 20-25% 14-20% 15-20% TIPO DE BALASTO MAGNÉTICO BAJAS PÉRDIDAS 14-16% 8-12% 10-12% ELECTRÓNICO 8-11% 6-8% 5-7% ARRANCADORES: Generan impulsos por sí mismos o en combinación con los balastos para asegurar el encendido de la lámpara. (En fluorescencia se llaman cebadores porque además precaldean los electrodos). TIPO ARRANCADOR Dependiente del balasto Independiente (Superposición) % DE PÉRDIDAS Despreciable 0,8-1,5% CONDENSADORES: Reducen el consumo de energía reactiva corrigiendo el factor de potencia del conjunto balasto-lámpara. CONDENSADOR F E M E V A L % PÉRDIDAS: 0,5-1% GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA TRAFOS ELECTRÓNICOS EN HALÓGENOS DE MUY BAJA TENSIÓN ? ? ? ? ? ? ? ? ? Son convertidores de frecuencia desde la tensión de red hasta 12V (generalmente). Ventajas sobre los trafos magnéticos: Volumen y peso reducidos. Pérdidas reducidas (60% menos). Bajo incremento de temperatura. Encendido gradual de las lámparas. Salida cortocircuitable. Inconvenientes respecto a trafos magnéticos: No admiten valores superiores a 50-60? C de temperatura ambiente. PÉRDIDAS TOTALES EN EQUIPOS AUXILIARES Las pérdidas que se pueden tener oscilan entre los siguientes márgenes: 6,3-27,5% CRITERIOS BÁSICOS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ? Compensación capacitiva correcta (0,9 ó más) del factor de potencia. ? Adecuar el balasto a la tensión de red para evitar consumos y calentamientos innecesarios. ? Evitar tensiones mantenidas en la línea que estén fuera de las indicadas por el fabricante. ? Evitar sobrecargas en el trafo de alimentación de alumbrado porque generaría 3º y 5º armónico que provocarían calentamientos en la instalación. ? Reemplazar lámparas agotadas o rotas, ya que el arrancador sigue dando impulsos. ? Los balastos electrónicos deben tener circuito corrector de factor de potencia (PFC). ? En equipos de ahorro de energía con varios niveles de potencia, elegir la duración de cada nivel adecuadamente. ? Utilización de reguladores-estabilizadores en cabecera de línea que suministran tensión estabilizada y ahorran energía. ? Si hay cebadores electrónicos para fluorescencia, deben incorporar función de desactivación automática si la lámpara no enciende por agotamiento, evitando calentamiento del balasto y parpadeos molestos. CRITERIOS DE ELECCIÓN DE EQUIPOS EQUIPO ELÉCTRICO AUXILIAR Balasto electromagnético Estándar (fluorescencia) Balasto electromagnético bajas pérdidas (fluorescencia) Balasto electromagnético arranque rápido (fluoresc.) Balasto electrónico altas prestaciones (fluoresc.) Balasto electromagnético choque estándar (descarga) Balasto electromagnético autorregulador (descarga) Balasto electrónico (descarga) Transformador magnético (halógenas B.T.) Transformador electrónico (halógenasB.T.) F E M E V A L EFICIENCIA ENERGÉTICA ESTABILIDAD DE POTENCIA OCUPACIÓN DE VOLÚMENES PRECIO BAJA BAJA MEDIA BAJO MEDIA MEDIA MEDIA MEDIO BAJA ALTA MEDIA ALTA ALTA MEDIA MEDIO ALTO MEDIA BAJA MEDIA BAJO BAJA ALTA BAJA MEDIA ALTA VARIABLE BAJA VARIABLE ALTA MEDIA ALTA BAJA ALTO ALTO BAJO ALTO GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EJEMPLO PRÁCTICO Actuación exclusiva sobre los equipos eléctricos auxiliares: DATOS DE PARTIDA: ? Tipo de alumbrado: INTERIOR ? Tipo de dependencias: OFICINAS ? Equipos existentes: 500 PANTALLAS CON 2 TUBOS FLUORESCENTES DE 58W CADA UNO ? Equipo auxiliar actual: BALASTO ELECTROMAGNÉTICO ESTÁNDAR, CEBADOR, 5865W/220V CON FACTOR DE POTENCIA CORREGIDO ? Tensión media de red: 225V SOLUCIÓN PROPUESTA: BALASTOS ELECTRÓNICOS DOBLES CON CONTROLADOR DE FACTOR DE POTENCIA ANÁLISIS DE LA SOLUCIÓN PROPUESTA: ? Estabilidad de potencia frente a variaciones en la tensión de la línea ? Factor de potencia corregido ? Bajo contenido en armónicos VARIACIÓN DE PARÁMETROS, CON LA TENSIÓN DE RED, EN UN BALASTO ELECTRÓNICO DE 2x58W DOTADO DE P.F.C. Tensión de V 200 205 210 215 220 225 230 235 240 línea Consumo de potencia W 109,4 109,5 109,7 109,9 110 110,3 110,6 110,8 111 Factor de Cap 0,99 0,99 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98 0,97 potencia Distorsión armónica en % 11 11,2 11,5 12 12,5 12,7 13 13,5 14 corriente Instalación existente 2 lámparas+2 balastos electromagnéticos 1 condensador ? F 143,7 Potencia por luminaria Potencia total Ahorro de potencia Ahorro diario de energía (12 horas) Ahorro económico al día F E M E V A L 71.850 Consumo W 143 Instalación propuesta 2 lámparas + 1 balasto electrónico Consumo W 110,3 0,7 110,3 55.150 16.700 W 200,4 kWh 2.605,2 pts GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA USO DE EQUIPOS DE REGULACIÓN Y CONTROL EN ILUMINACIÓN EFICIENTE EQUIPOS DE CONTROL Y REGULACIÓN ? ? ? Proporcionan la posibilidad de variar a voluntad el nivel de iluminación ? MAYOR EFICIENCIA. Los principales lugares de utilización de estos sistemas son: ? Vías urbanas ? Salas de congresos y conferencias ? Aulas y locales de enseñanza ? Teatros y cines ? Tiendas y grandes almacenes ? Salas de control ? Hospitales Clasificación según tipo de regulación: Todo-nada POR ESCALONES Varios niveles Manual MODO CONTÍNUO Células fotoeléctricas Detectores de presencia Otros detectores Variación de impedancia Variación de tensión Regulación electrónica Otros tipos Variación de ángulo de fase Variación de frecuencia Otros tipos Auto-regulación REGULACIÓN ESCALONADA: ? Todo-nada Detectores de presencia Detectores crepusculares Células detectoras de fibra óptica ? Dos niveles: Modificación de la inductancia de un balasto serie En VSAP y VM se puede reducir el consumo un 40% al reducir la iluminancia un 45%. ? Dos niveles con rampa de adaptación (equipos electrónicos). REGULACIÓN CONTÍNUA: ? ? ? ? Utilización para iluminación interior tanto fluorescencia como incandescencia. Regulación sin transiciones bruscas ni parpadeos. Encendido asegurado aún con niveles mínimos de iluminancia. Amplitud en los márgenes de regulación. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES DE ALUMBRADO OPERACIONES DE MANTENIMIENTO. Para evitar que la acción del paso del tiempo llegue a afectar al funcionamiento correcto de las instalaciones hasta hacerlas antieconómicas en su explotación, están definidas con carácter general, una serie de operaciones, pautas o procedimientos, que serán de aplicación en la mayoría de los casos; no deben olvidarse, sin embargo, posibles peculiaridades de cada obra, que puedan requerir actuaciones diferenciadas. Las operaciones de mantenimiento deben sistematizarse con una periodicidad previamente establecida según el tipo de instalación y los medios disponibles, y han de requerir el menor tiempo posible de actuación. La frecuencia de aplicación de las pautas de mantenimiento estará muy condicionada también por la agresividad del medio (temperaturas extremas, humedad, polución, etc.) y la accesibilidad de los distintos elementos. Será factible reducir tiempos de actuación, si en lugar de tratar de reparar las averías en el mismo lugar de la obra, se tiende a la sustitución del bloque funcional dañado, que podrá ser, posteriormente, objeto de una más adecuada y segura reparación en el taller. Las operaciones de mantenimiento también han de hacerse de forma sistemática, con un orden establecido fijo, para que los cambios de personal no condicionen la calidad y rapidez de los trabajos. REVISIONES PERIÓDICAS PARA EL MANTENIMIENTO ELÉCTRICO EN LA INSTALACIÓN. Mediante revisiones periódicas, es recomendable hacer una inspección en cada punto de luz, comprobando: - Aspecto de los cablecillos internos que interconectan los diversos componentes del equipo en el interior de las luminarias; cambiando aquellos que presenten algún deterioro. - Apriete de tornillos y estado de regletas y portalámparas. - Aspecto de los elementos que componen el equipo auxiliar (por lo general, balasto, arrancador/cebador y condensador); efectuando medidas con los aparatos adecuados cuando se tengan dudas razonables sobre su estado. - Estado de limpieza de los habitáculos; eliminando depósitos de suciedad acumulada, insectos, etc. - Aislamiento correcto de la instalación y sus equipos. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA MANTENIMIENTO EN LOS CUADROS DE MANDO. Se debe hacer comprobaciones sobre: - Interruptores horarios; verificando si las programaciones seleccionadas son correctas. - Elementos de protección, contactores y contadores; analizando su estado mediante medidas eléctricas, cuando sea necesario. - Limpieza interior en los armarios; eliminando depósitos de suciedad acumulada, insectos, etc.. Es interesante realizar periódicamente lecturas en los contadores, a fin de verificar la lógica secuencia en los consumos, que sin duda será un dato orientativo sobre el correcto funcionamiento de la instalación. Con menor frecuencia, es aconsejable verificar también los siguientes parámetros eléctricos: - Aislamiento/rigidez dieléctrica. - Resistencia de puesta a tierra. - Tensiones y corrientes. - Equilibrios de consumo entre fases. - Factor de potencia. Es interesante elaborar un registro de tensiones de suministro en el punto de acometida, para así tener una idea del alcance de su variación, al ser éste un factor de mucha influencia en el comportamiento y duración de los elementos de la instalación. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA CLIMATIZACIÓN EFICIENTE F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA INTRODUCCIÓN En todas las empresas existe un conjunto de elementos y equipos necesarios para crear unas condiciones de humedad y temperatura agradables en el interior del local. A este conjunto se le conoce como instalación de climatización. Es conveniente que preste la debida atención a su instalación de climatización, no solo por la importancia que tiene desde el punto de vista del confort, sino por su elevado consumo de energía, que puede alcanzar hasta un 50 por 100 del total del local. Piense que reducir el consumo de energía en climatización no significa disminuir el confort. Significa sacar mayor rendimiento a su consumo. Frecuentemente, las temperaturas en un local son demasiado altas o bajas, a causa de una climatización excesiva, dando lugar a condiciones ambientales molestas, con un despilfarro adicional de energía. Es conveniente que fije unas temperaturas que sean suficientes para crear un ambiente de confort, pero sin que sean exageradas. Una temperatura de 20?C en invierno es más que suficiente. Puede admitir valores mayores si para ello no necesita gastar ningún tipo de energía de las llamadas convencionales (electricidad, combustibles, etc.). Tenga presente que las personas entrarán con las prendas de abrigo puestas y muy probablemente habrá que conectar la refrigeración cuando la afluencia de público sea grande. En esta situación, es muy aconsejable disponer del llamado sistema de enfriamiento gratuito (free cooling), que posteriormente se explicará. En verano, como temperatura adecuada puede considerarse 25?C y no permitir temperaturas inferiores si ello supone algún gasto de energía. La humedad relativa debe oscilar entre valores del 30 y 65 por 100. Siempre que se encuentre en este margen no debe gastar energía en recalentar o enfriar el aire. También es conveniente detener el funcionamiento de la instalación de climatización, a excepción del aire para ventilación, antes de terminar la jornada y durante la misma, con tal que las temperaturas no suban o bajen más de 2?C. En este sentido, y su instalación es de gran potencia, puede ser interesante estudiar la posibilidad de instalar un mini-ordenador que controle el funcionamiento y realice automáticamente las paradas convenientes. Independientemente de la potencia de su instalación de climatización, debe pararla totalmente fuera de las horas de trabajo y durante los días festivos. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA BOMBA DE CALOR ¿QUÉ ES LA BOMBA DE CALOR? Una Bomba de Calor es una máquina termodinámica destinada a calentar un local a partir de una fuente de calor externa cuya temperatura es inferior a la del local a calentar. Puede tener lugar una inversión del ciclo, y su efecto útil pasa de ser la producción de calor a la de frío (Bombas de Calor Reversibles). El medio de donde se extrae el calor se denomina “fuente fría”, y al medio al que se transfiere el calor se llama “fuente caliente”. En función del fluido utilizado en la fuente fría y en la fuente caliente, las Bombas de Calor más empleadas son las de: AIRE-AIRE AIRE-AGUA AGUA-AIRE AGUA-AGUA Las condiciones habituales de trabajo para los distintos tipos de fluido son: AIRE AGUA - FUENTE FRÍA 6º a 35º Entre 10º y 20º Ventajas de utilizar AIRE o AGUA FUENTE FRÍA ? Buena relación potencial/caudal. ? Menor inversión por kW instalado. ? Se puede instalar en interiores AGUA ? Bajo nivel sonoro. AIRE FUENTE CALIENTE 20º a 40º 40º a 55º ? ? ? Fuente fría inagotable. Suministro gratuito. No exige materiales especiales. FUENTE CALIENTE ? Buena relación potencial/caudal ? Fácil traspaso de energía ? Relación tamaño/potencia muy buena, permitiendo la construcción hasta potencias instaladas. ? Permite la diversificación de consumos por zonas. ? Gran sencillez de instalación. ? Capacidad elevada. ? Costo de explotación mínimo. ¿DÓNDE PUEDE APLICARSE LA BOMBA DE CALOR? ? SECTOR DOMÉSTICO Y COMERCIAL ? Sistemas de calefacción en viviendas ? Sistemas de recuperación de calor ? Climatización con equipos bombas de calor (frío-calor) F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ? SECTOR INDUSTRIAL ? ? ? ? ? ? ? ? Recuperación del calor de condensación en instalaciones frigoríficas. Recuperación del calor en fluidos residuales. Montaje en serie de unidades recuperadoras. Procesos de secado (madera, cuero, etc.) Curado y maduración de quesos, embutidos, . . . Aplicación a los sistemas de destilación fraccionada. Secado de la malta de cerveza. Etc. EJEMPLO DE APLICACIÓN DE LA BOMBA DE CALOR A PYMES Viabilidad de la instalación de una bomba de calor para sustituir una energía generada con un combustible tradicional. Supongamos que la industria precisa de agua caliente a 40ºC para su proceso productivo, y que actualmente la está obteniendo mediante gasóleo. A su vez, se dispone de agua a 19ºC. DATOS : Caudal de agua a 40ºC necesario = 23 m3/h Precio de la energía eléctrica = 13 pts/kW.h Precio de la energía eléctrica obtenida con gasóleo = 4,50 pts/kW.h ? ? ? ? ? ? Horas de funcionamiento del equipo = 3000 h/año Potencia a sustituir = 562 kW Energía a sustituir durante el año = 1.685.187 kW.h Coeficiente de funcionamiento de la bomba de calor (COP)=4,3 Precio kW obtenido por bomba de calor = 3,51 pts/kW.h Ahorro anual en la producción de calor = 1.669.140 pts/año ? .Si el efecto de enfriar el agua fría fuera aprovechable para el proceso: ? Potencia eléctrica del compresor de la bomba de calor = 130,7 kW ? Durante un año en la producción de frío se ahorra = ? Total ahorro bomba de calor reversible (frío-calor) = 5.097.209 pts/año 6.766.349 pts/año EJEMPLO DE APLICACIÓN DE LA BOMBA DE CALOR A PEQUEÑO COMERCIO Viabilidad de la instalación de una bomba de calor reversible (frío-calor) de conductos tipo SPLIT, frente a la instalación de un sistema de aire acondicionado para el verano y una calefacción con radiadores para el invierno, en un local de 80 m2 de superficie y un volumen de 208 m3. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA DATOS DEL LOCAL: ? ? ? ? Carga térmica calorífica del local = 3,8 kW Carga térmica frigorífica del local = 7,8 kW Precio de la energía eléctrica = 13 pts/kW.h Horas funcionamiento de los equipos: 2.000 h. tanto en verano como en invierno DATOS BOMBA DE CALOR (FRÍO-VERANO) Y EQUIPO DE AIRE ACONDICIONADO A INSTALAR: ? Coeficiente de funcionamiento (COP) = 2,8 ? Precio kW.h para bomba de calor y sist. Aire acond. = 5,4 pts/kW.h ? Consumo eléctrico para funcionamiento en frío = 2,96 kW.h ? Consumo eléctrico para funcionamiento en calor = 2,59 kW Instalación de aire acondicionado y calefacción con radiadores: ? Consumo de energía eléctrica en invierno = 7600 kW.h/año ? Consumo de energía eléctrica en verano = 5.920 kW.h/año ? ? Coste de la energía eléctrica consumida durante el año = 130.768 pts/año Instalación de aire acondicionado y calefacción con Bomba de Calor: ? Consumo de energía eléctrica en invierno = 5.180 kW.h ? Consumo de energía eléctrica en verano = 5.920 kW.h ? ? Coste de la energía eléctrica consumida durante el año = 59.940 pts/año ? AHORRO TOTAL AL PONER EN LA INSTALACIÓN BOMBA DE CALOR 130.768 – 59.940 = 70.828 pts/año CONSEJOS DE INSTALACIÓN, USO Y MANTENIMIENTO ¿Cómo escoger el sistema más conveniente? ? SISTEMA SPLIT Es un sistema recomendado cuando: ? ? ? ? ? ? ? Se busca un sistema de instalación fácil. Se quiere que los costes sean bajos. Que la instalación no ocupe espacio útil en el local. Las temperaturas puedan ser homogéneas. No existen problemas en utilizar espacio disponible en el cielo raso. Se requiera una sola toma de desagüe. Se precise una fácil y rápida puesta a punto. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ? SISTEMA MULTI-SPLIT Es un sistema recomendado cuando: ? Se necesita utilizar distintos tipos de unidades interiores. ? Se busca el máximo ahorro de energía. ? No se requieran obras complejas en edificios ya construidos. ? Se desee independizar los distintos ambientes con distintas temperaturas con control independiente. ? SISTEMA BOMBA DE CALOR CON FAN COILS Es un sistema recomendado cuando: ? Se busca un sistema de instalación fácil. ? Se requiere que la instalación no ocupe espacio útil en el local. ? Se precisa una fácil y rápida puesta a punto. ? Es preciso utilizar distintos tipos de unidades interiores. ? Se desee independizar los distintos ambientes con distintas temperaturas con control independiente. ? Cuando se prevean posibles modificaciones de la instalación, ampliando, reduciendo o cambiando la ubicación de las unidades interiores. ¿Cuáles son las mejores condiciones de uso de la Bomba de Calor? ? La fuente de calor recuperable (aire, agua) debe estar a una temperatura tal que pueda elevarse económicamente a las temperaturas de suministro requeridas. ? Una bomba de calor debe funcionar el mayor número de horas posible (régimen continuo). ? Siempre que sea posible se buscarán aplicaciones en las cuales una carga de refrigeración y otra de calefacción aparecen juntas (bombas de calor reversibles) para obtener un beneficio en ambos lados del sistema. ? Un sistema de climatización invierno-verano por bomba de calor sólo supone, aproximadamente, un 20% de incremento, frente a la inversión necesaria para un acondicionador convencional exclusivamente para el verano. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ACUMULACIÓN ¿QUÉ ES UN ACUMULADOR TERMOACUMULADOR? ELÉCTRICO DE CALOR O Los acumuladores se diseñan para beneficiarse de las ventajas económicas de la tarifa eléctrica nocturna con la que se obtiene un descuento del 54% sobre la energía consumida durante la noche. Un acumulador es un aparato eléctrico que acumula calor por la noche (8h aprox.) y lo cede durante el día de un modo progresivo ( 16h aprox.). Se basan en una resistencia eléctrica que durante la noche cede calor a un material refractario que lo acumula. Todo el conjunto se rodea con materiales aislantes para que el calor no se pierda y se pueda ceder de una manera regulable y controlada para mantener una temperatura constante durante el periodo de descarga a lo largo del día. Los dos tipos de acumuladores de calor que existen son: ? Estáticos ? Dinámicos Se diferencian en la forma de ceder el calor acumulado, siendo en los estáticos a través de su superficie interna y por convección natural, y en los dinámicos se fuerza una corriente de aire a través de su interior mediante una turbina de aire. Acumulador estático Material aislante 15-20 cm 55-100 cm Salida de aire caliente Material refractario 70 cm Resistencia eléctrica Entrada de aire frío La potencia de los equipos varía de los estáticos a los dinámicos, así como según el uso al que se destinen. Dentro de los estáticos, las potencias más usuales son: 1.5, 2.5 Y 3.4 kW. Para los dinámicos, las potencias más usuales recorren el intervalo de 2 a 6 kW. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA 100% carga Sin ventilación 40 % carga remanente Ventilación baja Ventilación alta 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Nº horas de carga En esta gráfica orientativa se muestra que en los Acumuladores estáticos puede quedar hasta un 40 % de su carga sin distribuir. Mediante las turbinas de aire de los dinámicos, se puede distribuir el calor remanente para un uso total de la energía almacenada. Esto reporta ventajas y desventajas. Por un lado si no se produce una descarga completa, el tiempo de recarga es menor al igual que la energía consumida. En cambio, a veces en lugares como dependencias públicas donde no se consigue un buen aislamiento por el continuo paso de gente y el calor es necesario en unas horas determinadas, es preferible un acumulador dinámico que ceda todo el calor en esas horas. En el caso de un termoacumulador de agua cliente, lo que se acumula es agua que se calienta mediante resistencias eléctricas y se mantiene caliente gracias a los aislantes en las paredes del equipo, para su uso durante el día. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Paredes aislantes Resistencia electrica Entrada de agua fria Salida agua caliente Valvula termostática Hay dos tipos de termoacumuladores, según su posición de instalación, que puede ser vertical y horizontal. En ambos casos se puede optar por instalación mural, suelo o techo. Disponen de un termostato que permite regular la temperatura interior del agua (10º-65º C aprox.) Además se puede instalar opcionalmente una válvula termostática que actúa de by-pass entre la entrada de agua fría y la salida de caliente, con el fin de tener siempre una temperatura de salida constante. Las capacidades oscilan aproximadamente entre los 30 y 200 l. ¿Por qué el empleo de la acumulación? La principal ventaja radica en el descuento por tarifa nocturna en el consumo realizado por la noche de los equipos eléctricos. Esta tarifa además se puede aprovechar para el uso de otros aparatos eléctricos conectándolos durante la noche con el consiguiente ahorro para el usuario. Permiten regular independientemente el calor de descarga en cada equipo. Con un buen cálculo y dimensionamiento de la instalación se consigue mantener el confort deseado a lo largo del día con variaciones de temperatura de 2º aprox. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Mediante centralitas de regulación de carga se puede regular el grado de carga optimo en función de la temperatura nocturna, optimizando el consumo y evitando cargas superfluas de los equipos. Además, se puede complementar la instalación con cuadros electrónicos de control, que permiten un control total remoto de los acumuladores instalados. No son necesarios equipos auxiliares; a lo sumo, y si se desea como opción, centralitas de carga que se colocan en el cuadro general de mando, y cuadros electrónicos de control de reducido tamaño (10*15 cm) y a instalar donde desee el cliente. ¿DÓNDE PUEDEN APLICARSE LOS ACUMULADORES DE CALOR? La principal aplicación de la acumulación es la calefacción de edificios. Así pondremos acumuladores de calor en: - Oficinas, despachos, salas de reuniones Naves industriales Áreas comerciales Talleres Pequeño comercio También podemos pensar en el empleo de los termoacumuladores como sistema de calefacción o como suministro de agua caliente para oficinas, fábricas, talleres, etc. Además con ciertos procesos industriales en los que se necesite agua caliente, podría resultar muy útil y económico el empleo del termoacumulador con la tarifa nocturna. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EJEMPLO DE APLICACIÓN Vivienda media de 3 dormitorios y 100 m2 Temperatura exterior invierno: 2º C. Temperatura interior invierno: 20º C. Carga calorífica: 3.460 kCal/h=4.030 W Precio del kWh: 13 ptas. Si empleamos convectores o cualquier otro aparato eléctrico distinto de acumuladores como calefacción, el coste sería: Suponiendo un uso de 8 h/día 4,03 kW *8 h/día* 13 ptas./kWh = 416 ptas./día 416 ptas./día * 30 días/mes = 12840 ptas./mes Ahora bien, una instalación equivalente que podría estar compuesta por: 1 Acumulador de 3 kW para el salon-comedor 1 Acumulador de 1,5 kW para el dormitorio principal. 1 Acumulador de 1,25 kW en cada dormitorio. 1 Acumulador de 1 kW en cocina o cuarto de baño. Con esta configuración, la potencia total de la instalación de calefacción es de 8 kW. El periodo de carga es de 8 h con lo que la energía consumida es de: 8 kW * 8 h= 64 kW h. Que suponiendo un coste de 13 ptas./kWh: 64 kWh /día * 13 ptas./kWh = 832 ptas./día Como además el descuento por tarifa nocturna es del 55%, el coste es de: 832 ptas./día * (1-0.55) = 375 ptas./día 375 ptas. día * 30 días = 11250 Vemos que mediante la acumulación no sólo resulta más económica la calefacción, sino que además, nos permite disfrutar de la calefacción las 24 horas del día, mientras que, con un sistema de calefacción directa, para un coste similar tan solo la debemos emplear 8 horas al día. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA CONSEJOS DE INSTALACIÓN, USO Y MANTENIMIENTO nulo. Los equipos de acumulación tienen una sencilla instalación y un mantenimiento prácticamente A la hora de elegir el tipo de acumulador se deberá tener en cuenta que: - para una temperatura constante con pocas variaciones, se puede optar por acumuladores estáticos - para dependencias con variaciones en las condiciones de temperatura y aislamiento es preferible la instalación de equipos dinámicos que permiten una mayor rapidez en la regulación gracias a la turbina de aire que incorporan. El usuario deberá tener contratada la tarifa nocturna, con el fin de aprovechar las ventajas del coste de esta tarifa más aún con este tipo de instalaciones donde el consumo de energía eléctrica se produce por la noche y por el día ceden el calor acumulado sin consumir electricidad. En cuanto a la regulación de la carga y descarga de los acumuladores, cabe destacar primeramente que ésta puede ser manual o automática: Acumuladores estáticos: - Regulador de carga manual, que en temporadas de menos frío (otoño y primavera) permiten disminuir la carga a ½ o 2/3 de la máxima. Es muy sencillo y lo que hace es cortar la corriente eléctrica cuando la temperatura del núcleo alcanza el valor seleccionado. Esta sencillez lo convierte en un equipo más barato que uno automático. - La descarga se regula mediante un termostato que mide la temperatura del local y controla una compuerta que permite una mayor o menor salida del aire caliente dependiendo de dicha temperatura. Durante el periodo de carga esta compuerta está totalmente cerrada. Acumuladores dinámicos: - emplean generalmente regulación automática de la carga. Este mecanismo hace que el acumulador esté cargado durante periodos más o menos largos, según una serie de factores como la temperatura exterior. - La descarga al igual que en los estáticos es regulada por un termostato que actúa en este caso sobre el ventilador del acumulador. En lo referente a los termoacumuladores hay que destacar que para su selección se deben tener en cuenta los siguientes factores: - Las necesidades diarias de agua El espacio disponible para su instalación. La proximidad o lejanía que existe entre los diversos puntos de consumo. La tarifa eléctrica a utilizar. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA SUELO RADIANTE ¿QUÉ ES EL SUELO RADIANTE? El Suelo Radiante es un sistema de calefacción que irradia calor de abajo a arriba. Su principal aplicación es la calefacción debido a sus numerosas ventajas. La calefacción por suelo radiante aporta el máximo de confort y bienestar ya que distribuye las temperaturas del local calefactado de la manera más parecida a la ideal (temperaturas crecientes de abajo a arriba). La zona de confort llega hasta una altura de 2,5 m, que es el espacio que normalmente habitamos, independientemente de la altura del local. Pero además posee otras ventajas que hacen del suelo radiante un sistema que en la actualidad se está empleando en todo tipo de edificios como iglesias, universidades, naves industriales, complejos deportivos, recintos feriales, residencias, palacios, granjas, invernaderos, etc. Estas ventajas son su gran ahorro energético y su disponibilidad ambiental y limpieza. Efectivamente este sistema es muy económico pues necesita para ser efectivo valores de temperatura del agua más bajos que otros sistemas de calefacción. Puede, por lo tanto, emplear fuentes de calor del tipo bomba de calor, termoacumuladores, calderas de baja temperatura, paneles solares, etc. Según ensayos realizados en distintos laboratorios de Alemania si se reduce en un grado la temperatura ambiente, se puede conseguir un ahorro energético entre un 6% y un 7%. Por otro lado, se ha comprobado que una calefacción por suelo radiante consigue la sensación de bienestar a temperaturas de casi 3 grados menos que un sistema convencional De este modo, se puede concluir que suponiendo un ahorro por grado del 6%, un sistema por suelo radiante puede significar ahorros del 18%. En cuanto a su disponibilidad ambiental y limpieza hay que destacar que un sistema que “no se ve”. Esto implica que no ocupa espacio útil como ocurre con los sistemas que emplean radiadores. Además al ir colocado por el suelo puede ocupar toda la superficie del local siendo esto muy útil para climatizar grandes áreas o para procesos industriales. El suelo radiante es un sistema muy limpio debido a que no provoca corrientes de aire, que arrastrarían polvo provocando el rápido ensuciamiento de paredes, cortinas u otros elementos que hubiese en el local calefactado. Para alérgicos es fundamental que no haya movimiento de aire, pues arrastraría los posibles alérgenos que hubiese en el ambiente. Consigue además que no puedan reproducirse microbios o alérgenos (hongos y ácaros) en el suelo, ya que eliminan la humedad en él. ¿DÓNDE PUEDE APLICARSE EL SUELO RADIANTE? Como ya se ha dicho anteriormente son numerosísimas las posibles ubicaciones de un suelo radiante: iglesias, universidades, naves industriales, complejos deportivos, recintos feriales, residencias, palacios, granjas, invernaderos, etc. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Su utilidad mayormente extendida es la de la climatización de locales como los arriba mencionados, por las ventajas antes comentadas de confort, ahorro, disponibilidad espacial y limpieza. Sin embargo, el sistema de calefacción por suelo radiante puede ser también aprovechado en procesos industriales como por ejemplo en el secado, ya que se puede hacer uso de una gran superficie sobre la que vayan los elementos a seca, además de disponer de una temperatura uniforme y muy controlada. CONSEJOS DE INSTALACIÓN, USO Y MANTENIMIENTO Al instalar un sistema de calefacción por suelo radiante, se debe tener en cuenta la disponibilidad a medio y largo plazo de la fuente de energía, así como su posible encarecimiento. Por ser un sistema que emplea baja temperatura son de utilización cada vez mayor las energías de tipo solar, gas natural, electricidad o incluso gasoil para bombas de calor y calderas a baja temperatura. De lo anterior, es muy importante destacar que una fuente de calor puede ser cambiada posteriormente con relativa facilidad, pero por el contrario un sistema de distribución de calor no. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA MOTORES ELÉCTRICOS REGULACIÓN DE VELOCIDAD F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA INTRODUCCIÓN Cuando se comenzaron a emplear motores eléctricos en la industria, la única manera de regular su velocidad era mediante el empleo de motores de corriente continua. Este sistema de regulación es de una tecnología muy sencilla pero costosa, desde el punto de vista de los motores requeridos a tal fin. La principal ventaja de este tipo de motores era el par disponible en el arranque, pero suponen un elevado tamaño y peso y sobre todo, elevados costes de mantenimiento. Aún así, hasta hace relativamente poco tiempo, por razones principalmente tecnológicas, la regulación de velocidad en corriente continua ha sido la única opción para máquinas del tipo máquina herramienta o puentes grúa. Hoy día, gracias a los avances de la electrónica y electrónica de potencia, se consigue una regulación completa de motores de corriente alterna e incluso con un mayor control que en la corriente continua. Todo gracias a los avances en electrónica y electrónica de potencia con lo que se controlan todos los parámetros de funcionamiento de un motor de alterna, lo que se llama Regulación Electrónica de Velocidad. Desde aquí, al referirnos a motores eléctricos, hablaremos de motores de corriente alterna salvo que se aclare explícitamente. MOTORES ELÉCTRICOS DE ALTO RENDIMIENTO En caso de motores utilizados durante bastante tiempo, el ahorro de energía obtenido con uno de estos motores supera el sobrecoste de adquisición. Como ejemplo, un motor de 11 kW de potencia funcionando 2.000 horas al año durante 10 años, consume electricidad por un valor superior a 14 veces su coste de adquisición. ¿EN QUÉ CASOS ES ACONSEJABLE LA INSTALACIÓN DE MOTORES ELÉCTRICOS DE ALTO RENDIMIENTO? La instalación de motores de alto rendimiento es aconsejable en máquinas con muchas horas de funcionamiento al año y para potencias de hasta 15 kW. Existen en el mercado motores de rendimiento mejorado con un rendimiento superior a los motores standard pero inferior a los motores de alto rendimiento. Su instalación puede ser aconsejable para potencias de hasta 3 kW. ¿QUÉ ES LA REGULACIÓN DE VELOCIDAD? Debido a las variaciones en las necesidades de producción o uso en todo tipo de instalaciones, (industriales o no), que funcionan a base de motores eléctricos, no siempre es necesario que éstos trabajen al máximo de su velocidad y magnitudes eléctricas nominales. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Por el contrario, adaptando la velocidad del motor eléctrico en cada momento a las necesidades, se puede conseguir una disminución en la potencia consumida por dicho motor. Los reguladores electrónicos de velocidad están formados por circuitos electrónicos de potencia que transforman la energía eléctrica de frecuencia industrial en energía eléctrica de frecuencia y tensión variables. Existen dos tecnologías dentro de los reguladores de velocidad: ? Circuitos con transistores de potencia (PWM). Es la tecnología más usada y se utiliza preferentemente para potencias menores de 100kW. ? Circuitos con tiristores (CSI). Se utilizan preferentemente para potencias mayores de 200kW. Los reguladores de velocidad pueden ser manejados por ordenador, PLC, señales digitales o de forma manual. Los beneficios aportados por los reguladores de velocidad son: ? Técnicos: ? Disponibilidad de una amplia gama de velocidades para responder a todas las demandas del proceso sin recurrir a medios mecánicos (válvulas de estrangulamiento, persianas, by–pass, etc.). ? Reducción de los problemas de reparación y mantenimiento de los equipos al poder utilizar motores de corriente alterna (más sencillos y robustos que los de corriente continua utilizados hasta ahora). ? Suavización de los procesos de arranque y parada de las máquinas provocando menores picos de intensidad en los arranques y eliminando los golpes de ariete en las paradas. ? Económicos: ? Ahorro de energía producido al elevar el rendimiento del motor. ? Menor inversión en el motor de corriente alterna frente al de corriente continua. ? Reducción de costes de mantenimiento e instalación, tanto en costes directos como debido a la detención del proceso de producción. ? Mejora en el factor de potencia debido a la presencia de rectificadores que se comportan como baterías de condensadores. ? Medioambientales: ? Disminución del nivel de ruido generado por los motores. ? Reducción de las emisiones de las centrales generadoras de energía eléctrica al ser menor la energía demandada. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ¿DÓNDE PUEDE APLICARSE LA REGULACIÓN DE VELOCIDAD? Los reguladores de velocidad pueden aplicarse a los siguientes tipos de mecanismos (tanto para motores de corriente alterna como de corriente continua): Mecanismos con carga de par cuadrático: BOMBAS CENTRÍFUGAS, VENTILADORES, COMPRESORES Y SOPLANTES CENTRÍFUGOS. ? El par de carga es proporcional al cuadrado de la velocidad y la potencia eléctrica demandada lo es al cubo de la velocidad. En estos mecanismos el AHORRO ES MÁXIMO. Mecanismos con carga de par lineal: MÁQUINAS DE TRATAMIENTO DE PAPEL Y MÁQUINAS DE PULIR. ? El par de carga es proporcional a la velocidad y la potencia eléctrica demandada lo es al cuadrado de la velocidad. Mecanismos con carga de par constante: ASCENSORES, PUENTES – GRÚA, CINTAS TRANSPORTADORAS, LAMINADORAS. ? El par de carga es independiente de la velocidad y la potencia eléctrica demandada es proporcional a la velocidad. Mecanismos con carga de potencia constante: MÁQUINAS HERRAMIENTA CON AVANCE CONSTANTE (TORNOS, MÁQUINAS BOBINADORAS, FRESADORAS...). ? El par de carga es inversamente proporcional a la velocidad y la potencia eléctrica demandada es independiente de la velocidad. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EJEMPLOS PRÁCTICOS Regulación de velocidad en BOMBAS Datos de partida: Potencia del motor: Rendimiento nominal de la bomba: Rendimiento nominal del motor: Caudal nominal de la bomba: Régimen de trabajo de la bomba: % FLUJO 60 70 80 90 100 Precio kWh: Rendimiento regulador electrónico: 90 kW 82% 93% 1000 m3/h Horas/año 720 1872 2016 2016 576 13 pts 98% SOLUCIÓN PROPUESTA: Regulación electrónica de velocidad. ENERGÍA DEMANDADA EREG = 326.203 kWh COSTE ENERGÉTICO CREG = 4.240.639 pts SOLUCIONES ALTERNATIVAS: 1) Regulación con válvula de estrangulamiento: ENERGÍA DEMANDADA EVAL = 452.640 kWh COSTE ENERGÉTICO CVAL = 5,884.320 pts Ahorro energético del regulador 126.437 kWh Ahorro económico del regulador 1.643.681 pts 2) Regulación con by–pass. ENERGÍA DEMANDADA EBY = 544.256 kWh COSTE ENERGÉTICO CBY = 7.075.328 pts Ahorro energético del regulador 218.053 kWh Ahorro económico del regulador---2.834.691 pts F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Regulación de velocidad en VENTILADORES Datos de partida: Potencia ventilador: Precio kWh: Régimen de trabajo del ventilador: % FLUJO Horas/año AIRE 60 70 80 90 100 700 1800 2100 2000 500 100 kW 13 pts POTENCIA ELECTRICA DEMANDADA (kW) Regulación Regulación Álabes Regulación persianas móviles electrónica 80 53 36 87 61 45 93 72 60 98 84 76 100 100 100 SOLUCIÓN PROPUESTA: Regulación electrónica de velocidad. ENERGÍA DEMANDADA EREG = 434.200 kWh COSTE ENERGÉTICO CREG = 5.644.600 pts SOLUCIONES ALTERNATIVAS: 1) Regulación mediante persianas: ENERGÍA DEMANDADA EPER = 653.900 kWh COSTE ENERGÉTICO CPER = 8.500.700 pts Ahorro energético del regulador Ahorro económico del regulador 219.700 kWh 2.856.100 pts 2) Regulación mediante álabes móviles: ENERGÍA DEMANDADA EAM = 516.100 kWh COSTE ENERGÉTICO CAM = 6.709.300 pts Ahorro energético del regulador 81.900 kWh Ahorro económico del regulador 1.064.700 pts F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Regulación de velocidad en COMPRESORES Datos de partida: Potencia del compresor: Precio del kilowatio hora Régimen de funcionamiento: % CAUDAL Horas/año 50 60 70 80 90 100 300 400 1800 2000 2000 500 100 kW 13 pts POTENCIA ELÉCTRICA DEMANDADA (kW) Reg. Válvula Reg. Válvula Regulación derivación descarga electrónica 100 73 35 100 79 41 100 84 51 100 90 60 100 95 75 100 100 100 SOLUCIÓN PROPUESTA: Regulación electrónica de velocidad: ENERGÍA DEMANDADA COSTE ENERGÉTICO E REG = 438.700 kWh CREG = 5.703.100 pts SOLUCIONES ALTERNATIVAS: 1) Regulación con válvula de derivación: ENERGÍA DEMANDADA COSTE ENERGÉTICO EDER = 700.000 kWh CDER = 9.100.000 pts Ahorro energético del regulador Ahorro económico del regulador 261.300 kWh 3.396.900 pts 2) Regulación con válvula de descarga: ENERGÍA DEMANDADA COSTE ENERGÉTICO E DESC = 624.700 kWh CDESC = 8.121.100 pts Ahorro energético del regulador Ahorro económico del regulador 186.000 kWh 2.418.000 pts Regulación de velocidad en CINTAS TRANSPORTADORAS Datos de partida: Potencia motor: Precio kilowatio hora: F E M E V A L 100 kW 13 pts GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Régimen de funcionamiento: % PRODUCCION Horas/año 50 60 70 80 90 100 300 400 1800 2000 2000 500 POTENCIA ELÉCTRICA DEMANDADA (kW) Velocidad cte. Regulación electrónica 73 53 77 63 82 73 88 78 93 88 100 100 SOLUCIÓN PROPUESTA: Regulación electrónica de velocidad: ENERGÍA DEMANDADA COSTE ENERGÉTICO EREG = 554.500 kWh CREG = 7.208.500 pts SOLUCIÓN ALTERNATIVA: Velocidad constante (sin regulación): ENERGÍA DEMANDADA COSTE ENERGÉTICO ECTE = 612.300 kWh CCTE = 7.959.900 pts Ahorro energético del regulador Ahorro económico del regulador 57.800 kWh 751.400 pts NOTA: Las cifras dadas en estos ejemplos son orientativas, pudiendo sufrir algunas variaciones según las distintas características técnicas de los reguladores electrónicos utilizados. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA CONSEJOS DE INSTALACIÓN, USO Y MANTENIMIENTO Los equipos electrónicos en general son fuentes generadoras de armónicos en sus distintos órdenes. La presencia de armónicos en bornes de un condensador provoca en éste un aumento de intensidad muy elevado con relación al aumento de tensión, con lo cual se pueden presentar dos problemas que a continuación se describen: ? A frecuencias elevadas (armónicos) la impedancia de un condensador disminuye y, por tanto, su intensidad aumenta, pudiéndose averiar los equipos. ? Si estos equipos están bien protegidos o sobredimensionados serán capaces de soportar las sobrecargas producidas por los condensadores, pero su vida disminuirá a causa de estas sobreintensidades. Solución para los armónicos: Los filtros de armónicos. Pueden estar conectados en serie o en paralelo con la red. ? Los filtros serie son caros, ya que deben soportar el paso de corrientes altas, y sólo pueden evitar la penetración de armónicos en una parte de la instalación. No son muy utilizados. ? Los filtros paralelo más empleados son de dos tipos: sintonizado y paso-alto. A la hora de acometer la instalación de un equipo de regulación de velocidad, se deberá observar la necesidad de una serie de elementos adicionales que ayudarán a evitar posible problemas y amortiguar los producidos por los equipos electrónicos instalados: ? Se instalará un transformador de aislamiento a la entrada del regulador: ? Si existen grupos electrógenos. ? Si el secundario del transformador no está conectado a tierra. ? Se deben instalar reactancias de línea tanto a la entrada (reducen los efectos de caída de tensión, la distorsión armónica y el efecto de baterías de condensadores) como a la salida (contrarrestan el efecto capacitivo de cables de gran longitud). ? Se tratará de acortar en lo posible el cableado entre el motor y el regulador para eliminar el efecto capacitivo. ? Núcleos de ferrita que disminuyan las interferencias de otros equipos electrónicos sobre el regulador. ? Filtros de radiofrecuencia a la entrada, con el fin de cumplir la normativa de emisión de ruidos RFI (radiofrecuencia). F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ENERGÍA REACTIVA F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA INTRODUCCIÓN En las plantas industriales debido a la existencia de multitud de usos de tipo eléctrico, se produce un desequilibrio entre la potencia activa y reactiva, que viene determinado por el llamado factor de potencia. Cuanto menor es este factor, menor es el aprovechamiento de la energía eléctrica suministrada por la red, por lo que para evitar en lo posible este inconveniente, se puede instalar una batería de condensadores que actúa corrigiendo el factor de potencia, mediante la introducción automática en el circuito de cargas capacitivas, que equilibren la disminución del factor de potencia. La rentabilidad de estos sistemas de compensación es elevada, de manera que acostumbran a amortizarse en plazos que oscilan entre los 12 y los 24 meses. ¿QUÉ ES LA ENERGÍA REACTIVA? No toda la energía que obtenemos de la red eléctrica la podemos transformar en energía mecánica, y esto se debe a que hay ciertos componentes en las máquinas eléctricas (bobinados, etc.) que necesitan para su funcionamiento interno cierta parte de esa energía. A esa energía necesaria para el funcionamiento de esas máquinas le llamamos Energía Reactiva. Podemos expresar vectorialmente este concepto: ? Las magnitudes eléctricas (intensidad, tensión, potencia...) que llegan a los dispositivos consumidores son de alterna, es decir, son magnitudes senoidales. ? Todas las magnitudes senoidales son representables mediante un vector. ? Los vectores se representan en un plano con: ? ? EJE REAL:Parte de la magnitud utilizada. ? EJE IMAGINARIO: Parte no utilizada pero sí pagada S Q ? P ? ? ? ? F E M E V A L S = Potencia aparente. (PAGADA). P = Potencia activa. (UTILIZADA). Q = Potencia reactiva. Cos ? = Factor de potencia. GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA FACTOR DE POTENCIA DE DIFERENTES RECEPTORES. Hornos y aparatos de caldeo Estos aparatos son objeto de estudio desde dos puntos de vista. Por una parte, en algunos tipos el factor de potencia es bajo; y por otra, excepto en los hornos de resistencias sin tiristores, los demás generan en la red niveles de armónicos elevados. Hay tres grupos principalmente: ? los hornos de resistencias, que presentan un factor de potencia cercano a la unidad (excepto los que se regulan mediante tiristores, cuyo cos ? dependerá del ángulo de cebado de los mismos); ? los hornos de inducción, que generalmente vienen preparados para que su factor de potencia esté próximo a 0,85; ? y los hornos al arco, cuyo factor es aproximadamente 0,8 (aunque en los UHP puede llegar a 0,7). Máquinas de soldadura Las máquinas de soldar con resistencias presentan un factor de potencia que oscila entre 0,8 y 0,9, mientras que las máquinas estáticas de soldadura por arco tienen un cos ? bastante bajo (cercano a 0,5; si no viene corregido por el constructor). Hay otros dos grupos de máquinas de soldar cuyo factor de potencia oscila entre 0,7 y 0,9: los grupos rotativos de soldadura por arco y la soldadura por arco en corriente continua, debido en este último tipo a los transformadores-rectificadores (éstos también aumentan el nivel de armónicos generados). Transformadores de potencia Un transformador, no solo debe proporcionar la energía reactiva necesaria a los aparatos conectados en su secundario sino que además, absorbe de la red una cierta energía reactiva para asegurarse su propio funcionamiento (potencia magnetizante). Dado que el transformador está permanente conectado durante largos períodos de tiempo, el impacto económico por consumo de energía reactiva no es despreciable. La potencia reactiva a compensar en vacío y a plena carga es, por supuesto, diferente. Sin embargo para el estudio de la potencia de los condensadores a instalar se tienen en cuenta las tensiones en el primario. Motores asíncronos Los motores asíncronos son una de las cargas más usuales en las instalaciones industriales. Su factor de potencia es bajo y por tanto es recomendable su corrección. El factor de potencia de un motor asíncrono depende de dos aspectos: de sus características constructivas (número de polos, bobinados, frecuencia, velocidad, etc.) y del régimen de carga (en vacío el factor de potencia es muy bajo, mejorando a medida que aumenta la carga). Generalmente el factor de potencia de motores en jaula de ardilla es más elevado que el de los motores llamados de anillo. En función de la carga, el rendimiento y el factor de potencia evolucionan de forma relativamente idéntica. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Alumbrado La instalación de alumbrado es común a todas las industrias, y por tanto un elemento importante a la hora de evaluar el factor de potencia de una instalación. Dependiendo del tipo de lámparas utilizadas, el factor de potencia es distinto para cada uno de ello. Aparatos receptores. - Motor asíncrono ordinario; carga 0% 25% 50% 75% 100% - Lámpara de incandescencia. - Lámparas fluorescentes. - Lámparas de descarga. - Máquinas de soldar por resistencias. - Centros estáticos monofásicos de soldadura al arco. - Grupos rotativos de soldadura al arco. - Transformadores-rectificadores de soldadura al arco. - Hornos al arco. - Hornos de resistencia. - Hornos de inducción. - Hornos de calefacción dieléctrica. F E M E V A L cos ? 0,17 0,55 0,73 0,80 0,85 1 0,5 0,4 a 0,6 0,8 a 0,9 0,5 0,7 a 0,9 0,7 a 0,9 0,8 1 0,8 0,85. GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA CALCULOS DEL FACTOR DE POTENCIA DE UNA INSTALACIÓN O RECEPTOR. Hay dos formas de calcular el factor de potencia, y éstas son: a) Por lectura de contadores de energía, durante el mismo período de tiempo. Q = Potencia reactiva ( kVAr). P = Potencia activa ( kW). tg ? ? Q P ? ? ? cos ? b) Por cálculo. Potencia aparente: S = ? 3 U I. Potencia activa: P = ? 3 U I cos ? Factor de potencia: cos ? = P/S. Mediciones en la instalación de la tensión ( U) e intensidad ( I) El cos ? y el rendimiento ? se determinan a partir de las características del receptor, señaladas sobre la placa de características. PROBLEMAS ORIGINADOS POR UN FACTOR DE POTENCIA INCORRECTO. Los principales problemas originados en un circuito por tener incorrecto el factor de potencia son, entre otros, los siguientes: - Mayor coste de la energía consumida. - Mayor sección en los conductores de la línea. - Pérdidas en la línea por disipación de calor (efecto Joule). - Mayor carga sobre transformador y línea. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA ( cos ? ). Por compensación fija. Por este procedimiento es posible compensar parte de la energía reactiva consumida por el receptor. Cuando se trata de motores asíncronos el factor de potencia depende de: - Forma constructiva del motor. Potencia del motor. Polaridad / velocidad del motor. Frecuencia ( Hz ) y tensión de red ( U ). % de carga sobre el eje del motor. En vacío el factor de potencia es muy bajo y mejora a medida que se incrementa. En el caso de compensación fija aplicada directamente a los bornes del motor, hay que tener en cuenta lo siguiente: - Fenómeno de autoexcitación. Se puede producir en el momento de la desconexión, cuando el motor tiene conectado a sus bornes el condensador. - Motores con arrancador. Los motores cuya puesta en marcha se hace por medio de arrancadores, tales como: conexión estrella-triángulo, resistencias estatóricas, resistencias rotóricas o autotransformador, se recomienda que los condensadores se conecten después de arrancado el motor. Para arrancadores electrónicos, los condensadores nunca se conectarán entre el arrancador y el motor: - Reglaje de las protecciones. Las instalaciones compensadas absorben menor corriente de la línea por lo que los elementos de protección deben ajustarse convenientemente. - Para motores especiales no se recomienda la compensación individual. - Para la compensación de motores, los condensadores se conectarán y desconectarán por medio de contactores. Cuando se trata de transformadores el valor de la energía reactiva varía en función del régimen de carga. Al estar el transformador conectado de forma permanente, el impacto económico de la reducción de la energía reactiva tiene cierta importancia. En el caso del transformador se recuerda que necesita energía reactiva para su propio funcionamiento. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA VENTAJAS DE LA COMPENSACIÓN DE LA ENERGÍA REACTIVA. El tener factores de potencia próximos a uno (cos ? = 1), proporciona las ventajas que se relacionan a continuación: ? Reducción de la factura eléctrica. El coeficiente de recargo – Kr – viene dado por la siguiente expresión: Kr ? 17 cos ? 2 ? 21 Coeficientes de reducción en función del valor del cos ? . Cos ? 1 0,95 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 ? ? ? ? Kr -4,0% -2,2% 0% 5,6% 13,7% 26,2% 47,0% Reducción de las caídas de tensión en la línea. Reducción en sección de conductores. Reducción de pérdidas en transformadores. Mayor potencia disponible en la instalación. Cos ? 1 0,80 0,60 0,40 Pot. Disponible 100% 90% 80% 60% EJEMPLO PRÁCTICO ? Situación inicial: Motor de 145 kW con cos ? = 0,7 ? Situación final: cos ? = 0,85 Coeficiente según tabla: 0,4 Potencia necesaria de la batería de condensadores: Pcond = Coef x Pmotor = 0,4 x 145 = 58 kVA F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA CÁLCULO DE LA BATERÍA DE CONDENSADORES COEFICIENTES PARA MEJORA DEL FACTOR DE POTENCIA Factor de potencia Factor de potencia a establecer original 1 0,95 0,9 0,50 1,732 1,403 1,248 0,52 1,643 1,314 1,153 0,54 1,559 1,230 1,074 0,56 1,479 1,150 0,995 0,58 1,405 1,076 0,920 0,85 1,112 1,023 0,939 0,859 0,785 0,8 0,982 0,892 0,808 0,729 0,654 0,60 0,62 0,64 0,66 0,68 1,333 1,266 1,201 1,138 1,078 1,004 0,937 0,872 0,810 0,750 0,849 0,781 0,716 0,654 0,594 0,713 0,646 0,581 0,518 0,459 0,583 0,515 0,450 0,388 0,328 0,70 0,72 0,74 0,76 0,78 1,020 0,964 0,909 0,855 0,802 0,691 0,635 0,580 0,527 0,474 0,536 0,480 0,425 0,371 0,318 0,400 0,344 0,289 0,235 0,182 0,270 0,214 0,159 0,105 0,052 0,80 0,82 0,84 0,86 0,88 0,750 0,698 0,646 0,593 0,540 0,421 0,369 0,317 0,265 0,211 0,266 0,214 0,162 0,109 0,056 0,130 0,078 0,026 0,90 0,92 0,94 0,96 0,98 0,484 0,426 0,363 0,292 0,203 0,155 0,097 0,034 F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA TARIFAS ELÉCTRICAS F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ESTRUCTURA DE LAS TARIFAS ELÉCTRICAS. Las tarifas de energía eléctrica son de una estructura binómica y están compuestas: 1. Un término de facturación de potencia, que esta en función de la potencia contratada o demanda por el abonado, siendo su unidad el kW. 2. Un término de facturación de energía, y representa la energía consumida y medida por el contador del abonado; se mide en kilovatios hora ( kWh ). 3. Y cuando proceda, por recargos o descuentos como consecuencia de la: - discriminación horaria. - factor de potencia ? Energía Reactiva. - estacionalidad. - interrumpibilidad. Estos dos últimos, sólo se aplican en Alta Tensión. El término de facturación de potencia ( TP ) es el producto de la potencia contratada por el precio del término de potencia, y el término de facturación de energía ( Te ) es el producto de la energía consumida durante el período de facturación considerado por el precio del kWh. La suma de los dos términos mencionados constituye la facturación básica ( OM, 7-1-97 ). A esta suma hay que añadir los complementos en forma de recargo o descuento, en función de la discriminación horaria, del factor de potencia, etc. Además, cuando proceda, se suman los alquileres de los equipos de medida o control y los impuestos que correspondan. DEFINICIÓN DE LAS TARIFAS ELÉCTRICAS. Las tarifas eléctricas se definen con carácter de aplicación general a todos los abonados, sin más condiciones que las derivadas de la tensión a que se haga su acometida ( baja o alta tensión). El contrato de una u otra tarifa responde siempre a la libre elección de los usuarios y a que cumplan las condiciones que después se especifican para cada una. En el caso de no elección, la empresa eléctrica le aplicará la general correspondiente, o la que en su caso y según su utilización le sea más aconsejable. Por ejemplo: un suministro para una vivienda, aunque el usuario no especifique nada, se le recomendará la tarifa 2.0 que es la más idónea. Para un suministro de riegos en baja tensión se recomendará la R.0, y para un comercio o una industria con una potencia contratada de más de 15 kW se le recomendará la tarifa 3.0. Una vez contratada por el usuario, no podrá cambiar de tarifa hasta transcurridos 12 meses, de ahí la necesidad de consultar con especialistas o con la empresa eléctrica cuando se trate de contrataciones no típicas. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA CLASIFICACIÓN DE LAS TARIFAS. Las tarifas eléctricas se clasifican atendiendo a la tensión a la que se realice el suministro, y que dependen de las redes de distribución que tenga la empresa eléctrica en la zona. Se dividen en: 1. Tarifas de baja tensión. Son aquellas que se aplican a suministros que se efectúen con tensiones nominales no superiores a 1.000 V. 2. Tarifas de alta tensión. Se aplican a todos los suministros con tensiones nominales superiores a 1.000 V. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA TARIFAS EN BAJA TENSIÓN. Las tarifas generales en baja tensión que define el Ministerio de Industria y Energía son: - Tarifa 3.0 o de utilización normal. - Tarifa 4.0 o de larga utilización. Además como tarifas específicas en baja tensión se definen: - Tarifa 1.0. - Tarifa 2.0. - Tarifa B.0 o de alumbrado público. - Tarifa R.0 o de riegos agrícolas. Que están limitadas bien por su utilización ( B.0 y R.0 ) o por la potencia máxima que se puede utilizar ( 1.0 y 2.0 ). TARIFA 3.0. DE UTILIZACION NORMAL. Es una tarifa que es aplicable a cualquier tipo de suministro, independientemente de la potencia contratada. Los complementos que se le aplican son los correspondientes a: - Energía reactiva. - Discriminación horaria. Es la tarifa más utilizada cuando la potencia contratada es mayor de 15 kW. Se emplea en todo tipo de empresas y de industrias. Para un buen aprovechamiento de la energía consumida y para conseguir una buena factura eléctrica es imprescindible adecuar la instalación, corregir los efectos de la energía reactiva y aplicar una buena discriminación horaria. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA TARIFA 4.0. DE LARGA UTILIZACIÓN. Es aconsejable en el caso de consumos con largas horas de utilización 1, pudiéndose destinar a todos los suministros en baja tensión. Es una tarifa de uso general y se caracteriza, comparándola con la 3.0, en que el coste del término de potencia es mayor en la tarifa 4.0 que en la 3.0 – el precio del término de potencia TP de la tarifa 3.0 en el año 1.999 es de 224 Pta/kW y mes, mientras que en la tarifa 4.0 su precio es de 357 Pta/kW y mes -. Por el contrario, el coste del término de energía es menor – el precio del término de energía Te de la tarifa 3.0 es 13,10 Pta/kWh mientras que en la tarifa 4.0 es de 11,97 Pta/kWh -. Si se consume poco, en la tarifa 4.0 el peso del término de potencia eleva el precio medio del kWh; a medida que aumenta el consumo, el precio medio va disminuyendo hasta ser inferior al de la tarifa 3.0. TARIFA 1.0 Esta tarifa especifica sirve de aplicación general para todos los usos, pudiéndose utilizar en suministros de fase-neutro o bifásicos con potencias de contratación no superiores a 770 W, es decir, si se limitase por la potencia máxima a contratar. Es muy útil para comunidades de propietarios, buhardillas, instalaciones ganaderas o agrarias, etc., pero que la máxima potencia a contratar es 770 W. No se aplica ningún complemento a esta tarifa. TARIFA 2.0 Tarifa específica de aplicación a todos los usos, cuyas potencias contratadas de día no pueden ser superiores a 15 kW, no habiendo límite de potencia por la noche, excepto que la potencia contratada no puede ser superior a la máxima intensidad admisible de la sección del conductor de su derivación individual; cuando se acogen al sistema de discriminación horaria tipo 0, o de tarifa nocturna 2.0 N., que le es de aplicación una discriminación horaria especial. Los clientes que se acojan a la tarifa 2.0 N deberán comunicar tanto la potencia que utilizarán de día como la tarifa que utilizarán de noche. La potencia contratada a efectos de facturación será la potencia contratada y utilizada de día. No se aplica el complemento por energía reactiva ni por discriminación horaria general, aunque puede aplicarse el complemento de " discriminación horaria específica tipo 0 o de tarifa nocturna ". Esta tarifa, muy difundida, es idónea para el uso doméstico y pequeñas empresas. El concepto de "horas de utilización", es el resultado de dividir el consumo mensual en kWh entre la potencia contratada o facturada en kW: 1 h? kWh kW que nos indica la mayor o menor utilización de la potencia a lo largo de un mes. Si este valor de " h ", en horas, es superior a 120 horas, el usuario debe solicitar la tarifa 3.0, que resultará má rentable. Después, se explicará de donde sale el resultado de 120 horas. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Las potencias normalizadas de contratación de la tarifa 2.0 son: In (amperios) 1,5 3 3,5 5 7,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 63 Suministro. Monofásico 220 V 330 660 770 1.100 1.650 2.200 3.300 4.400 5.500 6.600 7.700 8.800 9.900 11.000 13.860 Trifásico 380 V 1.000 2.000 2.310 3.300 5.000 6.600 9.900 13.200 16.500 19.800 23.100 26.400 29.700 33.000 41.580 Como se ha dicho anteriormente no se aplican complementos de discriminación horaria, excepto el especial de tipo 0. En este punto hay que matizar que los clientes tienen la obligación de compensar la energía reactiva para conseguir como mínimo un valor medio del coseno de fi de 0,80. En caso contrario la empresa eléctrica podrá instalar un contador de energía reactiva, a costa del cliente, y facturarle el complemento de energía reactiva que se mida en el contador (cuando el coseno de ? sea inferior a 0,8). TARIFA B.0 Se utiliza para los suministros de alumbrado público en baja tensión, siempre que éstos sean contratados por la administración central, autónoma o local. Por alumbrado público se entiende el destinado a calles, plazas, viales en general, autopistas, autovías, carreteras, parques públicos y semáforos. Se caracteriza por no tener que pagar término de potencia, y se contabiliza todo el coste en el término de energía. El único complemento que se le añade a este tipo de tarifa es el de energía reactiva. La energía consumida para iluminar edificios, fuentes, etc., se considera ornamental y no se puede contratar esta tarifa para este uso particular. Para ello, se contratará la tarifa 2.0 o la 3.0. Los viales de urbanizaciones y zonas peatonales privadas no pueden tampoco contratar esta tarifa. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA TARIFA R.0. Esta tarifa es aplicable a suministros en baja tensión, con destino a riegos agrícolas o forestales y exclusivamente para la elevación y distribución del agua de propio consumo en explotaciones agrícolas o forestales. La utilización de esta tarifa para otros usos distintos a los descritos puede ocasionar el corte del suministro. Por lo general, al contratar la tarifa R.0 se suele contratar la tarifa 2.0 o 3.0 para otros usos de la finca o explotación. horaria. Los complementos que se aplican a esta tarifa son los de energía reactiva y por discriminación ? En este tipo de tarifas es donde se pone de manifiesto lo conveniente e interesante económicamente que resulta el saber aplicar la discriminación horaria y proyectar y planificar el riego y la elevación del agua en aquellas horas del día en las que la reducción del complemento por discriminación horaria es mayor2. Una buena elección lleva aparejado el diseño y el dimensionamiento de bombas y tuberías para hacer llegar los litros necesarios en las horas adecuadas. No se debe variar la discriminación horaria sin estudiar previamente el sistema de riego, el horario adecuado y el dimensionamiento de la instalación. TARIFAS EN ALTA TENSIÓN. Las tarifas en alta tensión se dividen en generales y específicas, igual que en baja tensión. Las tarifas generales 1, 2 y 3 corresponden a las siguientes denominaciones: - Tarifa 1: Corta utilización. - Tarifa 2: Media utilización. - Tarifa 3: Larga utilización. Las tarifas específicas son cuatro: - Tarifa T o de tracción. - Tarifa R o de riegos. - Tarifa G.4 o de grandes consumidores. - Tarifa D o de distribuidores en alta tensión. TARIFAS GENERALES EN ALTA TENSIÓN. Si consideramos una discriminación horaria tipo 2 " Doble Tarifa " y utilizamos el riego de 9 a 13 h ( en invierno ) y de 10 a 14 h ( en verano) tendremos una penalización de un 40 %; pero en el resto de las horas no tenemos ni penalización ni bonificación. Ahora bien, si hubiésemos elegido una discriminación horaria tipo 3 " Triple Tarifa " considerando la zona 3 de Madrid, Castilla – La Mancha y Extremadura tendríamos una bonificación del 43% utilizando el riego u otro uso a las horas de 0 a 8 h (en invierno y verano ) y otras 12 horas sin penalización ni recargo. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Las tarifas generales en alta tensión que se definen en la OM de 7 de enero de 1.991 son: 1. X de corta utilización. 2. X de media utilización. 3. X de alta utilización. Estas tarifas se podían aplicar a cualquier suministro, dependiendo del escalón de tensión en el que se haga la acometida. En función de estos escalones se definen doce modalidades de tarifas generales en alta tensión, que se pueden resumir en la siguiente tabla, en la que se establecen los cuatro escalones de tensión normalizados para el transporte y la distribución de energía eléctrica. Nivel de tensión. Hasta 36 kV inclusive Mayor de 36 kV y no superior a 72,5 kV. Mayor de 72,5 kV y no superior a 145 kV. Mayor de 145 kV. Utilización Corta 1.1 1.2 1.3 1.4 Media 2.1 2.2 2.3 2.4 Larga 3.1 3.2 3.3 3.4 El precio del término de potencia TP irá en aumento desde la tarifa 1 hasta la tarifa 3, mientras que el precio del término de energía Te irá en disminución en el mismo orden. Estas tres tarifas están condicionadas por la tensión a la que se haga la acometida eléctrica. A todas estas tarifas le son aplicables los complementos por discriminación horaria y por energía reactiva. Asimismo, se les pueden aplicar los complementos por estacionalidad y por interrumpibilidad, si cumplen las condiciones requeridas. La elección de una tarifa de corta, media o larga utilización va a depender del concepto " horas de utilización". F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ENERGÍAS RENOVABLES F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ¿QUÉ SON LAS ENERGÍAS RENOVABLES? Aquellas que, de forma periódica, se ponen a disposición del hombre a través de la transformación de recursos naturales o subproductos orgánicos de procesos industriales en energía. La principal ventaja de estas tecnologías es el bajo coste de operación ya que los combustibles empleados son productos de desecho o se aprovechan recursos naturales. Por el contrario, es difícil en ocasiones adecuar la demanda de energía eléctrica de la industria a la capacidad de generación de la planta de energía. Además hay que tener en cuenta que el desembolso inicial de la inversión es mayor que para sistemas convencionales, por lo que en ocasiones los plazos de amortización pueden ser prolongados. Esto está influido también por la liberación del mercado eléctrico, que al bajar el precio del kWh aumenta los periodos de amortización. De cualquier modo, con estas tecnologías se consigue una mejora medioambiental y una mayor eficiencia en la energía generada, al ser producida en el mismo lugar donde se va a consumir, reduciendo las pérdidas en transporte. Actualmente se consideran las siguientes categorías: ? ? ? ? ? ? ? HIDRÁULICA BIIOMASA RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS ENERGÍA EÓLICA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA ENERGÍA GEOTÉRMICA F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA HIDRÁULICA Se aprovecha la energía de ríos y torrentes mediante centrales hidroeléctricas. En este sentido, son de aplicación en la industria las denominadas centrales minihidráulicas con capacidad de generación de corriente eléctrica desde 200 kW hasta 5 MW. Estas instalaciones se destinan principalmente a la generación de electricidad, sin considerar el autoconsumo por parte de empresas, sobre todo debido a la localización geográfica de los saltos en zonas de montaña principalmente. Otra aplicación de esta tecnología es la aplicación en sifones sobredimensionados de trasvases fluviales. BIOMASA Se emplean subproductos orgánicos de procesos industriales. La biomasa es una buena alternativa a los procesos tradicionales de generación de calor y vapor, como calderas tradicionales de gas,fuel-oil y carbón. Las tecnologías de la biomasa se pueden dividir en tres grupos: Combustión directa: La biomasa se incinera y se recupera el calor mediante calderas gas-agua. Las diferencias con una caldera de gas o fuel-oil tradicional se presentan en el hogar, siendo el resto de la instalación muy similar. Se emplean tres sistemas de hogares: ? De parrilla. El mas empleado el la parrilla inclinada móvil. ? De lecho fluidizado. Una corriente de gas facilita la combustión de las biomasa. ? Caldera adaptada. Las más apropiadas son las que originalmente empleaban carbón, por la similitud del combustible empleado F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Transformación química o gasificación: Mediante reacciones químicas y gracias a una combustión incompleta, se consigue transformar combustibles sólidos en gas pobre para su posterior incineración o emplepo en motores alternativos. El principal inconveniente para esta última aplicación es la presencia de partículas de polvo y alquitranes. Transformación bioquímica: De escasa aplicación y pobres rendimientos. Consiste en la digestión por parte de bacterias de residuos orgánicos en atmósferas anaeróbicas. Aspectos económicos: La instalación de una instalación de biomasa, representa un sobreprecio respecto a una convencional entre el 30% y 60%, sobre todo debido a necesidades de logística. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Los costes según el tipo de instalación oscilan según los siguientes cuadros: Ejemplo: Industria de transformación maderera. Se supone una planta de fabricación de piezas de madera con necesidades térmicas para secaderos y prensas. Al combustible se le da un valor, que aunque puede ser gratuito por ser producto residual de la factoría, también puede ser vendido fuera de ella. DATOS INICIALES Fluido térmico: Aceite térmico Consumo medio: 1.600.000 kCal/h F E M E V A L Tiempo funcionamiento: Potencia equipos: 5.280 h/año 2.000.000 kCal/h GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA DATOS ENERGÉTICOS Tipo de combustible Poder calorífico (T.E.P/Tn) Rendimiento Equivalencia: (0.961*0.85)/(0.318*0.75) = 3.42 Anterior Fuel-oil 0.961 0.85 Biomasa Serrines 0.318 0.75 Anterior 1.000 17.000 17 6.740.000 25.000.000 Biomasa 3.420 3.000 10.26 DATOS ECONÓMICOS Consumo de combustible (Tn/año) Precio Combustible (Ptas/Tn) Factura energética (Mptas./año) Ahorro (ptas./año) 17-10.26 Inversión aproximada (ptas) RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS En general, se emplean plantas incineradoras que generan electricidad mediante la incineración y posterior aprovechamiento del calor en calderas. El vapor generado en las calderas se encarga de mover los generadores de electricidad. Actualmente se investiga con la incineración de residuos procedentes de desguaces de vehículos, de gran importancia, considerando las normativas en el sector del automóvil que se estudian en la actualidad, en relación a la reciclabilidad de sus componentes. Los tipos de hornos incineradores empleados son: ? De parrilla: Los más empleados en Europa ? Rotativos ? De lecho fluidizado Las calderas para generar vapor son similares a la de otros combustibles convencionales, pero con la limitación de una tempera de vapor inferior a 400º C para evitar procesos de corrosión. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Esquema de planta de generación empleando como combustibles neumáticos usados La capacidad de generación de electricidad oscila entre 280-380 kWh/Tm en función de condiciones, rendimientos obtenidos y poder calorífico de los residuos empleados. El coste de una planta oscila según el tamaño, siendo proporcionalmente menor, cuanto mayor es la planta. Así puede estar entre 50.000 Ptas./Tm para una planta de 60.000 Tm/año, a las 20.000 Ptas./Tm para una planta de 360.000 Tm./año. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ENERGÍA EÓLICA Consiste en aprovechar las corrientes de aire mediante aerogeneradores. Se pueden utilizar equipos generación de electricidad o de bombeo tanto mecánicos como eléctricos. Las instalaciones se dividen en tres grupos: ? Campos eólicos de Generación. Existen potencias de 20 W a 10.000W, aunque los más empleados son tamaños de 50W a 1.500 W. El condicionante principal de estas instalaciones la cantidad de aire en la zona donde se desee instalar, así como la “calidad” de este aire; es decir, que sea constante, no basta con que haya rachas alta. También se ha de considerar los accesos a la instalación ? Aerogeneradores de pequeña potencia; sistemas combinados solar-eólica. ? Equipos de bombeo. Accionamiento mecánico, eléctrico, Se pueden considerar dos tipos de instalaciones en función del fin al que se destinen. y venta. Campos de Generación: Destinados a generación de electricidad para su posterior distribución Instalaciones de apoyo o consumo: Empleadas como complemento para reducir el consumo eléctrico a la compañía. También se emplean en zonas aisladas donde el coste de llevar la línea eléctrica es muy elevado instalaciones mixtas solar-eólica o diesel-eólica, asegurando de este modo el funcionamiento de la instalación aunque falle uno de los sistemas. Consideraciones económicas: F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA El coste de la instalaciones de apoyo, con potencias entre 16 y 600 kW oscilan entre 110.000170.000 ptas./kW. A esto se añade la zapata de los aerogeneradores que oscila entre 0.3-0.5 millones ptas./Máquina. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA Aprovecha la energía procedente de la radiación solar cediéndola a un fluido, generalmente, agua. Actualmente se experimenta con sistemas capaces de producir vapor para obtener electricidad mediante turbinas y generadores. ? Plantas de generación conectadas a la red. Emplean concentradores de radiación (espejos parabólicos) que consiguen generar vapor a 250º que se aplica en turbinas. En la actualidad son plantas experimentales sin aplicación en la industria. ? Aplicaciones de baja potencia e híbridas. Consisten paneles formados por serpentines expuestos a la radiación solar, que calientan el agua o cualquier fluido térmico, que circule por ellos. Se obtienen temperaturas de 80º-90º C. Se pueden emplear en sistemas de calefacción, procesos de precalentamiento, agua caliente sanitaria y calefacción de piscinas. Estos sistemas tienen una vida de más de 15 años, con un mantenimiento escaso, y alta fiabilidad. Consideraciones económicas: El principal inconveniente de esta tecnología es el gran tamaño requerido de las instalaciones (0.6-1 m2/persona para agua caliente) El coste oscila según el sistema empleado y el equipo auxiliar que se utilice (acumuladores, equipos de regulación) pero oscila entre 75.000-100.000 ptas/m2. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA Se utilizan paneles solares que están formados por elementos semiconductores. Cuando los rayos solares inciden sobre ellos se produce una excitación en sus partículas que generan descargas eléctricas. Está indicada en instalaciones aisladas o alejadas de las lineas eléctricas, donde el coste de una acometida es excesivo. Podemos encontrarnos con dos tipos de instalaciones: ? Plantas de generación conectadas a la red. No muy comunes las destinadas a generación y venta. Lo que sí se emplean son instalaciones colectivas en pequeños pueblos aislados. ? Aplicaciones de baja potencia e híbridas. Más extendidas que las anteriores, muy empleadas en bombas en la agricultura, y naves aisladas. También se extiende su uso a la señalización viaria, y repetidores de telefonía móvil Consideraciones económicas: El dimensionado de este tipo de instalaciones varía tanto con la potencia requerida como con la zona y orientación de la instalación, pues de esto depende la energía solar disponible. Se puede estimar unos 10-15 m2 de panel por 1 kW de potencia requerido. En cuanto al coste de la instalación esta oscila en función de la potencia instalada, siendo de unos 5 millones de pesetas en una instalación de 2 kW (2,5 Mptas/kW) a 20 millones para una instalación de 12 kW (1.6 Mptas/kW). F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ENERGÍA GEOTÉRMICA De escasa aplicación en nuestro país. Consiste el aprovechar el calor de la tierra procedente de fenómenos geológicos para sistemas calefacción mediante fluidos térmicos o agua. También se aplica en invernaderos. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA SISTEMAS DE ENERGÍA TOTAL: COGENERACIÓN F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ¿QUÉ SON LOS SISTEMAS DE ENERGÍA TOTAL? Esta tecnología no es nueva; se utiliza desde los inicios de la revolución industrial, si bien fue a partir de la crisis energética de 1973 cuando surge como una alternativa válida. Actualmente, gracias a los avances tecnológicos, se puede llegar a aprovechar hasta un 80% de la energía interna del combustible que empleemos, frente a un rendimiento del 30% de una central térmica tradicional. Además, si se genera electricidad, se ha de añadir un ahorro del 10% al evitarse las pérdidas por transporte de la energía al estar el centro productor junto al punto de demanda. Todo esto nos lleva a ver la cogeneración no sólo como una mejora productiva sino también económica y medioambiental. La trigeneración surge como un complemento a la cogeneración. Consiste en generar simultáneamente energía mecánica (electricidad), frío y calor. Con esta tecnología se da un uso mayor y más continuado uso a las instalaciones reduciendo los plazos de amortización y abriendo el abanico de posibilidades de implantación de la cogeneración como una tecnología viable en diversas industrias. COGENERACIÓN Como se ha dicho anteriormente, consiste en la producción de energía mecánica y térmica simultáneamente, que posteriormente se utilizarán en procesos industriales. Actualmente, el principal fin de la energía mecánica producida es la de mover generadores eléctricos. Para conseguir esto se emplean dos tipos de tecnologías: Motores alternativos Son motores con un funcionamiento similar al de los vehículos. Estos motores pueden ser de dos o cuatro tiempos, y emplean como combustible gasoil o gas natural. Para obtener energía eléctrica, se les acopla un generador en un extremo. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Por otro lado, se emplean los gases de escape para calentar un fluido (generalmente agua o aceite térmico) con el fin de llevar el calor residual de los gases de escape al punto de demanda de energía térmica. También se recupera calor al emplear del circuito de refrigeración del motor así como del propio aceite del motor. Así además de la energía eléctrica podremos recuperar por cada kWh eléctrico generado: Energía térmica recuperable por kWh eléctrico generado. Agua de refrigeración Aceite de lubricación Gases de escape Aire de combustión de motores turboalimentados Radiación del motor TOTAL 0,5-0,8 kWh. 0,4-0,7 kWh. 0,45 kWh. 0,05 kWh 0,2 kWh 1,6-2,2 kWh. Esta variación depende de los combustibles empleados y tipos de motor. TURBINAS Su funcionamiento es similar a la de los modernos aviones de pasajeros. De hecho, algunos sistemas de cogeneración las emplean modificándolas. El funcionamiento básico de una turbina consiste en un compresor que comprime el aire y lo inyecta en la cámara de combustión, donde reacciona con el combustible generando gases que se expanden. La expansión de volumen mueve los álabes del eje. Para aprovechar esta energía mecánica, se acopla un generador eléctrico. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Existen dos grandes grupos de turbinas para cogeneración: Industriales: Diseñadas específicamente para la industria, de mayor tamaño y más pesadas. También suponen un mayor coste de adquisición, pero tienen un mantenimiento menor y más sencillo Alcanzan potencias de 150 MW Aeroderivadas: Al tener su origen en la aviación son más ligeras y de tamaño más reducido a igual potencia. Requieren un mantenimiento mayor y más especializado. Alcanzan potencias de 35 MW Con las turbinas de gas existe, además de conectando un generador al eje, otro modo de generar electricidad. En este tipo de tecnología, la elevada temperatura de los gases de escape (500 ºC aprox) nos permite obtener vapor de agua con el que a su vez se mueve una turbina de vapor contrapresión que, al igual que la de gas, está conectada a un generador. Este tipo de instalación se denomina de Ciclo Combinado y tiene el mayor rendimiento. Comparación de los diferentes sistemas de cogeneración Los sistemas de cogeneración son sistemas modulares, que permiten ampliaciones según aumenta la demanda energética. El tamaño de una planta de cogeneración varía según el tipo que sea. Para una de 100 MW, según la tecnología que se emplee, tiene unas dimensiones: F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA A continuación se presenta una tabla donde se reflejan las principales características de estos sistemas: F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA TRIGENERACIÓN La trigeneración consiste en generar simultáneamente energía mecánica (electricidad), frío y calor, aprovechando una instalación de cogeneración. De esta instalación se emplea el vapor de agua mediante intercambiadores para separar disoluciones salinas en sus componentes que son requeridos por separado en el proceso de generación de frío. La máquina que se utiliza se denomina máquina de ABSORCIÓN. El principio de funcionamiento de esta máquina es muy sencillo, es similar al frío que produce el alcohol cuando lo ponemos en la mano y se evapora. Sin embargo son necesarias grandes instalaciones para obtener buenos rendimientos. Acutalmente se emplean dos tecnologías en función de la temperatura requerida: Máquina de absorción por amoníaco: Para procesos de baja y muy baja temperatura (hasta – 60º C). Principalmente congelados y ultracongelados. C). Máquina de absorción por agua: Para procesos de baja temperatura y climatización (hasta 5º Además se pueden clasificar por sistemas directos o indirectos, según se utilicen fluidos intermedios para la distribución del frío obtenido (agua glicolada, o soluciones salinas). F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA AUDITORÍAS ENERGÉTICAS F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Qué es y qué debe contemplar una Auditoría Energética y en qué consiste un Plan de Ahorro Energético y qué debe incluir, podría ser, y en gran medida lo es, la información-objetivo que perseguiríamos en esta Guía de Eficiencia Energética. Pretendemos, sin embargo, con este capítulo expresar en unas cuantas ideas básicas, o ideas bloques, cuales deben ser las líneas maestras que deben respetarse tanto en la Auditoría Energética como en una posterior elaboración de un Plan de Ahorro Energético. En resumen, hay dos etapas a seguir: 1.- En la Auditoría se determinan las carencias que una instalación o un proceso puedan sufrir 2.- y es ahora cuando tenemos que aplicar las soluciones que disminuyan el consumo energético AUDITORÍA ENERGÉTICA De acuerdo con el diccionario de la Lengua, AUDITOR: “dícese de la persona que informa sobre la aplicación o interpretación de las leyes y propone la resolución correspondiente en los procedimientos judiciales”. Por asimilación y extensión AUDITOR ENERGÉTICO sería: “el técnico que informase sobre la aplicación e interpretación de las leyes y mecanismos que rigen en la DEMANDA, ADQUISICIÓN, TRANSFORMACIÓN y USO de la energía, proponiendo las soluciones correspondientes para alcanzar un mismo objetivo con un mínimo gasto de ésta”. AUDITORÍA sería, pues, la función, empleo o servicio que presta el AUDITOR. La consecuencia de una Auditoría es siempre la propuesta de un PLAN DE AHORRO. Una Auditoría, por tanto, no es otra cosa que un DIAGNÓSTICO, un dictamen, sobre la forma en que para unos fines; alumbrado, calefacción, etc., se está DEMANDANDO, COMPRANDO, TRANSFORMANDO o UTILIZANDO la energía. ? ? ? ? DEMANDA ADQUISICIÓN TRANSFORMACIÓN USO Son los cuatro puntos básicos que, a nuestro juicio debe contemplar toda Auditoría o DIAGNÓSTICO ENERGÉTICO. Ahorro Energético desde el punto de vista de la Demanda La primera cuestión que debemos plantearnos antes de auditar una instalación, que es tanto como auditar el consumo de energía que está produciendo, es: F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ¿Qué demanda pretendemos cubrir con la instalación? ? ? ? ? ? ? Iluminar un espacio o unos viales Calefactar unos locales Refrigerar un espacio Calentar una piscina Suministro de fuerza a una maquinaria de proceso en una planta industrial Etc. Cuestión que hace referencia al planteamiento previo que debió hacerse el diseñador y calculista de la instalación. Esta demanda tiene doble camino: Por un lado pretendemos identificar la calidad de la demanda y por otro la cantidad de energía que se precisará en supuestos idóneos para satisfacer ésta. ? Si los niveles de iluminación son los correctos de acuerdo con el objetivo ? Si las temperaturas de confort son las adecuadas ? Si las potencias demandadas de las máquinas involucradas en los procesos son las adecuadas a los mismos. Con ello identificaremos si el equipamiento existente cumple los objetivos que se precisan cubrir y si los cumple con un consumo de energía excesivo o no. Nos podremos encontrar que existen por ejemplo: ? Niveles de iluminación innecesarios ? Niveles de iluminación insuficientes ? Instalaciones que no dan el confort preciso o niveles de confort insalubres por exceso de calor o frío ? Instalaciones que consumen mucha energía para unas prestaciones tipos determinadas ? Motores funcionando a plena carga, a velocidad nominal, cuando la carga que se demanda es mucho menor ? Uso de combustibles con mayor poder calorífico del que se precisa Es decir en esta primera parte de la Auditoría se tiene que poder dar respuesta a las preguntas siguientes : ¿ES DEFICIENTE EL EQUIPAMIENTO? ¿LOS NIVELES DE SERVICIO (Confort o iluminación) SON EXCESIVOS O DEFICIENTES? ¿LOS CONSUMOS QUE SE ESTÁN PRODUCIENDO SON, EN PRINCIPIO, CORRECTOS, O NO, PARA LAS PRESTACIONES QUE SE OBTIENEN? F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA La Auditoría perseguirá, en consecuencia, informar sobre estas tres cuestiones, diagnosticando la situación actual y proponiendo siempre con el objetivo de que la demanda cubra las necesidades pero que se demande sólo lo que se precise: UNA DEMANDA EXCESIVA, para cubrir por seguridad, no es más que un derroche innecesario. Ahorro Energético desde el punto de vista del Suministro o Compra de la Energía Cómo se está comprando la energía es una cuestión que con excesiva frecuencia o se olvida o se magnifica Pagar más por unidad de energía adquirida porque el contrato con el suministrador no es el más correcto, es como comprar un artículo en la tienda de al lado más caro cuando está más barato a la vuelta de la esquina, el mismo artículo y de la misma calidad y marca: El kW·h es el mismo en cualquier tarifa y el kg de carbón, de fuel, o de gasóleo, o el m3 de gas, tiene el mismo contenido energético con independencia de la cuantía del pedido. La Auditoría debe examinar los contratos de suministro y diagnosticar e informar sobre el mejor contrato posible. Sin embargo no debe magnificarse este aspecto y considerarlo exclusivamente como auditoría completa: no sería correcto contratar en la mejor tarifa y obviar la corrección de cos ? ; como tampoco lo sería comprar el gasóleo por la cantidad que minimiza el costo unitario y olvidar el rendimiento de las calderas. Ahorro Energético desde el punto de vista de la Transformación Técnica Nos referimos a todos los aspectos de rendimientos técnicos de las instalaciones, tanto a nivel de equipos concretos como de conjunto de instalación partiendo de la fuente idónea de energía. Sobre ello debe diagnosticar la Auditoría en cada una de las instalaciones: ? ? ? ? ? ? Rendimiento de generadores de calor Rendimiento de enfriadoras Rendimiento de lámparas Rendimiento de motores, calderas y compresores Pérdidas que se producen en las tuberías de aire comprimido o de circulación de fluidos Etc. Un aspecto muy importante que debe contemplarse es la posibilidad de incrementar el rendimiento global de las instalaciones por la vía de cogeneración y recuperación, sobre todo en instalaciones en que son posibles y veremos ejemplos concretos de ello más adelante. Incluimos aquí la elección de la fuente energética más concreta en cada caso según uso y economía del conjunto. Igualmente deben incluirse aquí los aspectos de regulación automática de las instalaciones y de equipamiento en elementos técnicos que permitan a la instalación cumplir sus funciones con el F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA mínimo consumo energético. Por ejemplo, la automatización y la modernización de maquinaria y procesos programando las operaciones por ordenador. En resumen en este apartado deben contemplarse todos los aspectos eminentemente técnicos de las instalaciones y de las fuentes de energía. Ahorro Energético desde el punto de vista del Uso Que el uso determina en gran medida el CONSUMO es obvio; y por obvio no debe pasar desapercibido a la Auditoría. Con frecuencia se hacen Auditorías Energéticas que contemplan perfecta y exhaustivamente los dos puntos anteriores de aspectos técnicos y de contratos de suministro, pero que no diagnostican sobre el uso de las instalaciones o sólo contemplan aspectos puntuales de mantenimiento de las instalaciones en partes de la misma o en equipos concretos. Lo que nosotros estamos tratando y proponiendo es una Auditoría global, completa, y por tanto no puede olvidar los aspectos de Demanda y de Uso de las instalaciones. ¿Cómo contemplar el uso de las instalaciones? Ninguna Auditoría podrá diagnosticar correctamente sin estudiar la utilización de las instalaciones, y esto requiere previamente haber estudiado la demanda. ¿Es posible apagar o disminuir la iluminación en determinadas zonas y viales? Si es posible, cómo llevarlo a cabo técnicamente y qué medidas técnicas habría que implantar reformando o modificando las instalaciones. Por ejemplo, reguladores estabilizadores de flujo para alumbrado exterior y detectores de presencia para interiores. Estudiando el horario de ocupación de un edificio, ¿cuál sería el régimen de marcha correcto de sus instalaciones? ¿Por qué iluminar todo el edificio cuando sólo se utiliza una parte o una planta del mismo? ¿Por qué no concentrar actividades en un mismo edificio en vez de utilizar parcialmente varios de ellos? Podríamos así hacer una lista no interminable, pero bastante exhaustiva, que toda Auditoría debe responder y recomendar. Pero, insistimos, ello requiere que la Auditoría estudie el uso actual de edificios e instalaciones, su ocupación, y conociendo la demanda de uso, arbitre las recomendaciones correctas y concretas en cada caso. Un aspecto del uso de las instalaciones, es el mantenimiento técnico de las mismas. A nadie se le oculta la importancia de mantener las instalaciones en el mejor rendimiento técnico posible. Una Auditoría global debe contemplar la manera de organizar técnica y administrativamente el servicio y el control mismo del servicio de mantenimiento. F E M E V A L GUÍA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Con ello enlazamos ya directamente en la Gestión o en aspectos concretos de la Gestión Energética. TECNOLOGÍAS Y MEDIOS DISPONIBLES PARA LA DISMINUCIÓN DEL CONSUMO ENERGÉTICO Para el estudio de sistemas de reducción de consumo en dependencias locales y naves se pueden seguir cuatro vías bien diferenciadas: ? ? ? ? Disminución de necesidades energéticas Sustitución de las fuentes convencionales de energía por fuentes gratuitas Incremento de la eficiencia energéticas de los procesos Recuperación de energía residual de otros procesos Este es el objeto principal de esta Guía, abrir campos donde podemos ahorrar energía manteniendo, e incluso aumentando, la productividad en nuestro trabajo con el mismo confort y seguridad. F E M E V A L