Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el

Guía metodológica para el uso
eficiente de la energía en el sector:
Acero, hierro, materiales no ferrosos
y galvanotecnia
Guía metodológica para el uso
eficiente de la energía en el sector:
Acero, hierro, materiales no ferrosos
y galvanotecnia
EL EQUIPO OPEN
BANCO INTERAMERICANO DE DESARROLLO
Carlos Alfonso Novoa Molina
Especialista Setorial
Carlos Fernando Rojas
Asistente de Proyectos
CAMARA DE COMERCIO DE BOGOTA
Consuelo Caldas Cano
Presidenta Ejecutiva
Luz Marina Rincón Martínez
Vicepresidenta Ejecutiva
María Isabel Agudelo Valencia
Vicepresidenta de Competitividad Empresarial
Fabiola Suarez Sanz
Directora Corporación Ambiental Empresarial
Coordinadora Institucional del Programa
PROGRAMA OPEN
Omar Prias Caicedo
Director
Roberto Briceño Corredor
Asistente Administrativo y Financiero
Alejandra Corredor Ruiz
Consultora Energías Limpias
Elaboración
APPLUS
Contenido
Introducción................................................................................................................................................................... 3
1. Entorno del subsector productivo................................................................................................................... 5
1.1 Descripción general del subsector....................................................................................................................... 6
1.1.1 Características generales del subsector acero, hierro y no ferrosos...................................................... 7
1.2 Descripción de los procesos productivos del subsector.............................................................................. 7
1.2.1 Proceso de fabricación por formación (fundición).......................................................................................... 7
1.2.2 Proceso de fabricación mediante técnicas galvánicas.................................................................................. 10
1.3 Utilización de la energía en los procesos.............................................................................................................. 14
2.
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
Plan de administracion energética del subsector productivo........................................................... 18
Caracterización energética del subsector productivo.................................................................................. 18
Responsabilidad dentro del plan de administración de energía................................................................ 21
Análisis de la información......................................................................................................................................... 21
Construcción e implementación de indicadores............................................................................................ 21
Plan de control y monitoreo.................................................................................................................................... 21
Variables de control y monitoreo.......................................................................................................................... 21
Vigilancia tecnológica................................................................................................................................................ 21
Medidas de uso racional y eficiente de la energía.......................................................................................... 22
Implementación de mejoras energéticas............................................................................................................ 22
Evaluación de resultados.......................................................................................................................................... 22
3. Fundamentos técnico energéticos involucrados en el proceso productivo............................... 23
3.1 Fundición......................................................................................................................................................................... 23
3.2 Galvanotecnia................................................................................................................................................................24
3.2.1 Corrientes galvánicas................................................................................................................................................. 24
3.2.2 Temperatura del baño................................................................................................................................................ 25
3.2.3 Colocación de las piezas y electrodos en el baño galvánico...................................................................... 25
4. Herramientas de diagnóstico energético..................................................................................................... 27
4.1 Diagnóstico preliminar............................................................................................................................................... 27
4.2 Estudio detallado de las soluciones de ahorro operacionales y de mantenimiento
o de buenas prácticas operacionales (bpo)....................................................................................................... 27
4.3 Estudio de las soluciones de ahorro de energía por medidas de cambio tecnológico...................... 28
5. Identificación de ineficiencias y formulación de medidas de ahorro............................................. 29
5.1 Secuencia de identificación de ineficiencias con enfoque a la aplicación de medidas.................... 29
5.2 Mediciones de consumo y de variables de proceso....................................................................................... 29
5.3 Análisis de ineficiencias en consideración del problema, causa y solución.......................................... 30
5.3.1 Industria de fundición................................................................................................................................................. 30
5.3.2 Industria de recubrimientos galvánicos............................................................................................................... 40
6.
Oportunidades de ahorro energético............................................................................................................. 43
7. Opciones en el mercado para ahorro de energía..................................................................................... 50
7.1 Alternativas que ofrece el mercado enfocadas al uso racional de energía........................................... 50
8.
Glosario de términos............................................................................................................................................... 54
9.
Anexos............................................................................................................................................................................. 57
Introducción
La Cámara de Comercio de Bogotá-CCB es una institución de servicios de carácter privado que representa al sector empresarial y a la comunidad en su conjunto que, en aras del bienestar general de la
comunidad, promueve programas y desarrolla actividades que contribuyen al desarrollo económico,
social y cívico de Bogotá D.C. y su zona de influencia.
La Cámara de Comercio de Bogotá suscribió el convenio ATN/ME-11056 con el Banco Interamericano
de Desarrollo en su calidad de Administrador del Fondo Multilateral de Inversiones (BID-FOMIN), el
cual tiene por objeto la Promoción de Oportunidades de Mercado en Energías Limpias y Eficiencia
Energética ejecutado por la Corporación Ambiental Empresaria CAEM, filial de la Cámara de Comercio
de Bogotá. Dentro de este proyecto se encuentra el desarrollo de las guías metodológicas sectoriales
para realizar diagnósticos energéticos.
En la actualidad las pequeñas y medianas empresas del sector industrial concentran sus esfuerzos para
mejorar el rendimiento de sus procesos, los cuales están plenamente ligados al consumo de recursos
energéticos, en donde la mayoría de los casos tienen un alto impacto en los costos de operación. Por
tal motivo las PYME buscan reducir sus consumos energéticos y a su vez incrementar la productividad
de sus procesos mediante la implementación de nuevas tecnologías, optimizando los recursos tomando como base los diferentes procedimientos y estrategias existentes.
Por otra parte, una de las tareas más importantes es el alineamiento de todos los aspectos, metas y objetivos de la administración de los recursos energéticos, con los objetivos estratégicos de la empresa
a través de una política clara en el tema.
Las principales deficiencias en la gestión generan importantes incrementos de los consumos y costos
energéticos en una empresa. Ellas están relacionadas con los esfuerzos aislados, la falta de coordinación, planeación, conocimiento, procedimientos, evaluación, por la dilución de responsabilidades y por
la carencia de herramientas de control.
En ese sentido, el objetivo de la administración de la energía es lograr la mayor reducción posible en
los consumos energéticos, utilizando la tecnología disponible en la empresa e implementando las modificaciones necesarias para alcanzar la máxima eficiencia y la mayor rentabilidad. Lograr este objetivo
de forma permanente requiere de la implementación de un sistema de gestión, cambios de hábitos y
generación de una cultura energética.
En este documento se establece una guía metodológica para realizar estudios de eficiencia energética
en las instalaciones de las PYME asociadas al sector acero, hierro, no ferrosos y galvanotecnia. El objetivo principal es brindar un apoyo técnico a los empresarios, gerentes y personal técnico-operativo
en los siguientes aspectos:
™:hiVWaZXZgbZY^YVhYZV]dggdedgZ_ZXjX^‹cYZWjZcVheg{Xi^XVhdeZgVX^dcVaZhnYZbVciZc^b^Zcid#
™;dgbjaVgjceaVcYZVYb^c^higVX^‹cnbVcZ_dYZZcZg\†V#
™GZ[ZgZcX^VgadhVkVcXZhiZXcda‹\^Xdhegde^dhYZahjWhZXidg#
™EgdejZhiVYZbVcZ_dYZ^cY^XVYdgZhZcZg\‚i^XdhVigVk‚hYZ[dgbVidheVgVaVVea^XVX^‹cYZjceaVc
de control y monitoreo.
Se espera que esta guía permita fomentar una cultura organizacional de ahorro energético, que lleve
a la industria PYME de este subsector a la sostenibilidad y optimización de sus recursos y procesos,
alcanzando:
™GZYjXX^‹cYZXdhidh!VjbZcidYZaVZÇX^ZcX^VnY^hb^cjX^‹cYZa^beVXidVbW^ZciVa#
™BZ_dgVb^ZcidXdci^cjdYZaYZhZbeZŠdZcZg\‚i^Xd#
™6jbZcidYZaXdbegdb^hdnXdcdX^b^ZcidYZaVhXdch^YZgVX^dcZhZcZg\‚i^XVh#
™BZ_dgVYZaVXdbjc^XVX^‹cZcaVVYb^c^higVX^‹cYZadhgZXjghdhZcZg\‚i^XdhVa^ciZg^dgYZaVdg\Vc^oVX^‹c#
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
1. Entorno del subsector productivo
En este subsector se encuentran las industrias de los recubrimientos galvánicos y de la fundición, las
cuales se encuentran agrupadas bajo el conjunto de aquellas dedicadas a la fabricación de productos
metálicos. En cuanto a los subsectores del sector manufacturero, se tiene la relación de las industrias de
este grupo con mayor impacto ambiental y producciones brutas entre los años 2005 y 2008 (tabla 2).
Tabla 1. Subsectores del sector nacional manufacturero con mayor impacto ambiental y mayores consumos de energía
Item
Subsector
Numero de establec.
en Bogotá
Producción bruta ($)
x 100000
Producción bruta
($)
1
Textil y confecciones
411
27,000
2,700,000,000
2
Calzado y cueros
150
3,760
376,000,000
3
Alimentos bebidas y tabaco
341
55,360
5,536,000,000
4
Maderas y muebles
263
9,830
983,000,000
5
Papel e imprenta
346
25,000
2,500,000,000
6
Químicos
282
31,000
3,100,000,000
7
Piedras vidrios y cerámica
60
5,313
531,300,000
8
Hierro acero y no ferrosos
40
5,960
596,000,000
9
Maquinaria y equipo
274
13,370
1,337,000,000
10
Cemento
12
1,060
106,000,000
2179
177,653
17,765,300,000
Total
Fuente: DANE. Encuesta anual manufacturera
Gráfica 1. Producción bruta en pesos ($) para los diez sectores con mayor impacto
ambiental y consumo energético en Colombia
Fuente: DANE. Encuesta anual manufacturera
De acuerdo a la gráfica 2 se puede observar que el subsector hiero - acero y no ferrosos se encuentra
entre los diez (10) mayores productores, así como también entre los mayores consumidores de energía
con respecto al total de los demás subsectores (aproximadamente 20).
9
10
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
Gráfica 2. Consumo promedio de energéticos por subsector- Bogotá 2007-2008
Fuente: DANE. Encuesta anual manufacturera
1.1 Descripción general del subsector
El subsector acero hierro y no ferrosos incluye actividades de fundición, refinado y conformado de
metales ferrosos y no ferrosos a partir de minerales, chatarra, escoria de hierro, lingotes y arrabio,
mediante la utilización de procesos metalúrgicos. Los productos resultantes del proceso de fundición
y refinación, luego pasarán a procesos de laminado, extracción, trefilado, entre otros, para formar elementos tales como: hojas, tiras, barras, varillas o alambre. Los productos resultantes de los procesos de
fundición son: bancadas de motores, carcasas de maquinarias, elementos de máquinas, etc.
Este subsector contribuye con aproximadamente
el 3% de la producción bruta de la muestra de la
industria manufacturera de Bogotá. La distribución
porcentual de energía para el subsector acero,
hierro y no ferrosos para Bogotá se muestra en la
gráfica 4.
Gráfica 3. Distribución porcentual de energía para
el subsector acero, hierro y no ferrosos para Bogotá
20%
Gráfica 4. Importancia relativa de las industrias de
los subsectores acero, hierro y no ferrosos
13%
9%
15%
A continuación (gráfico 5) se muestra la importancia relativa de los subsectores asociados con la industria de acero, hierro y no ferrosos. En el gráfico
cuando se habla de otros subsectores, estos hacen
referencia a industrias dedicadas a la fabricación
de maquinaria y equipo eléctrico y no eléctrico,
así como también de equipos de uso doméstico y
construcción de material para transporte.
22%
38%
23%
18%
21%
Energía eléctrica
Gas Natural
Carbón mineral
Diesel
Petróleo
GLP
Fuente: UPME, Desarrollo de consultoría. FORTALECIMIENTO
DE UNA GESTIÓN AMBIENTAL EMPRESARIAL 2008.
16%
5%
Fabricación de artículos de metal
Industrias básicas de hierro y acero
Industrias básicas de metales no ferrosos
Fabricación de productos metálicos
Otros subsectores
Fuente: ASIMET, Indicadores de actividad sector metalúrgico y
metalmecánico.2009.
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
En cuanto a exportaciones, se tiene que los principales productos comercializados en el exterior fueron:
™ Desperdicios y desechos de cobre
™ Alambre de cobre
™ Partes y accesorios de vehículos automotores
™ Materiales para la fabricación de equipo de refrigeración
™ Topadoras frontales (partes de bulldozers, etc.)
™ Hilos, cables y demás materiales conductores aplicados en electricidad
™ Tubos de cobre
™ Elementos para construcción como perfiles, ángulos, etc.
1.1.1 Características generales del subsector acero, hierro y no ferrosos
En este subsector participan varias categorías de la industria metalmecánica y metalúrgica que hacen
parte de los procesos productivos, entre las que se pueden encontrar:
a). Industria de la fundición del hierro, acero y metales no ferrosos
b). Industria de apoyo a procesos de metalurgia y metalmecánica (galvanotecnia).
a). Industrias básicas del hierro, acero y metales no ferrosos
En esta parte se encuentra la transformación primaria del hierro y el acero a través de la fundición en
altos hornos (grandes industrias), hasta la etapa de productos terminados en talleres de fundición y forja; esto es, producción e lingotes, barras, placas fundidas. En la transformación primaria de los metales
no ferrosos se desarrollan productos a través de la fundición y forja así como también procesos metalmecánicos; utilizando como materia prima el cobre, aluminio, zinc, estaño, níquel y plomo de donde se
obtienen barras, láminas y lingotes, entre otros productos.
b). Industrias de apoyo al sector de metalurgia y metalmecánica (galvanotecnia)
En esta sección se encuentran las empresas que prestan servicios especializados en áreas de acabados, terminados, recubrimientos, tales como tratamientos térmicos y termoquímicos. Los procesos de
acabados y recubrimientos pueden ser mediante equipos electrostáticos, así como también los procesos relacionados con galvanoplastia, anodinados, cromados, niquelados, zincados, metalizados, pavonado y cobrizados. Los procesos llamados térmicos son el temple, recocido, revenido y cementado.
1.2 Descripción de los procesos productivos del subsector
En el subsector de la industria, ya sea de materiales ferrosos como no ferrosos, los procesos de producción están enfocados a elementos tales como:
™ Elementos fabricados por procesos de fundición, como lo son partes de maquinaria, herramientas, etc.
™ Elementos derivados de la galvanotecnia, la cual comprende aquellos recubrimientos electrolíticos sobre superficies conductoras o no conductoras con fines decorativos o de protección contra la
corrosión.
1.2.1 Proceso de fabricación por formación (fundición)
Los procesos de conformación de piezas por fundición de metales consisten en obtener un elemento o
pieza introduciendo metal líquido en un molde que contiene la forma requerida de la pieza, a través de
un moldeo en el que se usa arena aglutinada. También los moldes puedes ser de materiales metálicos,
en donde el proceso de moldeo es llamado en “coquilla”.
El proceso de sintetización se realiza a partir de material en polvo, donde una vez se encuentre en el
11
12
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
molde, el material es sometido a una fundición mediante unos electrodos tomando la forma de la pieza.
Estos procesos de fundición de metales y conformación de piezas son usualmente requeridos para la
fabricación de elementos de gran tamaño y formas complicadas, por ejemplo:
™ Culatas para motores de combustión interna
™ Campanas
™ Bancadas para máquinas y herramientas
™ Hélices para equipos de navegación (buques, barcos, etc.)
™ Impulsores para unidades de bombeo, etc.
En la industria de la fundición, los metales más empleados en estos procesos son:
™ Aleaciones de hierro
™ Acero para barras
™ Aleaciones de cobre y zinc (latones)
™ Aleaciones de cobre y estaño (bronce)
™ Aleaciones de aluminio
Los procesos de fundición presentan dos particularidades en las características físicas de las piezas
finales, los cuales son:
™ El aspecto superficial de la pieza conformada, ya que una pieza conformada es generalmente basta
y rugosa.
™ La calidad dimensional y superficial. Una pieza fundida requiere normalmente un proceso de mecanizado adicional en sus partes funcionales, con el fin de obtener valores aceptables de precisión y
buen funcionamiento.
Los procesos de fabricación por fundición se clasifican considerando el tipo de molde en:
™ Moldeado en arena: El cual comprende el moldeado manual y mecánico.
™ Moldeados especiales: Comprende moldeado en cáscara y de cera perdida.
™ Moldeado en elementos metálicos: Por gravedad, moldeado centrifugo y por presión.
Moldeado en arena
Para ejecutar el procedimiento del moldeado en arena se requiere la preparación previa de una réplica
casi idéntica a la pieza que se quiere fabricar, llamada modelo.
Cuando la pieza que se quiere obtener no es maciza completamente, se necesita un “macho” o “noyo”
con la geometría del orificio que se requiere producir en la pieza.
La diferencia entre el moldeado manual y el mecánico, es que en el primero la compactación de la
arena se hace por medios manuales y en el segundo tiene ayuda de maquinaria.
Moldeados especiales
™ Moldeado en cáscara: Este procedimiento consiste en la obtención de un molde o coquilla de arena
y resina a partir del modelo de la pieza en la cual se realizará la colada. Para la formación del molde
o coquilla se utilizan resinas fenólicas, las cuales se endurecen por efectos del calor y su efecto en la
arena es que actúan como aglomerantes de la arena de sílice.
Para la construcción del modelo la pieza se construye en dos mitades y se fija cada una de ellas a una
placa metálica, con los respectivos canales de colada, mazarotas y marcas de los machos si estos se
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
requieren. Para esto la placa modelo es precalentada a unos 200°C y se aplica sobre ella una capa
antiadherente a base de parafina o silicona. Posteriormente entra en contacto con la mezcla de moldeado (arena), formándose en poco tiempo un caparazón sólido o cáscara de aproximadamente 5 a 7
mm de espesor.
A continuación la placa con la cáscara adherida es sometida a un calentamiento final a 350°C en un
horno adecuado durante 3 a 5 minutos. Después de este procedimiento de cocción se separa la cáscara del modelo y se unen sus dos mitades ya sea con tornillos u otra clase de elemento fijador. Finalmente el molde (cascarón) terminado y ajustado se introduce en una caja de moldear, rellenando el
espacio restante con tierra o arena vieja y se procede a realizar el proceso de colado del metal líquido.
™ Moldeado a la cera perdida: Este proceso es uno de los más antiguos de fundición el cual, cuando
es debidamente perfeccionado, sirve para obtener una gran variedad de piezas de elevada precisión,
pequeño tamaño y geometrías complicadas, las cuales serían imposibles de obtener mediante otros
procedimientos.
El procedimiento a seguir para la construcción de piezas mediante este moldeado es:
1) Se construye un modelo de la pieza requerida en latón o bronce con la máxima precisión y teniendo en cuenta las contracciones y dilataciones que se han de producir.
2) Empleando el modelo construido, se funde un molde con aleación de bajo punto de fusión.
3) En una máquina de inyección especial se obtienen modelos de cera o poliestireno con ayuda del
molde metálico construido previamente.
4) Los modelos son ensamblados en conjuntos de colada llamados racimos. Cuando el tamaño del
modelo es lo suficientemente grande se procede a realizar moldes individuales.
5) Después del ensamble de los moldes formando el “racimo”, éste se introduce en un baño cerámico, seguido de un proceso de arenado cuidadoso.
6) Los racimos ya revestidos con el baño cerámico se introducen en unas cajas de acero que se
rellenan de arena. Posteriormente se funde la cera o poriestireno (el cual es el modelo perdido) en una
estufa u horno a unos 100°C y seguidamente se cuecen los moldes a una temperatura aproximada de
1.000°C con lo que la cáscara cerámica adquiere la solidez y resistencia necesarias.
7) Se cuela el metal en el molde bajo ligera presión.
8) Una vez solidificado el material se procede a romper los moldes y las piezas son trasladadas a
secciones de limpieza y desbarbado.
Moldeado en elementos metálicos
™Moldeado centrifugo
Este tipo de moldeado aplica para la fabricación de tubos o piezas huecas, las cuales se pueden realizar al vaciar el líquido en un molde que gira a gran revolución.
El efecto de la fuerza centrífuga ocasiona que el metal se adhiera a las paredes laterales del molde. Con
este procedimiento se pueden obtener piezas o tubos con capas de distintos materiales.
™ Moldeado a presión
El proceso de fundición por moldeado a presión se diferencia de los demás procesos, en que la colada
no se suministra por efecto de la gravedad, sino que es inyectada a presión en el molde.
Este procedimiento permite la fundición de piezas de geometrías complejas, con aristas pronunciadas
y espesores mínimos, al tiempo que su superficie es limpia y sin defectos, y con propiedades mecánicas que mejoran con respecto a las demás piezas coladas por gravedad, debido a la presión suministrada al momento del moldeado, ya que el material resulta más compacto.
En la figura 4 se presenta el diagrama de flujo de procesos de fundición general.
13
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Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
Figura 4. Diagrama de flujo general de procesos de fundición.
Proceso de arenado
con resinas artificiales
(Fundidos de tamaño
Mediano y grande)
(MATERIA PRIMA)
Fusión
(Arena retornable)
1
Triturado de
la arena
2
Separación
magnética
3
Tamizado
4
Recuperado
de la arena
5
Enfriamiento de
la arena
6
Almacenamiento
de la arena
7
Mezcla
8
Moldeado
9
Revestimiento
del molde
10
Montaje
del nucleo
11
Cerrado
del molde
12
Vaciado
13
Liberación
del molde
14
Recorte
15
Tratamiento de
la superficie
Colector de polvo
(Arena nueva)
(Resina furan catalizador furan)
(Modelo)
Producto final
1.2.2 Proceso de fabricación mediante técnicas galvánicas
La galvanotecnia hace parte de la cadena productiva metalmecánica, adicionando bienes de consumo intermedio y de capital, como lo son los artículos que son utilizados inmediatamente por el usuario final o que
son agregados para la fabricación de otros bienes, así como también en artículos que aportan directa o
indirectamente la producción de maquinaria y equipos.
El proceso galvánico comprende todos aquellos recubrimientos realizados mediante procesos electrolíticos aplicados sobre superficies específicas, con el
fin de adicionar propiedades tales como protección
contra la corrosión, dureza, uniformidad, estabilidad
y buen aspecto.
La tecnología empleada por la pequeña y mediana
industria de los recubrimientos galvánicos en Colombia no presenta mayores desarrollos, ya que la
mayoría de procesos se ejecutan de manera casi
artesanal. Los desarrollos se concentran en el uso
de maquinaria de transporte para el traslado de las
piezas, en rectificadores de corriente, materiales de
construcción de cubas y en el uso de aditivos químicos para los diferentes baños.
Algunas de las pequeñas y medianas industrias galvánicas formales existentes en Bogotá presentan
un nivel de tecnología aceptable con respecto a las
internacionales, particularmente en las dedicadas
a procesos de anodizado; sin embargo, existe una
gran cantidad de talleres que aun operan de manera
completamente artesanal, sin ningún tipo de control.
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
En la tabla 3 se muestra el número de compañías registradas y no registradas asociadas a procesos galvánicos en Bogotá.
Tabla 2. Número de compañías asociadas a procesos galvánicos en Bogotá
Proceso de galvanizado
Número de compañias
Galvanizado electroquímico (gral.)
150
Doping (goteo) fincado en caliente
10
Anodizado
30
Pintura caliente
40
Otros, incluyendo empresas no registradas
180
Total aproximado
410
Los metales utilizados más comúnmente para realizar recubrimientos son: Oro, plata, cromo, cobre, níquel,
estaño y zinc. El objeto a ser recubierto generalmente es diferente al utilizado para el recubrimiento, aunque
puede ser el mismo o, incluso, puede no ser un metal.
En la figura 5 se muestra la cadena de producción del sector galvánico según el destino final de los bienes.
Figura 5. Cadena del sector galvánico según el destino final de los bienes.
Productos terminados
Recubrimiento mediante técnicas galvánicas
Bienes de consumo
intermedio
Bienes de capital
™=ZggVb^ZciVh
™:ckVhZh
™Ejci^aaVh
™IVeVh
™IjWZg†V
™8^aaVh
™<gVeVh
™BjZWaZh
™:hiVciZg†V
™:higjXijgVhbZi{a^XVh
™6jideVgiZh
™Idgc^aadh
™IVcfjZh
™6aVbWgZh
™8VaYZgVh
™IdakVh
En los últimos años la industria galvánica ha presentado una gran expansión gracias a la diversificación
de sus tipos de recubrimiento, los cuales proveen
protección sobre las piezas sometidas a este procedimiento minimizando pérdidas de material (metales
o no metales) por efectos de la corrosión. Este tipo
de industrias se clasifican según su aplicación en:
proceso son el cobre/níquel/cromo y níquel/cromo,
y se aplican sobre sustratos metálicos de acero, cobre y sus aleaciones, así como también aleaciones
de zinc. Este tipo de industria es la más extendida
sobre el territorio colombiano.
™:[ZXidegdiZXidgnYZXdgVi^kdCdgbV6HIB)*+
Esta aplicación se realiza específicamente sobre sustratos ferrosos con depósitos de zinc cromatizado y
de estaño. Estos aumentan la resistencia de corrosión sin que la apariencia final sea un requerimiento
primordial.
Para esta aplicación la protección contra la corrosión
y la apariencia del elemento final son primordiales.
Los recubrimientos utilizados usualmente en este
™:[ZXidegdiZXidgCdgbV6HIB7+((Ä6HIB7*)+
15
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™:[ZXidegdiZXidgnYZXdgVi^kdhdWgZea{hi^XdCdgbV recubrimiento que se vaya a ejecutar. La prepara7+%)
ción de la superficie incluye los siguientes pasos:
Estos procesos utilizan acabados por electrodeposición de cobre/níquel/cromo en sustratos
plásticos laminados. En términos generales el
proceso de recubrimiento electrolítico es utilizado para brindar resistencia a la corrosión, dureza,
resistencia contra el uso, características antifricción, conductividad eléctrica o térmica, así como
también para decoración.
Proceso electrolítico
Se basa en los cambios químicos producidos por
la corriente eléctrica, lo cual implica:
™ Fuente generadora de energía continua
™ Cuba o reactor electrolítico
™ En electrolito
™ Un ánodo
™ Un cátodo
El procedimiento de recubrimiento se realiza en el
reactor donde se encuentra almacenado el electrolito (solución que tiene el metal a ser depositado en forma iónica). Después que la corriente
eléctrica generada por la fuente de energía continua pasa a través del reactor, el ánodo (metal
con el mismo origen del electrolito) comienza a
aportar iones a la solución. El cátodo (elemento a
ser recubierto) recibe estos iones metálicos liberando a su vez los electrones y dejando el metal
en su superficie en estado metálico.
Para este proceso se requieren tres etapas básicas: Preparación de la superficie, tratamiento y
acabado.
Preparación de la superficie
La preparación de la superficie, la limpieza y la
creación de condiciones químicas apropiadas en
la pieza que se va a someter al procedimiento son
primordiales para asegurar que el recubrimiento
se comporte adecuadamente una vez la pieza entre en uso. Si la superficie de la pieza no se encuentra completamente limpia, es probable que
los recubrimientos no se adhieran totalmente en
la superficie ni se obtengan las propiedades y características que se desean.
Las técnicas de preparación de la superficie incluyen desde una limpieza abrasiva simple con
baños ácidos, hasta complejos procesos químicos
de limpieza múltiple, lo cual dependerá del tipo de
™ Tratamiento mecánico. Mediante este procedimiento se eliminan las asperezas o defectos de
las superficies y otras imperfecciones físicas que
pueden influir el acabado final del recubrimiento
sobre la pieza.
™ Desengrase. En esta etapa se eliminan las grasas y aceites presentes en la superficie de la pieza
que se va a someter al procedimiento galvánico
(proveniente del tratamiento mecánico). Este proceso se puede realizar de dos maneras:
1. Mediante solventes orgánicos.
2. Mediante soluciones alcalinas con poder emulsificador.
Se pueden encontrar solventes orgánicos comunes como: Kerosene, aceite mineral y glicoles.
La limpieza con el segundo método utiliza menos
químicos que el desengrase con solventes ya que
la concentración de estos es menor.
™ Decapado. Este procedimiento consiste en la eliminación de capas de óxido formadas en la superficie de las piezas metálicas debido al contacto sobre
éstas y a la atmósfera; por tal motivo este tipo de recubrimiento se realiza como agente protector contra la corrosión. El decapado ejecuta sumergiendo
la pieza en una solución que puede ser ácida o alcalina dependiendo del tipo de proceso.
™ Activado. Este proceso es utilizado para evitar
la formación de óxido sobre la superficie metálica
antes de pasar por los baños del recubrimiento
electrolítico, ya que la capa de óxido que se pueda
presentar en la pieza antes de pasar al baño, puede generar mala conductividad eléctrica y por ende
deficiencia en la formación del recubrimiento.
IgViVb^Zcid
El proceso de tratamiento es el recubrimiento
propiamente, el cual varía dependiendo del uso
que se le vaya a dar a la pieza.
Por medio de un potencial eléctrico es que se
logra el recubrimiento, al igual que la exposición
a altas temperaturas con el fin de lograr el desplazamiento de los iones y aumentar la velocidad
de reacción entre la superficie de la pieza y los
iones que se van a adherir a ella. Los diferentes
acabados que se pueden encontrar son latón, oro,
níquel, cromo, galvanizado (zinc) y plata.
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
6XVWVYd
Después que se ha realizado el recubrimiento, se
requiere realizar varias actividades adicionales
para dar el acabado deseado a la pieza; estas actividades son:
™ Pasivado-Enjuague. Después que la superficie
se encuentre libre de las sales, se procede a cerrar los poros, a eliminar la reactividad del acabado y se somete la pieza a los últimos retoques
estéticos por medio de sales de cromo en baños
que no requieren electricidad.
™ Recuperador (enjuague estanco). Una vez terminada la etapa del tratamiento con las sales en el
baño de recubrimiento, las piezas son enjuagadas
en un tanque con agua para limpiarlas de residuos
procedentes del procedimiento anterior. Algunas
empresas instalan varios recuperadores con el fin
de reducir las pérdidas por nivel (por arrastre) a
causa de los baños.
™ Secado. Cuando se obtiene el acabado final, las
piezas son secadas con el fin de eliminar agua
residual proveniente del enjuague y del mismo
modo, evitar que el producto final contenga manchas en su superficie, para luego lacar, embalar y
despachar hacia el consumidor final (venta).
™ Enjuagues. Una vez que las piezas han pasado
por el enjuague estanco, aun contienen residuos
de las sales del proceso de recubrimiento, requiriéndose un lavado adicional en tanques de agua
común.
A continuación (figura 6) se presentan las etapas
típicas de un proceso de recubrimiento electrolítico, específicamente de anodizado. Los pasos pueden variar en algunos puntos según el tipo de material y el recubrimiento a realizar (especialmente
en las etapas de decapado y activado).
Figura 6. Diagrama de flujo proceso de recubrimiento electrolítico (galvanotecnia)
Cepillado
Pieza
Pulido
Rectificado
Pretratamiento
mecánico
Desengrase
Pasivado
Lavado
Lavado
Decapado
Secado
Post
tratamientos
de acabado
(lacado, pintado,
etc.)
Lavado
Activado o
neutrlizado
Lavado
Recubrimientos
electrónicos
Cobreado
Cormado
Niquelado
Estañado
Zincado
Pieza metálica
terminada
17
18
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
1.3 Utilización de la energía en los procesos
Procesos de Fundición
En las PYME dedicadas a los procesos de fundición participan varios tipos de energéticos como el
gas natural, petróleo, carbón y energía eléctrica. En la mayoría de estos procesos el gas natural es el
combustible más utilizado en equipos como hornos de fundición y hornos de tratamientos térmicos.
Dentro de los equipos usados en la industria de la fundición se encuentran los siguientes:
Hornos de fusión: Para fundir las diferentes aleaciones se requiere de dos hornos de fusión de una
capacidad variable, esto de acuerdo a los requerimientos de la empresa. Estos hornos pueden ser
de crisol, con quemador de petróleo o gas, o de
inducción de baja frecuencia. Son estos los que
abastecen de metal fundido al horno de mantenimiento. En la foto 1 se muestra un horno de fusión
típico en la industria de la fundición en Colombia.
te inferior de uno de los lados del horno donde
se ensambla la matriz de colada. En la foto 2 se
muestra el horno de mantenimiento de temperatura de colada.
Foto 2. Horno de mantenimiento
Foto 1. Horno de fusión para fundición de metales
Matriz de colada: Es la parte más importante de
la colada continua. De su diseño apropiado y de
su ensamble cuidadoso depende gran parte el
éxito de las campañas de producción. La matriz
está compuesta de un enfriador de cobre y una
coquilla de grafito. Ésta puede tener diversas formas según lo que se requiera producir (placas,
bloques, barras, alambrón, etc.). En la foto 3 se
muestra la matriz de colada continua en la formación de bloques (lingotes) a partir de fundición.
Horno de mantenimiento: Su función es mantener
la temperatura de colada de la aleación proveniente de los hornos de fusión, por lo que es recomendable quesea de inducción de baja frecuencia. Su capacidad va en proporción a los hornos
de fusión, ya que cuenta con diversos niveles de
potencia (220v, 280v, 340v, 400v, 440v) para un
mejor control de la temperatura, parámetro muy
importante en la colada continua. Está dotado de
un tablero de control que cuenta con los instrumentos necesarios como amperímetros, voltímetros, medidores de potencia, reguladores automáticos de potencia reactiva, pirómetros, etc. La
característica más importante de este horno es
que cuenta con una ventana de colada en la par-
Foto 3. Matriz de colada continua
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
Máquina extractora: Se encarga de retirar periódicamente el metal que va solidificando dentro de
la matriz, de acuerdo a parámetros previamente
establecidos y seleccionados para una determinada aleación.
Mesa de polines: Ésta es una estructura que sirve
de apoyo para los materiales que salen de la colada.
H^hiZbVYZgZ[g^\ZgVX^‹c/Para la refrigeración primaria y secundaria se necesita la circulación de
agua fría a través de los enfriadores de cobre y
las duchas de enfriamiento secundario. El sistema
de refrigeración está compuesto por dos pozos
de agua, una torre de enfriamiento, una unidad de
aislamiento de agua y un sistema de bombeo.
H^ZggVkdaVciZZfj^eddeX^dcVa/Esta máquina se
utiliza para cortar el metal que se va extrayendo
(placas, barras, bloques, etc.). Se llama sierra volante porque en el momento del corte avanza juntamente con el material que se está produciendo
en ese momento, cortándolo transversalmente.
Esta máquina consta de una sierra circular que
se acciona automáticamente cuando el material
alcanza una longitud programada.
Sistemas consumidores de energía eléctrica
A continuación se muestran los sistemas consumidores de energía eléctrica en la industria de la fundición:
™ Sistemas de ventilación forzada
La ventilación forzada es uno de los sistemas más
importantes en lo referente al consumo de energía eléctrica en la industria de la fundición. Se encarga del suministro de aire para la combustión en
los hornos. Los ventiladores operan continuamente durante el proceso de generación de la colada.
™ Sistemas de aire comprimido
El aire comprimido es usado en la industria de la
fundición en procesos de granallado, el cual es un
procedimiento de limpieza abrasiva para eliminar
la arena de fundición de las piezas tanto externa
como internamente. Mediante aire comprimido
a alta velocidad, la granalla (agente abrasivo) es
proyectada sobre la superficie a limpiar. El granallado además de limpiar realiza un tratamiento de
acabado superficial a la pieza.
Otro de los procesos donde es usado el aire comprimido es en el moldeo mecánico, consistente en la
compactación de la arena por medios automáticos,
generalmente mediante pistones neumáticos (uno o
varios) o en algunos casos pistones hidráulicos.
™ Sistemas de bombeo (refrigeración)
Al igual que el sistema de ventilación forzada, la
participación del sistema de bombeo de agua en
los consumos de energía eléctrica en procesos de
fundición es representativa. El uso más significativo del agua en estos procesos va destinado a
sistemas de refrigeración de moldes o lingoteras,
así como también la refrigeración de los sistemas
de extracción húmeda de polvo y para tratamientos térmicos a los cuales son sometidas las piezas
finales.
™ Motores
En la industria de la fundición se encuentran motores asociados a procesos de moldeado centrífugo, así como también se pueden encontrar en
equipos de transporte.
™ Iluminación
El sistema de iluminación en la industria de fundición es uno de los que tienen menor impacto al
momento de realizar una cuantificación o distribución porcentual del consumo en la empresa.
Tabla 3. Distribución porcentual de consumos de energía eléctrica de los sistemas (equipos) en la industria de fundición
Sistema-equipo
% de Participación
Sistema de ventilación
30%
Sistema de bombeo de agua
30%
Sistema de aire comprimido
20%
Motores
15%
Sistema de iluminación
4%
Otros
1%
Total
100%
19
20
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
Gráfica 8. Distribución porcentual de consumos de energía eléctrica por sistema (equipos), industria de fundición
1%
4%
15%
30%
20%
30%
Sistema de ventilación
Sistema de bombeo de agua
Sistema de aire comprimido
Motores
Sistema de iluminación
Otros
Procesos de Galvanotecnia
En cuanto a la utilización de la energía en los procesos productivos de la industria de recubrimientos
electrolíticos, participan varios equipos de gran importancia tales como:
™ Rectificador de corriente
En la industria de recubrimientos galvánicos el
rectificador de corriente es el equipo más relevante en cuanto a consumo energético.
El rectificador de corriente es aquel que suministra corriente para el proceso de recubrimiento;
este equipo transforma tensiones de corriente
alterna de 440V a 12V, 24V y 48V y, simultáneamente, la corriente desde 7A hasta rangos de
2000A-3000A en corriente directa.
™ Centrífuga de secado
Una vez se ha terminado el proceso de recubrimiento, tratamiento (coloreado, sellado, etc.) y
correspondientes enjuagues de la piezas, la etapa final del proceso es el secado que se realiza
con el equipo centrífugo el cual, mediante el calentamiento de aire por medio de una resistencia
eléctrica y la circulación de éste con ayuda de un
difusor en dirección a la pieza, suministra el aire a
las condiciones requeridas para el correcto secado del producto terminado.
™ Motores
En muchas de las empresas dedicadas a los recubrimientos galvánicos se encuentran sistemas
motrices, donde su tamaño depende de factores
como la magnitud del proceso y de la empresa
(producción). Los motores son utilizados en las
grúas viajeras para el transporte de las piezas a
lo largo del proceso.
™ Iluminación
Los sistemas de iluminación utilizados en la industria de recubrimientos galvánicos son generalmente de tecnología T12 y en algunos casos T8.
Algunos establecimientos cuentan con paneles
traslucidos en las cubiertas de sus plantas, con el
fin de aprovechar la iluminación natural.
La distribución porcentual de los consumos de
energía eléctrica por sistema, correspondiente a
la industria de los recubrimientos galvánicos se
presenta a continuación (tabla 5):
Tabla 4. Distribución porcentual de consumos de energía eléctrica de los sistemas (equipos)
en la industria de recubrimientos galvánicos
Sistema-equipo
% de Participación
Rectificadores de corriente
45%
Sistema de secado
25%
Sistema de motores
15%
Sistema de iluminación
10%
Otros
5%
Total
100%
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
Gráfica 9. Distribución porcentual de consumos de energía eléctrica por sistema (equipos)
5%
10%
15%
45%
25%
Rectificadores de corriente
Sistema de secado
Sistema de motores
Sistema de iluminación
Otros
21
22
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
2. Plan de administración energética del subsector
productivo
2.1 Caracterización energética del subsector productivo
La caracterización energética es un procedimiento de análisis cuantitativo y cualitativo, que permite
apreciar la eficiencia con la que el establecimiento o empresa está administrando los recursos energéticos requeridos en sus procesos productivos. Es el paso previo para la implementación del plan de
administración de energía.
El análisis cualitativo se usa como herramienta para conocer las debilidades en cuanto a la administración de los recursos energéticos. En cuanto al análisis cuantitativo se utiliza para conocer niveles de
eficiencia de los procesos y equipos que participan en estos, así como también de las pérdidas y los
lugares donde se producen y la identificación de los potenciales de ahorro energético.
Para el desarrollo de la caracterización se plantean a continuación las pautas para un adecuado análisis
cuantitativo y cualitativo de la empresa y sus procesos productivos.
- Información base para la administración de la energía
Para este punto se requiere la obtención de información relevante de consumos de energía por facturación mensual, y de producción mes a mes. Con ésta se debe establecer una correlación con el fin de
determinar cómo se encuentra la planta en términos de eficiencia energética, para lo que se pueden
encontrar los siguientes escenarios:
™La energía aumenta, pero a su vez se incrementa el nivel de producción.
™ La energía disminuye de acuerdo a un nivel de producción más bajo.
™ La energía aumenta, pero a un nivel de producción inferior.
De los posibles casos presentados anteriormente se puede concluir lo siguiente, los dos primeros son
ideales y debe ser la meta de un programa de eficiencia energética. Se podría concluir que la energía
guarda una buena correlación con los niveles de producción. El último caso denota un uso deficiente
de la energía porque a pesar que la producción disminuye, la energía aumenta. Estos casos deben ser
estudiados en detalle, las alteraciones en el consumo de energía pueden verse afectados por factores
alternos a la producción, sin embargo es posible tomar como guía la comparación entre estos dos parámetros, en los casos en los que no se encuentren relaciones muy cercanas entre energía y producción,
es necesario evaluar que acontecimiento atípico ocurrió el mes donde no se encontró correlación,
esto puede verse reflejado en la inclusión de nuevos consumidores no asociados a la producción, por
ejemplo.
- Información técnica general de la empresa y sus procesos productivos
La información técnica general hace referencia a la información sobre los sistemas y equipos que intervienen en los procesos productivos de la empresa, esto es, elaborar un inventario con el fin de desarrollar una distribución energética de la empresa y de esta manera tener claro cuáles son los equipos y
sistemas más relevantes en cuanto a consumos energéticos.
Como información general también se deben tener en cuenta los consumos energéticos del establecimiento, tomando el valor aproximado de las facturas de energía, combustible, diesel y demás energéticos que la empresa demande, así como también se debe tener el registro de las tarifas unitarias
asociadas a cada tipo de energético ($/kWh., $/m3, $/GAL, entre otros).
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
- Administración de la energía en la empresa
A continuación se presentan los aspectos básicos que se deben tener en cuenta para llevar una adecuada administración de la energía.
1. Un responsable de los asuntos energéticos de la empresa.
2. Se deben plantear metas y estrategias en cuanto al consumo de energía.
3. Debe existir un control (toma de datos de energía y producción) y procesamiento de datos para un
adecuado manejo de la eficiencia energética de la planta.
4. Se debe contar con un plan estratégico para la corrección de ineficiencias encontradas en la empresa.
La caracterización de la empresa se complementa con la identificación de la capacidad de innovación
tecnológica en los procesos productivos y en las áreas o equipos no asociadas a éstos. Otras herramientas aplicables a las actividades son: Diagramas de correlación de Energía (E) Vs. Producción (P),
diagramas de Índice de Consumo Vs. Producción Equivalente y gráficos de tendencia.
A continuación se presenta una metodología para la toma de información y procesamiento de la misma,
con el ánimo de elaborar una correcta caracterización energética.
En esta etapa se busca determinar posibles anomalías en el comportamiento de los consumos a través
del tiempo comparando producciones y consumos pasados con los actuales o los más recientes, identificando mejoras o desaciertos en las políticas productivas y energéticas tomadas en el pasado.
Para poder caracterizar energéticamente una empresa se utilizan las siguientes herramientas:
Diagrama de dispersión y correlación
Es un gráfico que muestra la relación entre los datos obtenidos, en este caso consumo de energía y
niveles de producción, mes a mes. Su objetivo es mostrar la correlación, positiva o negativa entre las
variables antes mencionadas.
El objetivo principal de este tipo de gráfico es mostrar si las variables incluidas están correlacionadas
entre sí.
¿Cómo preparar un Diagrama de dispersión?
1. Toma de la información necesaria, por ejemplo kWh/mes, Gal/mes, m3/mes, vs. Ton de producción/mes.
2. Tabular los datos de manera tal que los exista una relación entre una variable y otra, por ejemplo
para confrontarse, las variables deben corresponder a comportamientos de un mismo mes.
3. En la herramienta Excel, seleccionar gráfica y luego gráfica de dispersión (XY).
4. Se deben seleccionar los datos de tendencia y con el botón derecho en opciones de formato de
línea de tendencia se debe seleccionar la opción de presentar ecuación del gráfico y presentar R del
gráfico.
5. Si el valor de R es mayor de 0.6 se puede decir que hay buena correlación, por lo que se pueden
hacer proyecciones futuras con base en la ecuación mostrada.
6. Para la correlación de Consumo Vs. Producción se debe tratar de encontrar una correlación lineal,
en caso de no encontrarse esta correlación, es posible evaluar el mes donde se encuentre un comportamiento atípico y de esta forma determinar si el comportamiento no es representativo dentro de la
tendencia histórica de consumo de energía.
23
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
A continuación se muestra un ejemplo de los datos de consumo de energía y producción generales, con
el fin de identificar los puntos antes mencionados.
Tabla 1.2 Modelo de información para elaboración de la gráfica de dispersión1
Meses
Unidad de producción
(Ton)
Consumo de energía
(kWh/mes)
Indíce de consumo
(kWh/unidad de producción)
Ene-06
9.006
327.236
58,39
Feb-06
8.217
324.935
63,26
Mar-06
9.076
374.527
66,22
Abr-06
7.101
371.442
80,33
May-06
8.704
412.329
74,54
Jun-06
9.263
405.983
69,01
Jul-06
9.634
415.889
69,02
Ago-06
9.527
402.914
67,75
Sep-06
10.032
420.133
67,60
Oct-06
11.100
451.724
65,03
Nov-06
11.085
445.578
64,65
Dic-06
10.864
456.996
67,90
Promedio
9.637
407.539
67
Gráfica 2 Gráfica de dispersión con índice de correlación
Consumo de energía eléctrica vs. producción
|
500.000
Consumo de energía eléctrica (kWh/mes)
24
|
450.000
|
400.000
|
350.000
|
300.000
y= 49.849x +104
R2=0.6922
|
250.000
|
200.000
150.000
4.000
|
4.500
|
5.000
|
5.500
|
6.000
|
|
|
6.500
7.000
7.500
Producción equivalente (unidades de producción)
E
1
IVWaVn\g{ÒXVYZZaVWdgVX^‹cegde^V
Lineal (E)
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
2.2 Responsabilidad dentro del plan de administración de energía
El compromiso del responsable del plan es el procesamiento de la información recopilada de energía
y producción, establecimiento de las metas, actividades y compromisos para la reducción de costos
energéticos.
2.3 Análisis de la información
En esta etapa se efectúa el análisis de diagramas de distribución energética, diagramas unifilares, identificación de los equipos y sistemas claves en la empresa.
2.4 Construcción e implementación de indicadores
Los instrumentos para determinar los indicadores energéticos son: encuesta cualitativa, diagramas de
correlación consumo de energía (E) Vs. Producción (P) y gráficos de pareto y diagnóstico de recorrido
a las áreas y procesos.
Dentro de los procesos asociados a la fabricación de productos de cualquier índole, en este caso en
particular los recubrimientos galvánicos, es de vital importancia la toma de indicadores por consumo de
energéticos, con el fin de tener un punto de comparación a nivel interno de la PYME. A continuación se
presentan los indicadores aplicables para energía eléctrica en la industria galvánica:
™`L]bZh$\gegdYjX^Ydº`L]bZh$IdcegdYjX^YV
™\gegdYjX^Yd$`L
™`L]$bZh
2.5 Plan de control y monitoreo
El monitoreo es la herramienta que permite evaluar el comportamiento del consumo de la energía, tanto
eléctrica, como térmica, con respecto a una base de referencia. Una vez identificada alguna variación
negativa en el comportamiento de dicho indicador se toman las acciones correctivas para regresar a
las condiciones iniciales o mejorarlas incluso (control).
Para un correcto dimensionamiento de un plan de control y monitoreo es necesario definir como mínimo los siguientes aspectos.
™9ZÇc^X^‹cYZbZiVheVgVZaXdcigdaYZ^cY^XVYdgZhYZVYb^c^higVX^‹cYZaVZcZg\†V#
™9ZÇc^X^‹cYZadhVaXVcXZhYZaeaVc#
™>YZci^ÇXVX^‹cYZaVhkVg^VWaZhYZXdcigda^cY^XVYdgZh#
™GZ\^higdheVgVaVidbVYZ^c[dgbVX^‹ceaVc^aaVhYZXdcigda#
2.6 Variables de control y monitoreo
Para establecer las variables de control y monitoreo se deben identificar los eventos que tienen impacto
en la variabilidad de los consumos energéticos. Es necesario realizar actividades de reconocimiento con
el personal operativo de cada turno con el fin de identificar dichas variables y acciones correctivas al
respecto.
2.7 Vigilancia tecnológica
Con el propósito de contribuir con el desarrollo de nuevas tecnologías asociadas a los procesos de la empresa con mayor consumo energético, y de fortalecer las capacidades y competencias que ayuden a la
innovación, se deben valorar las necesidades energéticas y tecnológicas asociadas a la productividad de
la empresa, teniendo en cuenta los indicadores y metas de ahorro energético, para este punto se debe encontrar apoyo en consulta web, apoyo en proveedores de equipos y empresas de consultoría, con el fin de
mantener una continua actualización de los nuevos equipos o tecnologías disponibles en el mercado.
25
26
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
2.8 Medidas de uso racional y eficiente de la energía
En esta etapa se deben valorar técnica, económica y ambientalmente las medidas de ahorro energético
a corto, mediano y largo plazo. Éstas se pueden clasificar en: medidas operacionales y de mantenimiento y medidas de cambio tecnológico. Esta última debe ser evaluada por el costo de la inversión, por el
tiempo de recuperación y por el tiempo de la ejecución.
2.9 Implementación de mejoras energéticas
En esta actividad se implementan las soluciones que generan un ahorro energético asociado a proceso
productivo de la empresa.
2.10 Evaluación de resultados
Se debe realizar una evaluación de los resultados obtenidos, de acuerdo a la implementación de medidas de ahorro, en este punto son de mucha importancia los gráficos de correlación previamente
determinados.
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
3. Fundamentos tecnico energéticos involucrados en el
proceso productivo
3.1 Fundición
Hornos
La energía que se requiere para llevar al metal a la temperatura de fusión es el complemento de tres
cantidades: La necesaria para elevar la temperatura del metal (50% de la energía total), la requerida
para el cambio de fase de sólido a líquido (35% de la energía total) y finalmente la energía para sobrecalentar el metal hasta su temperatura de vertido (15% del total).
En la industria existen gran variedad de aplicaciones de hornos para fundición, los cuales se pueden
clasificar en varios tipos:
™ Hornos de crisol
En estos hornos se funde metal sin entrar en contacto directo con los gases de combustión.
™ Hornos eléctricos
Producen temperaturas muy elevadas, son comúnmente utilizados en la fundición de aceros especiales,
ya que el metal se encuentra libre de impurezas.
™ Hornos por inducción
Usa corriente alterna a través de una bobina que genera un campo magnético en el metal, causando un
calentamiento rápido y una fusión de alta calidad.
™ Horno de cubilote
Este tipo de horno es utilizado para la fundición de hierros colados, mediante la combustión de coque
y piedra caliza. Una desventaja de este tipo de hornos es que los elementos de control de emisiones
presentan altos costos, incluso mayores a los del propio horno.
™ Hornos rotativos
Son cilíndricos de cubierta de acero revestido con material refractario. Puede girar sobre su propio eje
principal y es usado para la fundición de cobre, bronce, latón y aluminio.
Unidades motor-bomba
Las unidades de bombeo en la industria de la fundición son utilizadas para los procesos de refrigeración
y tratamiento de las piezas fundidas.
En la figura 6 se muestra la participación de los hornos y unidades de bombeo en un proceso de fundición general, en la cual se usa para fines de enfriamiento.
Figura 6. Participación de las unidades de bombeo en un proceso de fundición general.
Combustible
Extracción
de calor
Suministro
de energía
Quemador
Campaña de extracción de gases
Agua de
enfriamiento
Bomba de
retorno
Grua 2
Extracción
de calor
Motor y reductor
de cadena
Bombas
de envio
Transportador de cadena
Piscina de enfriamiento
Bomba de
retorno
Extracción
de calor
Grua 1
27
28
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
El desempeño de la unidad de bombeo depende de varios factores tales como:
™HZ\j^b^ZcidnXdcigdaVaXdchjbdYZZcZg\†V
™8VjYVa^bejahVYd
™EgZh^dcZh
™8dcY^X^dcZhYZaÈj^YdigVchedgiVYd
De igual manera se debe realizar un adecuado mantenimiento a las unidades con el fin de evitar deterioros y mal funcionamiento, generando variaciones en su operación y afectando los consumos energéticos.
La eficiencia de las unidades de bombeo también son afectadas negativamente, a continuación se presenta las causas por las cuales (figura 7):
Figura 7.Perdidas en unidades de bombeo
P.Hidráulicas
™Por choque de entrada
™Por fricción
(accesorios válvulas, reducción de diámetros, etc.)
Pérdidas en motores
asociados a unidades de bombeo
P.Mecánicas
™Edg[g^XX^‹cZcXd_^cZiZh
™Edg[g^XX^‹cYZaY^hXd
La cavitación* puede influir en la disminución de la eficiencia de la unidad de bombeo. Este fenómeno
se genera cuando existe una caída de presión menor a la de vapor del fluido, presentándose cambio
de fase de líquido a vapor formándose pequeñas cavidades o “burbujas” las cuales pueden generar
erosión en los elementos internos de la bomba (figura 8).
En la figura 8 se muestra la disminución de las curvas características de las bombas por efecto de la
cavitación:
Donde,
Hm.- Altura o carga de bombeo en metros.
N- Potencia
n- Eficiencia o rendimiento de la instalación de bombeo
q- Caudal
3.2 Galvanotecnia
Corrientes galvánicas
La corriente galvánica es una corriente continua de valor constante, suministrada por un rectificador el
cual convierte la totalidad de la forma de onda de entrada en una polaridad constante (positiva o negativa) en la salida, mediante la inversión de las porciones (semiciclos) negativas (o positivas) de la forma
de onda de entrada. Las porciones positivas (o negativas) se combinan con las inversas de las negativas
(positivas) para producir una forma de onda parcialmente positiva (negativa). En la figura 8 se presenta
el circuito de funcionamiento de un transformador de corriente.
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
Figura 8. Circuito básico de funcionamiento de un transformador de corriente.
U
U
Corriente
1
T 4
D1
+
1
2
R1
220 Volts
3
Diodo
6
_
Vr.
R carga
Transformador
En este circuito elemental el diodo solo conducirá
cuando el punto 4 del transformador sea positivo
con respecto al punto 6.
adherida a la superficie de la pieza o también ser
débil y esponjosa.
IZbeZgVijgVYZaWVŠd
La tensión en la carga tendrá la misma forma que
la que produce el transformador en el semiciclo
positivo. (El semiciclo negativo no pasa).
Cuando la tensión en el transformador se invierte,
es decir: es negativa en la parte superior y positiva
en la inferior, el diodo no conduce y la tensión en
la carga es cero.
El agregado de un capacitor a la salida del circuito permitirá almacenar una cantidad de energía
(El capacitor se irá cargando con la corriente que
deja pasar el diodo en el semiciclo positivo) que
podrá ser volcada a la salida manteniendo una tensión prácticamente constante, aún en los períodos
de no-conducción del diodo.
Por lo anterior, la intensidad de la electrolisis en
los procesos de recubrimientos, puede variar dependiendo de la magnitud de la corriente eléctrica
utilizada por unidad de superficie de la pieza que
va a ser sometida al recubrimiento (densidad de
corriente). El proceso puede acelerarse o disminuirse variando esta intensidad. El manejo de la
corriente no puede hacerse de manera indiscriminada, ya que existen valores óptimos estandarizados, que resultan ser decisivos en la calidad o
características del recubrimiento final.
Una densidad de corriente muy elevada, aunque
aumenta la velocidad de deposición y por consiguiente el espesor de la capa depositada por unidad de tiempo, haciendo el proceso más rápido y
productivo, tiene como consecuencia que la calidad del recubrimiento puede ser mala e incluso
inservible, ya que la capa no puede quedar bien
La temperatura del baño electrolítico (foto 5) es relevante en los procesos de recubrimientos, ya que
puede influir en las características y calidad. Algunos de los factores que se presentan son: La capa
tiene opacidad o brillo, puede ser blanda o dura,
entre otros. Cabe resaltar que solo en algunos procesos de recubrimientos es necesaria una temperatura relativamente elevada con respecto a otros.
Foto 5. Tanque con baño electrolítico
Colocación de las piezas y
electrodos en el baño galvánico
Teóricamente la densidad de corriente utilizada
en un determinado proceso galvánico se puede
expresar como la relación entre la intensidad de
corriente utilizada entre el área de la pieza:
D= I/A
Donde:
I- Intensidad de la corriente.
A- Área de la pieza.
29
30
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
La distribución de la densidad de corriente en la práctica puede diferir de unas zonas a otras de la pieza
colocada en el baño, y con esto producirse una capa de grosor diferente (con defectos) si no se tienen
algunas consideraciones geométricas que garanticen la igualdad de la densidad de corriente en todas
las superficies de la geometría.
Dentro de los factores geométricos están:
1. Similitud entre el relieve de la pieza y forma de los electrodos.
2. Posición de los electrodos con respecto a la pieza.
3. Distancia entre los electrodos y la pieza.
4. Profundidad de inmersión de la pieza en el baño.
5. Modo en que se cuelgan las piezas dentro del baño.
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
4. Herramientas de diagnóstico energético
4.1 Diagnóstico preliminar
El objeto principal de este proceso es identificar las oportunidades o proyectos de ahorro de energía
en los equipos consumidores de energía en la industria. Para lograr este objetivo se establecen los
siguientes pasos:
1) Diagnóstico de recorrido: el cual consiste en
hacer un reconocimiento a las instalaciones y
sistemas que tienen un mayor impacto en el consumo de energía, en donde se dispondrá de un
formato de verificación y evaluación previa de los
aspectos técnicos que tienen incidencia sobre los
consumos de energía.
3) Determinación de ineficiencias energéticas:
con base en la información obtenida durante el
diagnóstico de recorrido y de los resultados obtenidos de la valoración técnica y energética de
las unidades, se establecerán las ineficiencias y se
hará relación de las principales causas que incrementan el consumo de energía.
2) Diagnóstico y análisis de energía: esta fase consiste en realizar un diagnóstico de energía de los
sistemas y equipos de mayor impacto. Este análisis se desarrollará en las siguientes fases:
4) Información necesaria para el diagnóstico:
™ Consumos de energía y facturación
La información de consumos es utilizada como
base para reconocer de manera más clara la cantidad de energía consumida por la empresa y, a
su vez, determinar una distribución energética
utilizando como herramienta equipos de medición
para cada uno de los sistemas involucrados con la
producción y los no asociados con los procesos
productivos.
™ Estructura física de los sistemas
El conocimiento de la estructura física de los sistemas permite una visualización más clara de los
procesos productivos, como también de procesos
secundarios asociados a unidades de servicio,
en donde se pueden reconocer oportunidades
de mejora de tipo operacional, tecnológica o de
mantenimiento en dichos sistemas.
™ Condiciones de operación
La información de operación es de gran relevancia durante el diagnóstico energético. Con estos
datos se puede analizar en profundidad variables
de los procesos teniendo en cuenta la relación
Energía Vs. Producción, y a su vez identificar
oportunidades de mejora con la variación de estos parámetros operacionales.
™ Toma de datos característicos de cada equipo
a evaluar.
™ Chequeo de las condiciones físicas y técnicas
de los equipos, mediante una inspección visual
detallada.
™ Toma y registro de mediciones de las variables
termomecánicas (Presiones, temperaturas, caudal y volumen) en cada una de los equipos de los
sistemas a tratar.
™ Registro de mediciones de los parámetros de
cada equipo.
™ Análisis de las condiciones de operación de las
unidades frente a los estándares establecidos por
el fabricante.
™ Determinación del rendimiento energético actual de las unidades de los sistemas a tratar a partir de las mediciones eléctricas y termomecánicas
realizadas.
™ Valoración técnica y energética de cada unidad,
que comprende el estado físico actual de componentes, condiciones de operación, pérdidas energéticas por deterioro y obsolescencia.
4.2 Estudio detallado de las soluciones de ahorro operacionales y de
mantenimiento o de Buenas Prácticas Operacionales (BPO)
En esta fase de la primera etapa del proyecto se establecerán las medidas de ahorro de tipo operacional y de mantenimiento pertinentes para cada equipo de los sistemas intervenidos, con base en los
resultados obtenidos en la fase de identificación de puntos potenciales de ahorro.
31
32
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
A continuación se da una breve explicación:
1) Determinación de las medidas de ahorro: se
establecerán las medidas de ahorro por equipo
a partir de las ineficiencias energéticas encontradas. El carácter de éstas es de tipo operacional y
de mantenimiento. A continuación se da una explicación de éstas:
™ Medidas de tipo operacional: son aquellas que
dan solución a ineficiencias que relacionan las
malas prácticas operacionales sobre los equipos
y sistemas, las cuales tienen que ver con las horas
de utilización, ajustes de puntos de operación en
controles, hábitos de uso de los equipos, y la programación de los procesos productivos.
las inadecuadas condiciones de operación (presiones, temperatura y humedad, caudales y volúmenes) y el estado físico y técnico de los equipos
y sus componentes, así como también, las condiciones actuales del programa de mantenimiento.
2) Formulación de la matriz de ahorros alcanzados: consiste en la cuantificación de los potenciales de ahorros de energía eléctrica que se
esperan alcanzar con la implementación de las
medidas propuestas, que establece el porcentaje
ahorrado, la cantidad de energía economizada y
el valor monetario que éste representa dentro del
sistema a tratar haciendo referencia de la ineficiencia energética y su solución.
™ Medidas de tipo mantenimiento: son aquellas
que dan solución a ineficiencias que relacionan
4.3 Estudio de las soluciones de ahorro de energía
por medidas de cambio tecnológico
En esta fase se establecerán las medidas de ahorro de cambio tecnológico pertinentes con base en los
resultados obtenidos en la fase de identificación de puntos potenciales de ahorro por sistema consumidor. A continuación se da una breve explicación:
1) Análisis comparativo de la tecnología: en esta
parte del estudio se realiza un análisis de las tecnologías existentes con respecto a aquellas que el
mercado ofrece en estos momentos. Estos son los
aspectos a seguir:
™ Levantamiento de información básica de ubicación, espacio y dimensiones, tuberías actuales de
los equipos previamente seleccionados para su
sustitución.
™ Selección de equipos potenciales de última tecnología y de alta eficiencia energética para la sustitución de las actuales unidades.
™ Análisis comparativo de las actuales unidades
con respecto a los equipos candidatos, desde el
punto de vista energético.
2) Análisis económico de la sustitución: consiste
en determinar la inversión necesaria para el cambio, incluyendo costos de financiación, y los beneficios energéticos que genera dicha sustitución.
;^cVabZciZ!gZVa^oVgjcVc{a^h^hYZXdhidºWZcZÇ-
cio para ver la viabilidad del cambio. Estos son los
aspectos a seguir:
™Determinación de la inversión necesaria para la
sustitución de las unidades teniendo en cuenta
varias alternativas.
™ Evaluación económica de la inversión de cada
alternativa frente a los beneficios en materia del
ahorro de energía eléctrica, costos de mantenimiento, y estado tecnológico.
™ Selección de la mejor alternativa teniendo como
criterio principal la recuperación de la inversión
con base en los ahorros potenciales de energía
eléctrica.
3) Formulación de la matriz de cambio tecnológico: se formula la matriz de sustitución de equipos
en donde se presenta el potencial de ahorro de
energía, la cantidad y el valor económico que este
representa dentro del sistema, y el periodo de recuperación de la inversión.
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
5. Identificación de ineficiencias y formulación de medidas
de ahorro
5.1 Secuencia de identificación de ineficiencias con enfoque
a la aplicación de medidas
El objetivo de este paso inicial es asegurar que el equipo que realizará el diagnóstico energético se
encuentre preparado y organizado para poder optimizar el aprovechamiento del tiempo que se invierta
en la realización del trabajo. Se deberán revisar todos los antecedentes, estudios previos sobre algún
sistema en particular o alguno específico sobre el manejo de la energía en la empresa, y juntar toda la
información disponible sobre la instalación, para poder hacer una planificación adecuada. Las principales actividades para la identificación de ineficiencias deben ser como mínimo las siguientes.
Consecución de información: Si no se ha llevado a cabo con anterioridad algún tipo de diagnóstico
energético se deberá solicitar la información de los últimos 12 meses de operación; producción correspondiente y consumos de materias primas, horarios típicos de operación de la planta.
6c{a^h^hYZaV^c[dgbVX^‹cgZXde^aVYV/ Una vez recopilada la información es necesario el análisis de la
misma, en lo que corresponde a elaboración de diagramas de tendencias de consumo de energía, establecimientos de indicadores de producción, elaboración de matrices fuente uso, entre otras.
Identificación de ineficiencias: En este paso se debe hacer el recorrido en la empresa identificando
oportunidades de ahorro de acuerdo a lo planteado en esta guía y de acuerdo a la experiencia del
personal técnico de la empresa.
5.2 Mediciones de consumo y de variables de proceso
El objetivo del trabajo de campo es obtener datos e información operacional de los equipos y sistemas
en la investigación detallada de la operación de los mayores consumidores de energía en la planta. El
trabajo consta, principalmente, de tres partes: entrevistas, inspección y mediciones.
Los pasos a dar durante la visita a un establecimiento para la realización de un diagnóstico energético
son las siguientes:
a) Comprobar que se cuenta con los equipos de medición mínimos para recopilar información necesaria.
b) Valoración del proceso productivo que se ajuste a las condiciones de la empresa.
c) Levantamiento de la información del proceso productivo.
d) Selección del equipo que realizará las mediciones en la empresa.
e) Realización de las mediciones.
f) Fijar un orden de trabajo.
g) Decidir los puntos necesarios y suficientes en los que se van a efectuar mediciones.
h) Dar instrucciones oportunas al personal de fábrica para que realice el trabajo necesario (conexión
de equipos de medición, etc.).
i) Calibrar y/o constatar equipos de medición.
33
34
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
5.3 Análisis de Ineficiencias en consideración del problema,
causa y solución
Para el manejo del análisis de ineficiencias se consideró una revisión por sistemas consumidores, es
por esto que se ha definido una metodología para el repaso de cada uno de estos.
La estructura definida para esto se presenta a continuación:
CdiVh\ZcZgVaZh/ provee información general de equipos y sistemas considerados en cada sección.
Para investigar o preguntar: provee los puntos para la elaboración de una lista de chequeo que permita
el recorrido en la empresa con el ánimo de facilitar la identificación de ineficiencias. Se ha dispuesto
que tenga una pregunta afirmativa y una negativa para evaluar la posibilidad de un estudio más detallado.
Resumen de medidas de ahorro: al final de cada capítulo se presenta un resumen que consolida lo
tratado a lo largo de la sección.
5.3.1 Industria de fundición
Notas generales
La energía usada en la industria de la fundición varía de acuerdo a los procesos que allí se presentan.
El mayor energético utilizado es el gas natural en hornos de fundición y de tratamientos térmicos. Por
otra parte se utiliza energía eléctrica para sistemas de ventilación, de enfriamiento (bombeo), de aire
comprimido y de transporte (motores).
En el consumo de gas natural en los hornos de fundición se pueden presentar pérdidas de energía a
causa de varios factores como: excesos de aire en la combustión, pérdida de energía en forma de calor
a través de paredes y compuertas abiertas.
Para determinar la calidad de la combustión en los hornos a gas se requiere realizar un análisis mediante medidores que registren porcentajes de O2, CO, CO2, exceso de aire y la eficiencia de la
combustión. Estos resultados posteriormente deben compararse con los rangos recomendados para
obtener altas eficiencias y buenas prácticas en la operación de los hornos.
El control del aire aportado para combustión tiene gran importancia. La proporción estequiométricamente correcta entre gas metano y aire es 1:10,5 aproximadamente. Generalmente es necesario
un exceso de aire para que la combustión sea completa y no se produzcan inquemados. Este exceso
puede estar entre 10% al 25%, dependiendo de la sofisticación del sistema de control de combustión
y el objetivo del proceso.
El control del caudal de aire, aparte de garantizar la proporción de la mezcla combustible deseada,
determina de alguna manera la temperatura de los gases de combustión y la cantidad de energía que
se puede aprovechar de los mismos. En la figura 9 se observa una gráfica que muestra el efecto del
exceso de aire en la energía disponible para gas metano con 1000 BTU/pie3 de poder calorífico.
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
Figura 9. Efecto del exceso de aire en la temperatura de los gases de combustión
|
90
|
80
La cuadrícula de la gráfica esta a escala
para permitir la interpolación
|
70
60
|
60
F
(16
|
50
0%
ex
10
ce
%
so
25
de
%
|
40
|
30
%
0
15
0%
2.0
10
0
9%
4.5
%
%
0%
20
%
11
.
.
13
0%
%
06
%
42
.
14
8%
7%
.0
16
.0
17
%
18%
18.
%
19.19
0
18.8
|
|
600 800
|
|
300C 400
air
e
50
0
30
0%
40
%
|
400F
%
600
800
|
10
%
1000
20
C)
7.
4%
O
2
46
%
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1800 2000C
En la gráfica se observa cómo a mayor cantidad de aire, menor es la energía disponible. Por ejemplo la
curva de 25% de exceso de aire (4,54% de O2) se tiene una temperatura a nivel de la llama de 3.070
ºF (1.688 ºC). Si aprovechamos el calor de la combustión hasta obtener una temperatura de 1000 º F
(538 ºC) habremos aprovechado un 69% de la energía disponible.
Por otra parte se puede determinar la pérdida de energía eléctrica o térmica en forma de calor a
través de paredes con aislamientos deteriorados o sin aislar, con el fin de cuantificar los ahorros que
se pueden obtener al corregir dichas anomalías. El método para determinar las pérdidas de calor por
paredes es el símil de resistencias térmicas, el cual tiene en cuenta las temperaturas interior y exterior,
conductividad térmica del material de la pared, coeficiente de transferencia de calor por convección
y el espesor de la pared. A continuación se presenta los fundamentos teóricos para determinar dichas
pérdidas de calor.
*
T
Q=
1
-T
2
R total
Donde:
Q - Flujo de de calor al exterior (W)
T 1- Temperatura al interior del horno (°C)
T 2 - Temperatura de los alrededores del horno (T ambiente °C)
R Total - Resistencia térmica total (°C/W)
La resistencia térmica total se determina mediante un símil de resistencia eléctricas, pero usando las
conductividades térmicas de los medios de transferencia de calor. Esta resistencia total se calcula:
R total=
R termicas
35
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
Estas resistencias térmicas son: por conducción, convección y/o convección y radiación combinadas,
y son determinadas mediante las siguientes expresiones:
R conducción =
L
KA
R conducción =
L
K1 A
Donde:
L- Espesor de la pared (m)
K- Conductividad térmica del material o pared (W/m)
A- Área transversal de transferencia de calor (m2)
h1-Coeficiente de transferencia de calor por convección (W/m2 °C)
En el siguiente esquema (figura 10) se presenta el
símil de resistencias para el cálculo de pérdidas
de calor:
En este ejemplo se tiene que las resistencias térmicas por convección serán Rint horno y Rext
aire; por conducción sólo se tendrá Rpared.
Figura 10. Efecto del exceso de aire en la temperatura de los
gases de combustión
Otra forma de pérdidas de calor son las fugas de
energía en forma de radiación por aberturas o
compuertas abiertas en los hornos. Para determinar este tipo de pérdidas y cuantificarlas se debe
tener en cuenta el área de abertura por la cual se
presenta la pérdida de calor, la temperatura interior del horno, temperatura exterior en los alrededores del horno y la radiación del cuerpo negro
asociada a dichas temperaturas. En la figura 11
se muestra una típica imagen de las pérdidas de
calor por compuertas o aberturas en hornos de
fundición o mantenimiento.
Pared de ladrillo refractario
Alrededores Horno
Temperatura Ambiente
36
Horno
Rint.
horno
Tamb1
R
pared
T1
Dirección del flujo de calor
T2
Figura 11. Perdidas de calor por radiación en compuertas y
aberturas en hornos
Rext
aire
Tamb2
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
La expresión para determinar las pérdidas de calor causadas por este medio es:
Q=Tin4 - T 4Q ]×A×t
Donde:
Q- Energía en forma de calor disipado por radiación
- Constante de Stefan Boltzman (5.67 E-8 W/m2°K)
Tin- Temperatura interna promedio del horno (°C)
T- Temperatura exterior promedio (alrededores) del horno (°C)
A- Área de transferencia de calor (abertura) (m2)
t- Tiempo de apertura
Ejemplo práctico:
En un horno de alta temperatura que utiliza gas natural para el precalentamiento de barras de acero,
se tiene una temperatura al interior de 1.380 °C y una temperatura exterior de 25 °C. Por condiciones
de proceso las compuertas, que tienen un área efectiva de 0,57 m2 permanecen abiertas (El horno
contiene 3 compuertas). El horno opera 650 horas al mes en promedio. Calcular las pérdidas de energía por radiación a través de las aberturas permanentes (compuertas) (Tomar la constante de Stefan
boltzman como 5.67 E-8).
Solución:
Q=Tin4-T4]×A×t
Q=[(5,67E-8.(13804))]W/m2×1,71m2×650h/mes
[
]
Q= 228564 kWh/mes× 3412 Btuh
1kWh
Q= 779.88MBtuh/mes
Como conclusión se tiene que las pérdidas de energía por radiación son de 779,88 MBtuh/mes, las
cuales son equivalentes a 779.862 ft3 de gas natural (sabiendo 1ft3 de gas natural equivale a 1.000
Btuh). Dependiendo del valor del ft3 de gas natural se obtendrá el valor estimado de las pérdidas de
calor en términos económicos.
Para determinar la eficiencia de los ventiladores se debe tener en cuenta su curva característica, sus
elementos constitutivos, tipo de diseño de los alabes, así como también el punto de operación del sistema. La eficiencia del ventilador se calcula mediante la siguiente expresión:
Donde:
× Q
- Diferencia de presión en la succión y descarga del ventilador (Pa).
Qº8VjYVaYZV^gZhjb^c^higVYdedgZakZci^aVYdgb($h#
ºEdiZcX^VVa[gZcdL#
La eficiencia de un ventilador se puede calcular midiendo la potencia eléctrica demandada en un tiempo representativo y midiendo presión total a la entrada y salida del ventilador. Recuerde que la presión
total se compone de presión estática y presión dinámica o de velocidad, y pueden medirse empleando
un tubo pitot.
37
38
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
Se presenta a continuación una serie de recomendaciones que puedan generar ahorros de energía
durante la operación de los ventiladores:
™ Medir periódicamente eficiencias en el ventilador
™ Contar en la medida de lo posible con las curvas características. En ellas se encuentra descrito el
comportamiento de los ventiladores y permiten conocer en flujo a partir de las presiones y el consumo
eléctrico.
™ Evitar fugas en los ductos, pueden generar caídas de presión y disminuciones de flujo importantes
en el sistema.
™ Mantener en buen estado los rodamientos.
™ Verificar la correcta operación del mecanismo de transmisión de potencia del motor al ventilador. Si
las condiciones de espacio y operación lo permiten se recomienda acoplar directamente.
™ Revisar la energía perdida en los elementos de regulación y estudiar la posibilidad de trabajar con
variadores de velocidad en los motores. Cuando los regímenes de operación de los sistemas de ventilación son variables, es más económico lograr dicha regulación variando la velocidad del motor que
restringiendo el flujo mediante persianas (Dampers). En el caso de atmósferas controladas se recomienda el uso de variadores de velocidad que aumenten o disminuyan el flujo de acuerdo a los niveles
de presión registrados por el control. El uso de persianas para el control de flujo aumenta las pérdidas
de presión, disminuye la eficiencia de operación del ventilador y repercute en un mayor consumo
energético.
Para las bombas hidráulicas los principales factores que afectan su eficiencia son la aspereza de superficies internas, la tolerancia en los anillos, las pérdidas mecánicas en sellos y empaques, la viscosidad
del fluido, el tamaño de los sólidos contenidos en el fluido, el tipo de bomba y la cercanía de operación
al punto óptimo. Para determinar la eficiencia de una bomba se puede utilizar la siguiente expresión:
Bomba=
×Q×H
Donde:
- Peso específico del agua (o en su defecto del fluido bombeado).
Q - Caudal entregado por la bomba (m3/s)
H - Cabeza total entregada por la bomba (m)
En caso de no contar con las curvas características de la bomba, se puede determinar su eficiencia
mediante el siguiente procedimiento:
1. Determinar la potencia demandada por la bomba o la entregada por el motor, mediante la ecuación:
demanda bombamotor
motor
2.
Establecer la potencia hidráulica de la bomba mediante la siguiente ecuación:
Donde:
hidraulica= 1000 W/ kW
Q -caudal (m3/s)
H -carga total (m)
-Densidad del fluido (kg/m3)
De tal manera que la eficiencia de la bomba queda definida como:
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
Bomba=
__________________________
demanda bomba*1000 W / kW
El ahorro de energía se calcula mediante la diferencia que existe entre la potencia actual consumida y
la óptima que consumiría al estar operando en su punto de mayor eficiencia.
En los sistemas de aire comprimido uno de los factores más importantes que influyen en su desempeño energético son las fugas de aire, que para determinarlas en las redes de distribución de los sistemas de aire comprimido se pueden usar varios métodos descritos a continuación:
Para los compresores con control de dos posiciones se puede emplear un método muy sencillo para
estimar el porcentaje de fugas en el sistema. Éste consiste en estimar inicialmente la producción total
de aire comprimido con la planta funcionado a plena carga a partir de los tiempos de trabajo y parada
del compresor, y luego de igual forma estimar las fugas con todos los equipos de uso parados. De esta
forma se obtiene:
%Fugas= ________________×100%
Tpon/(Tpon +Tpoff )
Ton/ (Ton+Toff )
Tpon, Tpoff -Tiempos de trabajo y parada del compresor sin consumo en equipos de uso final, minutos.
Ton, Toff -Tiempos de trabajo y parada del compresor con equipos de uso final funcionando a plena carga,
minutos.
Existe otro método para localizar los puntos de fuga, el cual consiste en el uso de un detector acústico
de ultrasonido, el cual identifica el sonido de alta frecuencia generado por las fugas de aire. Otro método, que es más engorroso, consiste en la aplicación de solución jabonosa en las áreas bajo sospecha.
Las ventajas de aplicar el método de detección de fugas por medio de técnicas de ultrasonido, son:
Rapidez y facilidad en la identificación de la fuga, facilidad en la cuantificación de las pérdidas de aire y
por ende en la cuantificación de las de energía, ya que el método asocia los decibeles detectados con
el caudal de la fuga, y con este último se determinan las pérdidas.
Para determinar las pérdidas de energía se utilizan las siguientes expresiones:
compresor
kWh
_____
________________
F
=
Donde:
____
CFMproducidos*60 min
ft3
F - Consumo de energía por pie cúbico generado.
h
El costo de las fugas se determina:
min
Consumo Fuga (kW)= CFMFugas*F*60 ____
h
$
$
Costo fuga ____
= Consumo fuga (kW)*Tarifa ____
kWh
mes
39
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
Otro aspecto a tener en cuenta en los sistemas de aire comprimido es el control de la temperatura de
admisión, pues es indispensable para mantener niveles de eficiencia elevados, ya que un incremento
en temperatura, implica una reducción de la densidad del aire y por lo tanto de la capacidad del flujo
másico y de la presión del sistema. Debe procurarse la admisión de aire del exterior con la temperatura
más baja posible durante la operación de los compresores, ya que por cada 4 °C de incremento en
temperatura del aire aspirado se aumenta el consumo de energía en 1 % para el mismo caudal, mientras que por cada 3 °C de disminución en la temperatura del aire aspirado se presenta 1 % más de aire
comprimido para el mismo consumo de energía.
En la siguiente gráfica se muestra la variación de la potencia consumida con la temperatura de admisión del aire:
Figura 12. Variación de la potencia Vs. Temperatura de admisión del aire.
Porcentaje %
40
Temperatura %
En los motores eléctricos existen varias opciones que permiten lograr el uso eficiente de la energía
eléctrica y por lo tanto una reducción de los costos asociados al consumo de ésta.
La figura 13 muestra alguna de estas opciones: selección correcta de la potencia del motor, mejorar la
calidad de la energía eléctrica, reducir la carga mecánica sobre el motor, usar motores de alta eficiencia, usar controladores electrónicos de velocidad, aplicar métodos de mantenimiento centrados en la
eficiencia y el usar métodos de reparación que mantengan la eficiencia del motor.
Figura 13. Oportunidades de ahorro de energía en motores
Reducción de pérdidas
en el sistema
Mejora de la calidad
de la potencia eléctrica
Selección correcta
de la potencia
Control electrónico
de la potencia
Reducción de pérdidas
en la transmisión mecánica
Selección de
dispositivos
de mayor eficiencia
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
HZaZXX^‹cXdggZXiVYZaVediZcX^VYZabdidg
El primer paso para el ahorro de energía en motores eléctricos es que la potencia nominal del motor sea debidamente seleccionada, por lo que se
recomienda que esté sobredimensionada en 5 a
15% respecto a la potencia de operación del motor, con el objetivo de que opere con una eficiencia y un factor de potencia adecuados. Si el motor
seleccionado está sobredimensionado por encima
del 25% la potencia de operación resultará que el
factor de potencia del motor disminuirá, lo que incrementará su corriente, aumentando las pérdidas
en las líneas y el consumo de la potencia reactiva.
Calidad de la energía de la estación
Los motores eléctricos de inducción están diseñados y fabricados para operar en las condiciones especificadas en la placa de características,
llamadas condiciones nominales. Asimismo deben
ser alimentados con un sistema trifásico simétrico
de tensiones de forma de onda sinusoidal y de
magnitud similar a la nominal, es decir, debe tener
una calidad de la potencia eléctrica perfecta. Sin
embargo los sistemas eléctricos industriales generalmente no presentan las condiciones ideales
ni en simetría, forma de onda y magnitud, es decir
tiene una calidad de potencia eléctrica disminuida.
Los fenómenos de calidad de la potencia eléctrica que se presentan con mayor frecuencia son:
tensión simétrica y de magnitud mayor o menor
que la tensión de placa, tensión desequilibrada es
decir las tres fases presentan magnitudes diferentes y forma de onda de la tensión distorsionada, lo
que significa que no es una onda sinusoidal pura.
C^kZaZhYZiZch^‹cXZgXVcdVakVadgcdb^cVa
Cuando el motor opera a potencia nominal es
recomendable que la tensión del motor sea muy
cercana al valor de la tensión nominal con una
desviación máxima del 5%. A pesar que los motores con Normas NEMA están diseñados para operar con una desviación máxima de 10% el voltaje
nominal, las variaciones de tensión afectan significativamente la eficiencia, el factor de potencia y
el tiempo de vida.
Distorsión armónica de la red
Si la onda de tensión que alimenta el motor está
distorsionada, es decir contienen armónicos de
tensión, ocasionará un aumento de pérdidas en el
motor con el consiguiente calentamiento y disminución de su eficiencia.
Figura 14. Efectos de la distorsión armónica de la red sobre la Potencia nominal del motor.
|
1.0
|
0.8
0.7
|
Derating Factor
|
0.9
|
0.6
|
0.02
|
0.04
|
|
|
|
0.06 0.08 0.10 0.12
Harmonic Voltage Factor (HVF)
Para evitar el calentamiento excesivo del motor las Normas NEMA MG1.1993 [8] recomiendan disminuir la
potencia nominal del motor de acuerdo a una curva en función del contenido de armónicos. (Figura 14). Se
considera que el HFV (Harmonic Factor Voltaje) no debe ser mayor a 0.05.
Reducción de la carga del motor
Cuando se analiza la eficiencia de un sistema accionado por un motor, una pregunta fundamental es si la
carga que éste mueve puede ser reducida o incluso si la operación de la carga aun es necesaria dentro del
proceso productivo.
41
42
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
Luego de asegurar la operación eficiente de la carga es importante empezar a analizar los sistemas de
transmisión, que permiten transmitir el torque del motor a las cargas o equipos (bombas, compresores,
etc.) ya sea cambiando o no la velocidad que entrega el motor, lo que se logra mediante acoplamientos
al eje de engranajes y poleas. Es importante, en la selección del sistema de transmisión, conocer las características de cada sistema para realizar una adecuada selección. Se recomienda seguir las siguientes
recomendaciones:
™ Acople directo. Asegure un correcto acoplamiento entre el motor y la carga. Es recomendable usar la
tecnología láser.
™ Correas o bandas. Se recomienda usar bandas en V y de preferencia bandas en V dentadas; de ser posible
usar bandas sincrónicas. También se recomienda hacer el alineamiento usando tecnología láser.
™ Reductores. Es importante seleccionar adecuadamente el tipo de reductor (helicoidal, cónicos, cilíndrico
y tornillo sin fin) de acuerdo a la potencia y a la relación de velocidades. Por ejemplo, los reductores tipo sin
fin permiten reducciones elevadas pero con una eficiencia menor que los otros. Es importante considerar
que la eficiencia del reductor cae bruscamente cuando estas transmisiones trabajan con una carga menor
al 50% de la nominal.
™Cadenas. No tienen deslizamiento y se recomiendan para transmitir elevadas cargas que pueden llegar
hasta los miles de HP. La eficiencia puede alcanzar a 98%, pero el desgaste le hace perder un par de puntos
porcentuales.
Para los sistemas de iluminación el potencial de ahorro se estima durante el recorrido en planta y reconocimiento del tipo de luminaria, de las mediciones que se realicen sobre éstas y también de la experiencia del
inspector. Las medidas de ahorro que pueden ser de mayor aplicabilidad son:
™Hjhi^ijX^‹cYZa{beVgVh^cXVcYZhXZciZhedgÓjdgZhXZciZhXdbeVXiVh#
™Hjhi^ijX^‹cYZa{beVgVhÓjdgZhXZciZhI&'edgÓjdgZhXZciZhI-#
™>chiVaVX^‹cYZgZÓZXidgZhZheZXjaVgZh#
™Hjhi^ijX^‹cYZa{beVgVhYZbZgXjg^dedga{beVgVhYZhdY^dVaiVdWV_VegZh^‹c#
™ Instalación de controles de alumbrado.
™Hjhi^ijX^‹cYZWVaVhigdhZaZXigdbV\c‚i^XdhXdckZcX^dcVaZhedgWVaVhigdhZaZXigdbV\c‚i^XdhYZVaiVZÒX^ZcX^V#
™Hjhi^ijX^‹cYZWVaVhigdhZaZXigdbV\c‚i^XdhedgWVaVhigdhZaZXig‹c^Xdh#
™6YZXjVgadhc^kZaZhYZ^ajb^cVX^‹c#
Para investigar o preguntar
Energía eléctrica
Sistemas de ventilación
Si
No
¿Se presentan fugas en los ductos de aire?
Si
No
¿Encuentra rodamientos en mal estado, ocasionando resistencia mecánica en el mecanismo de transmisión de potencia?
Si
No
¿La transmisión de potencia es la más adecuada del motor al ventilador?, ¿Las condiciones
de espacio en sitio permiten acoples directos para reemplazar las correas?
Si
No
¿El sistema de ventilación contiene dampers u otros reguladores de flujo de aire?
Si
No
¿La succión de aire del ventilador se encuentra con obstáculos a sus alrededores que impidan el normal flujo de aire hacia el equipo de ventilación?
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
Sistemas aire comprimido
En la utilización del aire comprimido se relaciona el costo energético para la obtención del mismo y la
relación de éste con el rendimiento general del sistema.
Si
No
¿Se presentan fugas de aire en el sistema de aire comprimido en conectores y juntas como
mangueras flexibles, etc.?
Si
No
¿La captación de aire del compresor se encuentra en un ambiente a altas temperaturas?
Si
No
¿Se presentan zonas de baja demanda sin implementación de dispositivos reguladores
donde no se requiere la presión total del sistema?
Si
No
¿Se presenta uso inadecuado del aire comprimido: soplado, inyección de aire, aspirado,
atomización, etc.?
Sistemas de bombeo
Si
No
¿Se presentan tuberías con incrustaciones en el interior, o se transportan sólidos mezclados con líquidos generando estas sedimentaciones?
Si
No
¿Existen fugas en la bomba y en la red del sistema de bombeo?
Si
No
¿El sistema de bombeo puede operar con caudal variable?
Si
No
¿Conoce la eficiencia actual de su unidad de bombeo?
Si
No
¿Conoce el estado interno de su unidad de bombeo, impulsor, eje, carcaza, etc.?
Energía térmica
Hornos de fundición
Si
No
¿Se miden las temperaturas de los gases de combustión desechados por la chimenea?.
Esto con el fin de comparar con la eficiencia de la combustión del horno y determinar el
exceso en el consumo de combustible.
Si
No
¿Se presentan pérdidas de energía en forma de radiación por aberturas en el horno?
Si
No
¿Se presenta operación intermitente en los hornos?
Si
No
¿Se presentan pérdidas de calor por paredes de los hornos?
Si
No
¿Se presentan excesos de aire en la combustión de los hornos?
Si
No
¿Se aprovecha en su empresa la energía contenida en los gases de combustión?
43
44
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
Notas generales
5.3.2 Industria de recubrimientos galvánicos
La principal fuente de energética asociada a los procesos de recubrimientos galvánicos es la energía eléctrica, la cual es utilizada para lograr la electrólisis en los procesos de recubrimientos por vía electrolítica.
Para determinar la eficiencia eléctrica de los rectificadores de corriente, se debe relacionar la energía activa medida a la entrada del rectificador y la potencia convertida en energía de depositación. La eficiencia
eléctrica del rectificador se describe en la siguiente expresión:
kWcc
kWca
Como la potencia de entrada es igual a la de salida más las pérdidas, entonces la relación anterior es:
kWcc
kWcc + pérdidas
Para identificar las ineficiencias en cada uno de los sistemas de la industria de recubrimientos galvánicos,
se puede tener en cuenta los siguientes aspectos:
Para investigar o preguntar
Rectificadores de corriente
Si
No
¿Se presentan sobrecalentamientos en los rectificadores de corriente?
Si
No
¿Se presenta sulfatación en las barras conductores entre el rectificador y los baños electrolíticos?
Si
No
¿Existe en la empresa rectificadores de corriente conectados a un solo tanque de solución
electrolítica?, ¿El rectificador de corriente tiene la capacidad de conectar varios tanques
a la vez?
Tanques de solución electrolítica
Si
No
¿Utiliza resistencias eléctricas para el calentamiento de la solución galvánica?
Si
No
¿Los tanques de los baños electrolíticos presentan fugas de calor?
Si
No
¿Utiliza controles de temperatura en los tanques de los baños?
Centrifugas de secado
Si
No
¿Las centrifugas de secado utilizan resistencias eléctricas para suministrar aire caliente a
la pieza final?
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
Motores
Los motores constituyen uno de los principales consumidores de energía eléctrica de la empresa, en esta
guía se hace especial énfasis en los de inducción de jaula de ardilla por ser los más difundidos en la industria.
En la siguiente tabla se presentan principios básicos para estimar usos de energía en motores.
Valoraciones acerca de motores eléctricos
Costo de operación de un motor a un 75% de carga al mes.
Requerimiento de potencia eléctrica de los motores.
$ 135.000/HP (Caballo de fuerza).
3 kW por cada 5 HP de carga del motor.
Corriente a plena carga para un sistema trifásico a 460 V.
1.2 A por cada HP de carga del motor.
Corriente a plena carga para un sistema trifásico a 220 V.
2.4 A por cada HP de carga del motor.
Se asumieron horas de operación al mes de 720 con una tarifa de 250 $/kWh y un porcentaje de carga de
75% para los cálculos respectivos.
La siguiente tabla puede ser utilizada para determinar de manera sencilla los costos operativos por la potencia del motor.
Valoraciones acerca de motores eléctricos
Potencia
del motor
(HP)
Costos operativos de un motor de
eficiencia estándar por caballo de
fuerza ($)
Ahorros de un motor de
eficiencia Premium por caballo
de fuerza ($)
*º&%
$106.755 - $135.870 por HP
$25.233 - $38.820 por HP
5.0% - 3.5%
Incremento en la
eficiencia (%)
&*º(%
$106.755 - $116.460 por HP
$19.410 - $29.115 por HP
Aproximadamente
igual al anterior
)%º&'*
Aproximadamente
igual al anterior
Aproximadamente igual al
anterior
3.5% - 3%
A continuación se plantean consejos prácticos para la operación eficiente de este tipo de motores.
Si
No
¿Existen motores de eficiencia estándar en la empresa?
Si
No
¿Existen correas estándar (tipo V) instaladas en los equipos asociados a motores?
Si
No
¿Existen motores operando en vacío? u operando sin ninguna carga específica.
Si
No
¿Existen en la empresa variadores de velocidad en algún proceso?
Si
No
Si
No
¿Existen motores sobredimensionados? Para conocerlos se debe realizar un análisis de la
carga del motor, con el fin de determinar si la potencia del motor es la necesaria o está
sobredimensionada.
Si
No
¿Está la tensión de alimentación de los motores balanceada?
Si
No
¿Es mejor un motor grande o varios motores pequeños?
Si
No
¿Es posible reagrupar las líneas de proceso, con el fin de eliminar el transporte de materiales?
Si
No
¿Se encuentra el motor en buen estado de mantenimiento?
45
46
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
Si
No
¿Ha sido el motor rebobinado? ¿Cuántas veces?
Si
No
¿El proceso es necesario que sea motorizado? ¿Puede hacerse manualmente la labor?
Iluminación
Aunque el sistema de iluminación es el que menos aporta en la distribución de energía eléctrica de la
empresa, presenta un alto potencial en materia de ahorros y por tanto reducción de costos operativos. A
continuación se plantean consejos prácticos para la operación eficiente del sistema de iluminación.
Si
No
Si
No
Si
No
Si
No
Si
No
Si
No
Si
No
Si
No
Si
No
¿Se pueden organizar los grupos de trabajo o las máquinas, de acuerdo a los niveles de
iluminación requeridos?
Si
No
¿Son las luminarias apagadas cuando no hay personal en el recinto?
Si
No
¿Están los circuitos de luces bien distribuidos?
Si
No
¿Existen responsables de apagar las luminarias una vez terminadas las labores?
Si
No
¿Las superficies reflejan o absorben la luz?
Si
No
¿Se encuentran las luminarias estratégicamente localizadas?
Si
No
¿Es posible utilizar medios de control automático para encendido y apagado de luces,
(sensores de movimiento, fotoceldas)?
­:hi{cadhc^kZaZhYZ^ajb^cVX^‹cYZcigdYZadb†c^bdeZgb^i^Yd4&+%º)%%ajmZheVgV
recintos interiores)
¿Es la luminaria adecuada para dirigir la luz donde es requerida?
¿Es la reflexión de la luz buena?
¿Es el color el adecuado para la tarea?
¿Se han tenido en cuenta posibles incrementos de capacidad en el sistema?
¿Se encuentra la luminaria ubicada muy arriba o muy abajo?
¿Se está haciendo buen uso de la iluminación natural?
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
6. Oportunidades de ahorro energético
En la siguiente tabla se muestran las oportunidades de ahorro energético en cada uno de los sistemas donde se identificaron focos de pérdidas, aplicados a la industria de la fundición y galvanotecnia. De la tabla 5
a la tabla 13 se muestra el resumen de oportunidades de ahorro de cada uno de los sistemas participantes.
Industria de la fundición
PYME Sistema
Ineficiencia
Causa
Medida de ahorro
Ventilación
Fundición
Energia eléctrica
Se presentan fugas en los ductos
de aire generando caídas de
presión y disminuciones de flujo
importantes en el sistema, disminuyendo la eficiencia del equipo.
Ductos con perforaciones u
orificios permitiendo el escape de aire impulsado por
la unidad de ventilación.
Eliminar fugas mediante
el sellado de orificios y
perforaciones para reducir
las caídas de presión en el
sistema.
Rodamientos en mal estado, ocasionando resistencia mecánica en
el mecanismo de transmisión de
potencia, aumentando el consumo de energía eléctrica.
Falta de programación del
mantenimiento enfocado
en limpieza y lubricación de
elementos mecánicos.
Establecer una planeación
y ejecución del mantenimiento, teniendo en cuenta
las rutinas de lubricación y
limpieza de los dispositivos
mecánicos.
Operación incorrecta del mecanismo de transmisión de potencia del motor al ventilador. En
algunos casos Las condiciones de
espacio y operación no permiten
acoplar directamente.
Transmisión por bandas o
correas insuficiente presentándose tensiones incorrectas y deslizamientos.
Realizar ajuste y calibración
de los sistemas de transmisión por correas con el fin
de reducir pérdidas mecánicas por deslizamiento.
Se pueden presentar restricciones de caudal mediante dampers,
cuando el régimen de operación
de la velocidad del aire es variable. Estas restricciones de flujo
generan caídas de presión en el
sistema, disminuyendo la eficiencia de operación del ventilador y
a su vez aumentando el consumo
energético.
La ubicación de algunos sistemas
de ventilación presentan obstáculos o restricciones en la línea
de succión, generando una carga
mayor en el sistema y de igual
manera aumentando el consumo
energético.
Requerimientos de variacion
de flujo de aire en el sistema
de ventilación.
Ubicación incorrecta del
ducto de succión del ventilador.
En sistemas que requieren
variaciones en el flujo de
aire, se recomienda reemplazar dampers y persianas
por dispositivos variadores
de velocidad para el motor
del ventilador, con el fin de
eliminar pérdidas de presión
en el sistema.
Reubicación del ducto
de succión de aire del
ventilador a lugares libres
de obstáculos, con el fin
de evitar sobrecargas en el
sistema.
47
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
PYME Sistema
Ineficiencia
Causa
Medida de ahorro
Aire comprimido
Energia eléctrica
Fundición
48
Se presentan fugas de aire en
el sistema de aire comprimido
en conectores y juntas como
mangueras flexibles, además de
los desgastes de los empalmes de
cilindros neumáticos (incluyendo
acumuladores, tuberías, etc.).
Las fugas son causadas
por juntas mal acopladas,
valvulas de corte haciendo
mal cierre, acoples rápidos,
mangueras en mal estado,
etc.
Eliminar fugas mediante
el sellado de orificios y
perforaciones para reducir
las caídas de presión en el
sistema.
Se registra una temperatura relativamente alta en el aire de succión,
disminuyendo su densidad y a su
vez la capacidad de flujo másico
y presión del sistema, generando
mayores consumos de energía en
la unidad de compresión.
Las altas tempersturas
en el aire de entrada a la
unidad de compresión son
generadas por las condiciones térmicas del ambiente
de donde se toma el aire de
compresión.
Establecer una planeación
y ejecución del mantenimiento, teniendo en cuenta
las rutinas de lubricación y
limpieza de los dispositivos
mecánicos.
Se presentan zonas de baja
demanda sin implementación de
dispositivos reguladores, donde
no se requiere la presión total del
sistema.
Procesos finales que no
requieren del servicio de la
presión total que entrega el
sistema.
Realizar ajuste y calibración
de los sistemas de transmisión por correas con el fin
de reducir pérdidas mecánicas por deslizamiento.
Se encuentran filtros de aire
sucios generando resistencia en
la succion del compresor y a su
vez incrementando el consumo
energético.
Falla en rutinas de limpieza y
lavado de filtros, o en su defecto falla en la sustitución
de estos elementos que se
encuentren deteriorados.
En sistemas que requieren
variaciones en el flujo de
aire, se recomienda reemplazar dampers y persianas
por dispositivos variadores
de velocidad para el motor
del ventilador, con el fin de
eliminar pérdidas de presión
en el sistema.
Se presenta uso inadecuado del
aire comprimido: soplado, inyección de aire, aspirado, atomización,
refrigeración personal, soplado
con pistolas de mano, cabinas de
refrigeración, tubos Venturi para
vacío, entre otras.
Desconocimiento de metodos mas económicos para
realizar otras actividades
que no requiere aire comprimido.
Reubicación del ducto
de succión de aire del
ventilador a lugares libres
de obstáculos, con el fin
de evitar sobrecargas en el
sistema.
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
PYME Sistema
Ineficiencia
Causa
Medida de ahorro
Sistemas de bombeo
Fundición
Energia eléctrica
Existen fugas en la bomba y en
la red del sistema de bombeo
generando caidas de presión en
el sistema.
Las fugas son causadas por
juntas mal acopladas, válvulas en mal estado y tuberias
deterioradas, etc.
Detectar fugas en la red de
suministro de agua y corregiurlas con el fin de eliminar
las caidas de presión en el
sistema.
Se presentan variacion de velocidades en los sistemas de bombeo. Se usan algunos metodos de
regulación de caudal mediante
estrangulación de válvulas, ocacionando caidas de presión.
Procesos finales que no
requieren del servicio del
caudal total suministrado
por la unidad de bombeo
o en su defecto operan
con regimenes de caudal
variable.
Se recomienda en lo posible
modificar las velocidades
de impulsión de liquido,
mediante la aplicación de
dispositivos variadoes de
velocidad.
Se encuentran unidades de bombeo operando en puntos lejanos
al de su mayor eficiencia.
Variaciones a traves del
tiempo en los sistemas o
procesos que requieren
el bombeo de liquidos,
generando cambios en las
condiciones de operación
de la unidad de bombeo.
Se recomienda seleccionar bombas que cumplan
con los requerimientos de
operación requeidos en los
procesos y que operen en
puntos cercanos al de su
mayor eficiencia.
Las unidades de bombeo presentan desgaste interno generando recirculaciones y perdidas
volumétricas disminuyendo su
eficiencia.
Fallo en el mantenimiento
interno periódico de la
unidad de bombeo, ya que
se presentan desgastes por
el tipo de fluido bombeado,
aumentando las tolerancias
geométricas, etc.
Se recomienda realizar
mantenimiento periodico
interno a las unidades
de bombeo, con el fin de
rectificar los deterioros.
En el caso de desgastes
criticos en elementos como
impulsores, se recomienda
ralizar cambio de estos.
Se presentan tuberías con incrustaciones en el interior, ya que se
transportan sólidos mezclados con
líquidos generando estas sedimentaciones.
El tipo de fluido bombeado
puede generar incrustaciones en las tuberias, por
solidos en suspensión o
sustancias químicas en el
fluido.
Se recomienda Mantener las
tuberías limpias. Cuando se
transportan sólidos mezclados con líquidos, se requieren sistemas de lavado de
las tuberías y velocidades
suficientes para evitar las
sedimentaciones.
49
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
PYME Sistema
Ineficiencia
Causa
Medida de ahorro
Hornos de fundición
Energia eléctrica
Fundición
50
Se presentan temperaturas
excesivas en los gases de
combustión desechados por la
chimenea.
El aire de combustion no es
sometido a previo precalentamiento, generando
pérdidas de energía en los
gases de la chimenea.
Una de las formas más utilizadas para el aprovechamiento
de los gases de chimenea es
mediante el precalentamiento
del aire que entra hacer parte
de la combustión.
Se presentan pérdidas de energía en forma de radiación por
aberturas en el horno.
Compuertas abiertas o
que requieren constante
operación de apertura y
cierre por flujo de material
de proceso.
En lo posible mantener selladas aberturas o compuertas
abiertas innecesariamente.
Por otra parte, se recomienda
reducir tiempos de apertura
y cierre de las compuertas
cuando el proceso lo reqiuera.
Se presenta operación intermitente en los hornos.
Procesos productivos intermitentes, generando que la
energía almacenada en el
horno se pierda.
Se recomienda mantener
procesos de producción continuos en los hornos, con el fin
de evitar pérdidas de energía
en cada parada o "Batch".
Se presentan pérdidas de calor
por paredes de los hornos.
Mal estado de aislamiento
refractario en los hornos.
Cambiar o reponer aislante
refractario deteriorado en
las paredes y techos del
horno, con el fin de reducir al
máximo pérdidas de calor por
radiación al ambiente.
Se presentan excesos de aire
en la combustión de los hornos,
aumentando los consumos de
gas natural.
No existe adecuada regulación de la entrada de aire a
la combustión,con el fin de
aprovechar la mayor cantidad de energía en los gases
de combustión.
Regular la cantidad de
exceso de aire en los gases
de combustión y de esta
manera aprovechar al máximo
la temperatura de los gases de
combustión.
Se presentan procesos donde
no se aprovecha la energía en
forma de calor generada de los
procesos de combustión.
No existen procesos de
recuperación de calor de
los gases de combustión de
la chimenea.
Aprovechar la energía en
forma de calor en los gases
de combustión de la chimenea
en otros procesos. El uso mas
frecuente de la recuperación
de calor de estos gases es en
el precalentamiento del aire
de combustión.
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
Industria de recubrimientos galvánicos
PYME Sistema
Ineficiencia
Causa
Medida de ahorro
Motores
Fundición e industria de recubrimientos galvánicos
Energia eléctrica
Se encuentran equipos
operando en vacío.
Sistemas en los cuales se
termina la actividad productiva y se dejan equipos
encendidos.
Apagar equipos adaptando
un control operacional más
estricto.
Existen motores
sobredimensionados.
Es común encontrar sistemas sobredimiensionados
por posibilidades en el
aumento en la capacidad de
producción o por protección de la unidad.
Realizar cálculos más ajustados de acuerdo a la necesidad
del sistema, si es necesaria
una ampliación se debe tener
en cuenta sin necesidad de
sobredimiensionar.
Está la tensión de alimentación
de los motores balanceada.
Por lo general se realiza una
mala distribución de cargas
monofásicas a sistemas
trifásicos, lo que acarrea
probemas en la tensión de
suministro de los motores.
Realizar un balance de carga
siempre y cuando existan valores de desbalances mayores
a un 5%.
Se encuentran varias líneas de
proceso innecesariamente.
Se encuentra comúnmente
que la distribución de la
empresa no se encuentra
dispuesta para el transporte
y manejo de los materiales
que involucran el proceso
productivo de la empresa.
Siempre y cuando sea posible
realizar una distribución más
adecuada para evitar cuellos
de botella y máquinas operando innecesariamente.
Se encuentran motores
rebobinados varias veces.
Cuando un motor de
inducción es rebobinado
constantemente en talleres
no certificados, pierde
punto de eficiencia por cada
rebobinado, como regla de
mano, pierde entre uno (1) y
dos (2) puntos.
Si el motor falla por problemas
de aislamiento y es necesario
desmontarlo para mantenimiento severo, es posible
considerar el uso de un motor
nuevo y de eficiencia premium,
la recuperación de la inversión
se alcanza por lo general a los
seis (6) meses, dependiendo
de las condiciones.
51
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
PYME Sistema
Ineficiencia
Causa
Medida de ahorro
Rectificadores de corriente
Fundición e industria de recubrimientos galvánicos
Energia eléctrica
PYME Sistema
Se presentan sobrecalentamientos en los rectificadores
de corriente generados por
deficiencia en el sistema de
refrigeración del mismo.
Falta de mantenimiento en
sistema de refrigeración
de los rectificadores de
corriente.
Realizar mantenimiento
programado al sistema de refrieración de los rectificadores
de corriente.
Se presenta sulfatación en las
barras conductores entre el
rectificador y los baños electrolíticos, generando resistencia y
a su vez mayores consumos de
energía en el sistema.
Falta de mantenimiento
(limpieza) de las barras
conductoras.
Realizar limpieza periódica
de las barras conductoras
del equipo generador hacia
los baños, ya que las sulfataciones generan resistencia
aumentando el consumo
energético.
En la industria colombiana se
encuentran rectificadores de
corriente de bajas capacidades,
los cuales manejan un solo
tanque de baño electrolítico. En
procesos de mayor producción
donde se requiere la operación
simultanea de varios tanques,
es necesario la utilización de
varios rectificadores, aumentando los consumos energéticos de la empresa.
Se pueden encontrar procesos de bajas demandas.
También se puede encontrar como causa importante
el costo de la inversión en
un rectificador de mayor capacidad y mejor tecnología.
Se recomienda sustituir
rectificadores de coriente de
baja capacidad, por equipos
de mayores capacidades con
el fin de aumentar la cantidad
de baños operando simultaneamente con este equipo, y
así disminuir el consumo de
energía por la operación de
varior rectificadores.
Ineficiencia
Causa
Medida de ahorro
Tanques de soluciión electrolítica
Energia electrica
Fundición e industria de recubrimientos galvánicos
52
En procesos que requieren el
calentamiento del baño electrolítico, se utiliza resistencias
eléctricas para suministrar la
energía necesaria para este
proceso. El uso de resistencias
no es una buena práctica ya
genera altos consumos de
energía.
Procesos como el niquelado
requieren que la sustancia
electrolitica del baño se
encuentre a temperaturas
alrededor de los 55°C.
Se recomienda sustituir el
calentamiento por resistencias
eléctricas, por calentamiento
de agua en tanques de doble
fondo con gas natural, con
el fin de calentar la solución
electrolítica a las temperaturas requeridas.
En procesos que requieren
temperaturas especificas en los
baños, se presentan fugas de
calor por medio de los tanques,
generando mayor demanda de
energía hacia el proceso de
recubrimiento.
Deficiencia en el aislamiento
del tanque del baño electrolítico generando pérdidas
de calor.
RAislar los tanques del baño
electrolítico con el fin de evitar fugas de calor y disminuir
el consumo de energía por
parte del rectificador.
No se tienen controles de temperatura en los tanques de los
baños, con el fin de optimizar y
controlar el proceso de calentamiento de éstos.
En la industria galvánica en
Colombia la mayoria de procesos son de tipo artesanal.
Por tal motivo no se encuentran procesos conalgún tipo
de controladores.
SSe recomienda la instalación
de controles de temperatura
en los tanques para conocer
la el aumento de temperatutura de la solución y evitar
incrementos innecesarios en
el consumo energético
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
Ineficiencia
Causa
Medida de ahorro
Energia eléctrica
Centrifugas de
secado
Fundición e industria de
recubrimientos galvánicos
PYME Sistema
Las centrifugas de secado
utilizan resistencias eléctricas
para suministrar aire caliente
a la pieza final. El uso de estas
resistencias no es una buena
práctica energética por su consumo elevado de energía.
Falta de inversión para
desarrollar proyectos de
producción mas limpia y
eficiente.
Sustituir los secadores centrifugos de resistencia eléctrica,
por secadores de llama a gas
natural.
Oportunidades de ahorro energético en sistemas de iluminación
La aproximación de las pérdidas eléctricas en la iluminación debe identificar los tipos de luminarias susceptibles de reemplazo por tecnologías de ahorro energético, en la tabla 13 se muestra la oportunidad de
ahorro de acuerdo al tipo de luminaria actual.
Medida de ahorro
Para las lámparas incandescentes de 100W y 150W existen las lámparas fluorescentes compactas
de 20W y 26 W respectivamente, con lo cual se reduce el consumo de energía hasta en un 80% y se
reduce considerablemente la emisión de calor.
Para las lámparas fluorescentes lineales 39WT12 y 40WT12 con elementos magnéticos, existen las
lámparas fluorescentes lineales 32WT8 con elementos electrónicos con lo cual se reduce el consumo de energía hasta en un 38% y un aumento en los niveles lumínicos de un 10%.
Iluminación
Fundición e industria de recubrimientos galvánicos
PYME Sistema
Para las lámparas de mercurio de 400W existen las lámparas de vapor de sodio 250W o haluros
metálicos 250W, con las cuales se puede reducir el consumo de energía hasta en un 30% y un
aumento de los niveles lumínicos del 10%.
Para las lámparas halógenas 50W existen las lámparas fluorescentes compactas de 11W, con lo cual se
reduce el consumo de energía hasta en un 80% y se reduce considerablemente la emisión de calor.
Para las lámparas mixtas 150W, 250W y 400W existen las lámparas de vapor de sodio o haluros
metálicos de 75W, 150W y 250W respectivamente, con las cuales se puede reducir el consumo de
energía hasta en un 43% y un aumento de los niveles lumínicos del 10%.
Normalmente, las lámparas de vapor de sodio y haluros metálicos son las más eficientes utilizadas.
El ahorro para estas dos tecnologías debe orientarse hacia el sistema de control a fin de optimizar
las horas de utilización.
53
54
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
7. Opciones en el mercado para ahorro de energía
7.1 Alternativas que ofrece el mercado enfocadas
al uso racional de energía
Fundición
Hjhi^ijX^‹cYZXdbWjhi^WaZh
Algunas empresas de fundición en Colombia utilizan hornos de cubilote tradicional a carbón (coke) para
la confección de sus piezas, los cuales pueden presentar inconvenientes en cuanto al uso energético.
Algunos inconvenientes son:
™ Baja capacidad productiva, que impide el crecimiento y también desarrollar nuevos mercados.
™ Uso de combustible altamente contaminante.
™ Cambios en la calidad de los productos requerida por el mercado.
™ No permite la obtención de fundiciones de mejor calidad.
Las alternativas que se ofrecen en el mercado es
la sustitución del horno cubilote alimentado por
carbón (coke), por un horno de las mismas características alimentado por gas natural.
Los beneficios que se obtienen por el cambio de
combustible son:
™ Reducción de pérdidas energéticas, logrando
mejor aprovechamiento de los productos de combustión.
™ Aumentar la productividad y calidad del producto por mayor control y homogeneidad en el proceso de fusión del metal.
™ Disminución las emisiones de particulado, CO2,
CO y SO2 debido al uso de un combustible más
limpio.
™ Disminución del costo operacional.
™ Utilización de energético más económico cambiando el coke por gas natural.
™ Desarrollo de nuevos productos (Fundición Nodular); posibilidad de exportación, mayor competitividad.
Uso de recuperadores de calor
El uso de recuperadores de calor en distintas fuentes como calderas, hornos, incineradores, etc.; permite obtener significativos ahorros de combustible.
Los beneficios generales por el uso de recuperadores de calor son:
™ Reducción del consumo de combustible
™ Disminución de la polución térmica
™ Disminuye el volumen de las emisiones contaminantes, ya que se utilizará menos combustible.
™ Corto tiempo del retorno de la inversión, generalmente inferior a un año.
Recubrimientos electrolíticos
Reemplazo de rectificadores de corriente tradicionales
Importante crecimiento ha tenido el desarrollo de este equipo en los últimos años, siendo una tecnología que a día de hoy se impone a la de los rectificadores tradicionales regulados por tiristores. Inigualables ventajas hacen de este producto una herramienta básica en el desarrollo de procesos galvánicos.
Entre estas ventajas se encuentran las siguientes:
™GZYjX^YdZheVX^d
™GZYjX^YdXdchjbdZcZg\‚i^Xd(%"'*bZcdhfjZjcgZXi^ÇXVYdgigVY^X^dcVa
™;VXidgYZediZcX^VXdh2&
™;VXidgYZg^oVYd1(ZcXjVafj^ZggVc\dYZgZ\jaVX^‹cedh^W^a^YVYYZigVWV_VgXdcVkZg†V
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
Figura 9. Rectificadores de corriente modulares electrónicos.
Energías alternativas (Energía solar)
Para América Central y la región ecuatorial, las tecnologías de energía renovable a pequeña escala
presentan una alternativa económica y ambiental factible para la provisión de energía a comunidades
rurales remotas y para la expansión de la capacidad eléctrica instalada, ya sea por medio de sistemas
aislados o por proyectos conectados a la red eléctrica. La región cuenta con suficientes recursos para
desarrollar sistemas hidráulicos, solares, eólicos y de biomasa, principalmente.
Una de los tipos de energía renovable es la solar en cualquiera de sus formas, la cual ha tomado un
lugar importante en sus aplicaciones a nivel local y regional en los últimos años. La energía solar fotovoltaica es aquella que se obtiene por medio de la transformación directa de la energía del sol en energía eléctrica. Esta definición contiene los siguientes aspectos sobre los cuales se puede profundizar:
1. La energía solar se puede transformar de dos maneras:
La primera utiliza una parte del espectro electromagnético de la energía del sol para producir calor. A la energía obtenida se le llama energía solar
térmica. La transformación se realiza mediante el
empleo de colectores térmicos.
La segunda, utiliza la otra parte del espectro electromagnético de la energía del sol para producir
electricidad. A ésta se le llama solar fotovoltaica.
La transformación se realiza por medio de módulos o paneles solares fotovoltaicos.
2. La energía solar fotovoltaica se utiliza generalmente para abastecer sistemas de iluminación, para
el funcionamiento de equipos ofimáticos y electrodomésticos de bajo consumo energético. Las aplicaciones fotovoltaicas generalmente se encuentran en lugares remotos que no tienen acceso a la red.
También en establecimientos comerciales, industriales y de servicios que estén comprometidos con el
medio ambiente.
H^hiZbVh[didkdaiV^Xdh
Un sistema solar fotovoltaico está conformado por equipos estrictamente construidos para las aplicaciones de transformación de la energía de radiación solar en energía eléctrica. En la figura 10 se
muestra el esquema común de una instalación para un sistema de generación fotovoltaico.
55
56
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
Figura 10. Esquema de instalación común de un sistema de generación fotovoltaico.
Panel solar fotovoltaico
Transformador CC-CA
Controlador
Bateria
Consumidores
™B‹YjaddeVcZa[didkdaiV^Xd
Es el equipo encargado de transformar la energía solar en eléctrica. Estos módulos solares están conformados por un arreglo de celdas fotovoltaicas protegidas por un marco de vidrio y aluminio anodizado. La celda fotovoltaica es el componente que capta la energía contenida en la radiación solar y la
transforma en una corriente eléctrica, basado en el efecto fotovoltaico que la produce cuando la luz
incide sobre algunos materiales.
El material más usado en la fabricación de las celdas fotovoltaicas es el silicio por su capacidad semiconductora y abundancia en todo el mundo.
Figura 11. Arreglo de módulos solares fotovoltaicos.
Las aplicaciones más comunes en la industria de las instalaciones solares fotovoltaicas son para abastecimiento eléctrico a sistemas de iluminación, equipos ofimáticos y algunas aplicaciones de pequeños
sistemas de bombeo.
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
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Al igual que los sistemas fotovoltaicos, los solares térmicos se componen de un panel o módulo el cual
transforma la energía solar (radiación solar) en energía térmica para calentamiento de fluidos.
Una de las aplicaciones más sencillas y económicas de la energía solar térmica son los colectores
planos para el calentamiento de agua. A partir de cálculos complejos de la radiación máxima que recibe una superficie inclinada, en los que intervienen consideraciones teóricas y empíricas, la máxima
captación de un colector plano se logra cuando el ángulo de inclinación es aproximadamente igual a
la latitud geográfica del lugar. Esto permite lograr una incidencia máxima en todas las épocas del año.
En la figura 12 se muestra el arreglo típico de un módulo solar térmico.
Figura 12. Arreglo de módulos solares térmicos para calentamiento de agua
Agua fría
Vidrio común
Aluminio
Agua caliente
Tanque de almacenamiento
de 60 0 70 litros (1m más alto
que el colector aprox).
Agua caliente
Lámina con tubos
soldados (cobre con
pintura negra mate).
Aislante térmico
(fibras de vidrio o poliuretano)
Sur
20o
Agua fría
Para las aplicaciones en la industria de la galvanotecnia, esta tecnología puede ser utilizada para el
calentamiento de la solución electrolítica, ya que en la mayoría de empresas del sector se utilizan resistencias eléctricas para el calentamiento de dichas soluciones.
El agua en un panel solar térmico puede ser calentada a una temperatura hasta de 70°C, mientras que
la temperatura de calentamiento de las soluciones electrolíticas es de alrededor de 50 °C en las aplicaciones convencionales con resistencias eléctricas en los tanques electrolíticos. Por tal motivo, este
medio de calentamiento solar para aplicaciones en la industria galvánica (calentamiento de soluciones
electrolíticas) es una alternativa viable, económica y amigable con el medio ambiente.
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58
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
Glosario de términos
Balasto:
Dispositivo conectado entre la alimentación y una
o varias lámparas de descarga, que sirve para limitar la corriente de la o las lámparas a un valor
determinado.
Compresor:
Es una máquina que está construida para aumentar la presión y transportar ciertos fluidos llamados compresibles (gases y vapores).
Sensor de Presencia:
Detector de radiación óptica que utiliza la interacción entre la radiación y la materia resultante de la
absorción de fotones y la consecuente liberación
de electrones a partir de sus estados de equilibrio, produciendo así una tensión o corriente
eléctrica, o una variación de resistencia eléctrica,
excluyendo los fenómenos eléctricos producidos
por cambios de temperatura.
Eficiencia energética:
Proporción entre la cantidad de energía consumida y los productos y servicios finales obtenidos.
Energía reactiva:
Energía que ciertos receptores (transformadores,
lámparas de descarga, motores, etc.) emplean
para crear campos magnéticos. No produce ningún trabajo útil, por lo que resulta conveniente
disminuir su cuantía mediante baterías de condensadores.
Lámpara:
fuente construida para producir una radiación óptica, generalmente visible.
Lámpara de descarga:
lámpara en la que la luz se produce, directa o indirectamente, por una descarga eléctrica a través
de un gas, un vapor metálico o una mezcla de varios gases y vapores.
Luminaria:
aparato que sirve para repartir, filtrar o transformar
la luz de una o varias lámparas y que incluye, además de las propias lámparas todas las piezas necesarias para fijar y proteger las lámparas y cuando
sea necesario, circuitos auxiliares junto con los medios de conexión al circuito de alimentación.
Rendimiento:
es la relación existente entre la energía que requiere
un determinado equipo para su funcionamiento y la
que realmente transforma en energía útil.
Variador de frecuencia:
equipo electrónico que se acopla a los motores de
inducción y regula progresivamente la frecuencia
de dicho motor, tanto en carga como en arranque.
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
Conversión de unidades
Tablas de conversion de unidades
Conversion del sistema ingles al sistema métrico (SI)
Conversion del sistema metrico (SI) al sistema inglés
Longitud
de
pulgada
milimetros
25.4
milimetros
pulgada
0.0394
pulgada
centimetros
2.54
centimetros
pulgada
0.3937
pies
a
centimetros
(x) por
30.48
de
centimetros
a
pies
(x) por
0.0328
pies
metros
0.3048
metros
pies
3.2808
yarda
metros
0.9144
metros
yarda
1.0936
Área
de
pulgada2
milimetros2
645.16
milimetros2
pulgada2
0.016
pulgada2
centimetros2
6.4516
centimetros2
pulgada2
0.155
pies2
a
centimetros2
(x) por
929.03
de
centimetros2
a
pies2
(x) por
0.0011
pies2
metros2
0.0929
metros2
pies2
10.7639
yarda2
metros2
0.8361
metros2
yarda2
1.196
Volumen-Capacidad
de
pulgada3
centimetros3
16.38
pulgada3
centimetros3
0.061
onza
centimetros3
29.57
onza
centimetros3
0.0338
galon (US)
decimetros3
3.78
galon (US)
decimetros3
0.2642
galon (US)
metros3
0.0038
galon (US)
metros3
pies3
a
decimetros3
(x) por
28.31
pies3
de
a
decimetros3
264.17
(x) por
0.0353
pies3
metros3
0.0283
pies3
metros3
35.31
yarda3
metros3
0.7646
yarda3
metros3
1.307
pulgada3/lb
metros3/kg
0.000036
pulgada3/lb
metros3/kg
27.68
pies3/lb
metros3/kg
0.0624
pies3/lb
metros3/kg
16.018
onza
gramo
28.34
gramo
onza
0.03527
libra
gramo
453.6
gramo
libra
Masa
de
libra
a
kilogramo
(x) por
0.453
de
kilogramo
a
libra
0.0022
(x) por
2.2046
libra
Tonelada (SI)
0.00045
Tonelada (SI)
libra
2204.6
Tonelada (US)
Tonelada (SI)
0.907
Tonelada (SI)
Tonelada (US)
1.1023
Fuerza
de
libra-fuerza
a
Newton
(x) por
4.448
de
Newton
a
libra-fuerza
(x) por
0.225
Densidad
de
libra/pulgada3
kg/m3
27679.8
kg/m3
libra/pulgada3
libra/pies3
g/cm3
0.016
g/cm3
libra/pies3
libra/pies3
a
libra/pulgada3
kg/m3
(x) por
g/cm3
de
16.018
kg/m3
a
g/cm3
27.68
libra/pies3
0.000036
(x) por
libra/pulgada3
62.43
0.0624
0.03613
Temperatura
de
Fahrenheit
Fahrenheit
a
Centigrados
Kelvin
(x) por
(F-32)/1,8
(F+459,6)/1,8
de
Centigrados
Kelvin
a
Fahrenheit
Fahrenheit
(x) por
(1,8x°C)+32
(1,8x°K)+459,6
Presión
de
psi
Kilo-pascal
6.8948
Kilo-pascal
psi
psi
Mega-pascal
0.00689
Mega-pascal
psi
psi
a
psi
Giga-pascal
(x) por
Bar
0.00000689
de
Giga-pascal
0.0689
a
Bar
psi
0.145
(x) por
145
145.038
psi
14.51
0.736
Potencia y Energía
de
ft-lb
Joule (J)
1.3558
Joule (J)
ft-lb
in-lb
Joule (J)
0.113
Joule (J)
in-lb
8.85
ft-lbf/pulgada
Joule/metro
53.4
Joule/metro
ft-lbf/pulgada
0.0187
ft-lbf/pulgada
J/cm
0.534
J/cm
ft-lbf/pulgada
1.87
ft-lbf/pulg2
kJ/m2
2.103
kJ/m2
ft-lbf/pulg2
0.4755
kW
a
HP (SI)
(x) por
13596
de
HP (SI)
a
kW
(x) por
0.7355
HP (US)
kW
0.7457
kW
HP (US)
1.3419
Btu
J
1055.1
J
Btu
0.00095
Btu
W-h
0.2931
W-h
Btu
3.412
Btu/lb
kJ/kg
2.326
kJ/kg
Btu/lb
0.4299
Btu/lb°F
J/kg°C
4187
J/kg°C
Btu/lb°F
0.000239
Flujo Másico
de
lb/min
lb/h
a
g/s
kg/h
(x) por
7.56
0.453
de
g/s
kg/h
a
lb/min
lb/h
(x) por
0.1323
2.2046
Velocidad
de
pulg/min
ft/s
a
cm/s
m/s
(x) por
0.0423
0.3048
de
cm/s
m/s
a
pulg/min
ft/s
(x) por
23.62
3.2808
59
60
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
Bibliografía
1. Sistema de gestión integral de la energía. Guía
para la implementación. UPME, Omar Prias Caicedo, Grupo de Investigación en Gestión Eficiente
de Energía, KAÍ, Universidad del Atlántico, Grupo
de Investigación en Energías, GIEN, Universidad
Autónoma de Occidente.
14. Tecnologías innovativas para la fundición de
aleaciones no ferrosas/Jornada SAM-CONAMETSimposio materia 2003.
2. Guía didáctica para el desarrollo de auditorías
energéticas, UPME basada en un estudio con la
unión temporal ISIS Diego Otero.
16. Guías sobre medio ambiente, salud y seguridad-Fundiciones/Corporación financiera internacional, Grupo del Banco Mundial.
3. Formulación de una política ambiental de eficiencia energética para Bogotá, CAEM-CCB-Alcaldía Mayor de Bogotá/Carlos Amaris de León.
17. Estrategia de Ahorro y eficiencia energética
en España Subsector Metalurgia no Férrea/Secretaría de Estado de Energía, Desarrollo Industrial y
de la Pequeña y Mediana Empresa 2003.
4. Inventario nacional de GEI, Módulo de procesos
2009. /Dalia Mercedes Buitrago, María Gutiérrez,
Gina Sánchez.
5. Gran encuesta PYME, Informe de resultados
2009. /ANIF-Banco de la Republica-BID-Bancoldex.
6. Indicadores de actividad sector metalúrgicometalmecánico. /ASIMET 2009.
7. Guía de buenas prácticas para el sector galvanotecnia/ FUNDES-Ministerio de Medio Ambiente.
8. Guía de PML para el sector de recubrimientos
electrolíticos en Colombia. /Centro Nacional de
Producción más Limpia-SECO-EMPA.
9. Unidad de asistencia para la mediana y pequeña industria/ACERCAR 2008.
15. Manual de operaciones en plantas de fundición de cobre/DOE RUN Perú 2007.
18. Estrategia de Ahorro y Eficiencia Energética en
España, Subsector Siderurgia y fundición/Secretaría de estado de energía, desarrollo industrial y de
la pequeña y mediana empresa 2003.
19. La producción más limpia, la estrategia para
cumplir con criterios ambientales y sociales de
las compras públicas sostenibles/Alcaldía de Medellín, Centro Nacional de Producción más limpia.
20. Reemplazo de horno de cubilote por un horno
de inducción-INCOMETAL S.A. Corporación de investigación tecnológica de Chile/INTEC 2001.
21. Sustitución de Horno Cubilote- Sector de fundición-Proyectos de eficiencia energética-Fichas
técnicas/INTEC-Corporación de Investigación Tecnológica de Chile 2001.
Páginas web.
10. Guía de buenas prácticas ambientales, tratamiento de superficies metálicas/Consejo de Agricultura, Agua y Medio Ambiente.
11. Guía de buenas prácticas en uso racional de
energía en el sector de pequeñas y medianas industrias/Ministerio de Medio Ambiente 2002, Centro Nacional de Producción más limpia.
12. Procesos de fundición en espuma perdida
para la fabricación de autopartes/ Universidad
CVX^dcVaYZ8dadbW^V'%%,º<gjed9NC6#
13. Procesos y equipos para la fundición de metales/Cesar Luís Cardozo 2007.
1. http://www1.upme.gov.co
2. http://www.tpec.org.tw/index-english.asp
3. http://www.demox.com.ar/index.htm
4. http://www.emision.com/hornos_industriales.htm
5. http://www.asimet.cl./revista_metalindustría_titulares.htm
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
Anexos
Modelo de formato para determinar el censo de carga
1
Area
2
3
Equipo
Tensión
(V)
4
5
Corriente Factor de
(amp)
potencia (fp)
6
7
Potencia
(kW)
Tiempo de
operación
(horas/mes)
8
Energía consumida
total (kWh/mes)
Total
Modelo de formato para la elaboración de la distribución de los consumos de energía eléctrica por sistemas (para elaboración del pareto).
1
Sistema
A
B
C
Hornos de inducción (BF)
Sistema de bombeo
2
Consumo mensual
(kWh/mes)
3
Porcentaje de
participación (%)
(A2/F2)x100
(B2/F2)x100
Sistema de Aire
comprimido
D
Sistema de transporte
(motores)
E
Sistema de ventilación
F
Total
100%
4
Costo de la energía
($/mes)
61
62
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector
Modelo de formato para la toma de información relevante de consumo de energía y niveles de producción
Año
2009
Meses
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Promedio
2010
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Promedio
Producción (Ton)
Consumo de
Energía (kwh/mes)
Indice de consumo
(kWh/Ton)
Acero, hierro, materiales no ferrosos y galvanotecnia
Equipo
Marca
Tipo Cant. Cap.
Horas
de op.
Tipo de energético
Elect.
Gas
natural
GLP
ACPM
Carbón
Bombas
Compresores de aire
Compresores de refrigeración
Ventiladores
Aire acondicionado
Torres de enfriamiento
Chillers
Calderas
Hornos
Motores
Otros equipos
Marca
Tipo Cant. Cap.
Horas
de op.
Tipo de energético
Elect.
Gas
GLP
natural
ACPM Carbón
63
64
Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector