Guía Para La Calificación de Consultores en EE

5/24/2018 Gu a Para La Calificaci n de Consultores en EE

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EFICIENCIAENERGTICA

Gua para la Calificacin de Consultores enEFICIENCIA ENERGTICA

Santiago - Chil e


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Agencia Chilena de Eficiencia EnergticaGua para Calificacin de Consultores en Eficiencia Energtica

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GUA PARA LA CALIFICACIN DE CONSULTORES EN EFICIENCIA ENERGTICA

Proyecto Fomento de Eficiencia Energtica

Por encargo de:Deutsche Gesellschaft fr Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH

Federico Frbel 1776/1778. Providencia. Santiago. Chile

www.giz.de

Agencia Chilena de Eficiencia Energtica (AChEE)

Monseor Stero Sanz n.221

Providencia. Santiago. Chile

www.acee.cl

Ministerio de Energa

Avenida Libertador Bernardo O'Higgins n. 1449

Edificio Santiago Downtown II, piso 14.

Santiago. Chile.

En el marco del proyecto

Fomento de Eficiencia Energtica(Ministerio de Energa-AChEE/GIZ)

Coordinacin: Comit Tcnico.

Preparado por:

Programa de Estudios e Investigaciones en Energa

Rebeca Matte n. 79. Santiago. Chile

(56-2) 9782077 / 9782387

www.prien.cl
http://www.giz.de/http://www.giz.de/http://www.acee.cl/http://www.acee.cl/http://www.prien.cl/http://www.prien.cl/http://www.prien.cl/http://www.acee.cl/http://www.giz.de/


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ACLARACIN

Este material fue preparado por encargo del proyecto Fomento de la Eficiencia

Energtica implementado por la Agencia Chilena de Eficiencia Energtica (AChEE)

(heredera del Programa Pas Eficiencia Energtica (PPEE)) del Ministerio de Energa y

Deutsche Gesellschaft fr Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH. Sin perjuicio de

ello, las conclusiones, opiniones y recomendaciones de los autores no necesariamente

reflejan la posicin del Gobierno de Chile o de GIZ. De igual forma, cualquier referencia auna empresa, producto, marca, fabricante u otro similar no constituye en ningn caso una

recomendacin por parte del Gobierno de Chile o de GIZ. Se autoriza la reproduccin

parcial o total, siempre y cuando se cite la fuente de referencia.

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CONTENIDO

ACLARACIN ................................................................................................................................................ 3

Contenido .................................................................................................................................................... 4

1 Introduccin ......................................................................................................................................... 8

1.1 Objetivos especficos de la Gua ....................................................................................................... 8

1.2 Alcances y expectativas de la Gua.................................................................................................... 8

1.3 Acerca de las preguntas de examen ................................................................................................. 9

2 Beneficios de la Eficiencia Energtica ................................................................................................. 11

2.1 Beneficios individuales de la Eficiencia Energtica ......................................................................... 11

2.2 Beneficios locales, regionales y nacionales de la eficiencia energtica .......................................... 12

3 Diagnsticos energticos y gestin de la energa en la industria ........................................................ 133.1 Diagnsticos energticos o auditoras ............................................................................................ 13

3.2 Enfoque sistmico para un correcto diagnstico de eficiencia energtica ..................................... 14

3.3 Trabajo de la empresa en la auditora: condicin necesaria para el xito...................................... 15

3.4 Tipos de auditoras energticas ...................................................................................................... 15

3.5 Desarrollo de una auditora energtica .......................................................................................... 16

3.6 Gestin de la Energa ...................................................................................................................... 18

3.7 Norma ISO 50001: Energy management systems ........................................................................... 19

3.8 Referencias bibliogrficas ............................................................................................................... 20

4 Calidad de la energa en la eficiencia energtica ................................................................................ 21

4.1 Motivacin ...................................................................................................................................... 21

4.2 Calidad de la energa en conversiones energticas - Exerga ......................................................... 21

4.3 Calidad de la electricidad ................................................................................................................ 23


5 Combustibles y combustin ............................................................................................................... 26

5.1 Combustibles y clasificacin ........................................................................................................... 26

5.2 Composicin de los combustibles ................................................................................................... 28

5.3 Combustin ..................................................................................................................................... 30

5.4 Control de la eficiencia de la combustin ....................................................................................... 35

5.5 Estimacin del consumo de combustible ....................................................................................... 36

5.6 Problemas tipo examen .................................................................................................................. 36



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6 Calderas y distribucion de vapor ........................................................................................................ 38

6.1 Conceptos importantes ................................................................................................................... 38

6.2 Clasificacin general de calderas .................................................................................................... 39

6.3 Evaluacin de la eficiencia de una caldera...................................................................................... 42

6.4 Elementos de eficiencia y prdidas de energa en calderas ........................................................... 44

6.5 Elementos asociados a la eficiencia energtica del sistema de distribucin de vapor y retorno decondensado .................................................................................................................................................. 46



7 Hornos industriales y secadores ......................................................................................................... 50

7.1 Prembulo ....................................................................................................................................... 50

7.2 Hornos y clasificacin ...................................................................................................................... 50

7.3

Secadores ........................................................................................................................................ 54

7.4 Evaluacin de la Eficiencia Eenergtica de hornos y secadores ..................................................... 56

7.5 Prdidas de energa y opciones de eficencia en hornos y secadores ............................................. 57



8 Refrigeracin ...................................................................................................................................... 60

8.1 Aspectos generales ......................................................................................................................... 60

8.2 Clasificacin general ....................................................................................................................... 60

8.3 Elementos del ciclo de refrigeracin por compresin .................................................................... 62

8.4 Chillers ............................................................................................................................................ 64

8.5 Eficiencia Energtica en sistemas de refrigeracin ......................................................................... 66

8.6 Medidas de Eficiencia Energtica en sistemas de refrigeracin ..................................................... 68



9 Recuperacin de calor de procesos .................................................................................................... 72

9.1 Concepto ......................................................................................................................................... 72

9.2 Clasificacin segn la temperatura del calor residual .................................................................... 72

9.3 Elementos metodolgicos para la recuperacin de calor ............................................................... 73

9.4 Recuperacin de calor mediante anlisis pinch .............................................................................. 73

9.5 Sistemas de recuperacin de calor ................................................................................................. 75

9.6 Eficiencia Energtica en la recuperacin de calor ........................................................................... 79




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10 Mercado elctrico y tarificacin en Chile ............................................................................................ 82

10.1 Introduccin y objetivos del captulo .............................................................................................. 82

10.2 Generacin ...................................................................................................................................... 82

10.3 Transmisin: descripcin y tarificacin ........................................................................................... 84

10.4 Distribucin ..................................................................................................................................... 85

10.5 Identificacin de prdidas de energa en cada segmento del sistema ........................................... 86

10.6 Precios de Nudo .............................................................................................................................. 87

10.7 Precios a clientes finales o tarifas de consumo .............................................................................. 89

10.8 Cambio de tarifa v/s Eficiencia Energtica ...................................................................................... 94

10.9 Sitios web con informacin del sector elctrico ............................................................................. 94


11 Autoproduccin de electricidad ......................................................................................................... 96

11.1 Aspectos generales ......................................................................................................................... 9611.2 Aspectos legales .............................................................................................................................. 98

11.3 Autoproduccin con grupos electrgenos .................................................................................... 100

11.4 Referencias bibliogrficas ............................................................................................................. 104

12 Cogeneracin industrial ................................................................................................................... 105

12.1 Cogeneracin: el verdadero concepto .......................................................................................... 105

12.2 Clasificacin general ..................................................................................................................... 105

12.3 Tecnologas de cogeneracin ms comunes ................................................................................. 106

12.4 Eficiencia Energtica de la cogeneracin ...................................................................................... 10812.5 Medidas de Eficiencia Energtica en la cogeneracin .................................................................. 110

12.6 Cuando es posible cogenerar ........................................................................................................ 111

12.7 Opciones comerciales de la cogeneracin .................................................................................... 112

12.8 Versatilidad del abastecimiento energtico pas con cogeneracin ............................................. 112

12.9 Problemas tipo examen ................................................................................................................ 113


13 Instalaciones elctricas y factor de Potencia .................................................................................... 114

13.1 Diagrama de prdidas para instalaciones elctricas ..................................................................... 11413.2 Transformadores ........................................................................................................................... 114

13.3 Lneas y elementos de distribucin interna de electricidad ......................................................... 118

13.4 Factor de potencia y su compensacin ......................................................................................... 123

13.5 Armnicas ..................................................................................................................................... 131

13.6 Desbalance de fases ...................................................................................................................... 135



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14 Motores elctricos y variadores de frecuencia ................................................................................. 139

14.1 Motores elctricos ........................................................................................................................ 139

14.2 Variadores de frecuencia .............................................................................................................. 152



15 Equipos accionados por motores elctricos ...................................................................................... 158

15.1 Introduccin .................................................................................................................................. 158

15.2 Sistemas de bombeo y ventilacin ............................................................................................... 159

15.3 Aire comprimido ........................................................................................................................... 167

15.4 Correas transportadoras ............................................................................................................... 172



16 Iluminacin ...................................................................................................................................... 179

16.1 Terminologa bsica ...................................................................................................................... 179

16.2 Equipos.......................................................................................................................................... 180

16.3 Normativa vigente y niveles de iluminacin recomendados por tipo de actividad/locacin. ...... 183

16.4 Eficiencia Energtica en sistemas de iluminacin. ........................................................................ 185

16.5 Informacin a recopilar y mediciones recomendadas para el correcto desarrollo de un proyectode iluminacin ............................................................................................................................................ 187

16.6 Procedimiento para la realizacin de un proyecto de iluminacin eficiente ................................ 18816.7 Introduccin al uso de software de diseo de iluminacin interior ............................................. 190



17 Evaluacin econmica y financiamiento de proyectos de ficiencia energtica ................................. 195

17.1 Evaluacin econmica de proyectos de Eficiencia Energtica ...................................................... 195

17.2 Opciones de financiamiento ......................................................................................................... 202

17.3 Estructura de un proyecto bancable ............................................................................................. 202



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1 INTRODUCCIN

La presente Gua para Calificacin de Consultores en Eficiencia Energtica -en adelante, la Gua - fue

elaborada por el Programa de Estudios e Investigaciones en Energa del Instituto de Asuntos Pblicos de la

Universidad de Chile (PRIEN), a solicitud del Programa Pas de Eficiencia Energtica (PPEE), actual AgenciaChilena de Eficiencia Energtica (AChEE) y financiado por la GIZ.

El objetivo general de la Gua es establecer un marco de referencia al tipo de conocimiento que se espera

tengan los postulantes al Registro de Consultores en Eficiencia Energtica -en adelante, el registro.

No obstante, la Gua puede ser usada como una orientacin general para ingenieros y empresas que deseen

iniciar el camino de la eficiencia energtica y a quienes desempeen el rol de contraparte tcnica de los

consultores en Eficiencia Energtica.

Esta Gua fue elaborada junto a un documento separado complementario qu e contiene ejemplos

prcticos. Cada captulo de ejemplos de dicho documento est vinculado a un captulo de esta Gua,

fcilmente identificable por su nombre. Dichos ejemplos estn inspirados o extrados de situaciones realesque puede enfrentar un consultor en una industria, con distinto grado de dificultad y estn presentados de

distintas maneras, intentando representar las dificultades que se enfrentar al realizar una auditora

energtica. Adems, algunos de esos ejemplos cuentan con anlisis y/o evaluacin econmica, lo cual se

indica en el nombre del captulo respectivo.

1. 1 OBJETIVOS ESPECFICOS DE LA GUA

La Gua fue desarrollada con los objetivos siguientes:

Contar con un documento relativamente breve, cuya lectura permita a los consultores saber qu

temas deben dominar para calificar como consultores en Eficiencia Energtica.

Definir un nivel mnimo de conocimientos y criterio profesional que debe tener un consultor en

Eficiencia Energtica.

Dar una referencia del nivel de dificultad de problemas de eficiencia energtica que enfrentar el

consultor en el examen de calificacin respectivo.

Introducir algunos conceptos importantes que son parte de la Eficiencia Energtica.

Dar nfasis a los beneficios de la Eficiencia Energtica, para hacer fomento.

Y contribuir al buen desarrollo y mejora de la Eficiencia Energtica en el pas.

1. 2 ALCANCES Y EXPECTATIVAS DE LA GUA

El lector debe tener en cuenta que la Gua no es exhaustiva en sus contenidos, es decir, los temas

expuestos han sido desarrollados con menor profundidad respecto a la que debe poseer un especialista en

Eficiencia Energtica, ya que un desarrollo profundo de cada tema requerira no menos de 1.000 pginas y

puede encontrarse en cualquier handbook de Eficiencia Energtica o de energy management.

La Gua contiene, por lo tanto, una sntesis de conocimientos bsicos en Eficiencia Energtica, para orientar

a los consultores en la preparacin del examen de calificacin; la Gua supone que sus usuarios cuentan con


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una formacin adecuada en ciencias bsicas de la ingeniera (especialmente en materias de mecnica y

electricidad) y en evaluacin de proyectos, con orientacin hacia la Eficiencia Energtica; y que, adems,

conocen y tienen experiencia en los temas aqu tratados, de acuerdo a los requisitos de postulacin al

registro, entre los cuales est el haber trabajo anteriormente en Eficiencia Energtica.

La Gua est ordenada por temas, desarrollando en ellos el conocimiento, criterio y experiencia que seconsideran necesarios tener, para hacer Eficiencia Energtica; al final de cada captulo tcnico y del captulo

de evaluacin econmica, hay un subcaptulo que contiene ejemplos tipo examen.

La Gua ha sido elaborada a partir de distintas referencias, listadas al final de cada captulo, complementada

y enriquecida con el conocimiento y experiencia del equipo de trabajo del PRIEN. Las referencias

consideradas pueden ser usadas para profundizar en aquellos temas que el usuario considere necesario

analizar ms a fondo. Por otro lado, se informarn otras referencias para cubrir aspectos ms bsicos de la

Eficiencia Energtica, que esta Gua asume conocidos.

La Gua y el documento de ejemplos prcticos estn elaborados para la realidad actual de la industria

mediana y pequea de Chile (ao 2010), la que debera ir mejorando en el tiempo y, por lo tanto, los

consultores en Eficiencia Energtica tambin debern ir progresando y especializndose cada vez ms. Los

problemas de Eficiencia Energtica que enfrenta la industria actualmente son problemas relativamente

bsicos; una vez que est superado este nivel, los consultores en Eficiencia Energtica se enfrentarn a

ineficiencias cuya solucin exigir una mayor preparacin y especializacin, la que podra llegar incluso a

requerir especializacin a nivel de procesos. Por lo tanto, esta Gua y los ejemplos prcticos debern ser

actualizados en unos aos ms y peridicamente, segn los requerimientos de la Eficiencia Energtica en la

industria chilena.

En la Gua se han introducido algunos conceptos importantes en Eficiencia Energtica, an poco conocidos y

poco usados en Chile, con la finalidad de que los consultores comiencen a familiarizarse con ellos. Estos son

el concepto de exerga presentado en el Captulo 5 de calidad de la energa y el anlisis pinch

presentado en el Captulo 9 de recuperacin de calor. Ambos conceptos no sern objeto de evaluacin parala calificacin de los consultores, al menos por ahora, pero se espera que s lo sean en un futuro.

1. 3 ACERCA DE LAS PREGUNTAS DE EXAMEN

Al final de cada captulo de la Gua se presentan preguntas y problemas tipo examen relacionado con los

temas abordados en el captulo respectivo.

Las preguntas de los exmenes de calificacin tienen un grado de dificultad comparable a dichos ejemplos y

a los ejemplos prcticos del documento complementario a esta Gua, con una extensin acorde al tiempo

propio de un examen.

La presencia de ejemplos simples en algunos temas no significa que las preguntas de examen de ese tema

sern as de simples, ya que se aspira a tener consultores de alto nivel para resolver correctamente las

complejidades de la Eficiencia Energtica en la industria chilena, y el examen ser acorde a esa aspiracin.

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Finalmente, queremos felicitar y agradecer al PPEE (actual AChEE) y la GIZ por la iniciativa y colaboracin en

el desarrollo de esta Gua, que esperamos cumpla su finalidad y sea fructfera.


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2 BENEFICIOS DE LA EFICIENCIA ENERGTICA

La Eficiencia Energtica, es decir, el uso eficiente de los recursos energticos, tiene diversos beneficios

individuales y beneficios locales, regionales y nacionales o de carcter pblico. Los beneficios individuales los

percibe quien hace Eficiencia Energtica, pudiendo ser una entidad privada o pblica. Los beneficios que seexponen incluyen algunos bastante conocidos y otros no tan obvios, pero tal vez ms importantes.

2. 1 BENEFICIOS INDIVIDUALES DE LA EFICIENCIA ENERGTICA

Los beneficios individuales de la Eficiencia Energtica se pueden clasificar en beneficios directos y beneficios

indirectos:

Los beneficios directos estn directamente vinculados y se pueden cuantificar a partir del ahorro en la

fuente de energa respectiva debido a la mayor Eficiencia Energtica, entre ellos estn:

Menor consumo de energa, ya sea combustible, electricidad o alguna fuente renovable. En el caso

de la electricidad, disminuye el consumo de energa elctrica y la demanda o potencia mxima enhorario punta y fuera de punta.

Menor gasto variable en abastecimiento energtico o ahorros respecto a la lnea base previa a un

proyecto de Eficiencia Energtica.

Menor consumo de otros recursos ligados al abastecimiento energtico; por ejemplo, menor

consumo de agua de reposicin en calderas.

Reduccin de emisiones debido al menor consumo de combustible en la industria; este hecho es

importante en zonas latentes y saturadas en calidad del aire y la legislacin ambiental deben

avanzar en el reconocimiento de estas menores emisiones. Esto puede traducirse en ingresos

adicionales por venta de cupos de emisin.

Reduccin de los parmetros que se controlan en residuos industriales lquidos cuando se recupera

energa de efluentes. El flujo de caja de inversiones en sistemas de mayor Eficiencia Energtica es menos sensible a

fluctuaciones en los precios de los combustibles y electricidad que sistemas de menor Eficiencia

Energtica, beneficio y ventaja destacable de la Eficiencia Energtica en un escenario de

incertidumbre en dichos precios en el periodo de evaluacin y operacin de cualquier proyecto.

Los beneficios indirectos corresponden a aquellos que se perciben en otros puntos de un proceso como

consecuencia de la mayor Eficiencia Energtica en alguna parte de la industria; se deben a la vinculacin que

existe entre los usos de la energa con otros aspectos de produccin. Los beneficios indirectos no siempre

son posibles de cuantificar, sin embargo, deben ser considerados o valorados de alguna manera al realizar la

evaluacin econmica de proyectos de Eficiencia Energtica. La magnitud de estos beneficios depende de la

dimensin y alcance de la mayor eficiencia energtica; los siguientes son algunos ejemplos:

Hacer Eficiencia Energtica involucra mejoras en la operacin y mantenimiento de los sistemas, lo

que tambin conlleva a: disminucin de fallas inesperadas, mayor confiabilidad, menos prdidas de

produccin, mayor productividad y reduccin de costos de produccin.

Mejor esttica de la infraestructura productiva de la industria, lo cual puede mejorar la imagen

corporativa de la empresa y el nimo del personal al estar en un mejor lugar de trabajo, lo que

por ende mejorar su productividad.


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Mejor confort ambiental y calidad de vida del personal en su puesto de trabajo debido a la

reduccin de las prdidas de calor1, con la consiguiente mayor productividad y mejor salud.

Reduccin de los riesgos de accidentes, por ejemplo, quemaduras en el personal, explosin de

equipo o incendios.

2. 2 BENEFICIOS LOCALES, REGIONALES Y NACIONALES DE LA EFICIENCIA ENERGTICA

Estos beneficios corresponden a efectos positivos que ocurren en el entorno al lugar donde se implementa

un plan o proyecto de Eficiencia Energtica, y en el caso de la electricidad, alrededor de las centrales

elctricas proveedoras de dicha energa, en ambos casos, en aspectos principalmente medioambientales y

en la salud de las personas. As se logran beneficios locales, cuya suma conlleva a beneficios regionales y

finalmente es el pas es el que se ve beneficiado.

Obviamente la magnitud de estos beneficios deriva de la magnitud de la mayor Eficiencia Energtica de cada

proyecto, pero adems, hay que tener en cuenta que varios proyectos pequeos, pueden tener en conjunto

un efecto considerable local, regional, e inclusive nacional.

Adems de los beneficios que se producen alrededor del proyecto de Eficiencia Energtica debido a la

reduccin del consumo de combustible, la reduccin del consumo de electricidad tiene efectos positivos a lo

largo de las lneas de distribucin, de las redes de transmisin y finalmente en el entorno medioambiental a

las centrales elctricas que generan dicha electricidad: en el caso de las trmicas, un menor consumo de

combustible y emisiones, en las hidrulicas de embalse disminuye el gasto de agua embalsada, lo cual es

importante en escenarios de hidrologa muy variable o sequas. Y en total en el sistema elctrico, un menor

consumo de energa elctrica disminuye el costo marginal en el mercado spot, lo cual finalmente se traduce

en un menor precio de la electricidad a pagar por los consumidores.

Los siguientes son ejemplos de beneficios de este tipo y ocurren en torno al sitio donde se ejecuta un

proyecto de eficiencia energtica y en torno a las centrales elctricas que atienden dichos consumos:

1. Mayor seguridad de abastecimiento energtico.

2. Reduccin de las importaciones de combustible.

3. Mayor independencia energtica.

4. Mayor confiabilidad de los sistemas elctricos centralizados.

5. Mejora en las reservas de agua embalsada.

6. Contribucin a la extensin del periodo de disponibilidad de combustibles fsiles en Chile y el

mundo.

7. Disminucin de residuos industriales lquidos y slidos cuando tienen aprovechamiento energtico.

8. Reduccin de emisiones atmosfricas de gases contaminantes y gases de efecto invernadero.

9. Mejor calidad del aire en zonas pobladas, mejora de la salud de las personas, y por ende, menores

gastos en salud.

1Hoy existen puestos de trabajo con temperaturas inhspitas.


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3 DIAGNSTICOS ENERGTICOS Y GESTIN DE LA ENERGA EN LA INDUSTRIA

3. 1 DIAGNSTICOS ENERGTICOS O AUDITORAS

Un diagnstico energtico odiagnstico de Eficiencia Energticaconsisten en la verificacin, monitoreo y

anlisis del uso eficiente de la energa, incluyendo la presentacin de informes tcnicos y financieros sobre

las recomendaciones para mejorar la Eficiencia Energtica (EE) con anlisis de costo-beneficio y plan de

accin para implementar las recomendaciones. De acuerdo a esta definicin, diagnstico energtico sera

sinnimo de auditora energtica, pero hay quienes entienden el diagnstico como la parte inicial de la

auditora y consideran que la auditora incluye un diagnstico, pero no viceversa. Aqu, diagnstico se

asimila a auditora o a la fase inicial de la auditora.

Los diagnsticos energticos permiten evaluar, en un momento dado, la gestin y estado de la tecnologa en

una empresa respecto al abastecimiento y consumo energtico. Estos diagnsticos pueden ir desde auto-

diagnsticos muy sencillos, que siguen una pauta simple (check list), hasta herramientas formales ms

complejas. Los diagnsticos energticos constituyen la base de las intervenciones y mejoras especficas en

materia de consumo energtico, uso eficiente de la energa y reduccin de emisiones de GEI en una

empresa.

Hay que distinguir los tipos de energa que se audita, porque no todos los consultores cuentan en su equipo

profesional con los especialistas requeridos para abordar todas las formas de energa; por lo que a veces la

auditoria resulta sesgada: se enfoca slo en los usos elctricos, o slo en los usos trmicos. Ante esto es

importante fundamentar el enfoque dado a cada auditora.

La auditora debe incluir un Plan de implementacin de las medidas de Eficiencia Energtica, que considere

criterios de priorizacin, costos, beneficios y plazos de ejecucin. Es importante tener presente que las

Auditoras Energticas no economizan energa per se, es la implementacin de las recomendaciones deestas auditoras las que conllevan a lograr mayor eficiencia energtica.

La auditora energtica y la implementacin de sus recomendaciones deberan formar parte de un programa

de Gestin Energtica para que la economa de energa sea mantenida y mejorada en el tiempo. No debe

entenderse que diagnstico o auditora son equivalentes a gestin energtica. Las auditoras son parte de la

gestin energtica y constituyen una herramienta fundamental y efectiva para hacer gestin, por ende, se

deben efectuar peridicamente y no slo una vez. Las auditoras energticas pueden realizarse cada uno o

ms aos, dependiendo de los plazos requeridos para la implementacin de medidas, para chequear el

cumplimiento de metas de Eficiencia Energtica y/o causas de las metas no alcanzadas en su totalidad y as

retroalimentar los planes de implementacin futuros.

Es de toda conveniencia que un auditor o consultor de Eficiencia Energtica, al realizar un diagnstico,

recomiende entre las medidas blandas, la instauracin de un Sistema de Gestin de la Energa, el cual

deber velar, entre otras cosas, porque las medidas recomendadas por la auditora se materialicen. Tal

sistema de gestin debe ser acorde al tamao de la empresa y debe ser parte de las funciones de un

encargado o rea responsable de la energa en la empresa: una estructura sencilla para una empresa

pequea y algo ms sofisticado para empresas de mayor tamao Si no se crea un sistema de gestin

energtica con responsables de la energa, cualquier diagnstico que se realice quedar slo en papel.


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3. 2 ENFOQUE SISTMICO PARA UN CORRECTO DIAGNSTICO DE EFICIENCIA ENERGTICA

Hacer un buen diagnstico del uso eficiente de energa en una industria, requiere mirar los procesos con una

perspectiva sistmica, considerando:el diseo, la operacin y el mantenimiento de los equipos, procesos

e instalaciones que usan energao que son el foco de la auditora, analizando los procesos en conjunto con

los cambios en las demandas de energa. No concebir la Eficiencia Energtica con ese nivel de miradaconlleva generalmente a un diagnstico deficiente y, por ende, a soluciones pasajeras e incluso

inapropiadas.

Un ejemplo genrico:es comn diagnosticar operacin ineficiente de equipos por funcionamiento a baja

carga, pero pocas veces se busca las causas de ello y se proponen malas soluciones. La causa respectiva

puede ser una entre muchas y cada causa tiene una solucin distinta. Si la causa es un

sobredimensionamiento en el diseo del equipo, si el equipo est al borde de su ciclo de vida til, se podra

reemplazar por uno nuevo y eficiente, en otro caso, es poco lo que se puede hacer; si la causa es la

operacin de dos equipos en paralelo, una solucin es operar slo con uno de ellos, para que dicho equipo

opere en una mejor condicin de carga y el otro equipo servir de respaldo; tambin podra haber un

problema en la operacin o programacin del proceso en s, que est impidiendo que el equipo operecorrectamente a una carga apropiada, lo cual requerir como recomendacin un revisin ms profunda de

ellos, o mejorar la instrumentacin, o tal vez, si el problema es simple, el consultor pueda apreciarlo durante

el levantamiento de informacin para el diagnstico e identificar alguna solucin; otra causa puede ser un

mal mantenimiento de los equipos, lo cual puede generar fricciones, desalineacin u obstrucciones que

afecten negativamente la carga del equipo, etc. Por lo tanto, una ineficiencia energtica puede tener

muchas causas y es necesario detectar las de fondo para dar la solucin correcta y duradera.

Es ideal que el diseo de cualquier proyecto en la etapa de ingeniera incorpore variables de Eficiencia

Energtica. Pero los consultores y empresas de ingeniera para los cuales est enfocada esta Gua,

generalmente se enfrentan a sistemas en funcionamiento. Sin embargo, cuando hay instalaciones que ya

han terminando su ciclo de vida y siguen operando o que estn muy deterioradas, las recomendaciones derenovacin de dichas instalaciones deben mencionar criterios Eficiencia Energtica en su diseo. Por

ejemplo, en el caso elctrico, especificacin de conductores eficientes en nuevos circuitos elctricos con

buenos sistemas de control y monitoreo; en el caso trmico, optimizar el dimetro de una caera, su

trazado y aislacin trmica.

Obviamente una operacin inapropiada disminuir el desempeo energtico de los equipos existentes y

tambin de los equipos nuevos que proponga un consultor, si no se dan indicaciones respecto a la operacin

de los sistemas. Algunas causas de operacin indebida de los equipos pueden ser: metas de produccin muy

exigentes, incumplimiento de procedimientos, falta de instrumentacin, etc.

En cuanto al mantenimiento, en el mbito elctrico, por ejemplo, se puede diagnosticar que un motor

elctrico opera de manera ineficiente porque fue rebobinado, el consultor puede sugerir reemplazarlo por

un motor eficiente, pero si no se informa de las prcticas de mantenimiento de la empresa y no hace alguna

recomendacin en ese sentido, en unos aos ms, es probable que rebobinen el motor elctrico eficiente y

se perder totalmente la inversin hecha en Eficiencia Energtica. En el mbito trmico, es comn

diagnosticar trampas de vapor que estn fallando con las respectivas prdidas de energa, la solucin

tpicamente propuesta es reemplazarlas por trampas de vapor nuevas, sin embargo, es poco comn

recomendar una rutina de inspeccin peridica de las trampas de vapor en las labores de mantenimiento de


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la empresa, por lo tanto, en un tiempo ms, las trampas nuevas tambin fallarn, nadie lo notar y volvern

las mismas prdidas de energa.

3. 3 TRABAJO DE LA EMPRESA EN LA AUDITORA: CONDICIN NECESARIA PARA EL XITO

El xito de una auditora energtica no slo depende de que sea realizada por un buen consultor, sino que

se requiere adems el trabajo de la empresa para la auditora: participacin de la empresa en la auditora, el

compromiso de la empresa con la Eficiencia Energtica y constituir una buena contraparte tcnica.

La participacin de la empresaen la auditora debe concretarse mediante la asignacin de uno o

ms profesionales y tcnicos con buen conocimiento de los procesos que sern parte de la

auditora y entendimiento de las demandas de energa respectivas, para colaborar con el consultor

en el levantamiento de informacin en terreno, mediciones, etc. y en los anlisis respectivos.

El compromiso de la empresa debe manifestarse mediante una persona de nivel gerencial con

poder de decisin que tenga la autoridad suficiente para asignar recursos a la Eficiencia Energtica.

En la auditora, dicha persona debe permitir el acceso del consultor a la informacin y a hacer las

mediciones que sean necesarias en los procesos; en las etapas posteriores a la auditora, es decir, la

fase de implementacin de opciones de Eficiencia Energtica, debe asignar y proporcionar los

recursos necesarios para que dichas medidas se concreten: crear cargos responsables de la

Eficiencia Energtica en el organigrama de la empresa, asignar presupuesto anual a la Eficiencia

Energtica, proporcionar capital y conseguir financiamiento para opciones que requieran estudios

de ingeniera ms profundos o inversiones en equipos y tecnologa, etc.

La empresa debe tener una contraparte tcnica vlida para el consultor , es decir, con

conocimiento de los procesos y sus demandas de energa, con un nivel profesional comparable al

del consultor, para revisar cuidadosamente los informes que entrega el consultor que hace la

auditora energtica. Ambas partes deben procurar que la auditora se realice correctamente. La

contraparte tcnica debe tener comunicacin directa con el personal de la empresa que colabora

con el consultor en el levantamiento de informacin y con los cargos gerenciales involucrados. Por

otro lado, el trabajo de la contraparte debe ser complementario al trabajo del consultor.

El trabajo de estos tres elementos de la empresa es fundamental para dar el enfoque sistmico correcto a

una auditora energtica y para el xito de la Eficiencia Energtica en la empresa; estos elementos de la

empresa pueden constituir el rea encargada de la Eficiencia Energtica.

3. 4 TIPOS DE AUDITORAS ENERGTICAS

3.4.1 AUDITORAS ENERGTICAS PRELIMINARES

Este tipo de auditora es slo el inicio de la Eficiencia Energtica en una empresa; puede ser realizada con los

propios recursos de la organizacin y pueden ser parte de un programa de gerenciamiento de la energa.

Corresponde bsicamente al levantamiento energtico de las instalaciones con sus ineficiencias o prdidas

de energa ms relevantes y evidentes, entregando informacin bsica para llevar a cabo las primeras

acciones en esta rea.


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La principal funcin de un diagnstico energtico preliminar es responder a las siguientes preguntas:

Cul es la situacin energtica general?

Cunta energa est siendo utilizada? Y cunto se gasta en los insumos energticos?

Dnde se utiliza la energa? En qu procesos y equipos? Cules son los consumos de energa

ms grandes?

Es posible identificar prdidas de energa e ineficiencias en su uso? Dnde estn las mayores

prdidas de energa?

Es posible identificar oportunidades de mejoramiento?

3.4.2 AUDITORAS ENERGTICAS DETALLADAS

Las auditoras energticas detalladas tienen el propsito de conocer las fuentes de energa de, sus usos en

procesos y subprocesos especficos, con potenciales de mejoramiento detectados en auditoras

preliminares, para identificar, cuantificar y calcular de manera precisa los potenciales mejoramiento de la

eficiencia, mediante la aplicacin de medidas y tecnologas especficas y ms sofisticadas que las detectadas

en forma preliminar que pueden incluir modificaciones de proceso.

Las auditoras detalladas deben tambin incluir la elaboracin del o los proyectos de Inversin en Eficiencia

Energtica, formulados de la manera apropiada para ser presentados a una fuente de financiamiento, a

menos que la empresa considere innecesario recurrir a financiamiento externo.

3.4.3 AUDITORAS ENERGTICAS DE ESPECIALIDAD

La especializacin ms general de una auditora energtica es:

Elctrica. Trmica.

Elctrica y trmica.

No obstante, dentro de cada una de estas especialidades es posible enfocar una auditora en temas ms

especficos de cada especialidad, por ejemplo:

En la especialidad trmica: calderas, hornos, calefaccin, cmaras de fro, entre otras.

En la especialidad elctrica: iluminacin, motores elctricos, electricidad para calor de procesos,

entre otras.

3. 5 DESARROLLO DE UNA AUDITORA ENERGTICA

3.5.1 ACTIVIDADES MNIMAS

Llevar a cabo una auditora energtica requiere realizar al menos las siguientes actividades:


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Diagnstico de Eficiencia Energtica: con el fin de conocer las fuentes de energa de la empresa,sus usos, subprocesos y su nivel de produccin, para identificar los potenciales de eficiencia

existentes.

Plan de implementacin de las medidas de Eficiencia Energtica:consistente en el diseo de unPlan de Implementacin de las acciones y medidas de eficiencia energtica, tomando en cuenta la

simpleza o complejidad de cada opcin, los criterios de priorizacin, costos, beneficios y plazos;

cualquier plan debe comenzar con la creacin de un sistema de gestin energtica apropiado para

la empresa.

Proyectos de Inversin:esto es la elaboracin de un proyecto de inversin para ejecutar medidasde Eficiencia Energtica que resultan de la auditora y presentarlo a una fuente de financiamiento.

3.5.2 EJECUCIN DE LA AUDITORA

La ejecucin de una auditora energtica contempla realizar las acciones que se indican a continuacin, las

cuales debern consignarse en el informe final de la auditora:

1. Anlisis de la situacin actual de la empresa en relacin al consumo energtico: Las fuentes de energa utilizadas por la empresa, sus proveedores y tipos de contratos o

convenios vigentes con los proveedores.

El consumo mensual y anual de energa, diferenciado por tipos de energa en sus unidades

fsicas (m3, litro, kg.) y en una unidad comn (KWh o KJ).

El costo energtico anual diferenciado por tipos de energa.

Los indicadores respectos del consumo y gasto energtico, entre ellos: consumos especficos de

electricidad y combustible (energa por unidad de producto fsico), intensidad energtica

(cociente energa/ventas), gasto en energa / gasto total de produccin, etc.

2. Anlisis de la situacin actual de la empresa, en relacin al uso energtico en los procesos:

Considerar todos los sistemas, instalaciones y maquinarias relevantes consumidoras de energa

en la empresa.

Describir y caracterizar el uso de energa en los procesos productivos y auxiliares de la

empresa.

Elaborar diagrama(s) de flujo de energa, respaldado(s) con planos de las instalaciones, layout

de procesos y otros documentos relevantes existentes.

Elaborar un balance de energa por usos, procesos y/o reas que permita concluir sobre el

desempeo energtico de la empresa.

Determinar los consumos y costos de energa de acuerdo a sus usos, procesos y/o reas,

mediante clculos y/o mediciones y/o estimaciones.

Definir y determinar indicadores de eficiencia energtica relacionados a usos, procesos, reas

productivas y equipos relevantes de la empresa.

Definir los principales equipos e instalaciones que son relevantes para el consumo energtico

de la empresa, identificando tipo de energa utilizada, rendimiento, factores de carga, horas de

funcionamiento.

Identificar los factores que influyen en el consumo energtico dentro de los usos y procesos

energticamente relevantes.

Identificar ineficiencias, prdidas y oportunidades.


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Se debe verificar la consistencia de los clculos y estimaciones respecto de los consumos por procesos y usos

con la informacin de las facturas y con eventuales evaluaciones realizadas con anterioridad por la empresa

(de no existir, explicitarlo).

3.5.3 INFORME FINAL DE LA AUDITORA

La auditora concluye con un informe final, el cual puede ceirse a la siguiente pauta o estructura:

1. Informe ejecutivo.

2. Objetivos generales y especficos.

3. Problemtica energtica auditada y justificacin.

4. Resultados y diagnstico energtico.

5. Opciones o medidas de Eficiencia Energtica.

6. Evaluacin econmica de opciones.

7. Plan de implementacin de medidas de Eficiencia Energtica.

8. Anlisis financiero.

9. Conclusiones.10. Anexos:

Minutas de reuniones con decisiones y acuerdos importantes.

Detalle de clculos y estimaciones realizadas.

Detalle de mediciones.

Especificacin de equipos, sistemas y cotizaciones.

Cualquier otra informacin relevante para la compresin de la auditora.

3. 6 GESTIN DE LA ENERGA

La gestin de la energa es una estrategia para optimizar el suministro y uso de la energa en una empresa oestablecimiento, mediante sistemas y procedimientos que reduzcan la demanda de energa por unidad de

producto, manteniendo disminuyendo los costos totales de produccin, sin afectar la calidad y minimizando

los impactos ambientales; todo esto a cargo de una persona o estructura acorde al tamao de la empresa.

La gestin energtica involucra mejoramiento continuo y puede esquematizarse como lo indica la figura

siguiente:


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Figura 3.1: Esquema de un sistema de gestin de la energa

Fuente:www.voltimum.es

La gestin de la energa requiere presupuesto y comprende acciones como las siguientes:

Definir una poltica energtica para la empresa.

Negociar contratos de suministro de energa: combustibles, electricidad, fuentes renovables.

Conocer el uso de la energa en los procesos y las posibilidades de eficiencia energtica, definiendouna lnea base para los anlisis.

Seguimiento de ndices de control o indicadores de desempeo: consumo absoluto y especfico,Eficiencia Energtica de equipos y procesos, costos especficos, valores contratados, registrados yfacturados, factores de utilizacin de los equipos y/o instalaciones.

Proponer correcciones, motivar a los usuarios o trabajadores, difundir los resultados, realizarcapacitacin.

Planificar la implementacin de medidas de Eficiencia Energtica.

Definir puntos de operacin de los equipos y procesos para una mayor Eficiencia Energtica,coordinado y acordado con las reas de produccin y mantenimiento.

Realizar con alguna periodicidad (entre anual y quinquenal) auditoras energticas para chequear elcumplimiento de las metas definidas de eficiencia energtica, validar las estimaciones usadas yhacer anlisis expost del xito o incumplimiento de los objetivos planteados en el periodo anterior.

Evaluar peridicamente el cumplimiento de las metas y el funcionamiento del sistema de gestinenergtica, llevando a cabo los ajustes que sean necesarios.

3. 7 NORMA ISO 50001: ENERGY MANAGEMENT SYSTEMS

La norma ISO 50001 Energy management systemsrequirements with guidance for use, promulgada el 15

de junio de 2011, especifica los requerimientos para que una empresa establezca, implemente, mantenga y

perfeccione un sistema de gestin de energa, que le permita a la empresa adoptar un enfoque sistemtico

para lograr una mejora continua en el, uso eficiente de la energa. Es altamente recomendable recurrir a
http://www.voltimum.es/http://www.voltimum.es/http://www.voltimum.es/http://www.voltimum.es/


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esta norma ISO para conocer los criterios rectores y procedimientos de un Sistema de Gestin Energtica

(SGE), especialmente en empresas de cierta envergadura.

Desde hace algunos aos varios pases europeos, China, EE. UU. y otros han establecido normas nacionales o

regionales (como la DS 2403:2001 - Alemania, EN 16001 Unin Europea, ANSI/MSE : 2000-2008EE.UU,

GB/T 2331: 2009 - China, etc.) relativas a la gestin de energa. Las que de algn modo pueden considerarsecomo normas locales o regionales homlogas de la ISO 50001.

El detalle de cmo establecer un SGE al interior de la empresa es un tema que escapa al alcance definido

para los presentes apuntes, sin embargo, requiere la designacin de cargos responsables de la Eficiencia

Energtica en el organigrama, quienes debern llevar a cabo al menos las actividades sealadas en el

prrafo anterior. La Eficiencia Energtica debe ser un rea de la empresa de mejoramiento continuo. Segn

el tamao de la empresa se requerirn uno o ms responsables del tema y segn la complejidad de los

procesos que se lleven a cabo ser distinto el nivel de especializacin requerido en eficiencia energtica;

adems, segn el tamao de la empresa, dicho personal podra ser propio o profesionales externos

contratados de manera estable con algunas horas semanales comprometidas con la Eficiencia Energtica de

la empresa o que atiendan varias empresas a travs de agrupaciones empresariales.

3. 8 REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] Bureau of Energy Efficiency, Guidebook: National Certificate Examination for Energy Managers and

Energy Auditors, India (2005).

[2] Cape Hart, Turner and Kennedy, Guide to Energy Management, Fairmont press inc. (1997).

[3] ISO, Draft International Standard ISO/DIS 50001. Energy management systems Requirements with

guidance for use (2010).

[4] CNE, Manual para la Gestin de la Energa en la Industria Metal Mecnica, (2009).

[5] PPEE. Mesa Consultores Santiago (2009).


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4 CALIDAD DE LA ENERGA EN LA EFICIENCIA ENERGTI CA

4. 1 MOTIVACIN

La calidad de cualquier tipo de energa y de la energa elctrica, es una cualidad de dicha energa, y por

ende, es un aspecto que forma parte de la Eficiencia Energtica. Sin embargo, el concepto de calidad

energtica no es bien conocido en Chile, por lo tanto, no es considerado explcitamente al realizar

diagnsticos energticos, e incluso a veces, dicho concepto se usa errneamente.

Segn el diagnstico realizado en una auditora energtica, sta podra enfocarse en mejorar la calidad de la

energa o en el buen aprovechamiento de la calidad de la energa disponible en un proceso productivo, pero

ello no es suficiente, porque como ya se ha mencionado, una auditora energtica es un trabajo que analiza

distintos aspectos vinculados a la energa y su uso eficiente.

Estos motivos han incentivado la inclusin de este captulo en la Gua; se espera con esto impulsar el estudio

y conocimiento del concepto de calidad de la energa y de sus beneficios para la Eficiencia Energtica.

4. 2 CALIDAD DE LA ENERGA EN CONVERSIONES ENERGTICAS - EXERGA

4.2.1 CONCEPTO DE CALIDAD DE LA ENERGA

La calidad de la energa corresponde a una cualidad de los distintos tipos de energa consistente en su

capacidad de transformarse en otro tipo de energa; el concepto decalidad de la energa deriva de la 2aley

de la termodinmica.

Aquellas energas cuya conversin a otro tipo de energa es completa son las de mayor calidad, por ejemplo,la energa elctrica, la energa cintica, la energa mecnica, las cuales pueden convertirse por completo en

energa trmica o calor. Sin embargo, es bien sabido que las distintas formas de calor no pueden convertirse

completamente en otras formas de energa, como por ejemplo, en electricidad; por lo tanto, la energa

trmica es de menor calidad.

4.2.2 LA EXERGA: CUANTIFICADOR DE LA CALIDAD ENERGTICA

La calidad de la energa puede ser cuantificada mediante suexerga;en trminos simples es la cantidad

mxima de trabajo mecnico posible de obtener de una cantidad de energa. As, la exerga de la electricidad

es igual a su energa, por ser de calidad mxima, pero la exerga del calor es menor a su energa y es funcin

de su temperatura. Pero mientras mayor sea la temperatura del calor, mayor es su capacidad de convertirseen otra forma de energa y por ende mayor es su calidad.

La exerga del calor se calcula suponiendo que dicha fuente de energa trmica pasa por un equipo ideal (sin

fenmenos disipativos y operando con gradientes infinitesimales de temperatura y presin), como la

mquina de Carnot, que la convierte en trabajo mecnico; al ser ideal este equipo, corresponde a la mxima

cantidad de trabajo que se puede obtener de dicha energa trmica; y as la exerga de un recurso trmico es


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menor a su energa. Por lo tanto, para una fuente de calor que est a temperatura constante (T calor) su

exerga se calcula con la ecuacin siguiente:

Las unidades fsicas para cuantificar la exerga son las mismas unidades en que se expresa la energa.

Finalmente, la calidad de una forma de energa se puede cuantificar con un indicador entre 0 y 1, como la

razn entre la exerga y la energa; la electricidad tiene calidad 1 y el calor tiene calidad menor que 1, en

funcin de su temperatura.

Por lo tanto, a mayor calidad de algn recurso trmico o calor residual, mayores usos trmicos se pueden

hacer de l y mayor es la conversin a otro forma de energa ms verstil como la electricidad.

4.2.3 ANLISIS EXERGTICO

El anlisis exergticoconsiste en la cuantificacin de la exerga de todos los flujos de un proceso, realizando

balances de exerga, determinacin de los desaprovechamientos de exerga y sus causas, evaluacin de la

eficiencia exergtica de los procesos e identificaciones de opciones o medidas para mejorar el uso eficiente

de la calidad de la energa.

Las ecuaciones de balance de exerga incluye implcitamente balances de energa (E) y entropa (S), ya que

en trminos generales, la exerga de un flujo se calcula como:

Donde To corresponde a la temperatura e referencia, tpicamente igual a la temperatura ambiente.

Por lo tanto, el anlisis exergtico incluye un anlisis de los procesos respecto de la 1 y 2 ley de la

termodinmica. Los balances de energa y el anlisis energtico slo consideran la 1 ley, pero la 2 ley

siempre est presente, pero no a la vista del analista. No obstante, al realizar un anlisis exergtico, resulta

til evaluar previamente el balance de energa tradicional de los procesos, para una mejor compresin de

los fenmenos, dada la familiaridad y comprensin que se tiene del concepto de energa.

La eficiencia exergtica, el indicador de eficiencia del anlisis exergtico, es un indicador porcentual que

mide el desaprovechamiento de la calidad de la energa en un proceso, con valores siempre acotados entre

0 y 1, incluso para procesos de refrigeracin. El desaprovechamiento de la calidad de la energa es mnimo

cuando la eficiencia exergtica alcanza mayores valores. (El anlisis energtico es poco claro en la cota

mxima de desempeo de procesos, particularmente procesos de refrigeracin).

4.2.4 VENTAJAS DEL ANLISIS EXERGTICO

El anlisis exergtico permite identificar y evaluar opciones de Eficiencia Energtica invisibles para el

anlisis energtico tradicional, ya que el anlisis energtico no hace distincin de la calidad de la energa y

considera equivalentes en magnitud 100 KW elctricos a 100 Kw trmicos.


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Las ventajas ms importantes del anlisis energtico son las siguientes:

a) Permite identificar focos de ineficiencias energticas debido al desaprovechamiento de la calidadde la energa, por ejemplo, grandes diferencia de temperatura entre flujos de intercambio trmico.

b) Cuantifica las posibilidades de minimizar dichas ineficiencias.

c) Permite especificar y evaluar opciones de Eficiencia Energtica basadas en el uso eficiente de lacalidad de la energa.

d) Determina la cuanta de los beneficios de un mejor aprovechamiento de la calidad de la energa enun proceso, por ejemplo, incorporando cogeneracin de electricidad en un proceso, sin aumentarel consumo de combustible del establecimiento, mediante mejoras en la recuperacin de calor .

e) Todo esto no es posible de hacer usando nicamente balances de energa.

En esta oportunidad, estos conceptos no sern evaluados en el examen de calificacin, aunque en el

futuro deberan ser parte del examen respectivo, por lo tanto, se recomienda comenzar a estudiarlos.

4. 3 CALIDAD DE LA ELECTRICIDAD

No obstante el concepto de calidad energtica planteado, en ingeniera elctrica, la electricidad debe tener

ciertos atributos que permitan diferenciar electricidad de alta calidad y electricidad de baja calidad. Dichos

atributos principales son principalmente los siguientes:

Nivel de voltaje:

En Baja Tensin (BT), es decir igual o inferior a 400 Volts: excluyendo perodos con interrupcionesde suministro, el valor estadstico de la tensin medido de acuerdo con la norma tcnicacorrespondiente, deber estar dentro del rango de -7,5% a +7,5% durante el 95% del tiempo de

cualquiera semana del ao o de siete das consecutivos de medicin y registro. En Media Tensin (MT), es decir igual o inferior a 23.000 Volts pero superior a 400 Volts:

excluyendo perodos con interrupciones de suministro, el valor estadstico de la tensin medido deacuerdo con la norma tcnica correspondiente, deber estar dentro del rango -6,0% a +6,0%durante el 95% del tiempo de cualquiera semana del ao o de siete das consecutivos de medicin yregistro.

Distorsin armnica:

La distorsin armnica de voltaje a la entrada de la planta est regida por el Reglamento de la Ley General

de Servicios Elctricos, Decreto 327, la que a su vez coincide con la Norma Internacional IEC 61000-3-3.

Bsicamente, estas normas establecen que el voltaje debe ser esencialmente sinusoidal, pero acepta

pequeas desviaciones segn el nivel de voltaje de que se trate. El distribuidor de energa elctrica se deberesponsabilizar que la distorsin de voltaje en el punto de entrega y medicin de energa al cliente

industrial. Al interior de la planta, el industrial debe preocuparse que los niveles de distorsin de voltaje no

superen los valores establecidos por norma. En efecto, el industrial puede tener un nivel de distorsin

provocado por sus propios equipos lo que provocar que ellos trabajen en forma ineficiente y poco

confiable. Los niveles de distorsin de voltaje se miden con instrumentos especficos para tal efecto.


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Los temas asociados a las armnicas son desarrollados con mayor profundidad en el captulo de

instalaciones elctricas.

Confiabilidad de la electricidad:

Se relaciona con la probabilidad de un corte en el suministro de electricidad y el costo de falla. Son

numerosas las acciones que es posible realizar para reducir, al menos parcialmente, la incertidumbre de

quedar sin electricidad en un proceso. Por ejemplo:

a) Disponer elementos en paralelo en el sistema. Esta alternativa consiste en disear de tal modoque si falla un componente el sistema contine funcionando. Un ejemplo de esta opcin el disponer

de un doble circuito de transmisin de electricidad entre el generador de electricidad y la ciudad oindustria que se pretende alimentar.

b) Evitar los elementos en serie en el sistema. Evitar que el funcionamiento de un sistema dependade la operacin simultnea de varios elementos de confiabilidad baja. Un ejemplo de empleo deelementos en serie es el caso del movimiento de una correa transportadora con un solo motor y unsolo convertidor de frecuencia; en este sistema basta que el motor o el convertidor de frecuenciapresente alguna falla para que la correa de transporte se detenga.

c) Empleo de diseos y tecnologas adecuadas:

i) Mejoramiento de instalaciones elctricas industriales debido a ampliaciones. Consumos

superiores a los lmites de diseo, debido al crecimiento del uso de la electricidad en todo tipo

de actividad.

ii) Mejoramiento de los sistemas de compensacin de factor de potencia. Los condensadores

entran en resonancia con las reactancias de los transformadores de alimentacin e

incrementan notablemente la cantidad de armnicas, superndose los lmites establecidos por

normas, llegndose incluso a la explosin de equipos e interruptores.

iii) Mejoramiento de los sistemas de puestas a tierra y cables de neutro. Las corrientes

armnicas que circulan por el neutro de los sistemas provocan diferencias de voltaje entre

neutro y tierra que pueden daar diversos equipos electrnicos. Las mallas de tierra son

diseadas para proporcionar un camino definido de regreso a la fuente de energa con

impedancia suficientemente baja, sin embargo, a las corrientes armnicas esta impedancia

crece y, por lo tanto, aparecen problemas no previstos por el diseador.

d) Disponer de reservas de abastecimiento de potencia y energa mediante mltiples fuentes, porejemplo, generadores diesel de respaldo.

e) Aplicar y cumplir las normativas y recomendaciones referentes a las caractersticas de la redelctrica de alimentacin. Son ejemplos de esta opcin: emplear conductores adecuados paraevitar calentamientos que aceleren su vida til, impedir subidas y bajadas de voltaje ms all de laspermitidas, impedir que la distorsin armnica sea superior a la permitida, etc.

VOLTAJE NOMINAL Vh/V1100 [%] THV [%]

VNOM69 kV 3,0 5,0

69 kV < VNOM161 kV 1,5 2,5

VNOM> 161 kV 1,0 1,5


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El valor del costo de falla puede presentar grandes variaciones, las que se encuentran directamente

relacionadas a los siguientes factores:

La magnitud de la falla.

La duracin de la interrupcin.

El tipo de usuario afectado.

La frecuencia de las interrupciones. El nivel afectado dentro del sistema (baja, media o alta tensin).

La hora y da en que ocurre la falla.

4. 4 REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] Carlos Crdova Riquelme, Anlisis exergo-econmico de procesos industriales y su aplicacin en

una planta de cido ntrico, Tesis para optar al grado de Magister en Ciencias de la Ingeniera

mencin Mecnica y al Ttulo de Ingeniero Civil Mecnico, Departamento de Ingeniera Mecnica,

Universidad de Chile, ao 2003.

[2]

Adolfo Arata, Ingeniera y gestin de la confiabilidad operacional en plantas industriales. Chile

(2009).

[3] Procobre, Confiabilidad de Sistemas Elctricos. Chile (1999)


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5 COMBUSTIBLES Y COMBUSTIN

5. 1 COMBUSTIBLES Y CLASIFICACIN

Los combustibles pueden clasificarse segn su forma o estado de la materia en:

Slidos: por ejemplo carbn, lea y residuos forestales.

Lquidos: por ejemplo, diesel y biodiesel.

Gaseosos: por ejemplo gas natural y biogs.

Los combustibles de aplicacin industrial, desde una perspectiva de desarrollo sustentable, se pueden

clasificar en:

Combustibles fsiles no renovables.

Combustibles renovables.

Los combustibles fsiles no renovables se originaron en la tierra como resultado de una lenta

descomposicin y conversin qumica de materia orgnica, en millones de aos; la gran tasa de consumo

que se ha hecho de ellos en menos de dos centenas de aos, respecto a los millones de aos requeridos por

su proceso de formacin, clasifican a estos combustibles como no renovables, por lo tanto, es posible que se

agoten en el planeta; pudiendo haber sido una gran reserva energtica mundial. En general corresponden a

derivados del petrleo, gas natural y carbn. La gran virtud de estas fuentes de energa, la que ha conducido

a los seres humanos a su sobre-explotacin, es su gran poder energtico; entre sus desventajas estn su

caracterstica de agotables y aspectos medioambientales, entre ellos, sus altas emisiones de gases de efecto

invernadero (GEI).

Los combustibles renovablesson aquellos cuya formacin tiene un orden de magnitud similar a su tasa de

consumo. La biomasa es el combustible renovable en todas sus variedades: materia orgnica de origen

vegetal o animal, es un recurso naturalmente disponible en el mundo (bosque nativo por ejemplo) y un

subconjunto de las fuentes de energa renovable como la energa solar, energa elica, la geotermia, etc. Su

gran virtud es que es inagotable si se consume sustentablemente; tambin es muy destacable que es neutra

en emisiones GEI, ya que emite el carbono que captura en su desarrollo; adems en algunos casos no

contiene azufre y por lo tanto no emite SO 2. Su debilidad respecto a los combustibles fsiles es su menor

poder calorfico y la mayor variabilidad en su composicin respecto a los derivados del petrleo y el gas

natural.

5.1.1 CLASIFICACIN DEL CARBN

El sistema de clasificacin ms aceptado para clasificar los carbones es el usado por la ASTM, que los

clasifica por el grado de metamorfismo. En general cuanto ms alto sea el rango del carbn, mayor ser su

edad, contenido de carbono y poder calorfico; mientras que su contenido de hidrgeno y material voltil

ser menor.


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La norma ASTM define los siguientes carbones:

Carbones de bajo rango los que tienen un poder calorfico base hmeda menor a 6.390 Kcal/kg,

entre los que estn:

o Sub-bituminosos.

o Lignitos. Carbones de alto rango:tienen un poder calorfico superior a los de bajo rango y entre ellos estn:

o Bituminosos.

o Antracitos.

Los consumidores de carbn exigen distintas caractersticas al mineral, segn su uso, distinguindose

principalmente entre carbn trmico y carbn metalrgico, ambos bituminosos:

El carbn trmicose utiliza en la produccin de calor industrial y centrales termoelctricas;

El carbn metalrgicose usa en la industria siderrgica para la produccin de coque2.

Los carbones antracitos y sub-bituminosos tambin se usan en la industria para produccin de calor; los sub-

bituminosos y lignitos tambin se usan en termoelctricas.

5.1.2 CLASIFICACIN DE LA BIOMASA

La biomasa es materia orgnica de origen vegetal, producida por rboles, plantas terrestres o acuticas, y de

origen animal, como fecas o residuos de plantas de tratamiento de aguas servidas. Una de las formas ms

aceptadas de clasificar a la biomasa es la siguiente:

Biomasa natural: se produce espontneamente en la naturaleza sin intervencin humana, por

ejemplo, las podas naturales de un bosque. Su utilizacin requiere gestin de su adquisicin y

transporte hasta el lugar de aprovechamiento energtico.

Biomasa residual seca: corresponde a los subproductos slidos no utilizados en las actividades

agrcolas, forestales y en los procesos de las industrias agroalimentarias y de transformacin de la

madera y que, por lo tanto, son considerados residuos. Algunos ejemplos son la cscara de

almendra, el orujillo, las podas de frutales, el aserrn, virutas, corteza, etc.

Biomasa residual hmeda: son los vertidos denominados biodegradables: las aguas residuales

urbanas e industriales y los residuos ganaderos (principalmente purines).

Cultivos energticos: son cultivos realizados con la nica finalidad de producir biomasa

transformable en combustible. Algunos ejemplos son el cardo (cynara cardunculus), el girasol

cuando se destina a la produccin de biocarburantes, el miscanto, entre otros

Biocombustibles:aunque su origen se encuentra en la transformacin tanto de la biomasa residual

hmeda (por ejemplo reciclado de aceites) como de la biomasa residual seca rica en azcares (trigo,

maz, etc.) o en los cultivos energticos (colza, girasol, pataca, etc.), por sus especialescaractersticas y usos finales este tipo de biomasa exige una clasificacin distinta de las anteriores.

2El coque es un combustible slido obtenido de la destilacin de la hulla que se fabrica a partir de carbones coquizables,

los cuales tienen ciertas propiedades fsicas que permiten su ablandamiento, licuefaccin y resolidificacin.


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Los distintos tipos de biomasa tienen diferentes formas de conversin energtica: combustin directa,

conversin termoqumica u conversin bioqumica; la conversin termoqumica puede ser gasificacin o

licuefaccin; la conversin bioqumica puede ser digestin anaerbica y fermentacin.

5. 2 COMPOSICIN DE LOS COMBUSTIBLES

Existen dos tipos de anlisis para determinar la composicin de los combustibles slidos:

El anlisis inmediato:determina el contenido de carbono fijo, humedad, cenizas y material voltil,

en fracciones msicas.

El anlisis ltimo:determina el contenido de carbono (C), hidrgeno (H2), azufre (S), oxgeno (O2),nitrgeno (N2) y humedad (H2O).

Los combustibles derivados del petrleo son una mezcla de hidrocarburos que pueden ser representados

por la molcula CnHm, donde m es funcin de n y depende de la familia de hidrocarburos. El petrleo crudo

es una mezcla casi infinita de hidrocarburos, ranqueados desde gases livianos (bajo n) hasta pesados (alto

n). El petrleo crudo tambin contiene cantidades variables de azufre, oxgeno, nitrgeno, partculas y agua.Existen combustibles derivados del petrleo slidos (coque de petrleo o pet coke), lquidos (diesel y

petrleos combustibles 5 y 6) y gaseosos (gas licuado).

Los petrleos son clasificados de acuerdo a sus caractersticas fsicas por una especificacin ASTM (ASTM

Standard D 396). Entre los petrleos combustibles, el petrleo N2 o diesel es un destilado del petrleo

crudo; los petrleos combustibles N5 y N6 son petrleos residuales. En Chile se comercializa en mayor

cantidad el petrleo 6 y el petrleo 5 en una pequea cantidad. El petrleo 6 incluye calidades especiales

con un contenido de azufre mximo de 1% en masa (el normal contiene un mximo 5%) y bajo contenido de

metales; el petrleo 5 contiene como mximo un 5% de azufre en masa y tambin en una calidad especial

con mximo 1000 ppm de azufre (0,1%). La reduccin del lmite de azufre en el Diesel a 0,005% o 50 ppm es

una tendencia mundial y es el que producen las refineras de ENAP para su uso en la Regin Metropolitana apartir del ao 2004 (Diesel Ciudad Plus).

El gas licuado de petrleo (GLP) es una mezcla de hidrocarburos ligeros, principalmente butano (C4H10) y

propano (C3H8), combinados en diversas proporciones o puros. Puede ser obtenido del craking del petrleo,

de lo cual deriva su denominacin de GLP; tambin puede ser obtenido de pozos de gas natural, ya que

tiene un contenido variable de GLP, entre un 1% y 3% que debe ser separado previamente al transporte del

gas natural por gasoductos.

El gas naturalse puede encontrar en posos asociados a yacimientos de petrleo o acompaado nicamente

de pequeas cantidades de otros hidrocarburos o gases; tambin es de origen fsil. La composicin del gas

natural incluye diversos hidrocarburos gaseosos, con predominio del metano (CH 4) por sobre el 90% y en

proporciones menores etano, propano, butano, pentano y pequeas proporciones de gases inertes como

dixido de carbono y nitrgeno.

Respecto a la biomasa como combustible en aplicaciones industriales se usa lea, biomasa forestal como

corteza, virutas, aserrn, chips, residuos agrcolas como cscara de almendra, cuescos de aceitunas, purines

de cerdo y aves, entre otras.

En las tablas siguientes se presentan la composicin tpica de distintos combustibles.


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Tabla 5.1 Composicin tpica de carbones, petrleos y biomasa slida

Anlisis Inmediato Carbnbituminoso

Carbnsub-bituminoso

Diesel Petrleo 6 Corteza

Carbono fijo 70,0 45,9 - - -

Material voltil 20,5 30,5 - - -

Humedad 3,3 19,6 - - -

Cenizas 6,2 4,0 - - 1,2

Anlisis ltimo

C 80,7 58,8 86,4 85,7 52,3

H2 4,5 3,8 12,7 10,5 6,0

S 1,8 0,3 0,4-0,7 2,8 0,0

O2 2,4 12,2 - - 40,3

N2 1,1 1,3 - - 0,1

H2O 3,3 19,6 - - -

O2 y N2 - - 0,2 0,92 -Agua y sedimentos - - Trazas 0,08 -

Fuente: M.M El Wakil 1985, Powerplant Technology

Tabla 5.2 Composicin tpica del gas natural y biogas

Componente Frmula Qumica Unidad Gas Natural Biogas

Metano CH4 %vol. 91,0 55-70

Etano C2H6 %vol. 5,1 0

Propano C3H8 %vol. 1,8 0

Butano C4H10 %vol. 0,9 0Pentano C5+ %vol. 0,3 0

Dixido de carbono CO2 %vol. 0,61 30-45

Nitrgeno N2 %vol. 0,32 0-2

Acido sulfdrico H2S ppm 1 500

Amoniaco NH3 ppm 0 100

Fuente: Fundacin Chile, Elecgas 2004, Biogas a partir de residuos

5. 3 COMBUSTIN

5.3.1 ASPECTOS CONCEPTUALES

La combustin es una reaccin qumica exotrmica en la que participan oxgeno y un combustible.

Comnmente se utiliza aire como comburente, pero slo el oxgeno del aire participa activamente en la

combustin. El contenido de oxgeno en el aire es de aproximadamente 21% en volumen y 79% de nitrgeno

(contiene slo trazas de otros elementos) y 23% de oxgeno en peso.


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Se denomina combustin perfecta o estequiomtrica a la que se realiza completamente con la cantidad

exacta del aire necesario para la combinacin qumica con el combustible. La cantidad mnima de aire que

sera necesaria para una combustin perfecta se denomina aire estequiomtrico o aire requerido.

En la prctica, para obtener una combustin completa, se requiere agregar un exceso de aire. El exceso de

aire se expresa comnmente en tanto por ciento respecto al aire estequiomtrico. El aire estequiomtrico yel exceso de aire necesario para asegurar en la realidad una combustin completa, dependen del

combustible y del sistema de quemado.

Cuando la combustin con exceso de aire es completa y cuando se usan combustibles que no contienen O 2

entre sus constituyentes, es posible determinar el exceso de aire a partir de la medicin de O2o CO2en los

gases con dos ecuaciones simples (tambin pueden usarse para un clculo rpido aproximado cuando no se

den ests condiciones), que respectivamente son las siguientes:

La combustin completa considera una conversin total del carbono (C) e hidrgeno (H 2) del combustible,

en dixido de carbono (CO2), agua (H2O) y liberacin de calor. Si el combustible contiene azufre se forma

adems dixido de azufre (SO2). En una buena combustin, el exceso de aire debe ser mnimo y tambin el

O2en los gases, el CO2en los gases de combustin debe ser mximo sin presencia de CO, ni carbono no

quemado en gases (holln) y en cenizas. La presencia de CO evidencia combustin incompleta y una prdida

de energa, ya que la reaccin que produce CO libera menos calor que la produccin de CO2(2.430 v/s 8.084

Kcal/Kg. carbono).

La figura siguiente corresponde a un grfico que muestra la relacin entre exceso de aire y porcentaje envolumen de CO2y O2en los gases de combustin de distintos combustibles.


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Figura 5.1 Relacin entre exceso de aire, O2y CO2en los gases de combustin para combustibles tpicos

Fuente: Referencia bibliogrfica [8]

Las ecuaciones siguientes representan la combustin estequiomtrica del metano (CH4) y su combustin

completa con 15% de exceso de aire, respectivamente. Se aprecia claramente el efecto del exceso de aire en

la composicin de los gases de combustin: aumento del volumen de oxgeno y nitrgeno:

En el captulo ejemplos de combustibles y combustin del documento de ejemplos prcticos se desarrollacompletamente la ecuacin de combustin de un combustible (hidrocarburo lquido), caracterizando la

composicin msica y volumtrica de sus gases de combustin.

5.3.2 PODER CALORFICO

Una de las propiedades ms importantes de los combustibles es su poder calorfico; este es el calor

trasferido cuando los productos de la combustin completa de una muestra de combustible, es enfriada

hasta la temperatura inicial del aire y el combustible; es determinado por un test estndar de la ASTM

(American Society for Testing and Materials). Se determinan dos poderes calorficos: el poder calorfico

inferior y el poder calorfico superior.

El poder calorfico inferiorconsidera que le vapor de agua proveniente de la combustin del hidrgeno del

combustible (%peso H2)3se mantiene en estado gaseoso en los; el poder calorfico superiorconsidera que

dicho vapor de agua condensa y por lo tanto incluye el calor latente de vaporizacin (h fg) a la presin parcial

del vapor de agua en los gases de combustin.; es decir:

3La combustin de 1 kg de H2(con oxgeno) produce 9 kg de H2O.


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Dado que en la mayora de los equipos o sistemas que usan combustibles como fuente de energa,

usualmente los gases de combustin se enfran hasta una temperatura superior el punto de roco, en los

balances

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