Implementación de la primera etapa del sistema de gestión

energética en la industria mediante la utilización de herramientas CAD

Paula Liliana Ceballos Hernández

Jhon Edison Ceballos Montoya

MecaniCAD S.A.S

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Este artículo presenta una metodología para la imple-mentación de la primera etapa del sistema de gestión

energética aplicada al sector industrial. La recolección, al-macenamiento y análisis de los datos técnicos de los proce-sos energéticos permiten mediante la utilización de herra-mientas CAD visualizar y obtener la información coherente y coordinada en un modelo digital para caracterizar energé-ticamente una industria. Este proceso contribuye a enfocar los esfuerzos, estrategias y recursos en las áreas y equipos que tienen un mayor impacto energético en la organización. Se identifican oportunidades de mejora y optimización de procesos, para obtener mejores resultados en un menor tiempo, decisiones asertivas y ahorro de recursos [8][10].

This article presents a methodology for the implementation of the first stage of management energetic system applied to industrial sector. The collect, the storage and the technical date’s analysis of the energetics process allow by the utiliza-tion of CAD tools to view and obtain consistent and coordi-nated information on a digital model to characterize ener-getically industry tools. This process helps to focus efforts, strategies and resources in the areas and equipment that have a higher energy impact on the organization. Opportu-nities for improvement and optimization of processes are identified, for better results in less time, assertive decisions and resource savings.

Palabras Clave

Ahorros, caracterización, CAD, decisiones,

diagrama, energéticos, software.

Paula Liliana Ceballos HernándezJhon Edison Ceballos Montoya

MecaniCAD S.A.S

Keywords

Saving, characterization, CAD, decisions, diagram,

tool, energetics,software.

Implementación de la primera etapa del sistema de gestión energética en la industria mediante la utilización de herramientas CAD

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I. INTRODUCCIÓN

Para iniciar con la implementación del modelo de gestión energética se requiere disponer de la infor-mación técnica y organizacional de la industria. La primera tiene que ver con el diagrama de flujo del proceso, censo de carga de equipos, operación de los mismos, diagramas unifilares de los energéticos, entre otros [9]. La segunda, en cambio se relaciona con la estructura administrativa de la empresa en cuanto a lo financiero a lo operativo lo comercial, etc.

El modelo de gestión energética adoptado en Co-lombia secciona en etapas la implementación de este sistema. En este artículo nos enfocaremos en la primera etapa, en la actividad 1 que trata de la carac-terización energética de una industria. De acuerdo a la norma ISO50001 “Procedimiento de análisis cuali-tativo y cuantitativo que permite evaluar la eficiencia con la que la empresa administra y usa la energía en su proceso productivo, y que permite evaluar la situación energética actual; determinando las ano-malías presentadas en cuanto al consumo energé-tico real y los focos de desperdicio energético”[6]. En esta etapa se determina el estado actual de la empresa para lo cual se aplican distintos tipos de herramientas. Se requiere determinar los equipos y las áreas que se consumen los principales tipos de energéticos [9].

El sector industrial ha venido comprometiéndose con el uso eficiente de sus recursos, y en algunos casos se han adoptado los lineamientos de la norma ISO 50001. Ese artículo se enfoca en el numeral 4.3 de la norma que trata de la planificación energética en el aparte de la revisión energética [4].A nivel industrial esta práctica se torna compleja de-bido a la insuficiencia de la información o a la des actualización de la misma, en otros casos se ha evi-denciado que no se registra, ni se revisa ni se con-trola el uso de la energía. Sin embargo en los últimos años la tecnología se ha venido difundiendo como herramienta eficaz en la optimización de los proce-sos.

Los software de modelado tridimensional han pro-porcionado a diferentes industrias la manera rápida y eficaz de construir la línea base a partir de modelos 3d y de planos 2d, debido a la facilidad con que se

pueden visualizar las áreas, los equipos y la utiliza-ción de energéticos, a gestionar adecuadamente los recursos y optimizar la capacidad de producción.

Además de trabajar conjuntamente con el grupo de ingeniería y personal de operación, la información recopilada en campo se podrá utilizar para diseñar, solucionar, documentar y desarrollar nuevos proyec-tos de ingeniería.

La documentación contenida en planos y modelos se utiliza más adelante del proceso cuando se defi-nen los indicadores de desempeño y finalmente en la elaboración de la documentación del sistema.

Las herramientas CAD para estudiar y analizar el fun-cionamiento del proceso, o incluso estudiar una po-sible reforma, rehabilitación energética o cualquier tipo de obra, viendo y analizando el funcionamiento final antes de hacer nada en él.

II. METODOLOGÍA

La utilización correcta de las herramientas CAD en una caracterización energética depende totalmente de la información recolectada y para ello es nece-sario contar con profesionales experimentados en servicios industriales, los cuales realizarán un reco-rrido por las instalaciones de la planta industrial re-copilando información detallada acerca de las tecno-logías y características técnicas de los equipos, los procesos, los usos de los energéticos, diámetros de las tuberías, localización de equipos, personal y otras infraestructuras que garanticen un modelo real del proceso.

El levantamiento de la información tiene que ver con todo lo relacionado con las redes de agua, aire, gas, vapor, refrigeración y electricidad; incluyendo ins-trumentación, válvulas y cambios de nivel de dichas redes. La información se digitaliza en las herramien-tas CAD tales como AutoCAD, Inventor y Plant 3D, las cuales nos permiten representar en modelos 3D, isométricos, planos P&ID, y diagramas de flujo todos los sistemas energéticos de una planta industrial, obteniendo una completa claridad y máximo deta-lle de las distribuciones de las redes en la planta y

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posteriormente identificar y analizar oportunidades de mejora y reducción en los costos energéticos que lleven a las industrias a mejorar su productividad y competitividad. Pueden existir dos posibilidades o ambas a la vez: el análisis de los casos existentes y/o la simulación de nuevas soluciones para facilitar un soporte a la toma de decisiones por parte de los expertos [7][10].

Las herramientas CAD pueden ser aplicadas a todas las líneas de proceso en la industria, el material re-querido para efectuar la recolección de la informa-ción tiene que ver con instrumentos de medición básicamente, para medir distancias y diámetros.

Posterior a la elaboración del modelo digital el per-sonal técnico procederá a construir un diagrama energético-productivo, el cual vincula las variables de producción con los energéticos utilizados en el proceso, de esta manera se obtienen gráficos por equipos o áreas para posteriormente obtener la pro-ducción equivalente [10].

III. RESULTADOS

En las siguientes ilustraciones se pueden visualizar los resultados obtenidos después de hacer recorri-dos por distintos sectores industriales en donde la recopilación de la información en sitio, la ingeniería conceptual y la ingeniería de detalle, que correspon-de en la mayoría de los casos a modelos 3d, permi-ten la caracterización energética.En la Ilustración 1 Modelado Planta alimenticia Casa Luker en Chinchiná Caldas, se realizó el levantamien-to metrológico de los equipos, estructuras, redes de tuberías (vapor, aire, condensado, agua industrial, agua suavizada, refrigeración. A través de un grupo de profesionales multi-disciplinarios se pudo deta-llar la infraestructura, la distribución y la utilización de los equipos por energéticos. Posteriormente se elaboró el modelo 3D y los planos 2d con vistas iso-métricas. A partir de dicho modelo se identificaron los equipos mayores consumidores por consumo de energía eléctrica, la cual es la más representativa, y construir el diagrama de Pareto. Finalmente como no hay control de las variables que intervienen al proce-so se analizó en el modelo 3d los puntos estratégi-cos para la instalación de medidores.

Figura1. Modelado Planta alimenticia

En la Ilustración 2 Modelo área secado de cascarilla, Buencafé Liofilizado de Colombia, Chinchiná, Caldas corresponde a la Ingeniería conceptual, básica y de detalle del sistema de secado de cascarilla de café, el cual se caracterizó energéticamente para deter-minar los ahorros derivados de la sustitución de gas natural por cascarilla de café. En esta actividad se contempló la localización de la instrumentación requerida para medición y control y la adecuación tecnológica de la caldera para generación de vapor.

Figura 2. Modelo área secado de cascarilla

En la Ilustración 3 Modelo 3d área de transporte neu-mático se realizó el levantamiento de información arquitectonica, localizaccion de equipos de trans-porte y redes de agua, aire y electricidad, digitali-zando los diagramas P&D, realizando isométricos y modelando en 3D. El objetivo de este modelo es elaborar el diagrama energetico-productivo y obte-ner la produccion equivalente esta area del proce-so. Posteriormeente se optimizaron las rutas de las

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redes de servicio de aire comprimido utilizando los diametros adecuados y relocalizando los puntos de uso para reducir la caida de presión. Se diversificó la demanda de los equipos para disminuir la capacidad del motor para la operación del compresor.

Figura 3. Modelo 3d área de transporte neumático

En la Ilustración 4 Modelo 3d proceso planta de ali-mentos, se realizó la recolección de información de 280 equipos con sus estructuras e interconexiones en redes de tuberías, distribución de espacios en to-das las áreas productivas de la planta de chocolate en Bogotá.Esta práctica permitió construir el diagrama energé-tico productivo de la planta. Toda vez que no se con-taba con los instrumentos de medición necesario, el modelo 3d facilitó el desarrollo de esta actividad al establecer el proceso productivo de mayor consu-mo de energía. Posteriormente se realizó el censo de carga de equipos por áreas con el que se elaboraron los diagramas de Pareto.

Figura 4. Modelo 3d proceso planta de alimentos

En la Ilustración 5 Área de motores eléctricos de una planta del sector alimenticio se pudo establecer a través del modelo 3d el diagrama energético pro-ductivo, pues la distribución de energía eléctrica su-ministrada por los motores propociona electricidad a varios procesos. El modelo facilitó además la toma de decisión para definir los puntos de la tubería en el que se debían instalar medidiores.

Figura 5. Área de motores eléctricos

La Ilustración 6 Red de vapor permitió evaluar el desempeño de los equipos con respecto a la energía utilizada por procesos y el impacto en el producto final, toda vez que el vapor es producido inicialmente en una caldera la cual funciona con energía primaria adquirida por la organización, en este caso gas natu-ral, se requiere determinar el uso final y la cantidad consumida por cada usuario.

Figura 6. Red de vapor planta de alimentos

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En la Ilustración 7 Modelo 3d planta cervecera se implementó un modelado digital de los edificios, equipos, transportadores sin fin, elevadores de cangilones, silos de almacenamiento, filtros de mangas, tolvas, válvulas rotativas, plataforma camionera, ductos de las zonas de cebada y malta, zona de remojo, tanques, red de agua de proceso, red de aire en la planta de una Maltera. En la Ilustración 8 Equipos planta maltera se puede ob-servar la fotografía de los equipos en campo y el modelo digital con medidas reales.

Figura 7. Modelo 3d planta cervecera

Figura 8. Equipos planta maltera

La Ilustración 9 Modelo 3d Torre de Enfriamiento permitió realizar el dictamen energético, comparando los datos de diseño con los datos recopilados en el modelo 3d. El primer hallazgo obtenido es la deficiencia de instrumentos para medir las variables de la torre, tales como: termómetros calibrados y psicrómetro para tem-peratura del bulbo húmedo. Los planos de diseño no correspondían al sistema instalado lo cual contribuyó a la optimización de rutas y diámetros de tubería del proceso.

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Figura 9 Modelo 3d Torre de Enfriamiento

IV. CONCLUSIONES

Un equipo de profesionales expertos en el desa-rrollo de proyectos industriales sumado al uso de tecnologías CAD, brindan al sector industrial una he-rramienta eficaz para caracterizar energéticamente los procesos de mayor impacto energético, además se podrá verificar previamente el funcionamiento, adaptabilidad y rentabilidad de proyectos de mejoras identificados antes de ser ejecutados.

Este artículo propone una herramienta tecnológica para identificar los usos significativos de energía en los procesos, las áreas con mayor consumo y fi-nalmente la caracterización en el sector industrial, desde su fase conceptual, pasando por la aplicación de la ingeniería básica y detalle hasta obtener un modelo 3d que proporcione no solo la reducción de consumos de energéticos sino también el incremen-to de la competitividad, a través de proyectos de mejoras en los procesos.

VI. REFERENCIAS

[1] Campos Avella, Juan Carlos, “Guía para la implementación. [En línea]. Bogotá: UPME, 2007 URL disponible en www.si3ea.gov.co/inicio/GestionInte-graldelaEnergia [2] O. Prias,”Gestión Integral de la Eficiencia Energética en ambientes competitivos”, Memorias primer congreso internacional sobre uso racional de la Energia CIUREE, 2004.[3] Gómez, R., Campos. and J.C., Santos, “Efi-ciencia energética y competitividad en las empre-sas”, Editorial UCF.80.p. Editorial universidad de fue-gos. Cien fuegos Cuba.[4] Upme, Colciencias., Universidad Autónoma de Occidente., & Universidad del Atlántico., (2005). Guía para la implementación de sistemas de gestión

integral de la energía. Descargado el 13 de Noviem-bre de 2010 de http://www.si3ea.gov.co/Portals/0/Gie/Guia/Guia.pdf[5] Ministerio de economía y planificación de cuba., (2000). Situación Energética en la industria. Diagnóstico Energético Rama Cemento. Descargado el 28 de Marzo de 2008 de www.energia.inf.cu/iee-mep/Diagener/cerealcf.pdf[6] ISO50001 Gestión de la energía, 2011. www.iso.org[7] htp//www.si3ea.gov.co/Home/UREenlaIn-dustria/tabid/117/language/en-US/Default.aspx.[8] http://www.autodesk.es/adsk/servlet/pc/in-dex?siteID=455755&id=15525874.[9] ”Guía para la implementación de un siste-ma de gestión de la energía basado en la ISO50001”, 2013[10] http://www.si3ea.gov.co/Portals/0/Gie/Docs/herramientas.pdf

V. RESEÑA AUTORES

Paula Liliana Ceballos HernándezIngeniera ElectricistaMecaniCAD S.A.SIngeniera de proyectos gestión energéticaCra 24 # 26-55 Ed. Cámara de Comercio 3113677339comercial@mecanicad.com.co

Jhon Edison Ceballos MontoyaIngeniero IndustrialMecaniCAD S.A.SGerente MecaniCADCra 24 # 26-55 Ed. Cámara de Comercio3113677339Jhon.ceballos@mecanicad.com.co