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128395 UNIVERSIDAD AUTON OM A METROPOLITANA

UNIDAD IZTAPALAPA

/ CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA

/ METODOLOGIA DE DIAGNOSTICO ENERGETIC0 EN PLANTAS INDUSTRIALES

SEMINARIO DE PROYECTOS I Y II

/' ~ E N I E R I A EN ENERGIA

//JESUS VKLALVA SALMERON 86332532 ,

ASESOR DE PROYECTO: DR. JUAN JOSE AMBRIZ GARCIA

/' MEXICO, D.F. ABRIL DE 1992.

INDICE

Introducción.

Capítulo 1. Situación Energética.

1.1 Situación Energética Internacional. 1.2 Situación Energética Nacional. 1.3 El Ahorro de Energía en México.

Capítulo 2. Diagnósticos Energéticos y Programas de Uso Racional de Energía.

2.1 Tipos de Diagnósticos Energéticos. 2.2 Elementos para la Instauración de un

Programa de Uso Racional de Energía.

Capítulo 3. Metodología de Diagnóstico Energético en Plantas Industriales.

3.1 Solicitud, Recopilación y Análisis de la Información Histórica.

3.2 Evaluación del Impacto del Consumo de Energéticos en los Costos de Producción.

3.3 Recorrido por las Instalaciones de l a Planta.

3.4 Identificación de Oportunidades de Ahorro de Energía.

3.5 Planteamiento de la Estrategia a Seguir. 3.6 Instrumentación y Mediciones. 3.7 Evaluación del Potencial de Ahorro. 3.8 Consulta de Factibilidad de Realización de

las Propuestas, 3.9 Desarrollo de las Alternativas más

Atractivas. 3.10 Evaluación Económica. 3.11 Elaboración del Informe. 3.12 Reunión de Presentación de Resultados ante

la Gerencia de la Planta.

Capítulo 4. Aplicación de la Metodología de Diagnóstico Energético.

4.1 Industria Cementera.

4.1.1 Descripción del Proceso. 4.1.2 Consumos Energéticos Anuales. 4.1.3 Costos por Consumos Energéticos.

4.1.4 Acciones Realizadas. 4.1.5 Tabla final de acciones. 4.1.6 Comentarios de la aplicación del

método. 4.1.7 Anexos.

4.2 Industria del Vidrio.

4.2.1 Descripción del Proceso. 4.2.2 Consumos Energéticos Anuales. 4.2.3 Costos por Consumos Energéticos. 4.2.4 Acciones Realizadas. 4.2.5 Tabla final de acciones. 4.2.6 Comentarios de la aplicación del


4.3 Industria Metal-Mecánica.



4.4 Industria Química.


4.4.7 Anexos. método

4.5 Industria Manufacturera.


4.5.7 Anexos. método

Conclusiones.

Bibliografía.

- Anexo No. 1 (Formatos de Control Estadístico). - Anexo No. 2 (Fundamentos de Energía Eléctrica). - Anexo No. 3 (Combustibles). - Anexo No. 4 (Oportunidades de Ahorro de Energía). - Anexo No. 5 (Instrumentación).

INTRODUCCION.

En países como México que están en vias de desarrollo y que constantemente deben ajustar su creciente demanda de energéticos, es necesario establecer programas de uso eficiente de la energía producida para utilizar racionalmente los energéticos, pues es de vital importancia para lograr el desarrollo deseado.

La instauración de programas de uso racional de la energía se fundamenta en el conocimiento de la situación prevaleciente del consumo en las instalaciones bajo análisis. A esta serie de actividades se le conoce como auditoria o diagnóstico energético.

Los logros alcanzados en el terreno de las auditorías de energía han sido importantes, sin embargo, en la actualidad, la industria nacional requiere de una metodologia de diagnóstico energético especifico, pues ésta debe proporcionar resultados suficientemente profundos para atraer la atención del empresario con poder de desición, y a su vez, debe ejecutarse en poco tiempo, ya que las inversiones que puedan ser dedicadas a esas actividades son mínimas.

En la realización del presente Seminario de Proyectos I y I1 se plantea el desarrollo de unmétodo de diagnóstico energético para instalaciones industriales de alto nivel técnico y bajo costo.

Al aplicar dicha metodologia se desea incidir en el aumento de la rentabilidad de los procesos productivos de los sectores industrial, privado y público, a través del mejor uso de la energia, mediante la instauración de planes de uso racional.

Por otro lado, se desea aportar material accesible y de fácil aplicación para el mejor desempeño de los alumnos de la Licenciatura de Ingeniería en Energía, en el desarrollo y aplicación de auditorías energéticas.

En los primeros dos puntos de este trabajo se plantea, de manera general, la situación energética internacional y nacional, as€ como el desarrollo del ahorro de energia en México. Posteriormente se explican los diferentes tipos de diagnósticos energéticos y los elementos necesarios para la instauración de programas de uso racional de energia. Todo lo anterior para dar una breve información acerca de la importancia de realizar acciones en favor del uso eficiente y racional de la energía. En seguida, se plantea la propuesta de metodología de diagnóstico energético en plantas industriales, la cual se distribuye en varios puntos que son explicados individualmente. Para comprobar la metodologia planteada, en seguida se muestra la aplicación de la misma en diferentes sectores industriales obteniéndose conclusiones individuales en cada elemplo de la aplicación de la metodologia y, por último se encuentran las conclusiones y la bibliografia, al igual que los anexos técnicos.

C A P I T U L O 1

SITUACION ENERGETICA

1. SITUACION ENERGBTICA INTERNACIONAL Y NACIONAL.

1.1 BITUACION BMERGETICA INTERNACIONAL.

La mayor parte de los energéticos que se consumen en el mundo son el carbón, el petróleo y el gas natural. Dentro de los cuales el más importante a la fecha es el petróleo pues es el más utilizado ya que representa menores dificultades en su manejo. Debido a lo anterior la extracción de este recurso natural ha crecido mundialmente de manera considerable.

La distribución en el mundo de yacimientos petrolíferos no es proporcional, ya que algunos paises como Arabia Saudita, Kuwait, etc, cuentan con un potencial alto de reservas y otros como Francia, Japón, España, Italia, etc, cuentan con muy pocas reservas. Si se consideran las anteriores observaciones, se puede entender el porque de la existencia de un comercio internacional de petróleo y de la Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP) en la década de los sesentas, la cual acaparó el 88% de las exportaciones mundiales; pero en la siguiente década Arabia e Israel tuvieron un enfrentamiento armado, que trajo como consecuencia un embargo petrolero de Arabia a los Estados Unidos de América (1973 - 1974) que hoy en día se le conoce como la crisis petrolera ya que desestabilizó la economía de muchas naciones.

A partir de la crisis petrolera internacional en los países industrializados se gestaron una serie de medidas que dieron un giro a las formas de generación y utilización de los energéticos.

Es entonces cuando el tema del uso eficiente y conservación de la energía, toma gran importancia como arma primordial para reducir las fluctuaciones en la economia de las naciones y por lo tanto de sus empresas debido a los aumentos en los precios internacionales de petróleo.

Las medidas iniciales que se tomaron con respecto al uso eficiente y conservación de la energía en paises industrializados fueron:

- Leyes y regulación. - Precios. - Medidas fiscales. - Incentivos. - Investigación y desarrollo tecnológico.

Este conjunto de acciones brindó buenos resultados debido a que la gente tom6 conciencia a tiempo de sus necesidades y a la decisición oportuna. En lo referente a los países en vías de desarrollo los avances logrados han sido modestos debido a que no existe la escasez en recursos naturales y a la tardia aplicación de dichas medidas.

1.2 SITUACION ENERGETICA NACIONAL.

En la actualidad, México se sitúa en el octavo lugar de la lista de los países con reservas de hidrocarburos y en el sexto de los productores de los mismos; por 10 que, el sector energético es una parte muy importante en la economía del país y determinante en las relaciones económicas con otras naciones del mundo.

El consumo final nacional de energía en 1989 fue de 798.9 billones de kilocalorías, cifra 6.0 % superior a la de 1988. Desglosando el consumo total en los diferentes sectores industrial, transporte, residencial, público, comercial y agropecuario resulta como sigue:

SECTOR kcal * 10l2 %

Transporte 297.6 Industrial 291.6 Residencial, Comercial 185.8 y Público. Agropecuario 23.9

37.2 36.5 23.3

3.0

798.9 100. o TOTAL

Dentro del sector industrial, los consumidores de energía se clasifican de acuerdo a la siguiente tabla:

INDUSTRIA kcal * 10l2 Siderúrgica Petroquímica Química Cemento Azúcar Minería Celulosa y Papel Vidrio Fertilizantes Aluminio Automotriz Hule Construcción Otras ramas

60.502 58.662 31.994 27.242 25.794 12.746 12.477 7.532 3.705 1.537 1.294 1.081 0.635

46.355

TOTAL 291.556

%

20.8 20.1 11.0 9.3 8.8 4.4 4.3 2.6 1.3 0.5 0.4 0.4 0.2 15.9

100.0

Durante 1989, los requerimientos internos de energía por unidad de producto interno bruto fueron de 265.8 kcal por coda peso producido, cifra 3 % superior a la registrada en 1988, es decir, que en los últimos años se ha venido consumiendo cada vez más energía para producir el mismo producto. De continuar con esa situación, para finales del siglo, el consumo de energía será el triple en comparación con el actuail.

Al analizar los datos presentados se observa una peligrosa tendencia de aumento de consumo de energía, por lo que es necesario plantear una estrategia para resolver la problemática energética, para consolidar un sector energético más productivo y eficiente, técnica, operativa y administrativamente.

La política energética del gobierno federal, pretende equilibrar las acciones entre la oferta y .la demanda, en donde la aplicación de programas de ahorro y uso eficiente de la energía sería de extraordinaria ayuda; ya que contribuiría a aumentar la productividad de la economía nacional y a tener mayores oportunidades de competencia al presentarse la opción del tratado de libre comercio.

'[23] Balance Nacional de Energía 1989. Secretaría de Energía Minas e Industria Paraestatal

México, D.F. (SEMIP)

1.3 EL AHORRO DE ENERGIA EN MEXICO.

El consumo de la energía en México ha ido en aumento anualmente lo que significa que cada vez se consume más energía por unidad de producto; además de que es clara la alta dependencia que se tiene de los hidrocarburos, del petróleo en especial, lo que representa una baja flexibilidad a los cambios en el sector energético y una gran vulnerabilidad, ya que al no contar con este recurso, el sector industrial se vendria a bajo.

La producción de energia en México tiene un costo considerable debido a que no somos productores del equipo necesario para generarla, por lo que gran parte de los equipos utilizados son de importación, aún así la persistencia de los bajos precios de los energéticos, y de la energía en si ha conducido al país a la ineficiencia y al despilfarro en el uso de la energía. Ya que aún en épocas de crisis económicas se continua manejando una economía ficticia en los precios de los energéticos mediante el empleo de subsidios a los mismos.

Esto no sólo es el resultado de una mala administración, también existe la influencia, cada vez mayor conforme pasa el tiempo, del crecimiento industrial en las Últimas décadas de nuestro país con el uso de maquinaria y equipos industriales con tiempo de vida corta y por lo tanto de bajos rendimientos en la conversión energética.

El Gobierno Federal de la República Mexicana, al darse cuenta de la situación energética que está viviendo el pais y con la intención de dar una solución al problema; ha iniciado un Programa de Modernización Energética,, con duración de cuatro años (1990-1994), cuyos objetivos son:

- Garantizar la suficiencia energética. - Fortalecer la vinculación con la economía, la sociedad y la

- Consolidar un sector energético más moderno y mejor protección ambiental.

integrado.

En donde la estrategia a seguir plantea las siguientes prioridades:

- Mayor eficiencia en la producción. - Establecer un programa de ahorro y uso eficiente de la energia con la participación de toda la sociedad. - Financiamiento de inversiones con la intención de elevar la capacidad del sector energético y que responda a las demandas de crecimiento y modernización de manera efectiva. - Disminuir la dependencia de los hidrocarburos, dando impulso a la diversificación de fuentes alternas de energia, con el cuidado de los recursos naturales y en función de la disponibilidad de recursos financieros. - Participación en el mercado internacional.

Los cinco incisos anteriores son la base para lograr los objetivos arriba planteados, que además se desea que el futuro sector energético, tenga capacidad de respuesta para ser sostén de la expansión económica del país.

México, actualmente se está esforzando para ahorrar y conservar la energía y sus recursos para generarla, aunque en forma aislada. Algunas de las acciones que se han tomado para la realización de este objetivo son las siguientes:

- Publicación de algunos libros sobre uso eficiente de energía.

- Estudios y cursos realizados por Instituciones de Estudios Superiores y Centros de Investigación, tales como la Universidad Autónoma Metropolitana de Iztapalapa, la Universidad Nacional Autónoma de México, el Instituto Mexicano del Petróleo, la Compañía Federal de Electricidad, el mismo Petróleos Mexicanos y algunos Estados del norte de la República Mexicana al crear oficinas públicas que se dedican al control estadístico de 1.0s energéticos.

- Organización de seminarios sobre el Uso Racional de la Energía en los sectores industrial, comercial y doméstico así como exposiciones de equipos y empresas de consultorfa. las cuales brindan asesoría para instaurar y llevar a cabo programas de uso racional y eficiente de la energía.

- PEMEX creó la gerencia de la economía de la energía.

- La CFE creó el programa de ahorro de energia eléctrica.

- Creación de la Comisión Nacional para el Ahorro de la Energía (CONAE) , la cual ha tomado acciones patrocinadas por la Comunidad Económica Europea, encaminadas a la presentación y aplicación de metodologías de diagnóstico energético en los sectores industrial y de transporte, para mostrar a las diferentes ramas el potencial de ahorro de energia en sus empresas y la factibilidad de realizar uno de estos diagnósticos en ellas.

- Creación de organismos privados como el Fideicomiso de Apoyo al Programa de Ahorro de Energía en el Sector Eléctrico (FIDE), el cual aporta el capital para efectuar diagnósticos energéticos en el campo eléctrico de las industrias y utilizar los resultados para publicarlos y motivar a los industriales a tomar acciones con respecto al ahorro de energía.

En el sector industrial existen diversas oportunidades de ahorro de energía y la factibilidad técnica de lograrlo pues se cuenta ya con Ingenieros en Energía capaces de llevar a cabo medidas, económicamente atractivas para reducir los consumos energéticos en

la industria y demás sectores; además, con la perspectiva del cercano Tratado de Libre Comercio con los Estados Unidos y Canadá provocarán la eliminación del burocratismo, las políticas empresariales, la falta de competencia y, por lo tanto, la implantación de medidas de uso eficiente de energía.

I

- -

C A P I T U L O 2

DIAGNOSTICOS ENERGETICOS Y PROGRAMAS DE

USO RACIONAL DE ENERGIA

2. DIAGNOSTICOS ENERGETICOS Y PROGRAMAS DE USO RACIONAL DE ENBROIAo

201 TIPOS DE DIAGNOSTICOS DE ENlRGIAo

El sector industrial está viviendo la necesidad de aprovechar al máximo la energía que genera y utiliza, ya que cada vez la situación económica se presenta más difícil; además, la competencia aumenta de manera preocupante.

La primera acción encaminada a l a eficientización energética de una empresa es el saber exactamente en donde se ubican los consumos energéticos, intensidades y eficiencias, para en una segunda fase evaluar el potencial de ahorro de energía. A este conjunto de actividades se le llama auditoría o diagnóstico de energía y puede tener diferentes niveles de complejidad; desde un nivel elemental en donde se identifiquen fugas y pérdidas obvias de energía, hasta un diagnóstico exergético complejo, por equipo o parte del equipo en el que se evalúen eficiencias de energía Útil.

Generalmente, los diagnósticos energéticos se clasifican según el tamaño, costos y precisión de las fuentes energéticas y a las necesidades de las empresas que se diagnostican. Para ello existen tres niveles de diagnóstico energético, los cuales se explican a continuación.

o Tipo 1.

Este tipo de diagnósticos se conocen como preliminares, en donde se orienta al responsable energético acerca de los consumos globales de energía en la planta industrial. Dentro de esta clase de diagnósticos se incluye el recorrido por la planta con el objetivo de detectar los puntos de ahorro de energía obvios, los cuales se pueden lograr con ayuda de la revisión de equipos y mantenimiento de los mismos; también incluye la evaluación de los consumos globales de energéticos y el análisis estadístico de los consumos de esos energéticos.

El nivel uno es muy económico y permite detectar entre el 60% y 70% de la energía utilizada en los procesos y equipos, además proporciona una idea de los costos totales por consumo de energía, se emplea generalmente para justificar el desarrollo de trabajos sobre el tema y, por lo tanto, de la creación de un departamento de ahorro de energía para planificar una serie de actividades dirigidas al ahorro de energía.

Esta clase de diagnósticos se conoce como general, su función es proveer de información de los consumos de energía de zonas funcionales de la planta industrial (departamentos, procesos, servicios, construcciones, etc.), detecta entre el 75% y 85% de la

--- - I_- --PI”.------ - --- _ - I -

energía utilizada, pero dedicando más tiempo a los puntos de ahorro de energía detectados como de mayor importancia, ya que se desperdicia notoriamente o se consume de

Brinda la información que permite establecer el potencial de ahorro de energía y la reducción de costos gracias a las propuestas de conservación de energía, lo cual, justifica el establecimiento de un programa de uso racional de energía dentro de la planta industrial.

manera deficiente.

I Tipo 3.

A este nivel de diagnóstico se le conoce como detallado, el cual permite obtener información precisa de la generación, de los consumos, de las pérdidas, etc. Dentro de esta clase de diagnósticos se requiere de mucha instrumentación y estudios de ingeniería, así como gran conocimiento del mercado de equipos industriales.

Normalmente resulta ser muy costoso pues el tiempo y el trabajo que requiere así lo amerita. Dentro de este diagnóstico existe la probabilidad de contabilizar entre 90% y 95% de la energía utilizada, siempre y cuando no se hayan realizado ninguno de los dos tipos anteriores de diagnóstico energético pues permite analizar y detallar todas las pérdidas; y del 10% al 15% cuando ya se han realizado alguno de ellos y queda un campo muy reducido de trabajo, el cual se caracteriza por cambios de equipo o de proceso. Brinda la suficiente información para justificar la inversión de capital en los proyectos de ahorro de energía.

El realizar un diagnóstico energético en un planta industrial es muy complejo pero posible cuando se hace siguiendo los pasos indicados para que con el tiempo se adquiera mayor experiencia y se puedan generar ideas para el mejoramiento del método de auditorías energéticas.

2.2 ELEMENTOS PARA LA INSTAURACION DE UN PROGRAMA DE USO RACIO- DE LA ENBRGIA.

La administración de la energía es el conjunto de acciones enfocadas a obtener el mayor rendimiento posible de la energía utilizada, por lo tanto, hacer un uso eficiente y racional de la energía. Los objetivos que pueden lograrse son:

= Obtención de ahorro de energía inmediatamente sin necesidad de invertir.

= Lograr ahorros con inversiones rentables. = Mejorar la calidad de la energía disponible. = Reducir el consumo de energía sin disminuir la producción, e

incluso tratar de aumentarla.

Generalmente se considera el ahorro de energía como una cuestión de corto plazo y se cree que can aplicar una buena técnica de administración del uso de la energía y utilizar lo más reciente en el mercado de equipos industriales se ha hecho suficiente, por lo que sólo resta esperar las nuevas aportaciones de la tecnología avanzada para encontrar mejores soluciones. No obstante, en este trabajo se considera que la administración de la energía es una labor a largo plazo, lo que va en contra de lo anterior, pues es una tarea que debe diseñar, establecer, instrumentar y controlar la forma de utilizar la energía de manera más racional en cualquier planta industrial.

.

Para llevar a cabo los objetivos planteados, resulta necesario el crear un Departamento de Ahorro de Energía y nombrar un coordinador de energía que puede dirigirlo. El departamento puede estar integrado por un representante de los departamentos de producción, Ingeniería y Diseño, Mantenimiento, Control de Calidad y la Administración. Los integrantes del grupo son personas con un nivel adecuado de conocimientos técnicos y de operación lo que les permitirá establecer un programa de actuación por objetivos. Se considera que las personas nombradas, desde el momento en que están a cargo de algún departamento dentro de la planta industrial, deben tener suficiente capacidad de decisión.

El Departamento de Ahorro de Energía tendrá la misión de atender todo lo relacionado con el suministro y consumo de energía dentro de la industria para hacer una correcta administración de la misma. El objetivo principal de este grupo es el de establecer un programa de administración de energía, que puede contener, de acuerdo con los objetivos de cada empresa los siguientes puntos:

= Programas de concientización de los empleados. = Programas de capacitación. = Programas de actuación a corto, mediano y largo plazo.

Las funciones que contiene cada uno de los programas mencionados pueden ser:

- Promover la política de actuación por objetivos fijados. - Prestar la ayuda técnica y bibliográfica necesaria. - Seguir los programas de acción establecidos. - Controlar los progresos alcanzados con las líneas de actuación previstas. - Mantener un flujo de información permanente entre los distintos departamentos de la empresa.

Las funciones más importantes del Departamento de Ahorro de Energía, además de establecer los programas de acción, son:

Asesorar a la Dirección General en el tema de la administración de la energía. Establecer un sistema de contabilidad y auditorías energéticas. Participar en proyectos y estudios energéticos y promover nuevas técnicas. Dar seguimiento a los programas y proyectos. Intensificar el mantenimiento energético. Colaborar con otras empresas del sector en temas energéticos. Establecer relaciones con organismos oficiales tanto nacionales como extranjeros con el objetivo de intercambiar y promover experiencias.

El puesto de Coordinador de Energía es relativamente nuevo, ya que es visto como un puesto desconocido y poco definido. A pesar de eso, se trata actualmente de una persona esencial, ya que la administración energética es una labor que abarca muchas funciones establecidas bajo otras denominaciones dentro de la planta industrial. Es el enlace entre los diferentes departamentos, promovueve y transmite ideas; controla los programas desarrollados y estimula a los miembros del Departamento.

El Coordinador del Departamento de Ahorro de Energía debe ser una persona de reconocida capacidad, formación y prestigio dentro de la empresa, para que pueda desarrollar con éxito las actividades del programa de administración de la energía. Las cualidades que debe reunir son:

- Facilidad de comunicación dentro de la empresa. - Capacidad de relacionar datos e información sobre el uso de la energía de la empresa. - Facilidad para preparar y transmitir de forma adecuada la información. - Estar dispuesto a considerar y a examinar todas las posibilidades energéticas aún cuando a primera vista aparezcan fuera de la realidad. - Capacidad para analizar la oposición que pueda existir a sus planteamientos técnicos y económicos de ahorro. - Capacidad para reconsiderar situaciones previas.

La gran importancia de la administración de la energía hace que el Coordinador de Energía tenga acceso directo con los altos Directivos para comunicar la información.

Este puesto tiene gran importancia, pero es el ejecutivo principal quien decide la ejecución de las posibles opciones para el ahorro de energía. El Coordinador de Energía presentará las oportunidades de ahorro al director de la planta y una vez aceptada por éste, ayudará a los grupos subalternos en el desarrollo de los objetivos.

Las funciones más destacadas del Coordinador de Energía son:

Desarrollar y mantener un sistema de auditoría y contabilidad energética y recopilar información sobre las compras de energía, capacidad instalada y consumos. Identificar los puntos de ahorro de energía y optimizar su uso; de la energía, cuantificar las pérdidas, promover recomendaciones para evitarlas y preparar el plan de actuación energético, programando sus distintas actividades y marcando sus objetivos. Coordinar los esfuerzos de todos los usuarios de energia dentro de la empresa. Coordinar las relaciones con otras empresas pertenecientes al mismo giro industrial. Establecer relaciones con empresas d e consultoría, instituciones de investigación, asociaciones de profesionales y dependencias gubernamentales. Representar a la empresa en otros departamentos de ahorro de energía de las industrias del ramo y en los que la misma empresa haya creado con carácter nacional e internacional. Actualizarse constantemente de los cambios que se producen en materia de energía en el plano nacional y mundial; y asesorar a la dirección de la empresa de los posibles efectos sobre la planta industrial, lo que significa tener amplia visión de campo para intentar ver en las tendencias actuales lo que sería la situación energética de la empresa en el futuro.

Para desarrollar un programa de ahorro de energía es necesario contar con un mínimo de medios tanto humanos como materiales. El número de personas dependen del tamaño de la industria y del grado de autosuficiencia que se desee dentro de ella, pero es necesario que las personas tengan conocimiento del sector energético. Los medios materiales pueden ser propios y externos.

Dentro de los medios propios se pueden listar los siguientes:

- Efectuar la contabilidad energética de la empresa. - Planificar y analizar los resultados de una auditoría

- Inspeccionar los diferentes sistemas energéticos. - Estudiar económicamente la viabilidad de actuaciones concretas. - Organizar campañas y cursos de información.

energética global.

Dentro de los medios externos se pueden listar los siguientes:

= Realización de auditorías o diagnósticos energéticos. - Asistencia técnica muy especializada. - Aparatos de medida y control muy sofisticados.

Se pueden definir puntos claves de la administración de la energía como :

I

I

I

I

I

I

- I

Frenar los costos de energía, con lo que se contribuye al control de costos de la empresa y a la mejora de resultados. Para el control de la efectividad de la política energética debe establecerse un calendario de duración, con una fecha inicial y otra de terminación del análisis de resultados. También deben fijarse los alcances de la política energética, en porcentajes de los costos de energía por unidad producida. Todas la propuestas de inversión deben incluir un balance energético e incorporar el método más eficaz de utilización de la energía. Obtener en una tabla de registro, todos los tipos de energías utilizadas dentro de la planta, su costo y uso por unidad de producción. Hacer que el personal sea conciente de la necesidad de ahorrar energía y esté dispuesto a colaborar de la mejor manera. Los ahorros conseguidos deben contabilizarse a precios constantes por unidad de producción o servicios. Los pasos realizados por la administración de la energía deben ser seguidos por los directivos de la empresa.

Por lo tanto, se concluye que el. aumento de la rentabilidad de la empresa exige el establecimiento de un programa de administración de energia, en el que inicialmente el Coordinador de Energía deberá concentrarse en las tareas más importantes para producir ahorros de manera rápida y significativa para la empresa.

La administración energética es una labor a largo plazo, cuya importancia aumenta con el tiempo.

C A P I T U L O 3

METODOLOGIA DE DIAGNOSTICO ENERGETIC0

EN PLANTAS INDUSTRIALES

Para apoyar a las empresas que se encuentran en situaciones poco adecuadas, se necesita que sus directivos tomen decisiones rápidas y efectivas. Una de ellas es la de instaurar programas de uso racional de la energía, con lo que se pueden lograr ahorros del orden de 10 a 40% ó más en los consumos actuales de la planta sin necesidad de disminuir la producción y, en algunas ocasiones, inclusive incrementándola, lo que representa ganancias para la empresa, optimización del proceso, mejor funcionamiento de los equipos y control de los mismos.

Pero para lograr lo anterior es necesario que el ahorro de energía se lleve a cabo en forma ordenada, lo que implica el seguimiento de una metodología para instaurar planes y programas de uso racional.

En el caso particular de nuestro pais, que recién inicia sus experiencias en el campo, nos hemos percatado que en el denominado diagnóstico de recorrido o elementales insuficiente para atraer la atención de los directivos empresariales ya que dificilmente perciben el interés económico de ahorrar energía. Un diagnóstico más profundo implica el uso de instrumentación adicional y personal calificado, lo que representa un elevado costo económico que el directivo normalmente no acepta cubrir.

Por tal motivo, en el presente servicio social nos hemos propuesto desarrollar una metodología de diagnóstico energético que tenga las siguientes características:

a) Proporcione información técnica-económica suficiente sobre e l potencial de ahorro y posibles medidas de aprovechamiento.

b) Requiera de un mínimo de recursos humanos y materiales para que su costo sea bajo.

c ) Sirva de elemento detonador para iniciar los programas de uso racional de la energía en las instalaciones bajo estudio.

Para cumplir con estos objetivos se plantea una metodolgía de diagnóstico energético que consistirá de los siguientes pasos:

Solicitud y recopilación de la información histórica. Análisis de la información. Evaluación del impacto de consumo de energéticos en los costos de producción. Recorrido por las instalaciones. Identificación de oportunidades de ahorro de energía. Planteamiento de la estrategia a seguir. Instrumentación y mediciones. Evaluación del potencial de ahorro.

- Consulta de factibilidad de realización. - Desarrollo de las alternativas más atractivas. - Evaluación económica. - Elaboración del informe. - Reunión de presentación de resultados ante la gerencia de la planta.

Cabe destacar que la duración de este tipo de diagnóstico no deberá exceder de una semana.

D I M M M DE FUlJO DE IA ~0DOUn;II D E DIIGWOSTICO gWGKIIC0

IHPACIO DE CONSUHO DE ENERGET1:COS EN LOS COSIOS DE PRODUCCION

ANALISIS DE LA INFORHACION + PLANIEAiiIENTO DE LA ESIRAIEGIA A SEGUIR

EN LOS PUNIOS DEIECIADOS

I

INSIRUHENIBCION Y IiEDICIONES

EUALUACION DEL POIENCIAL DE AHORRO DE ENERGIA

I CONSULIA DE FACIIBILlDAD DE REBLIZACION DE LAS PROPUESIAS

nhs AIRACIIUAS

EUALUACION ECONOHICA

I ELABORBCION DEL INFORIiE 1 PRESENIBCION DE RESULIBDOS ANIE LA GERENCIA

128395

3.1 SOLICITUD, RECOPILACION Y ANALISIS DE IblFORHACION HISTORICA.

Una parte esencial de un diagnóstico energético es la información histórica del consumo de energía de la planta; ésta debe ser solicitada por el auditor al departamento de control de consumos o de gastos de la empresa, la cual se prefiere sea lo más detallada posible, es decir, expresada por línea de producción, tipo de energético, datos de por lo menos un año en intervalos de tiempo normales, capacidad instalada, datos de placa y censo de equipos tanto térmicos como eléctricos.

Otro inciso a desarrollar, es el levantamiento de un censo de carga y consumo de energéticos e iniciar el control estadístico del consumo energético en la planta y de la misma manera en las lineas de producción (eléctrica y térmicamente). En el anexo 1 se muestran algunas tablas básicas para realizar esta actividad.

La recopilación de información puede ser lenta, pues en la mayoría de las empresas el control al que más tiempo le dedican es el de las ventas o en algunas ocasiones cuentan con la mayoría de las facturas y habrá que extraer la información requerida; en el anexo 2 se describen las características de una factura de consumo de energía eléctrica, y en el anexo 3 la facturación para el gas natural, así como la descripición sus propiedades y de algunos otros combustibles utilizados en nuestro país.

Es recomendable solicitar la información citada en el párrafo anterior con anticipación para no retrasar el tiempo destinado para esta etapa del diagnóstico.

Esta labor puede ser realizada en medio día por tres personas cuando es una empresa grande y servirá para ser analizada y obtener de ella conceptos acerca de la planta.

Para analizar la información se debe contar con los datos de registro de consumo de energía de la planta industrial de por lo menos un año, de los que se puede obtener los comportamientos y tendencias mediante gráficas de consumos energéticos contra el tiempo; esto permitirá notar variaciones importantes de un intervalo de tiempo a otro, por equipo o linea de producción, con lo cual se tendrá una idea más precisa de la planta y su forma de operar.

Es necesario solicitar a la empresa un lugar destinado para el trabajo de gabinete de la auditorla energética, el cual debe estar en lugar dentro de la planta industrial para tener acceso a la planta en el momento que se desee alguna información o cualquier dato para no interrumpir la secuencia de trabajo, ni perder tiempo en transportarse en el caso de estar en algún lugar lejos de la industria.

En el lugar destinado se recomienda solicitar una computadora para

elaborar en ella las bases de datos de la información recabada y después generar las gráficas que sean de interés para ser analizadas, criticadas y comparadas por el auditor, contra las de otras compañías nacionales e internacionales.

De aquí se obtienen índices energéticos que describen las tendencias energéticas de la planta y la importancia de cada energético según los consum'os.

El tiempo destinado para esta etapa es de medio día y para ello se requiere de dos personas como máximo con el fin de acelerar la terminación de esta etapa.

3.2 EVALUACION DEL IMPACTO DEL CONSUMO DE ENERQETICOS EN LOS COSTOS DE PRODUCCION.

En esta parte el auditor evalúa los consumos energéticos por unidad producida o por volumen de producción según sea el caso. Para llevar a cabo esta sección se necesita contar con la información recabada y analizada anteriormente.

Se obtienen los costos mensuales o anuales, denominado consumo global de la planta y si además se considera la producción global y los consumos son referidos a una unidad común de energía, se podrá conocer la energía consumi.da por cada unidad producida.

El indicador obtenido mediante esta relación será de gran ayuda en la evaluación final del diagnóstico energético, pues éste se comparará con el consumo que se propondrá al final de las ideas de ahorro de energía; la diferencia entre ambas es el potencial de ahorro logrado después de la auditoría energética. La manera de representarlo es:

Cantidad de energía consumida

unidad producida .............................

La unidad producida puede estar dada por el número de unidades producidas en un intervalo de tiempo o por toneladas, s e g h sea la manera en que esté disponible la información o se desee trabajar.

Energía consumida = Energía Eléctrica + Energía térmica + Otras energías.

- I- -. _----

3.3 RECORRIDO POR LAS INBTALACIONEB DE LA PLANTA.

Antes de hacer el recorrido por la planta es de gran ayuda empaparse un poco del proceso que se va a analizar, esto porque el auditor no va a aclarar dudas propias, sino a ayudar a resolver problemas que se presentan en la planta y que las personas que ahí laboran no logran detectar, ni mucho menos resolver. Es por eso que el prepararse sobre el tema ayudara a que en poco sea posible tiempo a detectar fallas en el proceso y oportunidades de ahorro de energía.

Ya en planta, se recomienda establecer una conversación con la persona que conozca más del proceso y las funciones de todas sus partes, así como las variaciones que en ella ocurren y que les provoca alteraciones en sus consumos de energía.

Habrá que observar si la empresa cuenta con planos de ubicación de cargas; de ser así, se identificarán:

- Las dimensiones del terreno de la empresa con fines de orientación (cuando ésta es muy grande).

- Los grupos de máquinas para un mismo proceso.

- Las líneas conductoras de energéticos.

- Las oficinas generales de apoyo administrativo.

- Los sistema de iluminación de la planta.

- Los talleres de apoyo a la producción.

- El voltaje de operación de los equipos.

- El riesgo de accidente al efectuar el recorrido.

El hecho de solicitar el voltaje de operación de los equipos es con la finalidad de conocer si alguno de ellos funciona con más de 600 V, pues se corre el riesgo de que si se desea tomar alguna medición o tomar un dato de placa ocurra un accidente. Los planos son para identificar los puntos de interés sobre ahorro de energía cuando la planta de producción es demasiado grande y el tiempo de trabajo es corto; también para orientarse dentro de la planta, así corno para darle seguimiento a una línea de producción o conducción de energéticos del que se tenga interés.

Una vez terminada la explicación introductoria se procede a efectuar el recorrido por la planta; debe de mantenerse la atención durante todo el recorrido, olvidarse de cualquier cosa que ocupe la mente que no sea el proceso de la empresa para absorber al máximo los posibles errores de producción, realizar preguntas que vayan surgiendo durante el camino y aclararlas en ese momento o anotarlas para después ser respondidas; también debe demostrarse interés por

la planta y deseos de resolver las deficiencias presentes.

La visita a las instalaciones de la planta tiene como objetivo la detección de oportunidades de ahorro obvias y el planteamiento de una cartera de alternativas para trabajar en ellas. Esto puede ser realizado por dos o tres personas con la idea de que cada una de ellas obtenga una idea gruesa del proceso de la planta y contar con una base sólida para enfrentar la situación. Es importante anotar las oportunidades de ahorro obvias detectadas para dedicarles tiempo después del recorrido a cada una de ellas y discutirlas con el equipo de trabajo, sería ideal que cada persona anotara diferentes puntos para ampliar la cartera de alternativas o iguales para confirmar las posibles opciones.

La auditoría de recorrido podrá ser muy simple en plantas pequeñas donde se empleen pocos energéticos y existan pocos procesos en uso; o muy complicada cuando haya una gran cantidad de arreglos de equipos y procesos. Sin embargo, los principios básicos son los mismos.

Debe hacerse énfasis en la importancia que reviste el demostrar interés en la trayectoria del proceso, as$ como en la gente que dirige el recorrido, pues de eso dependerá, en gran manera, que se interesen en los servicios del auditor o que busquen el de alguna otra persona o empresa. Lo más importante es ser sensibles al uso de la energía e imaginativos para proponer soluciones inmediatas y accesibles.

El tiempo propuesto para esta fase de la metodología es de 2 a 3 horas y con las observaciones que se hagan del recorrido se sentarán las bases para la identificación de oportunidades de ahorro, en función del impacto que tenga dentro consumo energético y, por lo tanto, en el precio de producción.

3.4 IDENTIFICACION DE OPORTUNIDADES DE AHORRO.

Al terminar el recorrido es recomendable listar las oportunidades de ahorro detectadas y discutirlas con los compañeros auditores, de igual manera deben discutirse las que ellos han detectado y al final de la reunión establecer una serie de puntos posibles de trabajo para establecer una cartera de alternativas y valorar el potencial de ahorro en cada una de ellas. La cartera debe estar ordenada de tal forma que aparezcan en primer término los puntos más importantes que ofrezcan mejores e inmediatos resultados, debido a que el tiempo y el presupuesto son limitados.

Existen puntos que deben ser considerados como base para trabajar en ellos, los cuales se listan a continuación para cada de uno de los puntos a desarrollar:

a) Generación y conducción de vapor y calor.

El tipo de combustible utilizado y eficiencia de combustión. El tipo de aislamiento térmico utilizado y las condiciones en que se encuentra. Presión y temperatura de operación de trabajo. Reutilización de condensados. Fugas de vapor. Empleo de vapor en el proceso. Tipo y cantidad de quemadores. Equipo de medición de flujos de gas y aire. Energía eléctrica utilizada en equipos auxiliares.

b) Sistemas de Iluminación. - Las condiciones actuales de la iluminación. - El tipo de lámparas. - Las potencias de cada equipo. - Distribución de los equipos de iluminación dentro de la planta. - Considerar los tiempos de encendido. - Contabilizar el área de láminas translucidas. - Investigar si los circuitos de encendido son generales o ,individuales.

c) Aire acondicionado. - Tipo de equipo acondicionador de ambiente. - Condición actual del aislamiento térmico del local. - Incidencia de radiación solar sobre las ventanas. - Aislamiento de ductos o tuberías conductoras de aire o agua. - Mantenimiento de filtros de aire (frecuencia). - Temperatura de operación. - Horario de operación. - Fugas obvias a través de puertas y ventanas abiertas.

.

I

d) Aire comprimido.

- Número y tipo de compresores. - Presión a la que opera el apagado automático de la unidad. - Presión de trabajo. - Longitud y diámetro de las líneas conductoras de aire. - Ubicación de la unidad o unidades con respecto al área de

- Estimar el diámetro de los orificios de fuga de aire. utilización.

Para iniciar esta etapa ya se cuenta con la información necesaria de los equipos y las líneas de producción, por lo tanto, se conocen sus condiciones de operación, las cuales se pueden comparar con las reportadas por el fabricante o, en su caso, con los datos ideales y calcular la eficiencia. Para lograr acercarnos a ese dato de eficiencia es necesario introducir una guía de puntos posibles de ahorro en una auditoría energética a analizar y trabajar sobre ellos con la idea de ahorrar energía, que sea lo más rentable económicamente posible.

Los puntos posibles de incremento de eficiencia varían en el ahorro y en el tipo de operación a realizar, al igual que en la inversión necesaria. De aquí se deriva la diferencia entre las posibles operaciones a ejecutar: las que requieren de inversión y las que no; dentro de esta Última categoría se cuentan las que sólo aplican las bases de mantenimiento y aquellas en las que se racionalice el uso de energía en el proceso para optimizar su utilización.

El objetivo de esta parte del trabajo es la identificación de alternativas para ahorrar energía con mínima o nula inversión para que su recuperación monetaria o los resultados del beneficio se vean reflejados rápidamente en la economía de la empresa.

De lo anterior es posible señalar los puntos posibles de ahorro en tres diferentes categorías (Anexo No. 4). En primer lugar las que no requieren inversión pues se derivan de operaciones de mantenimiento que se identifican con el número [l]; después, los que requieren de minima o nula inversión, las cuales se localizan con el [ ? I y, por Último, las que necesiten de una inversión mayor, como resultado de un análisis de rentabilidad y un detallado trabajo de ingeniería especializada en diseño de equipos, se reconocen con el [3].

Esta labor dura alrededor de un día y medio o dos según las dimensiones de la planta y requiere de todo el equipo de trabajo para el diagnóstico energético ya que es una parte primordial dentro de la metodología y de la que se obtendrán las bases para plantear la estrategia a seguir para conseguir los máximos ahorros posibles de energía con la mínima inversión.

3.5 PLANTEAMIENTO DE LA ESTRATEGIA A SEGUIR.

Una vez determinadas las oportunidades de ahorro es necesario marcar una ruta de seguimiento para llevarlas a cabo y evaluar los resultados que tendrán debido a las modificaciones que se propongan al proceso o al equipo. Esto es, plantear una estrategia a seguir de acuerdo con la importancia que presenten cada una de las oportunidades de ahorro.

En la planeación de la estrategia a seguir influyen varios factores que son determinantes en la continuación de la metodologia de diagnóstico energético; algunos de estos factores son la situación tanto técnica como económica de la planta, la disponibilidad de personal y de la tecnología necesaria para la mejora de la producción y el interés que demuestren los empresarios por el trabajo que se está desarrollando dentro de su planta. Debido a esas razones y a alguna otras más que se presentan según sea el caso es importante que queden muy claros los alcances del diagnóstico energético y preparar una secuencia de trabajo real, que lleve al cabo las oportunidades que se adapten a las posibilidades de cada empresa y planear para el futuro la aplicación de las medidas o acciones que por el momento no son posibles por dificultades técnicas o económicas.

Esta actividad puede durar cerca de un día, ya que es cuestión de valorar la oferta y la capacidad de la empresa, además de intercambiar opiniones con el resto del equipo del diagnóstico energético; de esta acción se deduce la tarea que debe ser pulida y detallada para extraer de cada punto escogido la máxima eficiencia.

3.6 INSTRUMENTACION Y MEDICIONES

Un diagnóstico energético es un proyecto complejo, pero puede ser ejecutado adecuadamente cuando se realiza secuencialmente. Cada paso del diagnóstico energético es un proceso de estudio para las fases subsecuentes, que lleva de lo general a lo específico.

Después de cada paso se toman acciones para incrementar la eficiencia energética y / o moverse al siguiente nivel de diagnóstico, que requiere de información más detallada.

Este modo de conducir el diagnóstico es razonablemente eficiente pues en cada fase se llevan al máximo los esfuerzos con los que se identifican los puntos en los cuales es más probable un ahorro de energía y, de esta manera, se diagnostican las oportunidades de uso racional en un tiempo bastante reducido.

No obstante, la agilidad del diagnóstico se enfrenta a la falta parcial o total de datos de aquellas variables de interés para el estudio energético del sistema, equipo o proceso, pues como se ha sostenido en este trabajo, es común en la industria nacional la ausencia de instrumentación suficiente.

Por tal motivo, para los fines del método propuesto es necesario contar con equipamiento portátil, preferentemente no invasivo, para obtener la información requerida con suficiente facilidad, precisión y claridad, en lugar de su utilización permanente; además de que se pueden efectuar mediciones en diferentes puntos del diagrama de flujo y en distintos procesos y equipos.

Aunque habrá muchas ocasiones en .las que necesariamente se debe dejar instalado uno o varios equipos de medición. El nivel de instrumentación necesario depende, en cada caso, de una serie de factores, tales como la naturaleza del proceso, consumo de energía y potencial de energía recuperable.

Frecuentemente, la inversión para La instalación de un sistema de instrumentación es elevada, pero si se consideran adicionalmente los beneficios que se obtendrán al ahorrar energía, así como obtener una producción constante debido al control del proceso y con mayor calidad física y aumentar la vida Útil de los equipos, entonces la inversión es muy atractiva.

Las mediciones brindarán datos reales de cada parámetro y darán la posibilidad de estar probando continuamente las variaciones que se puedan presentar, para realizar este trabajo bastan equipos de dos personas, debido a que se familiarizarán de manera más rápida con los equipos y se adaptarán a las condiciones que imponga la planta industrial. Esto redituará en ahorro de tiempo y disminución de errores de medición.

Las variables más comunes que tienen que ser medidas son presión, temperatura, flujo, nivel, composición de gases de combustión,

voltaje, amperaje, demanda y factor de potencia.

En el anexo 5 se describen de manera general algunos tipos de medidores de los parámetros que interesan y sus características.

3 * 7 EVALUACION DEL POTENCIAL DE AHORRO*

Una vez que han sido detectados por el auditor los posibles puntos de ahorro de energía dentro de la planta, se empieza a trabajar en cada uno de ellos en orden de importancia para hacer una selección de los puntos con mayor probabilidad e interés de realización.

Para evaluar el potencial de ahorro de energía en los puntos detectados, es necesario efectuar balances de energía; de esta manera se contabilizan las pérdidas que se tengan durante el proceso o en el equipo. El auditor realizará los balances de energía para cada equipo o proceso de interés con ayuda de diagramas de flujo y esquemas que representen de manera general el proceso. La acción de efectuar balances de energía consume alrededor de medio día o un día completo dependiendo la cantidad de equipos o líneas de producción seleccionadas.

La importancia de los balances de energía radica en medir, realmente, la cantidad de energia utilizada en los equipos y procesos de la planta en un tiempo determinado, lo que brinda al auditor una idea cercana de la situación energética de la empresa.

Con ayuda de los resultados del balance de energía, se puede determinar el consumo de energía por unidad de tiempo, así como el costo real de la energia utilizada. Ya conocidas las condiciones de producción, se realiza otro balance de energPa; ahora, con las mejoras propuestas al proceso o equipo, tratando de aprovechar la eficiencia máxima del punto de ahorro detectado. Los resultados servirán para ser comparados con el balance de energía actual y así, determinar el potencial de ahorro de energía, que después debe ser convertido a unidades monetarias para que sea considerada la factibilidad económica y, por lo tanto, su realización.

Para que se vean reflejados los resultados de la auditoria, las modificaciones que se propongan al proceso o etapa de producción deben, por lo menos, mantener la producción actual y de ser posible mejorarla, es decir, mantener la misma producción con menor cantidad de energía, repercutiendo económicamente en el menor costo por unidad producida en la planta industrial.

Balancea de energía en equipos industriales.

Como se mencionó anteriormente, para determinar el consumo de energía y medir el funcionamiento real de un equipo o linea de producción, se debe realizar un balance de energía.

En todo balance es fundamental que las condiciones en que se hacen las mediciones sean las mismas al principio y al final de la labor.

En la parte térmica serían temperatura de paredes, análisis de gases de combustión, cantidad de combustible consumido, temperatura de gases de combustión a la salida de la chimenea, cantidad de unidades producidas, pérdidas por desechos de producción, purgas,

I

condensados, fugas de calor, etc.

En la parte eléctrica la carga iinstalada, distribución eléctrica, tiempos de utilización de equipos eléctricos como motores, compresores, alumbrado, aire acondicionado, equipos de refrigeración, etc; eficiencia, estado actual de los equipos así como los modos de operación.

Otro punto importante dentro de los balances de energía en equipos industriales es ubicar el tipo de funcionamiento sobre el que se está trabajando, es decir, si es intermitente o continuo.

Energia Generada

DIAGRAM DE FLUJO DE UN BALANCE DE ENERGIA

Energia a 1 Proceso 1

erdid! por ransnicion

1 ~ n e r q i a H Energia H Enerqia perdid$ por Perdida por perdida por radiacioa gases de pur as o en

conbustion proluctos , I I ' I I

1 Energia Acwul ada

3.0 CONSULTA DE FACTIBILIDAD DE REALIZACION DE LAS PROPUESTAS.

En muchas ocasiones, la evaluación técnica de una propuesta puede ofrecer grandes ahorros de energía sin embargo, pueden existir otras razones que impidan lograr su ejecución. Las razones son, generalmente eliminación de etapas dentro de un proceso, que a un auditor le pueden parecer innecesarias y, lógicamente, el eliminarlas o sustituirlas por equipos modernos, representa una oportunidad de ahorro, pero al momento de hacer la propuesta se observa que no es posible, debido a que si se llevara a cabo, el producto no satisface las condiciones de control de calidad que la experiencia dentro del ramo les ha brindado. En otras ocasiones, resulta afectada la velocidad de producción debido a la secuencia del proceso, ya que regularmente el producto debe permanecer dentro de un tratamiento algún tiempo determinado y los siguentes pasos de la lfnea de producción están coordinados de esta manera.

Estos son algunos de los casos problemáticos que pueden presentarse, pero como en este tipo de trabajos hay que tener siempre presente que cada empresa es un mundo nuevo al que se debe analizar cuidadosamente, tal como si fuera la primera vez, pues aunque ya se hayan visitado algunas plantas industriales similares o del mismo giro, siempre habrá algo diferente que aprender y estudiar.

Debido a lo anterior, es conveniente que una vez evaluado un punto de ahorro se consulte con el ingeniero de planta las posibles acciones y con la ayuda de su experiencia dentro de la empresa apoye en la evaluación de la factibilidad de que se realice el proyecto de ahorro en el punto detectado.

Cuando la propuesta ha sido aprobada por la persona indicada dentro de la planta, se procede a mostrar la opción planteada a los directivos de la empresa, que son al final los que deciden económicamente hablando si es posible realizar una inversión de este tipo debido a la situacón de la empresa, o que estén en la posición de invertir en las propuestas que ofrezcan mayores ganancias.

También es importante la investigación por parte de el auditor del mercado de equipos recomendados, para ver su disponibilidad.

3.9

Cuando en la empresa se ha hecho el diagnóstico energético y en ella se cuenta con la disponibilidad para la realización de los puntos de ahorro detectados y señalados como atractivos, se procede a la realización de los mismos.

El objetivo de esta etapa es el de desarrollar energéticamente las alternativas que presenten mayor claridad y calidad para valorar el ahorro de energía de la empresa, El tiempo de realización es simultáneo a la evaluación del potencial de ahorro y debe ser realizado por el auditor.

La asignación puede hacerse invirtiendo todo el tiempo disponible en el proyecto más importante de la lista de alternativas, o combinando varios proyectos pequeños pero igual de significativos que también darán beneficios en cuanto al ahorro de energía a la empresa.

También se debe valorar la capacidad técnica de los recursos humanos para llevar a cabo con precisición todas las propuestas hechas por los auditores; la disponibilidad de los equipos en el mercado y el deseo de seguir en la competencia por parte de la empresa, mediante el mejoramiento de la planta industrial y esforzándose para ello.

Dentro de la manera de elegir las opciones para el ahorro de energía está la clasificación de los proyectos:

- Acciones inmediatas. En este tipo de acciones no se requiere d inversión ni mano de obra del exterior, simplemente se trata de llevar a cabo una promoción del uso eficiente de energía dentro de la planta, mantenimiento de los equipos y mejor manejo de ellos apegándose a las instrucciones de operación de los equipos y no a la tradición de manejo de los mismos.

- Acciones a corto plazo. Aquí se trata de aumentar el rendimiento energético de los equipos, enfatizando el proyecto en la mejora del servicio de mantenimiento.

- Acciones a mediano plazo. En esta parte será necesario realizar' estudios un poco más profundos ya que se trata se recuperar y aprovechar las energías residuales, investigar sobre medidores para instrumentar equipos o líneas de producción carentes de ellos o en mal estado, automatizar procesos, etc.

- Acciones a largo plazo. En esta etapa, se necesita de mucha dedicación, pues se pretende rediseñar o cambiar los procesos e incluso las materias primas si fuese necesario, con la finalidad de obtener una mejor calidad de producto y de menor consumo de energía.

Al final de esta etapa se logra la selección y el desarrollo de las alternativas más atractivas energéticamente hablando y se procede a la evaluación económica de cada una de ellas.

El tiempo de dedicación para el desarrollo de esta actividad es de un día y debe ser llevada a cabo por el auditor.

3.10 EVALUACION ECONOMICA.

Una vez desarrolladas las alternativas y seleccionadas las más atractivas energéticamente se procede a la evaluación económica, con la finalidad de que el auditor tenga una idea clara de las posibilidades de llevar a cabo los proyectos para el ahorro de energía gracias a la rentabilidad de la inversión y, otorgarle un lugar dentro la lista de inversiones programadas por la empresa.

Esta acción debe ser desarrollada por expertos en evaluación económica, en muchas empresas cuentan con personal que realiza este tipo de labores, ya que es importante conocer el universo de caminos para recuperar las inversiones de los proyectos de ahorro de energía en el menor tiempo posible y hacerlas aún más atractivas, lo cual es el objetivo principal de esta metodología.

Para México, debido a la situación económica del país es recomendable que la tasa de retorno no exceda de dos años, ya que de otra manera no serían costeables las inversiones, a diferencia de otros países con economías más estables, como Alemania en donde el máximo tiempo de recuperación es de cinco años.

Además del análisis económico, es conveniente realizar un análisis financiero de las oportunidades de ahorro de energía, es decir, plantear un calendario de pagos y retornos de la inversión para cada caso de tal manera que el análisis financiero complemente al económico.

Las inversiones en ahorro de energía siguen el mismo tipo de principios que en cualquier otra inversión. Sin embargo, tienen la distinción de ser más atractivas que otras, ya que las inversiones que se hacen para un proyecto de ahorro de energía se pagan con el ahorro de la misma.

Se pueden plantear dos parámetros de evaluación económica de la inversión según se tenga en cuenta o no, el valor del dinero a lo largo del tiempo. Dentro de los parámetros de evaluación que se conocen están los de primero y segundo grado.

Los de primer grado son en los que no se tiene en cuenta la disminución del valor del dinero. Este parámetro permite saber si una inversión puede ser recuperada en un tiempo razonable comparado con la vida estimada. Normalmente si el tiempo de recuperación es menor de la mitad de la vida estimada, la inversión es rentable. Se toma en cuenta cuando la motivación principal es recuperar la inversión lo antes posible con beneficio generado lo antes posible.

Los de segundo grado son en los que sí se toma en cuenta la disminución del dinero. En este parámetro se trata unicamente la inversión costo-beneficio.

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En cualquiera de los dos puede considerarse el valor del energético; pero no los impuestos, ni la inflación, ni la tasa de interés, etc; ya que todos estos factores complican la forma de evaluar la rentabilidad de un proyecto energético. Existe otro parámetro de tercer grado que incluye todos los factores que alteran los cálculos económicos.

En los casos de conservación de energía, la oportunidad y el atractivo de la inversión generalmente son muy claros, que se considera suficiente la utilización de los parámetros de primero y segundo grado.

El tiempo de realización de esta parte de la metodología depende de el departamento de economía de las empresas pero es deseable que esta actividad sea realizada en medio día para llevar a cabo, con el tiempo suficiente, la elaboración del reporte final y, por lo tanto, la presentación de la cartera de proyectos a la gerencia de la empresa.

I

3.11 ELABORACION DEL INFORME.

El informe final de la auditoría energética es la parte más importante, ya que es el resultado de todo el trabajo realizado dentro y fuera de la planta industrial. Por lo tanto, dentro de él debe hacerse valer el tiempo empleado para llegar a esta parte de la metodología. Un informe completo debe contener los siguientes elementos:

a) Portada.

Primeramente, el informe debe tener una buena carta de presentación como lo es una portada atractiva y con la información precisa de la empresa (nombre, dirección, teléfono y giro), fecha de realizacíón, nombre de la empresa o persona que desarrolló el diagnóstico energético, en seguida se listan las personas que intervinieron para el desarrollo de la auditoría energética.

Nombrar la colaboración de la persona que estuvo a cargo del seguimiento del trabajo, la persona que tiene más experiencia dentro de la planta y que con su ayuda se adquiere mayor conocimiento del proceso. Después se listan a las personas a las cuales va dirigido el reporte como los son los directivos y al final un agradecimiento a la empresa por el apoyo brindado para la realización del estudio dentro de la planta.

b) Introducción.

Después de la portada, se presenta una introdución para exponer clara y brevemente las causas y objeto del reporte.

c) Datos obtenidos en la recopilación de información.

En seguida se listan los datos básicos de la empresa, tales como consumos de energía por año de l a s diferentes fuentes y en sus respectivas unidades, as€ como los costos económicos y energéticos por unidad producida por año.

d) Descripción ganeral del proceso después del recorrido por las instalaciones de la planta industrial.

Se debe redactar un reshen del proceso de producción de la planta, con el objeto de que cualquier persona tenga las bases para darle seguimiento a la lectura del reporte final, esto debido a que no todos los directivos saben que es lo que pasa exactamente dentro de la planta industrial

e ) Listado de los puntos de ahorro detectados dentro de las

En esta parte se enumeran las oportunidades de ahorro detectados por el auditor en orden de importancia.

plantas .

f )

Aquí se desarrollan independientemente cada uno de los puntos, mostrando tablas de consumo de energia y mediciones obtenidas dentro del mismo. También una explicación con mayor detalle del proceso o equipo de consumo de la situación en la que se encuentra trabajando y, por lo tanto, las opciones planteadas para dar solución a los excesos de consumo de energla y mejorar el funcionamiento del equipo, mostrando las inversiones que se recomienda realizar y el ahorro en unidades energéticas y monetarias que se obtiene con dicha inversión.

Desarrollo de los puntos listados anteriormente.

g)

Al final de la descripción de cada una de las oportunidades de ahorro de energía se aconseja vaciar en una tabla el nombre del proyecto, la cantidad de energía ahorrada por año, el ahorro anual en unidades monetarias, la inversión en unidades monetarias, y el periódo de recuperación en años; para menejar de una manera más fácil los resultados de la auditorla energética.

Resumen de oportunidades de ahorro de energía.

h) Anexos.

Al final del reporte se deben presentar los anexos de cada una de las opciones propuestas, ya sean modificaciones al proceso de manera esquemática, tablas de resultados, recomendaciones fuera de evaluación o fuera de tiempo, etc.

3.12 REUNION DE PRESENTACION DE RESULTADOS ANTE LA GERENCIA DE LA PLñNTA

Una vez terminado el informe, el auditor debe concertar una cita en la sala de juntas con los directivos o dueños de la planta industrial para exponer con detalle, apoyado en material visual de ser posible, los resultados obtenidos con la auditoria energética, se presenta un informe a cada uno de los empresarios y explicar como se lograron obtener los datos finales.

Después de la explicación es recomendable que el auditor sugiera le formulen preguntas para aclarar todas las dudas que surgan de el trabajo realizado en la planta industrial y así, de ésta manera dar por concluido el trabajo de la auditoria energética.

La presentación de resultados tiene una duración promedio de dos horas, en función de la magnitud de la planta industrial y de la cantidad de oportunidades detectadas dentro de la misma.

C A P I T U L O 4

APLICACION DE LA METODOLOGIA DE

DIAGNOSTICO ENERGETIC0

4 . 1 INDUSTRIA DEL CEMENTO.

4 . 1 . 1 Descripci6n del Proceso.

Esta empresa se dedica a la fabricación de cemento de diferentes propiedades físicas tales como superficie especifica, tiempo de fraguado, resistencia a la compresión, etc. Para lo cual, utiliza yeso mezclado en varias porciones con el clinker. El clinker es el producto final de mezclar pizarra, caliza y hierro.

La secuencia de producción es como sigue:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Se extrae la materia prima de la cantera, es decir, pizarra y caliza.

La materia prima pasa por la etapa de trituración primaria, hasta adquirir un tamaño aproximado de 2 a 2.5 pulgadas.

Al salir de la etapa anterior la materia pasa a la trituración secundaria dentro de la cual alcanza un tamaño de aproximadamente 0.25 pulgadas.

Una vez molidas, las diferentes materias primas pasan separadamente a sus respectivas tolvas.

Los componentes de la etapa anterior se dirigen a un mezclador en donde se realiza dicha función.

La mezcla pasa a un separador, en donde los finos continuan con el proceso y los gruesos son regresados al molino para cumplir con l a s características de 0.25 pulgadas de diámetro o menor aún y así regresar a este punto.

El material seleccionado pasa a los silos de materia prima . La mezcla anterior se introduce a los hornos para su calcinación.

El producto a la salida de los hornos rotativos ya calcinado se llama clinker, pasa al molino donde se le agrega yeso para darle las propiedades de resistencia requerida, con lo que se obtiene el cemento.

El producto terminado (cemento portland) se almacena en silos, de los cuales sale a :La venta ya sea en costales o a granel.

4 . 1 . 2 Consumos Energéticos Anuales.

FUEHTE DE ENERROIA

ELECTRICIDAD

CO#SUMO WJIDAD

46,127,550 kW-h/ año GAS NATURAL 46,054,505 Nm3/afio

ELECTRICIDAD

GAS NATURAL

TOTAL

1 . 1 0 3 Costos por Consumos Energéticos.

6,219,049,300 40.3

9,210,901,000 59.7

15,429,901,000 100. o

PESOS/ AÑO % 11 FUENTE DE BNERQIA

4 . 1 . 4 Acciones Realisadas.

Las observaciones y mediciones llevadas a cabo dentro de la planta revelan un gran potencial de ahorro y de mejora en la utilización de la energía por lo que se plantean una serie de opciones que permitan reducir y racionalizar el consumo de energéticos en esta planta.

A continuación se describen dichas mejoras.

Aire comprimido.

Se observó que en la planta cuentan con tres molinos de bolas, cada uno cuenta con un compresor reciprocante. El tiempo de operación de dichos compresores es del orden del 23 % del tiempo que operan los molinos de cemento se puede prescindir de uno de los compresores, para lo cual se deben unir las líneas de descarga, es decir, que la red de distribución sea en forma de anillo, y utlizar sólo un compresor para alimentar a los dos embragues de los molinos. De esta manera, se tiene un compresor funcionando a máxima carga y un compresor de reserva para cuando el primero requiera de mantenimiento.

El ahorro de energía eléctrica estimado es de 1,645,580 $/año además de los costos por mantenimiento de un compresor al no ser necesaria su operación.

Casa abierta al tlempe Actualmente el suministro de aire comprimido para los equipos tiene instalado en forma individual con compresores distribui en toda la planta. Es recomendable que a futuro cuando termin la vida útil de los compresores, se proyecte una red general de alimentación de aire comprimido con la finalidad de centralizar la producción de dos o tres compresores de mayor capacidad que suplan el volumen necesario y asi disminuir el número actual de estos equipos en operación, al mismo tiempo se recomienda el sistema Sinclaire de aire comprimido por su alta eficiencia, el cual tiene un costo aproximado de 2 millones de pesos. El tiempo de recuperación de la inversión es de 1.2 años como máximo. También se recomienda agregar a la succión del aire de compresores un filtro de tipo cortina rotativa, con la idea de reducir la cantidad de sólidos en los filtros de cada compresor (anexo No. 4.1.4a), ya que se trata de una planta en la que se tienen muchos problemas por polvos. Dichos filtros cortina operan en forma automática, de acuerdo a la presión diferencial aumentada por la acumulación de sól.ldos en su superficie.

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Iluminaci¿n.

En el recorrido por la planta se notó la falta de alumbrado en las diferentes zonas de trabajo, sae realizaron medidas de niveles de iluminación y se registraron desde 35 a 200 luxes; para el tipo de labor que se desarrolla en la planta se recomienda un nivel de 350 luxes.

La planta cuenta con focos incandescentes y lámparas de vapor de mercurio las cuales no cuentan con difusor ni pantalla protectora, lo que provoca una disminución en su eficiencia bastante notoria, además la distribución de las lámparas es totalmente aleatoria.

De las observaciones anteriores, se propone la instalación de una red de alumbrado en base a lámparas de vapor de sodio a alta presión para alcanzar el nivel de iluminación necesario y mantener la seguridad para los trabajadores, ya que actualmente trabajan con muy baja iluminación. Las lámparas de vapor de sodio a alta presión son las más eficientes del mercado y con mayor tiempo de vida Útil.

Las áreas en que se considera necesaria la instalación propuesta son:

ZONA AREA (m2)

Departamento de molino de cemento. 710 Molino Allis Chalmers. 624 Departamento de crudos (Molinos: Martillo, Smidth). 515 Almacén general 342 Taller mecánico. 845 Molino de crudos (horno Fuller). 896 Enfriador y caseta del hornero. 358

_..- I_.- I

128395

Como podrá observarse en el anexo No. 4.1.4b se propone una distribución en la que las lámparas tengan una separación entre ellas y con la pared de cinco metros debido a la altura de los techos.

Es necesaria la instalación de 87 lámparas las cuales pueden ser de 250 W para alturas menores de 10 m y de 400 W para alturas mayores de 10 m, según se requiera. Además, para aprovechar los trabajos en la nueva instalación, se podrian colocar apagadores individuales y por zonas para ser apagadas o encendidas de acuerdo a los requerimientos.

Se hace notar que esta propuesta no trae consigo un ahorro económico pero si seguridad y un mejor ambiente de trabajo además de hacer un mejor uso de la energia eléctrica.

Horno Rotatorio No.2.

RecuDeraciÓn de Polvos. Este horno cuenta con un sistema de recirculación de polvos en la entrada del horno por medio de un elevador de canastas y una tuberia conectada a una bomba, encontrándose fuera de servico la primera por estar en reparación.

Debido a que estos sistemas de elevación presentan varios problemas, se recomienda sustituir el elevador de canastas por un sistema de tuberia neumática, como se muestra en el anexo 4.1.4~.

Se observó que aproximadamente un 5% de la materia prima que entra al horno es arrastrada por los gases de combustión del mismo, la cual se desperdicia. con esta propuesta se obtendría un ahorro de 178 millones de pesos al año. La inversión necesaria en el sistema de tuberia neumática se estima en 7 millones de pesos por lo que el tiempo de recuperación es de 0.5 mes.

ElectroDreciDitador. Dado que el horno No.1 quedó fuera de operación por baja eficiencia, es posible aprovechar el filtro electrostático de éste, ya que es un equipo moderno que se encuenta en condiciones de operación. Por lo tanto, se propone se haga una conexión de la salida de humos de chimenea del horno No.2 hacia este filtro (anexo 4.1.4d), con el fin de que sea utilizado cuando el filtro correspondiente al horno No.2 quede fuera de servicio o requiera mantenimiento. De esta manera se evitarán emisiones de polvos a la atmósfera cuando el filtro del horno No.2 requiera mantenimiento, a la vez se obtiene un ahorro de materia prima de 8,088 ton/año, que equivalen a 206 millones de pesos al año.

I

La inversión requerida, se estima en:

50 m de tuberia Soportería Tubería de retorno

Total

$ 200 x l o 6 $ 100 x l o 6 $ 50 x l o 6

$ 350 X l o 6

Con un tiempo de recuperación de la inversión de 1.7 años.

Cambio del tubo alimentador de materia rxima. Actualmente, el tubo de alimentación de materia prima al horno rotatorio No.2 tiene un diámetro de 13 pulgadas. Se propone instalar en la entrada del horno, 3 tubos de 8 pulgadas de diámetro cada uno (con la boca de descarga modificada como se muestra en el anexo No. 4.1.4e), para que al salir los gases calientes, transmitan su calor ai material que pasa por el interior de los tubos.

Horno Rotatorio No.3.

El horno rotatorio N0.3 es el de construcción más reciente y que incorpora la tecnología más moderna de los tres hornos. Este horno recibe materia prima bruta del almacén de triturados. La carga de polvo fino se alimenta a una torre de recuperación de calor de humos del horno. Esta torre tiene cuatro etapas ciclónicas verticales dispuestas una sobre otra. El polvo se precalienta a temperaturas del orden de 700 a 800 OC antes de entrar al horno rotatorio. Los gases de combustión de este horno están entre 900 y 1000 OC y pasan hacia arriba cruzando sucesivamente las cuatro etapas ciclónicas por donde desciende el material. Finalmente, el humo sale a 300 OC de la torre, baja por un ducto al ventilador de tiro inducido (100 HP y otro de 600 HP asociados al sistema de molienda) , y es enviado a un colector de polvos de bolsa.

El horno rotatorio No.3 es de un diámetro de 13' 6" y tiene 150' de largo con 911 de refractario.

El aire primario al quemador del horno No.3 es a temperatura ambiente. El aire secundario es precalentado con el calor del clinker en la salida del horno rotatorio; ahí se tiene un enfriador de clinker con 5 ventiladores/sopladores de aire que hacen pasar el aire a través de la banda del enfriador de clinker. Este aire se calienta al pasar por el clinker, introduciendo una parte al horno rotatorio como aire secundario, el resto se envía a un ventilador de tiro inducido que lo manda a la atmósfera por una chimenea corta. Dado el equilibrio de tiros y requerimientos de enfriamiento de clinker, no se puede aprovechar todo el aire del enfriador, solamente la parte más caliente se usa como aire precalentado secundario.

I

Se plantea el recuperar calor del enfriamiento del clinker para lo cual se requiere de un intercambiador de calor tubular de 150 m2 de area lo cual es exagerado, ya que la inversión necesaria es cercana a los $ 125 x lo6 y el tiempo de recuperación es de 1.8 años. Debido a lo anterior la propuesta se reserva para fechas futuras para darle prioridad a acciones de recuperación de inversión de menor tiempo.

TIPO DE MEDIDA

Aire comprimido

Horno No. 2

Electropreci pitador

El horno No.3 es el más eficiente y, por lo tanto, se recomienda su operación en forma preferente sobre el horno No.2; para se esta manera aprovechar ventajosamente su mayor eficiencia.

AHORRO AHORRO TIEMPO DE ANUAL INVER DE

ENERGIA SION RECUPERA Unidad Pesos CION por año Mes Años

9,711 1. 65x106 2x106 1.2 kW-h

1 7 8 ~ 1 0 ~ 7x106 0.5

2 0 6 ~ 1 0 ~ 3 5 0 ~ 1 0 ~ 1.7

Recomendaciones.

Es importante hacer un reconocimiento del material y equipo existente en el horno No.1 que esta fuera de operación, con el propósito de recuperar y aprovechar las partes suscéptibles de aprovecharse en otras áreas; ya que esto significa un ahorro inmediato por reducción de compras de refacciones. Para llevar a cabo lo anterior y obtener mejores resultados es necesario se le dé mantenimiento al equipo retirado para ser almacenado y tenerlo listo para cuando se requiera.

Otra acción a realizar es la de remover los polvos adheridos en las partes de transmisión mecánica, con el fin de disminuir desgastes prematuros ocasionados por excesiva fricción o desgastes y/o falta de lubricación, así como disminuir el consumo de energía eléctrica.

Por Último, es de vital de importancia instalar equipos de instrumentación y control, con el fin de mantener los procesos opperativos lo más estables posible y dentro de los límites requeridos por el proceso, as€ como obtener estadísticas del comportamiento de operación de los equipos existentes que ayuden a planear un programa de mantenimiento preventivo o a decidir cuando es conveniente sacar de operación un equipo para ser sustituido por otro igual o de mayor eficiencia.

1.1.5 Tabla final de acciones.

Total I 1385.7~106 1 3 5 9 ~ 1 0 ~ I 1.1

4 . 1 . 6 Comentarios tie l a aplicación tiel métotio.

Al aplicar la metodología de diagnóstico energético en plantas industriales en esta fábrica productora de cemento se presentaron varias situaciones como el hecho de tener que rescatar la información histórica de archivos olvidados y en ocasiones de diferentes personas que ya no pertenecían a la empresa.

Las oportunidades de ahorro detectadas durante el diagnóstico fueron muchas y de todos tipos, sólo que por las limitaciones de tiempo de ejecución del estudio, se seleccionaron las de mayor potencial, dejando para estudios futuros la evaluación de otras recomendaciones. Probablemente, con dos dias más de trabajo hubiese bastado para explotarlas.

Las mediciones de los gases de combustión fueron dificiles de efectuar, ya que las temperaturas de los gases eran cercanas a los 1000°C, nivel térmico incompatible con los instrumentos disponibles.

En la parte eléctrica los problemas se presentaron en la distribución de la red eléctrica ya que la empresa cementera tiene bastantes años por detrás y las instalaciones han crecido anarquicamente conforme a los requerimientos de la planta.

La disponibilidad de la gente fue inmediata por lo que al consultarlos sobre su opinión acerca de algunas propuestas del diagnóstico accedieron a calificar la mejora e inclusive a generar ideas que podrfian ser aplicables.

Al presentar el informe final se tuvo una gran asistencia de personas interesadas en la cartera de proyectos planteados para su empresa, los cuales fueron tomados y analizados de muy buena manera.

A N E X O T E C N I C O

INDUSTRIA DEL CEMENTO

Q 73 m

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4.2 INDUSTRIA DEL VIDRIO.

FUENTE DE ENERGIA

ELECTRICIDAD

4 . 2 . 1 Descripción del Proceso.

La planta cuenta con un horno de 11 toneladas de extracción, con una capacidad total de material de 30 toneladas, el cual utiliza como máximo 40% de vidrio reciclado y 60% de materia prima compuesta principalmente de arena sílica y sulfato de sodio; las cuales son mezcladas para después unirse con el material de reciclo con ayuda de un poco de agua, esto para evitar que la materia prima se disperse en el aire al ser introducida en el horno para su fundición. La temperatura dentro del hogar del horno es cercana a los 1,450 O C . Una vez que el personal extrae el material fundido, mediante sopladores de aire comprimido y moldes, le dan la forma requerida para posteriormente pasarlos al horno templador. Cuando las piezas salen del horno algunas pasan al pulidor, decorado o directamente a empaque, según los requerimientos del producto.

CONSUMO UNIDAD

532,800 kW-h/año

4.2.2 Consumos Energéticos Anuales.

GAS NATURAL I 2,965,217 I Nm3/año

4.203 Costos por Consumos Energéticos.

II FUENTE DE ENERGIA I PESOS/ AÑO I % II 11 ELECTRICIDAD I 59,673,600 8.7 II II GAS NATURAL I 622,695,570 I 91.3 II 1

~~ ~ ~

I 100. o TOTAL 682,369,170

4.2.4 Acciones Realizadas.

Las observaciones y mediciones llevadas a cabo dentro de la planta revelan un gran potencial de ahorro y de mejora en la utilización de la energía por lo que se plantean una serie de opciones que permitan reducir y racionalizar el consumo de energéticos en esta planta.


Hornos 1 y 2.

Para detectar las posibilidades de ahorro de energía se han tomado medidas en diferentes puntos de los hornos como son temperaturas de paredes y análisis de gases de combustión en la chimenea. Las mediciones fueron tomadas por duplicado y en los diferentes turnos en los que labora la planta.

Con ayuda de los resultados de los análisis de gases de coimbustión se hizo un balance de energía para cada horno, el cual demostró que en el primero se aprovecha el 65 % de la energía térmica que generan y en el segundo el 70 %. Lo anterior se debe a que no se tiene un control de la cantidad de gas y aire que se debe utilizar en el horno.

Al no contar con el equipo necesario para medir el flujo de gas de cada quemador ( 3 quemadores por horno) suponemos que es factible un ahorro del 15 % en el consumo de gas anual, lo que aproximadamente significa 93,000,000 $/año, para lo cual es necesario invertir en la compra de 12 medidores de flujo, 6 para controlar el gas y 6 para tener control sobre la cantidad de aire suministrada para lograr una buena combustión y los ahorros propuestos, el monto de tal inversión es de 3,000,000 por medidor, por lo tanto, $ 24,000,000. El tiempo de recuperación es de 0.26 años, es decir, 3.5 meses.

Aprovechamiento de calor de los gases de combustión a la salida del horno . El horno No.1 de fundición tiene en el extremo correspondiente al refine de vidrio, 3 chimeneas, de las cuales salen flamas; lo anterior representa pérdidas de energía Útil ya que ésta es lanzada al ambiente pudiéndose aprovechar.

Se propone recuperar esta energía para ser aprovechada en el horno de templado, ya que las flamas tienen una temperatura aproximada de 1000 O C y el horno templador requiere cerca de 600 oc para realizar su función; esta operación eliminaría el consumo de gas natural (Anexo No. 4.2.4a). Para este propósito se consideran las siguientes inversiones:

Concepto inversión en pesos

Ventilador Plataforma y soportes Tubería Montaje

40 x l o 6 25 x l o 6 30 x l o 6 5 x 106

Total 100 x 106

El ahorro se calcula al eliminar el consumo de gas que utiliza el templador en un año que es de 310,444 m3. Lo que sigifica 63,604,684 $/año. El tiempo de recuperación es de 1.6 años.

1 2 8 3 9 5

Aunque el templador cuente con una tecnología muy avanzada, no significa que su eficiencia no pueda ser aumentada ya que está calculada en función a un trabajo independiente pero nunca en coordinación con otros equipos. Se recomienda tomar en cuenta esta proposición ya que, como se observa en los cálculos, representará un ahorro considerable de gas natural y, por tanto, de dinero para la empresa.

Iluminación.

En lo que respecta a la iluminación de la planta, se encontró que las láminas translúcidas colocadas en el techo se encuentran en malas condiciones, lo que limita el aprovechamiento de la luz natural de día para iluminación interior. Por lo tanto se recomienda sean cambiadas o en su defecto se haga limpieza de las mismas, así como en algunas zonas aumentar la cantidad de éstas, con la finalidad de eliminar adicionalmente el uso de otras lámparas, lo cual produciría un ahorro de energía y de dinero.

De acerdo con las observaciones hechas se considera posible dejar fuera de servicio 8 luminarias de 2 x 75 W cada una, lo que da una carga de 1.44 kW-h y un ahorro de 4,118 kW-h/año, si se consideran 10 horas al dia y 286 días/año. Lo anterior refleja un ahorro de 438,155 $/año

Además existe una lámpara de vapor de sodio a alta presión de 400 W cuyo funcionamiento no es necesario, al calcular el consumo se tendría un ahorro de 584,135 $/año.

En vista de que ya se tiene planeado el cambio de láminas translúcidas no se calcula la inversión requerida para esta opción.

Utilizar válvulas de bola para mangueras de aire comprimido.

Para el soplado de los productos de vidrio se requiere el uso de aire comprimido, el cual es proporcionado por tres compresores acoplados a motores de 25, 15 y 7.5 HP con cargas del 79, 83 y 92 % respectivamente.

Los intervalos de tiempo de uso y espera para el empleo de aire comprimido en el soplado, son de 6 y 20 segundos. Durante el tiempo de espera no se cierran las mangueras, por lo que en forma aproximada se tira el 70 % del aire producido, por lo tanto, se recomienda la instalación de válvulas de bola de uso estandar como se observa en el anexo No. 4.2.4b.

La inversión necesaria para ésta propuesta es de:

Concepto Inversión

4 válvulas Modificación de tubos

$ 0.8 x lo6 $ 1.0 x 106

Total $ 1.8 x l o 6

Para producir 115 lts/min (gasto de aire calculado en cada manguera) , se requiere de 1.86 kW en intervalos de tiempo de operación y desconexión iguales durante las jornadas de trabajo. Por lo tanto, se tiene una pérdida en cada manguera de (1.86 kW) x (16/2) hr/día x (70 % ) = 10.4 kW-h/día; al año (286 días/año) se ahorrarían 2,979 kW-h.

TIPO DE MEDIDA

Regular la combustión

Aprovechar el calor de gases de combustión del horno

iluminación

Utilización de válvulas en manqueras

En caso de ser instaladas estas válvulas en las cuatro mangueras, se obtendría un ahorro total de 1,267,862 $/año. El tiempo de recuperación de la inversión es de 1.4 años.

Se puede considerar la idea de instalar las válvulas al inicio de las mangueras, que deberán ser accionadas con el pie cuando se requiera el uso de aire comprimido; con este sistema se evitarían modificaciones de los tubos para el soplado de vidrio.

AHORRO DE

ENERGIA Unidad por año

444 , 783 m3

301,444 m3

5,491 kW-h

2 , 979 kW-h

Como recomendación adicional es conveniente que no se trabajen en forma simultánea los compresores, es decir, dejar solamente trabajando el de mayor capacidad y los dos restantes conservarlos para ser utilizados en el momento necesario, así mismo, estos últimos deberán probarse una vez por semana para mantenerlos en buenas condiciones.

AHORRO ANUAL

Pesos


INVER 8ION

93x106

63. 6x106

24x106

1 0 0 ~ 1 0 ~

1. 27x106

584,135 I 1. 8x106

~

TIEMPO DE

RECUPERA CION

Mes Años

0.26

1.6

Inmediata

1.4

0.7

---.I.- -- .--

4.2.6 Comentarios de la aplicación del método.

En esta empresa no se contaba con la información histórica de gas natural, sí de electricidad, los consumos de gas natural fueron evaluados con ayuda de la información técnica que proporciona el manual del provedor de los quemadores utilizados en los hornos. Se presenta un gran potencial de ahorro de energía térmica, solamente se lograron evaluar aqullas oportunidades presentadas en este reporte por ser las más factibles gracias a los datos con que se contaba, pero en las otras acciones posibles de desarrollar se tiene la seguridad, aunque llevarían un poco más de tiempo su evaluación, proporcionarían un ahorro considerable de energía y, por lo tanto, de dinero.

Las mediciones se remitieron a la parte térmica, pues como podrá notarse, el 91 % de sus costos en energéticos son de gas natural. La colaboración del personal de la planta fue asombrosa, diferenter a la actitud mostrada por los dueños. Parece ser que el problema de descuido de la fábrica es por el hecho de que se trata de un patrimonio familiar, en el que todos desean ganar pero nadie quiere cooperar, pues sería mal visto por los demás en cuanto a intereses propios; razones que la gente de la planta no entiende pues se dedican a realizar su labor. Creo que es un punto muy importante para tratar, ya que este problema se presentará muy frecuentemente y no sólo en consorcios familiares sino en todos ellos en donde exista gente con su trabajo pendiendo de un hilo y con la visión de que una auditoría energética puede mostrar todas sus deficiencias a lo largo del tiempo.

La presentación de resultados fue muy olvidada y se duda mucho que se lleven a cabo las acciones propuestas.


INDUSTRIA DEL VIDRIO

-_1

Ar\LEKO No. 4.2 4 b

r 1

4 . 3 INDUSTRIA METAL-MECANICA.

ELECTRICIDAD

GAS NATüRAL

ACETILENO

4 . 3 . 1 Descripción del Proceso.

8,222,880 kW-h/año

2,808,210 Nm3 / año 33,000 Nm3 / año

La empresa se dedica a la fabricación de implementos agrícolas; para ello se abastece de acero en varias formas tales como: lámina negra en distintos calibres, ángulo, perfiles ptr, barras sólidas de distintos diámetros, etc. Estos aceros se presentan básicamente al carbono pero también se manejan aceros de aleación.

FUENTE DE ENERGIA

ELECTRICIDAD

GAS NATURAL ACETILENO

La maquinaria agrícola se compone de un gran número de piezas que, debido a la diversidad de cararteristicas requeridas en cada na de ellas, es necesario dotarlas de una serie de propiedades tales como: dureza, tenacidad, resistencia, etc.; por lo que es necesario tratarlas térmicamente. Por tal razón la planta cuenta con hornos de forja, templado, revenido, hornos de inducción, de calentamiento rápido y otros. En algunos de ellos se cuenta con atmósferas controladas. Algunos tratamientos son anteriores al maquinado.

PESOS/ AÑO %

1,531,281,100 56.1

700,980,000 25.6

500,445,000 18.3

Posteriormente, se llevan a cabo ensambles que pueden incluir soldadura para después pasar a pintura y hornos de secado de la misma.


4 . 3 . 3 costos por Consumos Energéticos.

TOTAL 2,732,706,100 100. o

4.3.4 Acciones Realizadas.

Las observaciones y mediciones llevadas a cabo revelan un gran potencial de ahorro y de mejora en la utilización de la energia por lo que se plantea una serie de opciones que permitan reducir y racionalizar el consumo de energéticos en esta planta.


Aire comprimido.

La planta cuenta con 3 compresores Ingersoll Rand de tipo reciprocante que producen 1400, 850 y 635 ft3/min de aire comprimido a 7 atmósferas; para ello utilizan motores de 250, 200 y 150 HP, respectivamente. El aire se utiliza en los sistemas de sujeción de piezas para soldadura, equipo de desbaste, punzonadores, etc.; en algunas áreas se utiliza para limpieza de los bancos de trabajo.

Debido a los altos costos que representa la generación de aire comprimido se recomienda evitar su uso en las labores de limpieza. También se recomienda cerrar la red de distribución para formar anillos, ya que estos minimizan las pérdidas por fricción. Se recomienda también la sustitución de los compresores reciprocantes por compresores de tornillo cuando la demanda de aire aumente o el equipo actual quede en desuso.

Aire Acondicionado.

Se ha encontrado una capacidad instalada en sistemas de aire acondicionado de 325 toneladas que equivale a una erogación de 452 millones de pesos anuales en energía eléctrica, si se considera su utilización en solo 10 horas diarias. Para ello se propone un sistema para mejorar el rendimiento del equipo y disminuir así su consumo de energia eléctrica mediante la instalación de un intercambiador de calor en cada sistema (Anexo No. 4.3.4a) el cual es capaz de ahorrar hasta un 15 % en energía. La inversión necesaria para la modificación de los sistemas es de 31.5 millones de pesos; obteniéndose ahorros de 67 millones de pesos anuales, por lo que el tiempo de recuperación de la inversión es menor de 6 meses.

Hornos . En el proceso de templado se cuenta con tres hornos (H-236, H-335 y H-619) que utilizan gas natural para su operación. Se obtuvieron los siguientes datos en los gases de combustión a la salida, antes de entrar a las campanas de extracción.

PORCENTAJE DE O , 15.1 16.1

PPM DE CO 21 36 t

II 11 OPACIDAD BACIIARACH O O

1 I I TEMPERATüRA DE GASES 570 O C 603 OC

De lo anterior se proponen dos opciones de aprovechamiento:

1 Optimizar la combustión al reducir el exceso de aire debido a que se tiene arriba de 330 %, lo cual da un total de ahorro de 2.3 Nm3/h para cada uno, al ajustar a un 30 % de exceso de aire. Al considerar que se trabajan 14 horas al día, 5 días a la semana y 50 semanas al año la cantidad ahorrada es de 5 millones de pesos.

2 Los gases de salida de los hornos tienen temperaturas alrededor de 570 OC, la cual es susceptible de aprovechar. Por lo tanto, se propone precalentar el aire utilizado en la combustión mediante la instalación de tubería para reciclar una pequeña cantidad de gas exhausto (Anexo 4.3.4b), controlada por sistemas de palometas para incrementar la temperatura del aire hasta 200OC. Con lo anterior se logrará un ahorro anual de 7.6 millones de pesos por concepto de reducción en el consumo de gas natural. La inversión requerida será de aproximadamente 12 millones de pesos por concepto de tubería, soportería, acoplamientos y válvulas de mariposa para el aire fresco.

Al sumar las dos opciones anteriores se tiene que el tiempo de recuperación será de 1 año.

Iluminación.

El sistema de iluminación es uno de los más eficientes en el mercado, ya que utiliza lámparas de vapor de codio de alta presión. Sin embargo, se recomienda el aprovechamiento de la luz diurna mediante la instalación de láminas translúcidas de color blanaio lechoso en un 15 % del área de techumbre, esto permitiría reducir la utilización de lámparas durante el día a un 30 %. Con

. esta medida se puede ahorrar 55.3 millones de pesos anuales, siendo necesaria una inversión de 84 millones de pesos, por lo que el tiempo de recuperación se estima en 1.5 años.

Los costos arriba mencionados pueden disminuir tomando en consideración que se están ampliando las naves.se recomienda instalar iluminación directa en algunas máquinas (prensas) en las que la luz actual produce sombras en el punto de trabajo.

Hornos de Forja.

La planta cuenta con 11 hornos de forja que consumen 127,733 Nm3/año. Se ha detectado que en las horas programadas para comida del personal, estos permanecen encendidos; sumando algunas otras contribuciones a este tipo como los cambios de turno, etc., se estima que el 12 % del tiempo se consume gas en forma innecesaria. Si se toma en cuenta que en estos períodos se puede reducir el consumo al 10 % puede obtenerse un ahorro de 11 % sobre el total de gas utilizado; o sea, 24.2 millones de pesos anuales. Para evitar que el horno se enfríe se recomienda la instalación de tapas (Anexo 4 . 3 . 4 ~ ) de metal aisladas con lana mineral, el conjunto de tapas tiene un costo aproximado de 5.5 millones de pesos, de modo que el tiempo de recuperación será de 3 meses.

Secadores de Pintura.

Para el secado de pintura se cuenta con un horno secador marca CAISA que consume gas natural para obtener gases a 85 OC. El consumo de este horno es de aproximadamente 50 Nm3/hr de gas natural. Se ha observado que los gases de combustión de los hornos de templado contienen una carga calorífica que se puede utilizar en los secadores, de modo que al evaluar dos turnos, el ahorro de gas puede ascender a 84 millones de pesos anuales. Para ello se hace necesario implementar un par de ductos que transporten los gases de chimenea de los hornos de templado hacia los secadores para su incorporación a los circuitos de aire de los secadores. El hecho de que los secadores tengan un sistema de filtros de aire permite la incorporación directa de gases de chimenea mencionados. La inversión en los ductos es del orden de 15 millones de pesos, por lo que, el tiempo de recuperación será menor a 3 meses.

Como opción a la propuesta anterior se sugiere instalar un sistema de calentamiento solar del aire. Esto permitirá abatir el consumo de gas durante 8 horas diarias de modo que el ahorro será de 20.8 millones de pesos anuales por cada secador. Para lograrlo, se necesita colocar sistemas que proporcionen 58,800 kcal/hr al flujo de aire en el secador. El so l proporciona 5,200 kcal/m2 día y se necesitan 470,400 kcal/dia, por consiguiente requerimos de un área de 100 m2 de colectores planos. El costo de esta instalación asciende a 12 millones de pesos por cada secador y el tiempo de recuperación será de 7 meses.

Acetileno.

La planta tiene un consumo de acetileno de 10 m3/hr en promedio que se suministra en botellas de 6 m3. Se propone que se instale un generador de acetileno como el mostrado en el anexo 4.3.4d, en donde además se explica el funcionamiento de este equipo, el cual consume carburo de calcio y agua. El gas se obtiene a una presión manométrica de 1.5 kg/cm2.

Se considera que se consumen alrededor de 5,500 botellas al año de 6m3, el costo de acetileno asciende a 500,445,000 pesos anuales, el costo por metro cúbico de gas generado a partir del carburo de calcio asciende a $ 6,480. Es decir, 311 millones de pesos anuales, por lo cual se tiene un ahorro de 189,445,000 pesos al año. Si consideramos que el costo de instalación de 3 aparatos que cumplan en conjunto con la demanda requerida asciende a 30 millones de pesos, se deduce que el tiempo de recuperación de la inversión será de sólo 2 meses.

Torres de Enfriamiento.

En vista de lo observado en la torre de enfriamiento de los compresores, se propone instalar un filtro de grava antes del ablandador, con el fin de proteger la resina de intercambio y evitar que los intercambiadores de calor, que sirven para enfriar el aire de los compresores, sufran incrustaciones en períodos de tiempos pequeños. Además, se propone la instalación de un tanque receptor de agua blanda para asegurar aún más la separación de particulas sólidas que se encuentren en el agua, para ello se propone un diseño como el mostrado en el anexo 4.3.4e.

Este tanque cumple con dos funciones:

1 Servir de trampa para que el agua tratada llegue con la menor cantidad de sólidos disueltos.

2 Evitar las incrustaciones indeseables en los intercambiadores de calor.

Se recomienda la instalación de termómetros y manómetros a la entrada y salida de los intercambiadores para que sirvan de indicadores al programar su mantenimiento (Anexo 4.3.4e).

Demanda Máxima.

El factor de carga en un sistema es la relación entre la demanda media y la demanda máxima. No es posible en la práctica obtener el valor de 1 pero se consideran buenos valores aquellos que rebasan 0.8.

De los consumos de energia eléctrica de los Últimos meses, se puede observar que se tiene un factor de carga bajo ( 0 . 7 ) , lo cual indica que se tienen picos de demanda grandes en periodos de tiempo cortos, debido a esto se paga un costo elevado por concepto de demanda máxima. En promedio, se tiene una demanda máxima de 1,900 kW lo cual se considera ocurre durante el primer turno. La carga en el segundo y tercer turnos disminuye en un 30 % y 50 % respectivamente en relación con el primer turno. Para aumentar el factor de carga (disminuir la demanda máxima), se propone lo siguiente:

1. Caraadores de Baterías para Montacaraas.

La planta cuenta con una línea de 11 cargadores para igual número de baterías, estas Últimas usadas para el movimiento de los montacargas. El uso no programado de los cargadores trae como consecuencia una contribución a la demanda máxima; si se considera que ésta ocurre durante el primer turno y en el trabaja el 60 % de los cargadores, la mencionada contribución será de 56 kW.

Se propone, de acuerdo con la operación, que las baterías de aquellos montacargas que trabajen de 1 a 2 turnos sean cargadas exclusivamente durante el segundo y tercer turno.

El cálculo de la carga requerida durante el primer turno se reduce a 30 kW, considerando que los montacargas que trabajan durante los tres turnos son dos grandes de 15 kW cada uno y otro de 12 kW. Por lo tanto se obtiene un ahorro de 26 kW de demanda máxima, lo que significa 6,864,000 $/año.

2. Máauinas de Inducción para Templado.

Se tienen dos máquinas de inducción de 150 y 300 kW de capacidad, las cuales se usan para templar selectivamente ciertas partes de algunas piezas. Estas máquinas se utilizan durante períodos de tiempo que varían de acuerdo con las necesidades de producción. Para reducir el pico de demanda máxima se proponen las siguientes alternativas de operación de las mencionadas máquinas de inducción:

a) Operar la máquina de 150 kW en el primer turno y la de 300 kW en el segundo, con lo que se obtiene una reducción en la demanda máxima de 1,600 kW, un ahorro de 79.2 millones de pesos al año y un factor de carga de 0.86.

b) Poner en operación las máquinas de 150 y 300 kW exclusivamente durante el segundo y tercer turnos respectivamente. Esto disminuye la demanda máxima a 1,450 kW, lo cual proporciona un ahorro de 450 kW. Es decir, 118.8 millones de pesos al año y un factor de carga de 0.95.

c ) Operación de Ambas Máquinas Durante el Segundo Turno. Con esta opción se reduce la demanda máxima a 1,465 kW para un ahorro de 435 kW de demanda máxima equivalentes a 114.84 millones de pesos al año.

Al ahorro obtenido para las alternativas a y b se deberá sumar el correspondiente al ahorro calculado para los cargadores de baterías, no así para la alternativa c, ya que para este caso el ahorro sufrirá una disminución de 33 kW debido a que ahora la demanda máxima ocurrirá en el segundo turno y se calcula será de 1,498 kW. Esta reducción de ahorro será de 33 kW que representan 8.71 millones de pesos al año.

Recomendaciones para la Carga de Baterías.

121x10~

I T 5

1. Es conveniente que cuando haya terminado la vida Útil de las actuales baterías de placas, éstas sean sustituidas por baterías de tubos, las cuales son menos sensibles a la

AHORRO ANUAL

Pesos

descarga y sobrecarga, aún cuando son un poco más caras (15 % ) .

INVERSION TIEMPO DE

Pesos CION RECUPERA

Mes Años

2

67x106

Se recomienda destinar uncuarto independiente para la carga y reposo de baterías, con lo que se evitarían problemas con los gases emitidos durante estas operaciones.

31.5 x106 6

4.3.5 Tabla Final de Acciones.

24x106

TIPO DE MEDIDA

3 5.5 x l o 6

AHORRO DE


13x106

Aire acondicionado

12 x lo6 1

Iluminación, instalación de

láminas translúcidas

Hornos de forja, reducción de gasto en tiempo muerto

Hornos. Optimizar

1 9 0 ~ 1 0 ~

630 MWh

30 x l o 6

520 MWh

84x106 1 5 ~ 1 0 ~ 2

Demanda Máxima. Administración de

demanda

Acetileno. Producción interna

Secadores de pintura ,

utilización de gas exhausto

4 2 0 ~ 1 0 ~ Nm3

TOTAL

1.5

1 2 6 ~ 1 0 ~ I

I I

5 5 8 ~ 1 0 ~ I 1 7 8 ~ 1 0 ~ I 4

4.3.6 Comentarios d8 la Aplicación del MQtodo.

En esta planta, tal ves debido a que es transnacional y al estar enterados de los costos, que pueden ser muy altos, al contratar una empresa de consultoria en su país natal y traer sus servicios a México, inmediatamente acogieron la idea de aplicar la metodología de diagnóstico energético en su planta. De tal forma que nos fueron proporcionados inmediatamente los historiales en cuanto a consumos energéticos y hasta las evaluaciones del impacto del consumo de energéticos en los costos de producción.

Al recorrer las instalaciones de la planta se nota el interés por tener una planta modelo, pero aún así, existen algunas deficiencias en los procesos y más que nada, se nota el llamado "mal de taller", ya que realizan acciones en mejora de la planta y descuidan otras más obvias y fáciles de reparar. La etapa de mediciones fue agotadora ya que cuentan con una gran variedad y cantidad de hornos, los cuales cuentan con diferentes sistemas de trabajo, lo cual consume mayor tiempo, ya que hay que estudiarlos y entenderlos para poder deducir en donde tomar la muestra de gases de combustión, para que sea lo más real posible y diagnosticar sobre ellos.

Para este tipo de plantas seria recomendable dedicarle más tiempo a la etapa de mediciones debido a que son muchos hornos y de diferentes características, por lo que solo se realizaron mediciones unitarias en cada uno. Al dedicarle más tiempo se pueden tener mayor cantidad de datos de un mismo equipo trabajando en condiciones diferentes en cuanto a turno y modo de operación.

La evaluación del potencial de ahorro se llevó a cabo con mucha facilidad pues se contaba con las condiciones adecuadas para desarrollar un buen trabajo. Al preguntar sobre la factibilidad de realizar la cartera de proyectos, ellos deseaban todas y cada una de ellas, sólo que ahora la objeción fue de nuestra parte debido a que el tiempo no era suficiente, asi como los recursos humanos. Así que se decidió presentar aquellas ideas con mayor creatividad y dejar listadas a manera de observaciones en las que se detectó una o varias oportunidades de ahorro.

Por tales motivos la presentación anta la gerencia fue con grandes agradecimientos por las ideas aportadas, además de asegurar realizar cada una de ellas. Lo anterior se comprobó, ya que días después se recibieron llamadas preguntando sobre opciones en los equipos recomendados o provedores adicionales para solicitar cotizaciones.

I


INDUSTRIA METAL-MECANICA

Atd€XO do. 4.3.4a

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4.4 INDUSTRIA QUIMICA.

GAS NATURAL

COMBUSTOLEO

4.4.1 Descripción del Proceso.

3,622,740,129 Nf t3 /año

83,776,278 lts/año

Esta planta produce Oxido de Magnesio (MgO) , Sulfato de Sodio (Na2S04) y salmuera, esta Última es el resultado de la filtración del agua que extraen de los pozos.

FUENTE DE ENERGIA

ELECTRICIDAD

GAS NATURAL

COMBUSTOLEO

La planta genera su propia energía eléctrica, cuenta con 8 sistemas de generación de vapor: 6 calderas y 2 calderetas de recuperación de calor. Las calderas 4, 5 y 6 operan con gas natural o combustóleo, las calderas 1, 2 y 3 exclusivamente con gas natural; la caldereta 1 aprovecha los gases de salida de la turbina Sulzer y la caldereta 2 recupera el calor de gases de salida del horno rotatorio 2.

PESOS/ AH0 %

12,635,725,860 1.3

876,703,111,200 91.5

68,696,547,960 7.2

El vapor generado se utiliza para alimentar la turbina Siemens, precalentar combustóleo, como vapor de atomización y para consumo de la planta de sulfato.

En cuanto a energéticos, utilizan gas natural y combustóleo.

4 .4 .2 Consumos Energéticos Anuales.

I1 I I II 11 FUENTE DE ENERGIA I CONSUMO UNIDAD II II ELECTRICIDAD I 118,756,822 I kW-h/año II

4 .4 .3 Costos por Consumos Energéticos.

4 . 4 . 1 Acciones Realizadas.

EQUIPO DE MEDICION

CARGA NOMINAL (ton/h)

PORCENTAJE DE 0,

PPM DE CO

PORCENTAJE DE CO, OPACIDAD BACEARACH

TEMPERATURA DE GASES

EXCESO DE AIRE (%)

Las observaciones y mediciones llevadas a cabo revelan un gran potencial de ahorro y de mejora en la utilización de la energia por lo que se plantea una serie de opciones que permitan reducir y racionalizar el consumo de energéticos en esta planta.

FYRITE MOT- 1 O O O

14 14

2.8 6.0

1045

10.1 8.4

O O

303 O C 259

3 7.2

-----


MILIMETROS DE AGUA

Calderas

130 50

En estos equipos se han encontrado algunos puntos importantes para el ahorro de energia. En la sala de servicios se encuentran algunas calderas con edades mayores de 20 años, esencialmente la caldera 3. Debido a lo anterior se desea proponer que en el lapso de algunos años se cambien algunas calderas viejas, ya que además del consumo elevado de energía se les debe dar un mantenimiento frecuente, lo cual representa gastos para la empresa. Las calderas nuevas se encuentran en una forma más compacta y mejor instrumentadas y con una ef iciencia mayor. Otro de los puntos que llaman la atención es que las calderas están sin aparatos de medición que registren la relación aire-combustible, lo cual es importante para el análisis de combustión y el balance de energia en la caldera. Según las informaciones recibidas respecto a la dureza del agua de alimentación de las calderas, se notó que las cifras no corresponden a los datos normales por lo que es recomendable se controle muy estrictamente equipos ablandadores y deaereadores.

Caldera 1.

Temperatura en la pared de la chimenea 238 O C .

Presión del gas 1.2 Kg/cm2 Temperatura cuerpo de agua 153 O C

Los datos de monitoreo se hicieron por duplicado y con dos equipos diferentes, uno electrónico y otro químico para todas las muestras que se realizaron. Estas muestras se tomaron después del hogar.

De los resultados de la tabla anterior se observa que hay una cantidad elevada de CO y baja concentración de oxígeno con una temperatura de 303 OC en los humos, lo que demuestra que la combustión no es la adecuada. Las calderas 1, 2 y 3 no cuentan con sistema de precalentamiento de aire atmosférico. Las calderas 2 y 3 se encuentran fuera de servicio y por lo tanto, no fue posible tomar las medidas correspondientes.

Se recomienda reemplazar la caldera 3 ya que su estructura se encuentra doblada y ha sido varias veces reparada con planchas adicionales; es conveniente sustituir una caldera de este tipo en un lapso de dos o tres años e instrumentarlas para medir flujos de combustible, aire, temperatura, presión y oxígeno; los cuales deben ser indicados por medio de graficadores con colores para lograr un control efectivo (Anexo 4.4.5a).

Caldera 5.


PORCENTAJE DE 0,

PORCENTAJE DE COZ

PPM DE CO

11 EQUIPO DE MEDICION MOT- 10 O O FYRITE

35 600

15.7 7

15 10

3.6 10 1

EXCESO DE AIRE (%)

11 OPACIDAD BACHARACH I 9 I 4 II

10.8 I 8.4 I[ TEMPERATURA DE GASES I 305 OC I 194 O C II

~~

Este equipo tiene instalado un sistema de intercambio de calor para calentar el aire atmosférico con ayuda del calor de los humos de combustión. En esta caldera se tomaron muestras por duplicado con los diferentes equipos de medición en dos puntos de muestreo. El primero de ellos localizado antes del sistema de intercambio de calor y el segundo después de este.

De los resultados obtenidos se observa lo siguiente:

En la chimenea se tiene una emisión de humos con inquemados (presencia de CO) y baja concentración de oxígeno. Los índices de opacidad son del orden de 4 y 9 unidades de bacharach respecto a los puntos de muestreo nombrados antes. Además, existen diferencias en los valores de las dos muestras debido a que el cuerpo del sistema tiene en una de las entradas fuga de aire.

Para aumentar la eficiencia de operación de esta caldera es conveniente se le instale la instrumentación adecuada para tener control de la operación (anexo 4.4.4b).

Caldera 6.

EQUIPO DE MEDICION

CARGA NOMIMAL (ton/h) PORCENTAJE DE O2

PORCENTAJE DE COZ PPM DE CO

OPACIDAD BACHARACH

TZMPERATüRA DE GASES

EXCESO DE AIRE (%)

MOT- 10 O O

62

5.5

107

11.1

4

325 OC

6.6

Se ha encontrado que el sistema de intercambio de calor está fuera de operación. La temperatura del aire ambiente fue de 37 OC. El aislamiento de los ductos del intercambiador de calor está deteriorado. La temperatura de las paredes del cuerpo es de 55 O C .

La temperatura de las paredes de la chimenea es de 184 OC.

De la tabla en la que se muestra el análisis de humos en la chimenea, se observó una combustión incompleta ya que se registraron 107 ppm de CO y opacidad de 4 unidades de bacharach. El intercambio de calor en el momento de las mediciones se encontraba fuera de operación, por lo que la temperatura de los humos fue de 325 OC y la temperatura de las paredes de la chimenea oscila entre 180 y 190. Al igual que en otras calderas, carecía de instrumentación adecuada para control de la combustión. Si se hace una comparación entre las calderas 5 y 6, se nota que la combustión en la caldera 5 es mayor.

Se recomienda reacondicionar el sistema de recuperación de calor o instalar uno nuevo. También es recomendable renovar aislantes térmicos e instalar instrumentación adecuada para optimizar la operación (anexo 4.4.4~) .

Turbina Siemens de Gas Natural.

EQUIPO DE MEDICION CARGA NOMINAL (m3/h)

PORCENTAJE DE O,

PPM DE CO PORCENTAJE DE CO,

MOT- 10 O 0

2906

16.8

24

2.2

11 OPACIDAD BACHARACE I 1

11 TEMPERAT- DE GASES I 369 OC II EXCESO DE AIRE ( % ) I 20.16

La temperatura promedio de las paredes es de 56 OC y en los lugares donde no tiene aislamiento se registraron temperaturas hasta de 248 O C . En este equipo se analizaron los humos en la chimenea, en donde se registraron buenos resultados de combustión, ésta se puede mejorar con un control más preciso de la relación aire-combustible contando con ayuda de instrumentos de medición.

HORNOS

CARGA NOMINAL (m3/h)

PORCENTAJE DE O,

PPM DE CO

La planta cuenta con diferentes tipos de hornos como los tipo vertical y rotatorios, los cuales fueron analizados arrojando los siguientes resultados:

2101.5

16.4

a7

Hornos de 16 hogares (Proceso de MgO) Herreshoff

EQUIPO DE MEDICION MOT- 10 O O

11 PORCENTAJE DE CO, 2.4

11 OPACIDAD BACHARACH I O

I 11 TEMPERATURA DE GABEB 209 OC

I EXCESO DE AIRE (%) I 19.6

La planta tiene dos hornos de hogares Herreshoff y su función consiste en eliminar el agua química de la torta de hidróxido de magnesio que sale de los filtros prensa para convertirla en óxido de magnesio en polvo.

Este equipo trabaja con gas natural (anexo 4.4.4d).

Horno Rotatorio 2.

EQUIPO DE MEDICION MOT- 10 O O

CARGA NOMINAL (ton/h) 26

PORCENTAJE DE 0, 3.6

PPM DE CO 401 i

PORCENTAJE DE COZ

OPACIDAD BACHARACH TEMPERATURA DE GASES

EXCESO DE AIRE ( % )

Datos de tablero. 2.8 % de O2 Temperatura de salida del material: 1033 OC. Existe una fuga antes de la caldera. Temperatura de pared: 356, 291, 289, 259, y 120 OC.

12.9

1

696 OC 4.32

Existen dos hornos rotatorios cuya función es calcinar la dolomita (Caco,-MgCO,) para obtener dolima (CaO-MgO). Los quemadores son duales (gas natural-combustóleo) aunque normalmente se trabaja con combustóleo. La temperatura de los gases a la entrada es de 1,350 OC. La temperatura de los gases a la salida es de 696 OC. En esta unidad de calcinación de dolomita, se monitorearon los humos antes de entrar a la caldera y se obtuvieron los resultados de la tabla anterior. Como se puede observar, la combustión necesita una pequeña cantidad de oxígeno de exceso. Cuando se incinere combustóleo no deberá usarse la misma relación que para gas natural, con esto se esperarfa bajar la concentración de CO y obtener un porcentaje menor de inquemados. Como una observación adicional, se localizó una ruptura en el ducto que conduce los humos hacia la caldera.

El horno rotatorio 2 tiene 90 m de largo y 3.4 m de diámetro exterior. El consumo de combustóleo es de 2.7 ton/hr. El horno est6 forrado interiormente por ladrillos refractarios de krusite M alumina de 9" y de concreto de 6 de tipo green dur . La temperatura exterior del cuerpo del horno es en promedio de 300 O C .

Las pérdidas por radiación al ambiente son grandes.

El cálculo de pérdidas es de 2 x l o 6 kcal/hr o de 250 kg/combustible. Sin embargo, no toda la energia se puede recuperar, pero seria posible bajar la temperatura exterior del horno de 300 a 200 OC promedio. El cálculo resulta de la siguiente manera:

Q = 960 m2 x 10 kcal/hr m2 OC x (200 - 40) OC = 1.54 x l o 6 kcal/hr

Expresado en kg de combustible

= 154 kg/hr = 1330 ton/año de combustible ahorrado.

El consumo total del horno es de 2.7 ton/hr en relación con el ahorro es de: 0.154 x 100 / 2.7 = 5.7 % de ahorro de combustible.

El horno entró en operación en 1984, desde este tiempo ha sido revisado interiormente 3 veces, por lo que recibió algunas reparaciones parciales. Seguramente estas reparaciones fueron a la entrada de los gases. Las piedras de dolomita que trata este horno son abrasivas y se supone que la capa refractaria ha sido reducida debido a las fricciones del material. Por lo tanto, se recomienda medir el espesor de la capa refractaria oportunamente.

El reemplazamiento de los ladrillos refractarios es caro y no se dispuso de datos para establecer un cálculo de recuperación de estos gastos por medio de ahorro de energía. Además, se recomienda que se utilice un material de aislamiento entre los ladrillos refractarios y el cilindro de fierro de mayor calidad, como concreto, tierra de diatomeas y asbesto (anexo 4.4.4e).

Horno Vertical 1.


PORCENTAJE DE O2

PPM DE CO

PORCENTAJE DE CO,

OPACIDAD BACHARACH TEMPERATURA DE GASES

EQUIPO DE MEDICION MOT- 10 O O I I 4.5

16.8

927

2.2

O

311 OC

[ EQUIPO DE MEDICION MOT- 1 O O O

EXCESO DE AIRE ( % ) I

~

PORCENTAJE DE 0,

PPM DE CO

PORCENTAJE DE C02

OPACIDAD BACHARACH

Horno Vertical 2.

17.4

1843

1.8

O

tt CARGA NOMINAL (ton/h) t 4.5

11 TEMPERATURA DE GASES I 252 O C II EXCESO DE AIRE (%)

Horno Vertical 3 está fuera de operación.

Se cuenta con 3 hornos verticales y su función consiste en calcinar el óxido de magnesio que sale de los hornos Herreshoff en forma de briquetas para producir Óxido de magnesio grado refractario. Este equipo trabaja con quemadores de gas natural que consume 600 m3/hr (un horno).

El gas está mezclado con aire en un compresor en la proporción 1 por 4.8.

Se monitorearon los tres hornos verticales de doble calcinado para verificar los datos del cuarto de control contra los de campo, las muestras se tomaron en dos puntos, uno de ellos en la chimenea y el segundo dentro del horno.

En el diagrama anexo se tienen los valores de monitoreo. Como se puede observar en datos anteriores; se detectaron concentraciones de CO y excesos de oxígeno del orden de 17 %, estos valores, como se tomaron en la chimenea pueden estar alterados por entradas de aire. Los datos recientes se hicieron'dentro del horno, solamente se tuvieron datos similares al tablero con los de campo en el horno No.1. También se tienen condiciones de flujo de gas/aire y exceso de oxígeno distintos en los tres hornos.

Por otra parte, se determinaron las temperaturas en las paredes de los hornos registrando valores del rango de 290 OC; debido a la radiación de calor, algunas de las mangueras de la mezcla aire-gas se dañaron (anexo 4.4.4f).

Las paredes del horno exterior se encuentran a una temperatura de 280 OC. Esta radiación es una pérdida, por lo que se recomienda instalar alrededor de estos hornos, camisas de aire para recuperar la energía perdida por radiación; las camisas de aire reciben del exterior una capa de aislamiento de 1" (del tipo de lana mineral), estas camisas de aire están soldadas directamente al cuerpo del horno con sus respectivos soportes.

Cálculo de la energía perdida.

Superficie del horno estimada = 56 m2. Circunferencia = 8 m. Altura = 7 m.

Q = 56 x 10 x (280 - 40) = 134,400 kcal/hr.

Para 3 hornos

Q = 134,400 x 3 = 400,000 kcal/hr.

Los hornos trabajan 360 dias al año, entonces la energia consumida en un año es de 345,600 x lo4 kcal/año.

Esta energía representa

345,600 x l o 4 kcal/año. ....................... = 340,000 m3/año de gas natural. 1 x l o 4 kcal/m3

Suponiendo que el 70 % de esta energía se recupera, entonces se puede transmitir al material que entra al horno por arriba.

Esta energía expresada en m3 de gas natural:

Al convertir a pesos resultan 57.6 x l o 6 $/año.

La instalación de las camisas de aire con sus respectivas camisas se estima en:

Plancha de 5 mm de 60 m2 = 2.5 ton/horno + 0.5 ton refuerzos. 3 hornos cada uno 3 toneladas = 9 ton de fierro. Costos de la fabricación de las camisas = 8,000 $/kg. Costos 8,000 x 9,000 = $ 72 x lo6 Equipo adicional para 3 hornos y montaje = Total = $ 102 x l o 6

$ 30 x l o 6 .

El tiempo de recuperación de la inversión es de 1.8 años. (ver anexo 4.4.413).

instalaciones eléctricas.

De acuerdo con la visita y mediciones realizadas en una parte de las instalaciones eléctricas de la fábrica, se pudo observar lo siguiente:

1 Factor de potencia.

El factor de potencia está por debajo del limite considerado como favorable (0.9) en algunos puntos del cisterna, en los cuales no se han instalado bancos de capacitores. Esto trae corno consecuencia que se consuma más energía reactiva, io que provoca que las líneas eléctricas de distribución y los transformadores sean de mayores dimensiones, así como las pérdidas por el efecto Joule y que los cables sean aumentados. Otra acción que podría suceder es el hecho de hacerse acreedores a penalizaciones de parte de C.F.E. por este concepto. Para este caso no transciende ya que generan su propia electricidad, pero debe considerarse en el caso de que deseen conectarse a la red.

A continuación, se muestra la tabla I con valores obtenidos en los puntos muestreados.

TABLA I

~~ ~

FACTOR DE

POTEN CIA

ZAPA ZIDAD

CARGA

%

VOLTAJE

volts

SUB- ESTACION

NO.

8

13

18

19

21

26

1

5

6

9

10

11

28

OBSERVACIONES

kVA Banco de capacitores de 126 kVAr. Banco de capacitores de 186 kVAr. No conectado. Banco de capacitores de 2 5 kVAr . No suficiente, se recomienda de 60 kVAr.

1000 63.6 471 0.86

1000 58.0 455 0.86 I

~

472 9.7 0.66 1500

39.3 Banco de capacitores de 80 kVAr . No conectado.

1500 466 0.86

0.72 470

488

21.0

24.3

1000

2000 0.83

32.0 440

1000 60.5 465

41.4

440 1000

2000 450

460 1000

1000 460

450

28.7

66.2

35.8

53.7

1000

470

465

1500

1500

470 1000 48.8

Ejemplo de cbilculo.

A continuación se que se obtiene subestación.

realiza un ejercicio para determinar el ahorro al modificar el factor de potencia de una

Si se considera la subestación 21 de la tabla I, la cual tiene los siguientes datos:

FP 1 = 0.7 Demanda S1 = 210 kVA

P1 = 152 kW Ql = 147 kVAr

Se desea elevar el factor de potencia a 0.9

FP 2 = 0.9 Demanda S2 = 169 kVA

P2 = 152 kW Q2 = (16g2 - 1522)1/2 = 74 kVAr

Por lo tanto, se necesita instalar un banco de capacitores de:

Q, = Q1 - Q2 = (147 - 74)kVAr = 73 kVAr

En este caso no existe penalización por bajo factor de potencia, sin embargo, hay pérdidas por efecto Joule, l a s cuales son aproximadamente de un 4 %.

Pérdidas anuales = 152 x 0.04 x 8,000 = 48,640 kW-h/año Factor de reducción de pérdidas por modificación en el factor de potencia.

K = 1 - (FP 1 / FP 24' = 1 - (0.72 - 0.9) = 0.36

K = 3 6 %

Reducción (ahorro) = 48,640 kW-h/año x 0.36 = 17,511 kW-h/año

Si un kW-h cuesta $ 106.5 el ahorro en un año es de $ 1,864,921

2. Porcentaje de carga de transformadores.

El porcentaje de carga de los transformadores es muy bajo, por lo que se tiene capacidad en exceso de los mismos. En la tabla I se puede ver esta situación en las subestaciones muestreadas y, como se observa, el promedio de carga es del 44 %, por lo que se recomienda analizar la posibilidad de desconectar, retirar o cambiar la(s) capacidad(es) de algun(os) de ellos, sin que esto modifique considerablemente la flexibilidad del sistema; es decir, ver en detalle la posibildad de transferencias de carga

I

entre uno o un grupo de transformadores para determinar la factibilidad de retiro o cambio de los mismos por otros de menor capacidad, a fin de reducir las pérdidas en el hierro en los transformadores. A continuación se hace un ejemplo de cuantificación del ahorro que se obtiene por este concepto.

Ejemplo de cálculo.

Las subestaciones 5, 6, 8, 9, 10 y 11 se encuentran concentradas en un local. en la tabla I se puede observar, que las subestaciones 10 y 11 tienen una carga del 41 y 29 % respectivamente. Se propone retirar ( o desconectar), el transformador de la subestación 11 pasando su carga a la número 10, al calcular para esto las pérdidas, se realiza el análisis correspondiente.

Subestación 11

S = 1,000 kVA Pérdidas en el hierro = 1.8 kW Pérdidas en el cobre = 12.6 kW

Se supone que el transformador trabaja 8,000 h/año con un factor de carga de 0.29 (de tabla I). Las pérdidas serían de:

(1.8 + 12.6 x (0.29)’) x 8,000 = 22,877 kW-h/año

Subestación 10

S = 1,000 kVA Pérdidas en el hierro = 1.8 kW Pérdidas en el cobre = 12.6 kW

De la tabla I se tiene que el factor de carga es de 0.41. Por lo tanto, las pérdidas serían de:

(1.8 + 12.6 x (0.41)’) x 8,000 = 31,345 kW-h/año

De lo que se obtiene un total de pérdidas en las dos subestaciones de 54,222 kW-h/año.

Si se retirara la subestación 11, se tiene que la subestación 1 0 queda con un factor de carga de 0.7, por lo tanto, las pérdidas totales son de:

(1.8 + 12.6 x (0.7)’) x 8,000 = 63,000 kW-h/aAo

De lo anterior, se puede observar que no se obtiene un ahorro en el consumo total de energía, sino un incremento de:

63,000 - 54,222 = 9,000 kW-h/año

Sin embargo, se DEBE tomar en cuenta el ahorro que se tendria en mantenimiento y en su caso el valor de recuperación del transformador que se retira, el cual es de aproximadamente de 150 millones de pesos.

Si el costo adicional de energia gastada durante un año es de: I

900 kW-h/año x 106.5 $/kW-h = 958,500 $/año

Se tendría un ahorro de:

150,000,000 - 1,000,000 = $ 149,000,000

3. Equipos de medición.

Con la visita realizada y al analizar los diagramas unifilares del sistema eléctrico, se pudo observar la falta de equipo de medición, tanto para kW-h, como para kVAr y/o factor de potencia en algunos sectores, por lo que se recomienda, se instalen estos equipos, a fin de poder controlar por zonas, tanto el consumo de energia eléctrica como el factor de potencia, para contar con una estadística del comportamiento de estos parámetros y poder atacar en forma eficiente los problemas que se presenten.

Observaciones generales.

Se observó que las emisiones al ambiente de partículas suspendidas totales son del orden de toneladas por día, la recuperación de este material seria de un ahorro considerable por año, además de evitar los impactos negativos al medio ambiente.

La recuperación de materiales acumulados en plataformas y pisos es necesario para establecer un mantenimiento al equipo electromecánico, rodamientos e instrumentación con el fin de obtener una eficiencia óptima en los equipos antes mencionados y por lo consiguiente, un mayor rendimiento en la producción.

4.4.5 Tabla Final de Acciones.

' 102X1O6

TIPO DE MEDIDA

17,511 kW-h

Horno Vertical 1,2 y 3. Recuperación de energía de radiación por medio de camisas de aire.

1. 9x106 2. 5x106 Estimado

AHORRO DE


-----

340,000 m3

de gas

3Ox1O6 1 4 9 ~ 1 0 ~ Estimado

AHORRO ANUAL

TOTAL

Pesos

1 2 0 8 ~ 1 0 ~ I 134.5~10~

57x106

INVERSION

Pesos

Instalación de banco de capacitores en la subestación 21.

Retiro del transformador de la subestación 11.

TIEMPO DE

RECUPERA CION

Años

1.8

1.4

Inmediata

4.4.6 Comentarios de la Aplicación del Método.

En esta planta se trabajo en condiciones muy difíciles, ya que la ubicación de la misma ocasiona que tengan muchas deficiencias y debilidades en cuanto al contacto con grandes ciudades o facilidad para transportar equipo, ya que los provedores les cotizan en ocasiones hasta el doble del valor de algún equipo debido a la distancia. Por tal razón es que existen en los procesos, cosas o dejoras para poder sustituir o aliviar la necesidad de alguna refacción en lo que se provee.

El historial energético es llevado por una persona destinada, la cual lo hace muy bien, pero no sabia que hacer con ella. Se le mostraron las actividades que pudiera desarrollar al crear indices energéticos.

La planta es muy grande, por lo que al recorrerla la cartera de Oportunidades iba en aumento, debido al tiempo y la situación anteriormente citada no fue posible evaluar la mayoría, ni recomendarles todo, pero sirvió de mucho señalarlas ya que se formó un grupo que se dedicaria a llevar a cabo y a buscar nuevas oportunidades de ahorro.

La actitud mostrada no dejó nada por desear y la ayuda otorgada para realizar este trabajo, mucho menos. Lo único que fallo fue el tiempo destinado a esta planta. Aquí se recomienda dedicarle, por lo menos, seis meses a un proyecto de estas dimensiones para evaluar de mejor manera el potencial de ahorro que es muy interesante.

I

I.


INDUSTRIA QUIMICA

I

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4.5 INDUSTRIA MANUFACTURERA.

FUENTE DE ENERGIA

ELECTRICIDAD

4.5.1 Descripción del Proceso.

CONSUMO U#IDAD

9,049,392 kW-h/año

La planta se dedica a la manufactura de una gran variedad de productos eléctricos, los cuales van desde apagadores, contactos, extensiones de cable, lámparas, envoltura de algunos productos, fusibles, etc.

El nivel de producción de cada uno de los productos está en función de la demanda que se tenga de ellos, por lo que no se tiene una programación de trabajo, por la misma razón no se tiene un control de operación de las líneas de manufactura. Esto perjudica en el momento de evaluar el potencial de ahorro por línea de manufactura ya que no se cuenta o no se pueden prever las tendencias de consumo de dichas líneas.

En general, solo utilizan energía eléctrica para el funcionamiento de los motores para bandas de transporte y otras funciones, aire comprimido para algunos equipos que lo requieren y aire acondicionado.


4.5.3 Costos por Consumos Energéticos.

II FUENTE DE ENERGIA I PES08/ AÑO I % ll I ELECTRICIDAD I 962,a55,309 100.0 JI 4.5.4 Acciones Realizadas.

Las observaciones y mediciones llevadas a cabo revelan un gran potencial de ahorro y de mejora en la utilización de la energía, por lo que se plantea una serie de opciones que permitan reducir y racionalizar el consumo de energéticos en esta planta.


I

I

iluminación.

La planta cuenta con un total de 859 luminarias fluorescentes de 2 x 75 W, lo que da una carga instalada de 155 kW. Esto hace de la iluminación una carga Considerable dentro del consumo de energía eléctrica de la fábrica, con un monto de $ 1,029,150 kW- h/año, lo cual representa 109,501,636 $/año, siendo necesario un análisis detallado del mismo.

El tipo de lámpara utilizado es adecuado para el trabajo que se desarrolla en la planta debido a que tiene un buen rendimiento de iluminación por energia consumida en su tipo. Sin embargo, durante el recorrido hecho por la planta se observó que existe iluminación en exceso, siendo comprobado posteriormente con las mediciones de niveles de iluminación realizadas en diferentes zonas de la misma. Estas se muestran en el anexo 4.5.4a. Es conveniente señalar que la iluminación recomendada para áreas en donde se realizan trabajos medios en banco de taller o maquinaria es de 300 luxes y como se puede observar en el anexo citado se tienen valores de 500 a 750 luxes, lo que representa un exceso entre el 50 % y 100 %. Por consiguiente, se hace necesario realizar un estudio profundo a este respecto, sin embargo, aquí se establecen en forma general algunas alternativas para reducir el consumo de energia por este concepto.

Alternativa 1.

Retiro o desconexión del 50 % de las lámparas. Esta alternativa consiste en dejar en operación las líneas de lámparas en forma alternada. Por lo que, si se retira la mitad del alumbrado se tiene una disminución de:

859 x 75 x 1.2 = 77.31 kW

Con un ahorro de energia al año de 514,575 kW-h Si se consideran 6,656 h/año y 106 $/kW-h se tiene un ahorro de 54,750,818 $/año

Adicionalmente, se tiene un ahorro por concepto de disminución de demanda máxima de: $ 22,000 x 77 x 12 = 20,328,000 $/año Con lo que se logra un ahorro total de $ 75,000,000 al año.

Además de que se disminuye por un tiempo los costos por sustitución de lámparas viejas ya que al momento de retirar el 50 % de las lámparas éstas quedan almacenadas para reemplazo.

Alternativa 2.

Retiro o desconexión de lámparas por zonas de trabajo. Esta alternativa contempla el retiro de lámparas desde el punto de vista de las necesidades de iluminación de las diferentes zonas de trabajo de la fábrica, para lo cual se analizaron éstas en forma independiente. El ahorro calculado al igual que la ubicación de las zonas se muestra en el anexo 4.5.413.

Al calcular el ahorro de energía al año se tiene:

94,68 kW x 6656 h = 630,190 kW-h

Con un ahorro anual de:

630,190 kW-h x 106.4 $/kW-h = $ 67,052,000

Adicionalmente, se tiene un ahorro anual por concepto de disminución de demanda máxima de:

94.68 kW x $ 22,000 x 12 = 25,000,000 pesos.

Lo que da un ahorro total de $ 92,000,000 al año.

Alternativa 3.

Retiro o desconexión del 50 % de las lámparas e instalación de láminas reflectoras tipo espejo. Esta propuesta consiste en retirar la mitad de las lámparas y equipar el resto de los gabinetes con láminas reflectoras tipo espejo, con la finalidad de no disminuir en forma considerable el nivel actual de iluminación y recuperar un 80 % de la iluminación que se pierde en el gabinete. Esto se logra gracias a las caracteristicas especiales de refracción de dichas láminas, las cuales rafractan el 80 % de la iluminación que es dirigida al gabinete por la lámpara. Con lo anterior se pueden lograr niveles de iluminación mayores de 300 luxes, lo cual es muy bueno, ya que el personal no sentirá un cambio brusco y da un mejor ambiente de trabajo.

El ahorro obtenido para este caso es el mismo que en la alternativa 1 que es de 75,000,000 pesos/aÍio. Sin embargo, aquí sí se requiere realizar una inversión en la compra e instalación de las láminas reflectoras propuestas, de momento no se cuenta con el precio de las mismas, el cual se supone sea de $ 70,000 por lámina, por lo que inversión será de:

431 x 70,000 = $ 30,170,000

El tiempo de recuperación es de 0.4 años.

Observaciones y recomendaciones.

Es conveniente mencionar que existen otras alternativas para ahorrar energía en el sistema de alumbrado, las cuales pueden ser nuevas o bien una mezcla con las ya mencionadas como podrían ser:

- Eliminar una de las lámparas de cada gabinete. - Eliminar una de las lámparas de cada gabinete e instalar en los mismos láminas reflectoras tipo espejo. - Utilizar en forma eficiente el sistema de cómputo disponible para distribuir y controlar por zonas el alumbrado de la planta.

Factor de Carga.

En esta empresa el factor de carga promedio es del 65.6 % siendo este un valor bajo, lo cual ocasiona un cargo por demanda máxima que puede ser disminuido, para ello se necesita reducir esta demanda. Aun cuando la modificación de este concepto no repercute en un ahorro del consumo de energía eléctrica, si representa una racionalización de la misma, por lo tanto, es necesario analizar la curva de demanda para elevarlo al 80 % y de esta forma obtener un ahorro en el costo por concepto de energía eléctrica. Un factor de carga bajo indica que en la curva de demanda se tienen picos muy grandes durante períodos de tiempo cortos. Esto ocasiona el cargo de $ 22,000 por kW demandado. Bajar 100 kW de este pico de demanda representa un ahorro de:

$ 22,000 x l o o x 12 = 26,400,000 $/año y elevar el factor de carga al 70 %.

Para incrementar10 al 8 0 % se requiere bajar 275 kW lo que da un ahorro de:

$ 22,000 x 275 x 12 = 72,600,000 $/año.

A l analizar los picos de carga registrados por C.F.E. se puede notar que tienen lugar durante el primer turno, sin embargo, no se pudo establecer con más detalle la hora en que estos suceden, ya que la única información que se tiene corresponde a varios meses antes, requiriéndose mayor información para poder efectuar un análisis estadístico de la carga y dar la solución más adecuada.

Se recomienda que en caso de no contar con la información de los pulsos de carga de C.F .E . se instalen amperímetros gráficos o analizadores de demanda con graficador durante una semana en cada transformador, para determinar cuando y bajo que condiciones se da la demanda máxima, y con esta información definir si se decide por alguna alternativa de las siguientes:

- Arranque escalonado de motores. - Instalación de un equipo controlador de demanda.

La función del controlador de demanda, fundamentalmente consiste en un circuito de control que realiza la conexión o desconexión de carga, según se requiera de acuerdo con las prioridades establecidas, esto con el objetivo de mantener la demanda máxima por debajo de un limite definido.

Motores.

CAPACIDAD DEL MOTOR EN HP

150

50

Se realizó una revisión de los motores más grandes con los que cuenta la planta:

DESCRIPCION

Compresores de aire ( 3 )

Bombas sistemas de enfriamiento ( 3 )

5 0

4 0

Maquinas TP6 y TP7 (Cincinnati Milacron)

Maquinas TP4 y TP5 (Cincinnati Milacron)

Se observó que todos estos motores, con excepción de los correspondientes a las máquinas (C.M) , cuentan con bancos de capacitores y al tomar la lectura del factor de potencia, los valores promedio son entre 0 .9 y 0.98 , es decir, bastante buenos. Por el contrario se encontraron valores demasiado bajos (entre 0.4 y 0.7) en las máquinas C.M. Por lo tanto, es recomendable agregar capacitores a estas máquinas para así evitar entre otras cosas :

- Bajar el factor de potencia global de la planta y caer en

- Pérdidas por efecto Joule en cables y transformadores.

penalizaciones por parte de C.F.E.

Aire Comprimido.

La planta cuenta con una red de aire comprimido respaldada por tres compresores de 150 HP cada uno, dos de los cuales están trabajando en forma continua, uno de ellos como lider y el otro de respaldo, quedando el tercero como reserva.

Se recomienda tener solamente dos de los compresores en uso y dejar el tercero como reserva, operándolo una vez cada dos semanas para comprobar su buen estado y asegurar que estará en condiciones de operar en el momento que se requiera, ya sea por mantenimiento o falla de cualquiera de los otros dos compresores.

En la red de aire comprimido se observaron varias fugas en la red principal, así como en las derivaciones; éstas son constantes ya que se necesita aire comprimido las 24 horas para la operación de la planta. También se observó que algunas de las máquinas que utilizan un flujo continuo de aire este continuaba abierto aún estando paradas, lo que implica una generación de aire que se desperdicia. Como punto de referencia se hace el siguiente cálculo:

Se supone que se tienen 20 boquillas de 3 mm de diámetro abiertas continuamente. Si la red trabaja a 7 kg/cm2, se tiene un flujo de 650 litros por minuto por boquilla. La energía necesaria para proporcionar este aire comprimido es de 98 kW y si se considera que las máquinas están detenidas 2 horas diarias, se tiene que:

CANTIDAD

17

2

10

1

2 h x 260 días/año = 520 h/año

DESCRIPCION kW

Unidades de 20.2 ton (c/u) 591

Unidades de 10 ton (c/u) 34

Unidades de 8 ton (c/u) 138

Unidad de 1 ton 2

98 kW x 520 h/año = 50,960 kW-h/año y un costo de:

TOTAL 31

50,960 kW-h/año x 106.4 $/kW-h = 5,422,144 $/año

766

Se recomienda cerrar las válvulas de aire comprimido en las máquinas que no se utilicen, así como realizar pruebas en la red para determinar las pérdidas por fugas, las cuales se pueden calcular de acuerdo con los métodos del anexo 4.5.4~.

Aire acondicionado.

La planta manufacturera cuenta con un sistema de aire acondicionado formado por:

II 1 ! Unidad de 1/2 ton ! II

Se estima un uso de aproximadamente 10 h/día. Esto da un total de 3,650 h/año. Con 766 kW se tiene un consumo de 2.8 x l o 6 kW-h 1 kW-h cuesta $ 106.4, se tiene

2 . 8 x i o 6 x 106.4 = 297,000,000 $/año.

Se propone instalar un intercambiador de calor por condensación en cada una de las unidades de aire acondicionado, este equipo es capaz de reducir en aproximadamente un 18 % el consumo de energía eléctrica (Anexo 4.5.4d).

A s í , el costo total de energia por este concepto, en un año se tendría un ahorro de:

297 x l o 6 x 0.18 = $ 53.5 x l o6 .

El equipo ya instalado, tiene un costo aproximado de $ 3 x l o 6 La inversión requerida para 31 unidades de aire acondicionado es de:

31 x 3 x l o6 = $ 93 x l o 6

El tiempo de recuperación de la inversión es de 1.73 años.

AHORRO ANUAL

Pesos


INVERSION

Pesos TIPO DE MEDIDA

ALUMBRADO Alternativa No. 1

Alternativa No. 2

AHORRO DE

ENERGIA kW-h Por año

514,575

630,190 ~ ~~~ 11 Alternativa No. 3 1 514,575

I

[Aire Acondicionado I504,OOO

I 75x106 I

75x106 I 3Ox1O6

54x106 1 93x106

~ ~~

TIEMPO DE

RECUPERA CION

Mes Años

Ahorro inmediato

Ahorro inmediato

5

1.73

I

4.5.6 Comentarios de la Aplicación del Método.

Al aplicar la metodología de diagnóstico energético en esta industria se lograron buenos resultados, ya que la disponibilidad de su personal fue importante en el desarrollo del diagnóstico.

El único inconveniente que se presentó fue el de no poder evaluar el impacto de los energéticos en los costos de producción debido a la gran variedad de productos eléctricos que elaboran ( 5 0 aproximadamente) . El consumo de energía eléctrica representa el costo principal de la producción, por lo que después de la visita técnica la estratégia a seguir dentro de la planta se basó en la racionalización del uso de la electricidad, con lo que se logrará implementar planes de trabajo en función de la distribución de tiempos de uso de equipos para reducir los cargos por demanda máxima y bajo factor de potencia.

Los resultados fueron muy interesantes para la empresa, más aún porque las inversiones son minimas o nulas en cada propuesta, además de fáciles de aplicar. El tiempo fue suficiente, la actitud tomada en cuanto al trabajo realizado fue muy positiva, ya que planean aplicar las mismas acciones o similares a otras plantas de su tipo.


INDUSTRIA MANUFACTURERA

NIVELES DE ILUMINACION MEDID08

Dimmers.

Miscelánea.

Switches. Receptáculos.

Rosa.

Amarilla.

Botes.

Verde.

Prensas.

Tool Room.

M. Inyección.

M. Compresión.

Almacén.

Tool Crib.

Envoltura.

ti I

~ _ _ _

550 - 700 500 - 600 600 - 800 500 - 650 650 - 800 550 - 700 600 - 750 750 - 800 400 - 550 300 - 650 450 - 550 500 - 600 300 - 400 500 - 550 450 - 500

II SECCION I LUXES

20 I

13

I

14

1 IS

16

s

ZONA

Pasillos

1 2 3 4

CARGA CARGA NUMERO DE NüMERO DE ACTUAL PROPUESTA LAMPARAS LAMPARAS

íkw) íkw) ACTUAL PROPUESTAS

30.24 5.12 336 168

3.78 42 3.60 7.65 40 85 4.32 48 3.60 40

8 I 3.24 1 1.62 1 36 18 II

5

6

7

9 I 5.40 I I 60 I O ---- II

~~

4.86 1.44 54 16

2.88 1.44 32 16

5.40 60 O ---e

II 10 I 2.70 I 0.90 I 30 I 10 4.50 I 0.45 50 5

12

13

3.78 1.89 42 21

3.60 0.45 40 5

15 ! 5.22 ! 2.61 ! 58 I 29 II I 1.80 0.45 I 20 I 5

21.42

18 5.40 1.80 ! 60 20 II

9.00 238 100

17 I 5.94 I 2.70 66 30

I 8.10 2.70

Ahorro en kW: 94.68

Ahorro en lámparas: 1052

90 30

20

21

22

23

6.48 6.48 72 72

7.02 1.17 78 13

4.68 0.81 52 9

12.44 1.80 80 20

TOTAL 155.16 60.48 1724

-..-

Ai\(€XO #o. 4.s.4.c

La vigilancia y mantenimiento rigurosos son necesarios para evitar grandes fugas de aire, por lo que es importante conocer la cuantía de las fugas. Se proponen dos métodos para evaluar dichas pérdidas en fugas.

ler método (Ver figura 1).

- Asegurarse de que estén cerradas las válvulas 3, 4 , 5 , 6 y 7 y trabajar con un compresor, subir la presión efectiva en el manómetro situado en el de Ósito acumulador hasta la de servicio, por ejemplo 7 kg/cm. P

- El compresor en este momento queda funcionando en vacio y se mide el tiempo que trancurre en bajar la presión del manómetro a una presión determinada, por ejemplo 5 kg/cm2 (t, en minutos).

- Se pone en marcha el compresor y se mide el tiempo que transcurre en subir la presión del manómetro de 5 a 7 kg/cm2 (t2 en minutos).

Siendo V (Nm3/min) el caudal nominal efectivo del compresor, las pérdidas serán:

v(~m~/min) * t, (min) ~ ( ~ . ~ / m i n ) = . . . . . t , (min) + t, (min)

Con el fin de evitar posibles errores se realiza la medición 3 Ó 4 veces, obteniendo el valor medio de ellos.

Igualmente con el fin de disminuir errores interesa que el intervalo de presiones sea lo más amplio posible.

2’. Método (Ver figura 1).

Este segundo método se aplica conociendo el volumen de la red A (Nm3), y siguiendo el método anterior de poner la red, por ejemplo, a 7 kg/cm2 y medir el tiempo (t en minutos) que transcurre hasta que el manómetro baja, por ejemplo, a 5 kg/cm2.

Las pérdidas serán:

P(Nm3/min) = A* (7 +1) (Nm3/min) -A* ( 5 +1) (Nm3/min) t (min)

I

I

I

x ..---- -.---,- I-

CONCLUSIONEB.

El ahorro de energía no es de ninguna manera un concepto novedoso dentro de la política energética a nivel internacional, durante casi dos décadas numerosos países han venido instrumentando acciones y programas relacionados con el tema, los resultados han sido muy significativos. Este proceso que fue diferente entre países en forma y contenido, según su menor o mayor dependencia externa del petróleo y también a la toma de conciencia de lo peligroso que resulta la dependencia en un campo estratégico como es el de los energéticos.

La evolución del consumo de energía en México en los Últimos 25 años muestra un uso intensivo e ineficiente, resultado de una política de promoción industrial basada en energía barata. Es por ello que los altos consumos unitarios de energía se debieron al bajo precio de los combustibles y al hecho de que nuestra industria se desarrolló con equipos y procesos diseñados sin tener en cuenta la eficiencia energética. Por lo que al aplicar en México políticas de uso eficiente de la energía y múltiples recomendaciones para actuar a este respecto, los resultados han sido muy limitados.

Es por eso, que la metodología que se plantea en este trabajo es muy importante, ya que es de fácil aplicación, bajo costo, accesible y de resultados considerablemente buenos en corto tiempo; características que la colocan en muy buena posición para ser considerada y aplicada a nivel nacional, con la finalidad de buscar, con el ahorro de energía, contribuir a incrementar la productividad de toda empresa y alcanzar una mayor competitividad en los mercados internacionales; alargar la vida de las reservas de hidrocarburos y de los equipos instalados en las plantas industriales, liberar recursos de inversión hacía otras actividades de interés para el desarrollo de la compañía y, lo más importante, la concientización de las personas encargadas de estos grandes consumidores de energía.

Para corroborar las ideas antes expuestas se aplicó la metodologia de diagnóstico energético a diferentes plantas, las cuales abarcan importantes ramas industriales como lo son la química, metal- mecánica, cementera, vidrio y manufacturera.

El hecho de aplicar la metodología propuesta en cinco empresas de distintas ramas industriales es con el fin de mostrar diferentes procesos productivos y tomarlos como ejemplo para la detección de potenciales de ahorro, lo cual no signifíca que sean los Únicos o los típicos problemas de la rama; aún en dos plantas del mismo ramo se encuentrán situaciones muy variadas, ya que, así como en una es de gran importancia llevar a cabo una acción, en otra no es factible realizarla pués hay muchos factores que están inmiscuidos, tales como el tamaño de l a empresa, la capacidad de produccibn, la situación geográfica, la preparación del personal que labora allí, el mercado del producto, el poder adquisitivo de la empresa, etc. Por lo que deben tomarse con carácter de ejemplos.

A l evaluar los resultados obtenidos en cada punto del método con respecto a las distintas industrias se observa que el comportamiento es muy diverso ya que, por ejemplo, en algunas plantas existe información histórica detallada, la cual es actualizada con cierta frecuencia y en otras no se cuenta ni siquiera con las facturas de sus consumos energéticos.

Con el ejemplo anterior queda claro que uno de las principales obstáculos a librar en la aplicación de los diagnósticos energéticos es la disposición de la gente y la preparación que tengan para entender los efectos que puedan suceder en la situación actual de la empresa en la que trabajan o de la que se sean dueños, con la aplicación de acciones para mejorar los procesos de producción o los malos hábitos adquiridos con el tiempo.

De los resultados obtenidos, se observa que el potencial de ahorro asimilado en una semana de estadía en planta es bastante interesante ya que, de aplicarse las acciones propuestas, y transcurrido el tiempo de recuperación en los casos en donde se requiera realizar una inversión, la economia y la perspectiva de estas plantas crecerá gracias a las gananciastanto económicas como técnicas, por io que al lograr éxitos en este aspecto se iniciará la concientización energética y despertará, en las personas que lleven a cabo este trabajo, la imaginación para poder detectar y desarrollar más acciones en mejora de la planta.

Algo que es necesario señalar son las debilidades de la metodologia empleada. En la mayoria de los casos se habló de que la posibilidad de detectar y evaluar potenciales de ahorro creceria en función de que aumentara el tiempo de residencia en planta, por lo menos dos dias más. Lo anterior se presenta cuando se trata de plantas grandes, situación que se notó en los casos de las plantas química, metal-mecánica y cementera, en las que el tiempo fue un factor determinante. Debido a éste fue necesario seleccionar las oportunidades de acuerdo con su potencial de ahorro y factibilidad de evaluación. Otros puntos sólo quedaron a manera de recomendación o señalamiento para que se le dedique tiempo de estudio por parte de los empleados de la planta. En las industrias del vidrio y manufacturera no hubo tal problema, ya que en una imperaba la parte térmica y en la otra la eléctrica; razón por la cual se facilitó el diágnostico, dejando únicamente la parte que más impactaba los costos de producción. Esta situación puede traer consecuencias graves, ya que también se trata de concientizar a la gente en el uso racional y eficiente de la energía en todas sus formas y no exclusimante de señalar cual es más importante para la fábrica.

De lo anterior, se puede concluir que para plantas de tamaño grande y que utilicen en porcentajes semejantes los diferentes tipos de energías, se debe pensar en trabajar durante siete dlas completos para lograr mejores resultado, ya que se evaluarán mayores oportunidades de ahorro al desarrollar la Metodología de Diagnóstico Energético para Plantas Industriales. Para fábricas pequeñas, en las que sus consumos energéticos no sean tan grandes o que hagan uso, con mayor porcentaje con respecto a los demás, de un solo energético se puede desarrollar la metodologia en los cinco días programados.

Impulsar las medidas de ahorro y uso eficiente de energla que se proponen al aplicar la metodología de diagnóstico energético para las nación y las industrias se convierte entonces, en una fuente de suministro adicional a las tradicionales. En lugar de construir nuevas instalaciones para proveer de energía eléctrica o de extraer mayor cantidad de hidrocarburos, estos pueden ser repartidos a otros nuevos usuarios o, en el caso de una empresa, crear líneas de producción que hagan uso de energía recuperada y de productos de desperdicio, todo con el objetivo de hacer un uso eficiente y racional de la energía para mejoramiento de la competividad y productividad con el menor impacto ambiental.

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[ 3 5 ] Transferencia de Masa. Fundamentos y Aplicaciones. Anthony L. Hines. Robert N. Maddox. Primera edición en español. Editorial Prentice-Hill Hispanoamericana, S.A.

1361 Mecánica de Fluidos. Frank M. White. Primera edición en español. Editorial McGraw-Hill. México, 1984.

[37] Mecánica de Fluidos. Raymond C. Binder. Primera edición en español. Editorial Trillas. México, 1978.

Transferencia de Calor Aplicada a la Ingeniería. James R. Welty. Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad Oregon, Corvallis Editorial Limusa, México 1981. Primera reimpresión.

Calor y Termodinámica Mark W. Zemansky. Richard H. Dittman. Sexta edición. Editorial McGraw-Hill. México, D.F.

Estatal de

Principios de Transferencia de Calor Frank Kreith. Ingeniería Mecánica de la Universidad de Wisconsin, Colorado. Editorial Herrero Hermanos, Sucesores, S.A. Segunda edidión. México.

Termodinámica Química para Ingenieros. Richar E. Balzhiser. Michael R. Samuels. John D. Eliassen. Editorial Prentice-Hall Internacional. Madrid España.

Curso Modular de Termodinámica Richard K. Irey. Ali Ansari. James H. Pohl. Volumenes 1, 2 y 3. Primera Edición. Editorial Limusa, México. México, D.F.

Introducción a la Ingeniería y al Diseño en la ingeniería. E.V. Krick. Lafayette College. Easton, Pennsylvania, E.U.A. Seguna edición. Editorial Limusa, México, México, 1974.

ANEXO 1

FORMATOS DE CONTROL ESTADISTICO

C W O DE EpIIIPOS DE AIRE CWRIMPO

efianda en Conswo en kU-h

Presion.de Presion de Dimetro a Fox. k U aproxinrdo gencracion trabado de fugas o k a s

bras de so por d i a

Observaciones ias de usc or sefiana

CERO DE CllRGll DE MiORES ELECIR1C;OS

i o r r i e n t e ioninal

ases

-

c o r r i e n t e consumo r e a l ntnsual

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erario en :ue se usa

sencia l

,en ti f i cac i on l a carga

n t e m i t e n t e e apoyo

- ioras de .so/dia

h a s por :enana

PODER PRECIO COSIO IONELADAS LIIROS HA3 kU-h AL

kcallkg pesos TIPO CALORIFIC0 UNIIMIO AL A N O AL ANO AL ANO AL ANO ANO

b ELECIRICIDAD ¡ I I I I I I GAS I I I I I I I COHBUSIOLEO I I I I I I I CARBON I I I I I I I 01R1S I I I I I I I IOIAL I I I I I I I

I

1

i I

I

--

MERGIl CONSUHIM POR UNIMD DE PRODUCTO

I I I I

I I I I I

I I

IIPO DE ENERGIA LINEA 1

ELECIRICIDAD kU-h -Hotores

LINEA 2 LINEA 3 LINEA 4 LINEA 5 LINEA 6 LINEA 7

I l l ~~

-Aire cofiprimido I I I I I I

I I I I -Alwbrado

GAS NAIURAL I I I I I I I COHBUSI OLE O I I I I I I I VAPOR I l 1 1 1 1 1 ENERGIA EHPLEADA

( k c a l , kU-h)

COS10 DE LA ENERGIA EHPLEADA

( pesos 1

PRODUCCION IOIAL I ENERGIA CONSUHIDA

PRODUCC I ON -----------------

COS10 DE ENERGIA CONSUHIDA

USO DE ENERGIA LINEA í LINEA 2 LINEA 3 LINEA 4 LINEA 5 LINEA 6 LINEA 7

I Agua caliente (kcal) I I I I I I I Refrigeracion (kcal) I I I I I I I Alwbrado (kU-h) I I I I I I I

~~

I I Ti Aire acondicionado (kcal) 1 H u e r o de horas a l Mes

i

OFICINAS Y 11 LOCALES NO INDUSIRIALES

OIROS 101AL I ZONA 1 ZONA 2

2 ( 6t4 1 2 > 6t4 I 2 ( 6n 1 2 ) 6n I

NIVEL DE

ILUHINACION

(E) en luxes I I I I

NOTI: z es la distancia de la lwpara a e l piso,

ANEXO 2

FUNDAMENTOS DE ENERGIA ELECTRICA

Algo que se debe tener presente son las tarifas actuales de los energéticos pues estos repercuten en la economía de la empresa; también es importante el manejo de la información contenida en las facturas, asi como obtener de ellas los datos que a veces no vienen incluidos, pero que son de gran utilidad. En este ámbito existen muchas dudas del manejo de la información. A continuación se mostrarán algunas de ellas y como resolverlas.

8NERGIA ELECTRICA.

Para los fines de este trabajo sólo se considerán las tarifas 3, 8 y 12, que son las más utilizadas en la industria.

Tarifa 3. SERVICIO GENERAL PARA MAS DE 25 kW DE DEMANDA. Esta tafifa se aplicará a todos los servicios que destinen la energía en baja tensión a cualquier uso, con demanda de mas de 25 kW, excepto a los servicios para los cuales se fija específicamente su tarifa.

Tarifa 8. SERVICIO GENERAL EN ALTA TENSION. Esta tarifa se aplicará a los servicios que destinen la energía en alta tensión a cualquier uso, con una demanda inicial de 20 kW o más.

Tarifa 12. SERVICIO GENERAL PARA TENSIONES DE 66 kV O SUPERIORES. Esta tarifa se aplicará a los servicios que destinen la energía a cualquier uso, suministrado a tensiones de 66 kV o superiores.

Una una nota importante es que estas tarifas reconocen el factor de carga (F.C) del servicio, de tal forma que mientras el F.C se aproxime a la unidad; el costo medio por kilowatt-hora disminuye; ya que a mayor factor de carga, menor costo por kW-h.

La información más usual que brinda la mayoría de las empresas es la que viene descrita dentro de las facturas eléctricas que les proporciona la Compañía Federal de Eléctricidad (C.F.E.). La figura No.1 muestra un ejemplo de uno de estos recibos, del cual se hará und descripción de la información incluida y el uso que de ella se puede hacer.

FACTOR DE CARGA (F.C.).

El factor de carga es un indicador de la relación entre la demanda media y la demanda máxima ocurrida en un período de tiempo determinado. La ecuación No.1 muestra la relación.

DEMANDA MEDIA kW-h REGISTRADOS

DEMANDA MAXIMA HORAS DEL PERIODO * DEMANDA MAXIMA (1) F.C = -------------- = ..................................

En donde la demanda es la capacidad (kW) del equipo que se conecta ai sistema eléctrico para transformar la potencia eléctrica en

potencia mecánica o calorifica.

La demanda máxima es la energía promedio sobre un intervalo específico, este intervalo es de 15 minutos.

Cuandd el factor de carga es bajo significa que se tiene una mala utilización de las instalaciones eléctricas, ya sea por descuido de los equipos o mala distribución de los tiempos de funcionamiento de dichos equipos.

FACTOR DE POTENCIA (F.P.) rn

El factor de. potencia es la relación aritmética entre la energía Útil suministrada y la energía total requerida. Sólo es merecedor de un cargo o multa cuando es menor de 0.85. Este valor depende de la carga del usuario y afecta el uso adecuado del sistema eléctrico. Por lo tanto, el factor de potencia es un índice que considera las pérdidas en los sistemas eléctricos debido a las cargas reactivas. Dentro de una planta industrial se encuentran dos diferentes tipos de cargas, las cargas resistivas y las cargas reactivas.

Las cargas resistivas toman corrientes que se encuentran en fase con el voltaje aplicado a la misma. Consecuentemente, la energía eléctrica que consumen se transforma totalmente en trabajo mecánico, en calor o en cualquier otra forma de energía. Este tipo de corrientes se conocen como corrientes activas.

Las cargas reactivas toman corrientes que se encuentran desfasadas noventa grados con respecto al voltaje aplicado a la misma. La energía eléctrica produce campos eléctricos o magnéticos que no son capaces de producir trabajo útil, sin embargo son indispensables para el funcionamiento de algunas máquinas. Este tipo de corrientes se conocen como corrientes reactivas.

Una carga real siempre puede considerarse como compuesta por una parte resistiva y otra reactiva, ver figura No.2. En cargas como aparatos de calefación y lámparas incandescentes puede considerarse nula la parte de corriente reactiva; sin embargo, las cargas representadas por lámparas fluorescentes, motores eléctricos, transformadores y hornos de inducción, la parte reactiva comparada con la parte resistiva suele ser mayor. Las cargas reactivas, por lo general, son de naturaleza inductiva. En estos casos, además de la corriente activa necesaria para producir la función deseada (calor, trabajo), la carga también toma la parte adicional da corriente reactiva para energizar los circuitos magnéticos de los equipos que lo tengan y representan una carga adicional de corriente para el cableado y de la generación en sí. La ecuación No.2 muestra la manera de obtener el factor de potencia.

POTENCIA UTIL kW kVARh F.P. = ------------------ = ----- = cos e = Cos(Arc tan (-----

POTENCIA APARENTE kVA kW-h 1)

Cargo por bajo factor de potencia (C.B.F.P).

Para obtener el costo por bajo factor de potencia se puede utilizar la siguiente relación (Ecuación N0.3).

0.85

F.P. C.B.F.P. = ((------ - 1) * 100 % ) . (3)

Que es el porcentaje de incremento en la factura antes de aplicar el impuesto.

La Compañía Federal de Electricidad por cada kW-h cobrado, sumistra 0.62 kVARh sln cargo (este valor equivale a un factor de potencia igual a 0 . 8 5 ) , si el usuario consume más de 0.62 kVARh por cada kW- h se aplicará un cargo por bajo factor de potencia.

En resumen la información que se puede obtener de la factura de consumo de energía eléctrica es:

Cargo por

Cargo por

Cargo por

Cargo por

demanda máxima = ( Demanda máxima medida ) * ( $/kW ) .

energía = ( kW-h registrados ) * ( $/kW-h ) 0.85

bajo F.P. = ( ( ---- - 1) * 100 %) * ( (Cargo por energía) F.P.

+(Cargo por demanda maxima medida)).

medición en baja tensión = (Cargo por demanda máxima + cargo por energía) * O. 02.

Total a pagar = ( Cargo por energía + Cargo por demanda máxima + cargo por bajo factor de potencia + cargo por medición en baja tensión ) * 1.15 %

Otro inciso a desarrollar, es el levantamiento de un censo de carga.

Se debe iniciar con los motores eléctricos. La figura No.3. es de gran ayuda pues incluye la demanda que produce, consumo mensual de energía aproximado, datos de placa y algunos datos más que pueden ser proporcionados por el ingeniero de planta. Obtener el factor de carga es primordial, ya que la mayoría de los motores no se utilizan a su potencia nominal, por lo que se hacen mediciones para obtener una corriente típica promedio y con la ecuación No.6. obtener el factor de carga (F;C.).

Carga típica Corriente real

Carga nominal Corriente nominal F.C. = --------------- = ------------------ ( 9 )

La eficiencia se calcula con ayuda de la ecuación No.7.

Como los motores no usan la carga en forma continua y liberan menos potencia que la reportada en la placa, entonces para determinar la potencia real en el eje se hace uso de la ecuación No.8.

kW Potencia real = HP nominales * (0.76 ---- ) * ( F.C. ) (11)

Potencia suministrada = (12)

en el eje HP

(3 )4 * VL * IL * F.P. En donde V1: Voltaje de línea.

11: Corriente de línea. FP: Factor de potencia.

COMISION FEDERClL DE ELECTRICIDÁD R E G . F E D . C A U S . C F E 3 7 0 8 1 4 F A L L A S D E S E R U I C I O A V I S A R A :

PARA A C L A R A C I O N E S D I R I G I R S E A : 1 -

I MES F A C T . F E C H A L I M I T E D E P A G O .

P E R I O D O D E [ [ CONSUMO UMERO CUENTA

1s T I P O D E NUMERO D E L E C T L E C T D I F E R E N C I A M U L T I P L I C A D O R -

A N T E R I O R Q C T U ~ L MEDIDOR MEDIDOR

MINIM0 MEDIDA R E G I S T R R D O S

PAGRR E N E R G I A B A J O F . P .

MEDIDA E N B T .

DEMAND A MAXIMA

S LO ES U Á L I O C O RECIBO CON EL SELLO Y L Á FIRMÁ DEL CÁJERO ‘TCER~ ‘f E E a c f o ~ DE NUESPRA s % QUINClS REGISTRÁDORÁS -

I

POIENCIA

en la flecha HP I

CORRIENTE CORRIENTE LIERIIA I CoNT*NUA M TRES FASES

I * E * N - I * E * N * F,P, I * E * N * 1.73 * F.P. 1 746 7 46 746

AHPERES HP * 746 HP * 746 HP * 746 Conociendo HP

E * N * F.P, 1.73 * E * N * F.P.

AHPERES kU * 1üW kU * 1000 iu * ieee

17 1 I 1.73*E*F.P, Conociendo kU

FACIOR DE U

POIENCIA I UNITARIO I -

E * I

rr Conoc i endo kUA

I U

1, 7 3 * E * I

kUA * 1W

E

l kU I * E

I kuA

HP : Potencia en caballos, I : Corriente, en ripens, N : Eficiencia, en decimales, id : Potencia, en kilowatts. E : Tension, en volts. W : Potencia aparente, en kilovolts

nperes. F.P. : Factor de potencia, Mn : Revoluciones por minuto. ? : Nwero de polos,

Y : Potencia, tn Uatts, t : Frecuencia,

ANEXO 3

COMBUSTIBLES

GAS NATURAL.

La composición típica del gas natural es:

Metano 94.0 % Etano 3.0 % Propano 1.0 % Butano 0.5 % Otros 1.5 % -------

100.0 %

Las variaciones de poder calorífico están en función de la composición específica de cada gas, ya que mientras más hidrocarburos pesados contenga, mayor será su poder calorífico.

Hay tarifas de gas natural para uso doméstico, comercial e industrial. En la industrial, el costo total de la facturación depende del costo por cada metro cúbico y del poder calorífico del gas.

El costo por metro cúbico lo impone la Secretaría de Hacienda y Crédito Público y la corrección del poder calorífico corre a cargo de PEMEX. La corrección del poder calorífico (C.P.C) se establece en la ecuación N0.5.

Donde: P.C. : Poder calorífico. P.C.B : Poder calorífico base = 8889 kCal/m3

= 1000 BTU/ft3

Si C.P.C. > O se la carga al usuario. C.P.C < O se le bonifica al usuario.

Total a pagar = [((Consumo en m3) * ($/m3)) + ( ( % C.P.C) * (consumo en m3) * ( $ / & I * 1.15.

COMBUSTOLEO.

El combustóleo es un líquido resultante de la refinación del petróleo crudo, después de haber extraído las gasolinas, petróleo diáfano y aceite lubricante. Su poder calorífico promedio es de 10180 kcal/kg. El costo en México es por zonas y se ajusta contfnuamente. Hay varios tipos de combustóleo.

DIESEL

El poder calorífico del diesel es de aproximadamente 10860 kCal/kg y el costo varía al igual que el combustóleo.

A N E X O No. 4

OPORTUNIDADES DE AHORRO DE ENERGIA

1. GENgRACION Y CONDUCCION DE VAPOR (CALDERAS)

El objetivo de las calderas es producir vapor a presiones por encima de la atmosférica, a partir de la energía de un combustible. Este vapor será utilizado más adelante en diferentes funciones de la fábrica; dentro de las aplicaciones que puede tener el vapor está desde la aportación de calor hasta movimiento de máquinas.

En los Últimos cien años, las calderas de vapor, han alcanzado grandes avances tecnológicos, lo cual permite la combustión de grandes cantidades de combustible con alto rendimiento, a la vez que se ha logrado un conocimiento profundo de las propiedades del agua y del vapor tanto desde el punto de vista termotécnico como en lo relativo 'al tratamiento del agua, incrustaciones, corrosión. Además, gracias a los logros en la investigación de la ciencia de los materiales, existe la factibilidad de utilizar aceros y aleaciones capaces de soportar mayores presiones y temperaturas y que resistan mejor a la corrosion, con altos niveles de seguridad.

Actualmente el tamaño de las calderas de vapor abarca una amplia gama de posibilidades: va desde la pequeña caldera de calefacción hasta las grandes unidades capaces de producir el vapor suficiente para generar 1000 MW eléctricos. Sin embargo, en este trabajo se tratará básicamente lo que respecta a calderas industriales, de tamaño pequeño o mediano.

Clasificación de calderas.

Con base en la posición relativa entre el agua y los gases de combustión, las calderas térmicas se dividen en pirotubulares y acuotubulares.

En la calderas pirotubulares, los gases de la combustión son obligados a pasar por el interior de los tubos que se encuentran sumergidos en el interior de la masa. Todo el conjunto, agua y tubos de gases, se encuentra rodeado por una carcasa exterior. Los gases calientes al circular por los tubos ceden su calor sensible, el cual se transmite a través de la pared del tubo al agua, la cual se calienta al mismo tiempo que la parte del agua cercana a los tubos se vaporiza.

La configuración de estas calderas impone restricciones en su diseño y utilización. La presión de trabajo de estas calderas no excede normalmente de 20 kg/cm2, ya que presiones mas altas obligarían a espesores de la carcasa demasiado grandes. La máxima producción de vapor suele ser del orden de 25 t/h de vapor. Las calderas pirotubulares varían en cuanto a la forma del hogar.

Las calderas acuotubulares pueden variar desde pequeña producción de vapor, hasta las grandes de centrales térmicas, que funcionan en condiciones supercríticas del vapor. En la industria se utilizan las calderas de vapor acuotubulares a presiones inferiores a 64 kg/cm2 y temperaturas inferiores a 450OC. Existen dos tipos de calderas acuotubulares compactas: las de hogar integral pequeño y las de hogar integral grande.

Las de hogar integral pequeño son de hasta 30 t/h de capacidad de vaporización o más. Están recubiertas de unas paredes membrana. El tiro es forzado y los quemadores van incluidos en la caldera.

Las de hogar integral grande son calderas de hasta 200 t/h de capacidad de vaporización.

Actualmente se utilizan calderas grandes ya que los costos de inversión, mantenimiento y mano de obra disminuyen relativamente al aumentar el tamaño de la caldera; en el caso de las centrales eléctricas se tiende a la instalación de cada turbina de vapor sea conectada a una sola caldera. Los factores importantes en el diseño de las grandes calderas son alta presión de vapor, alta temperatura del vapor y sobrecalentamiento. .

Al trabajar alta presión la temperatura de saturación es también alta y la diferencia de temperatura gases-vapor de agua es baja. por ello se utilizan calentadores de aire para aprovechar el calor sensible de los gases a la salida del economizador.

GENERACION Y CONDUCCION DE VAPOR (CALDBRAS)

[ I 3 - Verificar las partes de trabajb: - Unidad. - Fecha y hora. - Flujos de: - Combustible. - Aire. - Gases de combustión. - Datos de combustión. - % de C02 y de CO. - % de 02. - Exceso de aire. - Combustible. - Gases en distintos puntos del circuito. - Aire en distintas partes del circuito. - Producto en distintas fases. - Combustible. - Gases en distintos puntos del circuito. - Aire en distintos puntos del circuito.

- Temperaturas del:

- Presiones de:

- - Operaciones rutinarias efectuadas.

Incidencias que se han producido.

- Observar todos los equipos. - Purgar todos los lodos de las calderas. - Limpiar las copas y cañas de quemadores. - Soplar la caldera y equipos de recuperación. - Purgar los niveles de agua. - Analizar el vapor. Si se producen arrastres averiguar las causas. - Analizar el agua de alimentación y del interior de las calderas.

- Analizar las partes de trabajo. Si se producen datos anormales, averiguar las causas. Limpiar la salas de calderas. - Comprobar que los motores y el equipo auxiliar de la caldera funcionan correctamente. - Calcular y representar gráficamente la eficiencia de las calderas. - Comprobar que la purga automática de las calderas purga la cantidad correcta. - Purgar el depósito nodriza y el del almacenamiento de combustible. - Comprobar que los datos que se indican en las partes de trabajo son reales.

, - Medir el consumo eléctrico de todos los servicios. - Limpiar todos los equipos. - Comprobar las correas de transmisión. - Comprobar los cierres en sistemas de gases o líquidos a presión

- Calcular los rendimientos de la caldera a diferentes

- Calcular el rendimiento de la caldera directamente con datos de

en bombas, ventiladores, etc.

capacidades con base en los datos de las partes de trabajo.

contadores y facturas de los suministros de energia. Relacionar los consumos de combustible con la producción. Revisar el estado de refractarios, aislantes y cierres de las calderas. Revisar la estanqueidad de los conductos de gases y aire. Observar el estado de limpieza de los tubos en el lado de los humos. Revisar la instrumentación. Comprobar las válvulas de seguridad. Comprobar el funcionamiento correcto de la regulación de nivel. Comprobar la red de combustible en cuanto a temperaturas, aislamiento, bombas, sistemas de calefacción, etc; y limpiar los filtros cuando sea preciso. Revisar los equipos de combustión. Limpiar los conductos de aire de entrada a la caldera y comprobar las entradas de aire al cuarto de calderas. Observar el estado de limpieza de los tubos en el lado del agua . Recalibrar todos los medidores e instrumentacion. Comprobar y sellar fugas en los hogares de calderas. Reparar refractarios. Limpiar mecánica y quimicamente las calderas por el lado de gases y el lado de agua.

Analizar los ciclos de trabajo de las calderas y mantener en servicio las más eficientes. Evitar mantener las calderas de reserva en presión. Intentar reducir las variaciones bruscas de carga. Programar paradas de las calderas para efectuar un mantenimiento preventivo. Efectuar pruebas en las calderas para obtener los valores típicos de su funcionamiento. Representar estos valores mediante diagramas de SANKEY u otro método. Generar el vapor a la mínima presión posible. Utilizar los sistemas más eficientes a su máxima capacidad y los menos eficientes sólo cuando sea necesario. Establecer un programa adecuado de distribución de cargas: haciendo funcionar a mayor carga las calderas más eficientes. Utilizar vapor de proceso a la presión mínima posible. Evitar la apertura rápida de las válvulas. Averiguar la temperatura idónea del combustible para que sea quemado. Estudiar la posibilidad de introducir el agua al economizador a mayor temperatura. Analizar los consumos de energía eléctrica. Minimizar las purgas de la caldera mejorando el tratamiento del agua de alimentación. Reutilizar los condensados en el circuito de agua de alimentacion. Programar el trabajo de motores eléctricos para que el consumo sea mínimo. Analizar las operaciones de arranque y parada de la caldera se efectúan de la forma más eficaz. Impedir la salida de gases en hogares presurizados. Reducir las entradas de aire en hogares de depresión.

Sustituir las calderas de vapor por otras de mayor rendimiento. Cambiar el combustible empleado por otro: gas natural o carbón. Sustituir los equipos de combustión por otros de mayor rendimiento. Instalar equipos para optimizar la combustión. Afíadir aditivos a los combustibles. Instalar economizadores o calentadores de aire para recuperar el calor de los gases. Reparar grietas en mamparas de paso de gases y cierres. Aislar la parte posterior de las calderas. Instalar sistemas para recuperar calor de las purgas de las calderas. Automatizar la purga de las calderas. Instalar en las calderas separadores de agua. Recalentar el vapor para evitar condensaciones en líneas. Sustituir las calderas por otras de mayor presión y temperaturas y generar energía eléctrica. Modificar el recalentador para elevar la temperatura de recalentamiento al máximo que admiten las turbinas.

Instalar un condensador. Sustituir los purgadores por otros más adecuados. Introducir directamente en calderas los condensados de muy alta temperatura. Hacer que los ventiladores aspiren el aire comburente de la zona más caliente de la sala de las calderas. Ajustar la presión de las bombas a las necesidades. Instalar equipos para el tratamiento del agua de alimentación. Instalar turbobombas para el agua de alimentación de calderas. Sustituir los motores eléctricos sobredimencionados por otros más ajustados y con mejor factor de potencia. Sustituir la instrumentación obsoleta. Instalar equipos para el control continuo del nivel de agua en las calderas. Mejorar la instrumentación, control y medida con la utilización de sistemas computarizados. Instalar reguladores electrónicos de velocidad en bombas y ventiladores. Eliminar todas las fugas en tuberias, válvulas y accesorios.

2. GENERACION Y CONDUCCION DE CALOR (HORNOS)

El proceso de calentamiento en un horno es un proceso que no siempre se realiza de la misma forma, ya que depende del tipo de horno y del método elegido. Puede variar desde un simple calentamiento de un lingote de acero por medio de gases de combustión, hasta el proceso que se da en los convertidores, donde componentes del mineral se oxidan aportando nuevo calor a el proceso de un alto horno donde mineral y combustible se encuentran mezclados.

Para poder controlar el calentamiento del producto, hay que hacerlo a través de ciertas variables medidas en el interior del mismo, en determinados'puntos claves. Estas variables son flujo, temperatura y presión.

Para clasificar los hornos se consideran los siguientes aspectos: - Tipo de producto para que se destine el horno. - Sistema de calefacción utilizado. - Zona de temperaturas en las cuales ha de trabajar el horno. - Cantidad de producto a calentar. - Forma de funcionamiento. - Características especiales de cada fabricante para un mismo tipo

de horno.

Los hornos pueden ser intermitentes o continuos. En los intermitentes se introduce el producto y se cierra el horno, manteniendo el producto en su parte interior el tiempo preciso para el tratamiento, sacándolo a continuación y realizando una nueva carga posterior.

En los hornos continuos la carga entra en forma continua por una zona y sale por otra estando en contacto con los gases.

Son 2 tipos de calefacción: Combustión. Hornos eléctricos.

Los de combustión son los más utilizados en general en la industria, el elemento calefactor está constituido por los gases de combustión que bañan el producto.

Los hornos eléctricos son muy utilizados en la industria metalúrgica y se utilizan básicamente en la fabricación de aceros y otros metales los hornos eléctricos pueden ser de dos tipos:

- De conducción de arco. - De inducción.

GENERACION Y CONDUCCION DE CALOR (HORNOS) 111

Verificar las partes de trabajo: - Unidad. - Fecha y hora. - Flujos de: - Combustible. - Aire. - Gases de combustión. - Datos de combustión. - % de C02 y de CO. - % de 02. - Exceso de aire. - Combustible. - Gases en distintos puntos del circuito. - Aire en distintas partes del circuito. - Producto en distintas fases. - Combustible. - Gases en distintos puntos del circuito. - Aire en distintos puntos del circuito.

- 'Temperaturas de:

- Presiones de:

- - Operaciones rutinarias efectuadas.


Observar todos los equipos. Limpiar las copas y las cañas de los quemadores. Revisar y limpiar los conos de refractario de los quemadores. Analizar las partes de trabajo. Si se producen datos anómalos, averiguar las causas. Comprobar que los motores y el equipo auxiliar funcionan correctamente. Purgar el depósito nodriza y el de almacenamiento de combustible. Medir los consumos eléctricos de todos los equipos. Limpiar los equipos. Comprobar las correas de transmisión. Comprobar los cierres en sistemas de gases o líquidos a presión en bombas, ventiladores, etc. Calcular los rendimientos del horno en diferentes condiciones de trabajo que se han producido. Calcular el rendimiento medio del horno con base en los datos de producción, contadores, facturas de los suministros de energía. Relacionar los consumos de combustibles con la producción. Revisar la estanqueidad de los conductos de gas y aire. Revisar el estado de refractarios, aislantes y cierres. Revisar el estado de aislamientos de conductos y tuberías. Revisar la instrumentación. Comprobar el buen funcionamiento del regulador de temperatura. Revisar los equipos de combustión. Comprobar la red de combustible en cuanto a temperaturas, aislamientos, bombas, sistemas de calefacción, etc; y limpiar los filtros cuando sea preciso. Recalibrar todos los medidores e instrumentación. Reparar puertas de hornos y hogares de forma que cierren

correctamente. - Reponer los refractarios, aislantes y cierres. Programar el trabajo del horno a fin de evitar periodos transitorios de calentamiento y enfriamiento. Reducir la temperatura de mantenimiento del horno durante tiempos muertos. Analizar los ciclos de trabajo de los hornos, y mantener en servicio los más eficaces. Programar paradas de los hornos para efectuar un mantenimiento preventivo. Efectuar pruebas en los hornos para obtener los valores típicos de su funcionamiento. Representar estos valores mediante diagramas de SANKEY. Analizar los consumos de energía eléctrica. Comprobar que el ciclo de calentamiento se ajusta a las necesidades reales. Planificar las cargas para aprovechar al máximo cada hornada. Mantener cerradas las puertas el mayor tiempo posible en las operaciones de carga y descarga. Evitar la sobrecarga en el horno. Utilizar la mínima ventilación del horno compatible con la seguridad. Estudiar los ciclos de calentamiento en funcionamiento intermitente. Reducir al mínimo posible la temperatura de calentamiento del horno. Averiguar la temperatura idónea del combustible para quemar. Utilizar los sistemas más eficientes a su máxima capacidad y los menos eficientes sólo cuando sea necesario. Reducir las pérdidas de calor en las masas inertes: vagonetas, mesas, bandejas, etc; que acompañan al producto en los hornos. Eliminar las fracturas en la estructura de los hornos. Analizar si las operaciones de encendido y apagado de los hornos se efectúan de la forma más eficaz. Reducir las entradas de aire en hogares en depresión.

Sustituir los hornos por otros más eficaces. Sustituir los hornos que consumen combustible por otros eléctricos y viceversa. Estudiar la posibilidad de que el calentamiento sea continuo en vez de discontinuo. Estudiar la posibilidad de acoplar hornos en serie. Programar la utilización del horno de forma que los tiempos muertos sean mínimos. Cambiar el combustible empleado por otro: gas natural o carbón. Sustituir los equipos de combustión por otros de mayor rendimiento. Hacer que los aspiradores aspiren el aire comburente de la zona más caliente. instalar equipos para optimizar la combustión. Instalar reguladores electrónicos de la velocidad de los

ventiladores. Adicionar reactivos al combustible. Eliminar las fugas en las tuberfas de combustible. Instalar recuperadores del calor de los gases. Precalentar el producto con gases residuales calientes. Recuperar el calor del agua de refrigeración. Recuperar el calor de subproductos salientes de hornos. Reparar puertas y aberturas. Instalar barreras en las entradas y salidas continuas del producto. Emplear en lo posible, refractarios y aislantes de baja densidad para reducir inercias. Utilizar cubrirnientos interiores de las paredes del horno que favorezcan .la transmisión y la homogenización de la temperatura. Sustituir la instrumentación obsoleta. Mejorar la instrumentación, control y medida utilizando ordenadores. Sustituir los motores eléctricos sobredimensionados por otros más ajustados y con mejor factor de potencia.

3. SECADORES

El secado es una de la operaciones que aparece en todas las ramas de las industrias de bienes de consumo. Se entiende como secado el hecho de eliminar con ayuda, en general, del calor, el agua u otros líquidos que contiene un producto. En una acepción más amplia cabría interpretar el secado como la operación de eliminar agua de un producto por cualquier medio, incluyendo medios mecánicos.

El equipo en el que se realiza esta operación se denomina secador. Para la elección del tipo de secador a emplear hay que tener en cuenta una serie de factores, tales como la naturaleza de la sustancia y su estado físico.

En el secado por convección, el calor necesario para la evaporación del líquido se trasmite por un agente gaseoso o un vapor que pasa bañando al líquido o atravesándolo. En el secado por contacto el calor actúa por conducción y el producto a secar se encuentra en recipientes calentados o se desplaza sobre ellos. En el secado por radiación el calor llega al producto por este método de transmisión de calor. En el secado eléctrico se utilizan para secar el producto las corrientes de desplazamiento que se originan en el interior del mismo al aplicarle campos eléctricos alternos de alta frecuencia estas corrientes producen calor en el interior del la masa, la cual se seca. En el secado a vacío el agua almacenada en el producto se libera mediante descensos temporales de la presión, aportando la energía necesaria para una evaporacíon rápida

El proceso de secado consiste en la transferencia de calor desde el agente secador al producto, con el fin de producir un movimiento de la humedad desde el interior hacia el exterior y la evaporación de dicha humedad en el exterior. El secado incluye una serie de fenómenos físicos que dependen de diversos factores tales como:

- Naturaleza del producto a secar. - Método de secado elegido. - Velocidad de secado precisa. El movimiento interno de la unidad es muy complejo, variando con la naturaleza, tamaño y contenido en humedad, siendo los mecanismos físico-químicos que lo originan de muy diversas clases, tales como capilaridad, difusión, acción de la gravedad, acción del gradiente de presión, acción del gradiente de humedad, acción de la condensación y vaporización internas.

En la práctica es casi imposible predecir el efecto conjunto de estos mecanismos; de tal forma que se establecen unas condiciones externas en el secador y se analizan los resultados con los que se obtienen las condiciones Óptimas. En general, la tasa de secado será la máxima posible que cree gradientes de humedad interior que no deterioren el producto.

SI, --

En la práctica de secado se tienen en cuenta una serie de variables exteriores, las cuales afectan al proceso de eliminación externa de la humedad, tales como presión, temperatura y humedad relativa del aire exterior, velocidad y grado de turbulencia del agente secador en su contacto con el producto o con las superficies calefactoras, naturaleza, forma y tamaño del producto a secar y sistema de contacto elegido entre las superficies calefactoras y el producto.

En el tiempo total de secado deben considerarse tres periodos distintos.

- Periodo 1. Es el periodo de calentamiento inicial del producto en el cual la velocidad de secado aumenta.

- Periodo 2. Durante este tiempo la velocidad de secado permanece constante y es independiente del sólido, de modo que para las condiciones externas el proceso es similar al que daria en la superficie de una masa de agua. La temperatura durante este periodo permanece constante y se aproxima a la temperatura de bulbo húmedo,

- Periodo 3, Una vez que la humedad superficial ha sido eliminada, es preciso hacer emigrar la humedad interna remanente hacia el exterior para que pueda ser evaporada, y en consecuencia la velocidad de secado decrece a medida que se va perdiendo humedad interna por evaporación en la superficie.

Las duraciones respectivas de los tres periodos de secado varían de unos secadores a otros y de unos productos a otros de tal forma que debe ser la práctica industrial la que fije estos valores.

El control de grado de secado, además de reducir el consumo de combustible mejora la calidad y uniformidad del producto. En este sentido, el secado en exceso, normalmente, garantiza mejor que un secado defectuoso la calidad del producto y las condiciones en las cuales dicho producto debe pasar a otras fases del proceso industrial en la fábrica. Por otro lado, tiene la contrapartida de que gasta energia en exceso. Para evitar esto y controlar el grado de secado se han desarollado métodos de medida de la humedad basados en el heche de que, cuando el producto se saca en atmósfera caliente, su temperatura desciende por debajo de la temperatura de bulbo seco de dicha atmósfera. Si el producto está saturado, su temperatura será, aproximadamente, la temperatura de bulbo húmedo se puede relacionar directamente con el contenido de humedad del producto. Por lo tanto, el método es aplicable para la medida de cualquier contenido en humedad por debajo del punto de saturación.

’ A partir del conocimiento de la curva del producto se puede establecer un sistema de control para garantizar el futuro equilibrio entre la humedad del producto secado y el ambiente exterior en el cual va a ser depositado.

BECADORES

[ll - Verificar las partes de trabajo: - Unidad. - Fecha y hora. - Flujos de: - Combustible. - Aire. - Gases de combustión. - Datos de combustión. - % de CO, y de CO. - % de O * . - Exceso de aire. - Combustible. - Gases en distintos puntos del circuito. - Aire en distintas partes del circuito. - Producto en distintas fases. - Combustible. - Gases en distintos puntos del circuito. - Aire en distintos puntos del circuito.


- Temperaturas del:

- Presiones de:

- - Operaciones rutinarias efectuadas. - Observar todos los equipos. - Limpiar las copas y las cañas de los quemadores. - Revisar y cambiar los conos de refractario de los quemadores. - Averiguar las partes de trabajo. Si se producen datos anómalos,

averiguar las causas. - Comprobar que los motores y el equipo auxiliar funcionen correctamente. - Purgar el depósito nodriza y el de alimentación de combustible. - Comprobar que las datos que se indfcan en las partes de trabajo sean reales. - Medir los consumos eléctricos de todos los equipos.

- Limpiar todos los equipos. - Comprobar las correas de transmisión. - Calcular las rendimientos de los secadores en las diferentes condiciones de trabajo que se han producido. - Calcular el rendimiento medio del secador en base a los datos de producción, contadores y facturas de los suministradores de energía. - Relacionar los consumos de combustible con la producción.

- Revisar la instrumentación. - Revisar el estado de refractarios, aislantes y cierres. - Revisar el estado de aislamiento en tuberías y conductos. - Comprobar el funcionamiento correcto de la regulación de temperatura. - Efectuar balances detallados de masa y energía en cada secador. Adoptar medidas correctivas si se producen degradaciones. - Revisar los equipos de combustión. - Comprobar la red de combustíble en cuanto a temperaturas, aislamientos, bombas, sistemas de calefacción, etc; y limpiar

los filtros cuando sea posible. - Recalibrar todos los medidores e instrumentación. - Reponer los refractarios, aislantes y cierres dañados.

Analizar los consumos de energía eléctrica. Analizar los ciclos de trabajo de los secadores y mantener en servicio los más eficaces. Reducir los tiempos de calentamiento en espera. Disminiuir el tiempo de secado. Averiguar la temperatura idónea de quemado de combustible. Programar paradas de los secadores para efectuar mentenimiento preventivo. Efectuar pruebas en los secadores para obtener los valores típicos de su funcionamiento. Representar eestos valores con diagramas de Sankey. Analizar el proceso de secado y la posibilidad de introducir en el variaciones. Estudiar los ciclos de secado y calentamiento en funcionamiento intermitente. Utilizar los calores residuales para el secado. Mantener abiertas las puertas el menor tiempo posible en las operaciones de carga y descarga. Reducir las pérdidas de calor en las masas inertes: vagonetas, mesas, bandejas, etc; que acompañan al producto. Eliminar aberturas en los secaderos. Planificar las cargas para aprovechar al máximo cada operación de secado. Programar el trabajo de los seacdores para secar el minimo preciso. Calentar el combustible a la temperatura adecuada para una buena atomización. Utilizar los sistemas más eficientes a su máxima capacidad y los menos eficientes sólo cuando sea necesario. Establecer un programa de reposición periódica de piezas como mantenimiento preventivo. Reducir las entradas de aire en las zonas de depresión. Reducir las temperaturas de secado.

133 - Sustituir los secadores por otros más eficaces. - Sustituir los secadores eléctricos por otros que consuman

- Sustituir los secadores que consumen combustibles por otros

- Sustituir el fluido calefactor del aire o gases:

- Emplear secadores continuos en lugar de discontinuos. - Instalar barreras en la entrada y salida de 1s productos. - Aprovechar los gases de calderas o de otros sistemas para dilución en los secadores. - Recircular los gases que salen del secador. - Saturar al máximo posible los gases de salida.

combustibles.

eléctricos.

- Gases por vapor o fluido térmico. - Vapor por fluido térmico o gases.

Precalentar el producto a secar con los gases salientes. Cambiar el combustible empleado por otro: gas natural o carbón. Sustituir los equipos de combustión por otros de mayor rendimiento. Hacer que los ventiladores aspiren el aire de la zona más caliente. Instalar equipos para optimizar la combustión. Instalar reguladores electrónicos de la velocidad de los Ventiladores. Añadir aditivos al combustible. Instalar equipos de recuperación de los gases de combustión. Estudiar l a posibilidad de instalar bombas de calor. Recuperar calor del producto seco. Reparar grietas en cierres. Eliminar las pérdidas por radiación a través de aberturas. Eliminar las pérdidas de calor de los gases que escapan por las puertas. Procurar secar más con medios mecánicos. Reducir la masa de los medios de transporte como bandejas, cadenas, etc. Hacer más eficientes los ciclones y separadores como cadenas, bandejas, etc . Dividir el secador en secciones combinando corrientes cruzadas, contracorrientes y equicorrientes. Sustituir la instrumentación obsoleta. Instalar sistema eficaz de control de temperaturas. Presecar el producto en corrientes naturales o forzadas. Analizar la posibilidad de combinar turbinas de gas con secaderos aprovechando los gases de escape de la turbina para el secado. Mejorar la instrumentación, control y medida utilizando ordenadores. Eliminar fugas en las tuberías de combustible. Sustituir los motores eléctricos sobredimencionados por otros más ajustados y con mejor factor de potencia.

40 AISLAMIENTOS

Los aislantes térmicos son cuerpos de composición heterogénea y de apariencia fibrosa, porosa, celular, granular y hojaldrada, que contienen numerosas celdillas de aire aprisionadas entre los elementos sólidos que lo constituyen. El trabajo que debe realizar un aislantes, es ofrecer una buena resistencia térmica a la transmición de calor, pero también se le exigen una serie de requisitos que van en función de las necesidades de empleo. Dentro de los requisitos están:

Buena resistencia mecánica. Sin modificación de su estructura en función de las temperaturas de empleo. sin envejecimiento con el tiempo. Ausencia de acción corrosiva sobre materiales que van a estar en contacto con él. Ausencia de reacciones químicas con los materiales que van a estar en contacto con él. Resistencia a los diferentes agentes de destrucción (resistencia a los roedores, parásitos, etc.). Para ciertas aplicaciones, inflamables o auto extinguibles.

La selección de un material aislante, debe ser muy estricta, no solamente hay que fijarse en los limites de temperatura de trabajo del mismo, sino que es preciso tener en cuenta su densidad, aprovechando la gran variedad de productos de cada fabricante.

Los materiales aislantes se pueden clasificar por su origen, estructura y temperatura.

Origen : -Aislantes de origen animal o vegetal. -Aislantes de origen animal. -Productos de sintesis.

Estructura: -Aislantes pulverulentos. -Espumas de origen mineral. -Espumas sintéticas. -Espumas aglomeradas.

Temperatura: -Aislantes refractarios. -Aislantes semirefractarios. -Aislantes ordinarios.

AISLAMIENTOS

Verificar las partes de trabajo: - Unidad. - Fecha y hora. - Flujos de: - Combustible. - Aire. - Gases de combustión. Datos de combustión. - % de C02 y de CO. - % de 02. - Exceso de aire.

- Combustible. - Gases en distintos puntos del circuito. - Aire en distintas partes del circuito, - Producto en distintas fases. - Combustible. - Gases en distintos puntos del circuito. - Aire en distintos puntos del circuito.

- Temperaturas del:

Presiones de:

- Incidencias que se han producido. - Operaciones rutinarias efectuadas. Observar todos los equipos. Revisar el estado de refractarios, aislantes y cierres de calderas. Revisar el estado de aislamientos de tuberías y conductos. Revisar el estado de refractarios, aislantes, cierres de los hornos y secadores. inspeccionar y reparar aislamientos. Reparar fallos de aislamientos en hornos, calderas, secadores, etc.

121 - Analizar las pérdidas de calor. - Analizar las operaciones de los operarios y corregir el tratamiento inadecuado de los aislamientos. - Utilizar vapor de baja presión para calentamiento de tuberías de acompañamiento. - Evitar la apertura innecesaria de puertas de hogares o zonas calientes.

131 - Aumentar el espesor del aislamiento. - Utilizar sistemas termográficos para detectar fugas de calor. - Eliminar las pérdidas por radiación a través de aberturas. - Aislar todos los equipos que trabajen a más de 40-50 C. - Mejorar la calidad de los aislarnientos. - Aislar válvulas y accesorios, - Cubrir con esferas aislantes las superficies de líquidos

calientes. - Aislar las redes de vapor, de condensados y de agus caliente.

- Instalar cubiertas o tapas en depósitos. - Eliminar todas las fugas en tuberías, válvulas y accesorios. - Analizar las temperaturas de las paredes exteriores de hornos,

calderas y secadores y la rentabilidad de reforzar los aislamientos. - Aislar la parte posterior de las calderas pirotubulares. - Estudiar los aislamientos en naves y edificios. - Utilizar el espesor económico de aislamiento para bajas temperaturas. - Utilizar el espesor óptimo de aislamiento.

5. MOTORES ELECTRICOS

LOS motores eléctricos son máquinas que transforman la energía eléctrica en energía mecánica. Se clsifican de la siguiente manera:

Motores de corriente continua.

- De corriente continua industrial. - De tracción. - De imanes permanentes.

Motores de corriente alterna.

- Síncronos. - Asincronos o de inducción polifásicos. - Asincronos o de induccion monofásica. - Motores de colector. - Motoresasincronos sincronizados - Motores lineales.

El rendimiento total de un motor eléctrico, es la relación entre la potencia mecanica de salida útil en el eje, y la potencia eléctrica de entrada en la alimentacion del motor. La primera consecuencia del mal rendimiento de un motor eléctrico es el alto costo económico de funcionamiento del mismo, lo que implica la sustitución por otro de mejor funcionamiento.

La segunda consecuencia es que las pérdidas de todo tipo se transforman en calor, el cual ha de ser evacuado del motor, lo que provoca una mayor necesidad de refrigeracion, por lo tanto, un consumo extra de energía que incide sobre el rendimiento, disminuyendolo más; además, si el punto de funcionamiento se regulariza a temperaturas superiores, la vida útil del motor decrece, ya que el mator calentamiento significa una vida Útil más corta para el motor.

Las perdidas de energia propias en los motores eléctricos se dividen en pérdidas fundamentales y pérdidas adicionales.

Las pérdidas fundamentales se originan como consecuencia de los procesos electromagnéticos y mecánicos fundamentales que ocurren en el motor y están constituidas por:

- Pérdidas mecánicas, - Pérdidas en el hierro, - Pérdidas en el cobre y - Pérdidas en la capa de contacto de las escobillas con los

colectores o anillos rozantes, que aparecen en los motores que están dotados de estos elementos. . .

Las pérdidas adicionales se producen como consecuencia de los procesos electromagnéticos secundarios de carácter no deseado pero inevitable; afectan tanto al cobre como al hierro y se manifiestan como:

- Marcha en vacío. - Marcha en sobrecarga.

MOTORES ELECTRICOB

Tomar mediciones de: - Volta j e. - Corriente. - Factor de potencia. - Tiempo de funcionamiento. - Datos de placa. - - Analizar la red de distribución de energía electrica. Temperaturas del hierro o cobre.

Observar todos los equipos. Verificar el calentamiento de todos los cojinetes. Verificar que el nivel de aceite se encuentre entre los limites recomendados en las mirillas de inspección, en reductores y/o multiplicadores. Verificar el calentamiento del aceite en multiplicadores o reductores. Verificar el nivel y la temperatura de aceite en los acoplamientos hidráulicos. Limpiar todos los equipos. Revisar la instrumentación. Controlar las presiones especificas para el aceite del reductor y/o multiplicador. Controlar las vibraciones mecánicas e hidráulicas de las bombas. Correlacionar la presión y caudal del fluido con la potencia absorbida por el motor en compresores. Limpiar los conductos de entrada y salida en los ventiladores. Controlar las vibraciones de cojinetes y contraslarlas con las que se obtuvieron al poner el motor en servicio. Eliminar las acumulaciones de polvo de escobillas sobre los bobinados y en los circuitos de ventilación. Verificar el estado de tensión de las correas trapezoidales. Controlar los niveles de ruido y / o vibración en reductores y multiplicadores y, si se ven cambios, iniciar acciones correctivas previa investigación de causas. Verificar la velocidad de la bomba y la corriente absorbida por su motor y contrastar estos datos con los datos históricos, si los hay. Controlar las fugas y el estado de empaquetadura en bombas centrifugas. Inspeccionar si se producen fugas en el tubo de aspiración. Comprobar el funcionamiento de la válvula de pie las instalaciones de bombeo. Verificar el estado de juntas laberinticas y anillos de sellado en compresores. Correlacionar la presión y el caudal de gas o aire de salida de un ventilador con l a potencia absorbida por su motor. Controlar el estado de desgaste de juntas laberinticas en ventiladores para evitar fugas. Verificar el estado de desgaste de las escobillas de los anillos de los motores de rotor embobinado y proceder a su sustitución, si es necesario.

sustitución, si es necesario. Comprobar el equilibrio entre fases de los condensadores de compensación del factor de potencia en motores asíncronos, para evitar corrientes de circulación que producirán pérdidas energéticas. Verificar el tiempo de arranque del motor y compararlo con las condiciones normales de arranque, actuando en caso de que mayor que en condiciones anteriores. Verificar la corriente de linea del motor cuando sus condiciones de carga puedan considerarse como normales, o lo más cercanas posible a la nominal, interviniendo cuando se sucedan mediciones mayores a las anteriores. Renovar el aceite de acuerdo con la calidad especificada y ciclos indicados en los acoplamientos hidráulicos. Mantener la bobina de acoplamiento dentro del tipo de servicio para el que fue diseñada, en los acoplamientos eléctricos. Renovar la granalla o polvo magnético en los acoplamientos de este tipo. Inspeccionar la bobina de acoplamiento y sustituirla cuando su aislamiento presente signos de vejez, en los acoplamientos eléctricos. En el caso de bombeo de líquidos, cuya viscosidad decrece con la temperatura, caldear el líquido de acuerdo con las recomendaciones del fabricante. Controlar las vibraciones en los compresores centrífugas axiales, recíprocos y en todas las máquinas arrastradas y motores eléctricos.

Estimar, medir o evaluar los rendimientos de los motores de una planta a diversas cargas. Controlar el estado de los aislamientos por medio de ensayos no destructivos para anticiparse a las averías y llevar un registro histórico de las mismas. Controlar las temperaturas de los devanados de un motor en función dell régimen de carga y compararlos con los máximos posibles en el motor según la clase de aislamiento. Reducir al mínimo necesario los tiempos de conección de los motores. Evitar el funcionamiento en vacío de los motores. Realizar las modificaciones que técnicamente fuesen positivas para que los motores que arrancan en carga lo hagan con carga mínima, o en vacío. NO utilizar motores de rotor bobinado para aquellas aplicaciones que requieran regulación de velocidad. Elegir motores rápidos ( 2 , 4 polos) si es posible y con acoplamiento directo. En el caso de motores síncronos. hacer que funcionen con factores de potencia cercanos a la unidad. Tratar de evitar el uso de motores definidos para redes de 60 Hz y reconvertidos para redes de 50 Hz por cambio del número de espiras. Medir, estimar o evaluar el rendimiento de la máquina arrastrada y controlar su evolución temporal.

- No sobrepasar un deslizamiento del 5% (solo eventualmente), en

- Verificar que el trazado de la tuberia de aspiración de una el caso de acoplamientos hidráulicos y eléctricos.

bomba centrifuga, no permite que se formen bolsas de aire.

c31 Adoptar motores de inercia reducida en aquelos accionamientos que realizan un número anual elevado de arranques. Adecuar los motores a la potencia necesaria, de forma que trabajen en puntos cercanos al máximo rendimiento. Instalar limitadores de corriente de arranque. Emplear motores de dos velocidades para variar el caudal de una bomba o ventilador, cuando se dan solamente dos regímenes de funcionamiento. Emplear motores de alto rendimiento. Instalar un motor de corriente continua alimentado por rectificadores, sustituyendo el motor asincrono de rotor bobinado, para el accionamiento de máquinas herramientas que deban funcionar a cargas y velocidades variables. Emplear motores síncronos en lugar de asíncronos cuando las características de potencia, factor de potencia y rendimiento los justifiquen. Utilizar motores síncronos de polos con imanes permanentes, en máquinas arrastradas que exijan por su accionamiento muchos motores pequeños. Sustituir los motores monofásicos de corriente alterna por motores trifásicos. Sustituir los motores asincronos antiguos por motores modernos normalizados. Alimentar el motor de arrastre de bombas o ventiladores que deban suministrar caudales variables, mediante sistemas de regulación de velocidad de alto rendimiento. Adoptar un sistema de alimentación a base de inversor conmutado por la red y motor síncrono para el accionamiento de compresores centífugos de alta potencia. Para potencias superiores a 100 kW, los motores actuales de corriente alterna por otros más adecuados, en los casos de accionamientos a velocidad variable. Evaluar técnica y económicamente la vialidad de los rectificadores o inversores que funcionan en recuperación de energía con la red. Utilizar cicloconvertidores, en lugar de sistemas de circuito intermedio para los accionamientos a velocidad variable, siempre que sea técnicamente posible. Corregir la tensión de alimentación del motor asíncrono. Equilibrar la tensión de alimentación de los motores de corriente alterna. Compensar la energia reactiva demandada por los motores de corriente alterna más importantes o con mayor número de horas de funcionamiento. Instalar acoplamientos hidráulicos o eléctricos en aquellos motores sometidos a un número elevado de arranques duros. Disminuir las pérdidas de carga en las tuberias y / o canalizaciones de fluidos.

Sustituir o tornear los rodetes de las bombas centrífugas para mejorar su rendimiento. Instalar equipos de control de las temperaturas del aceite de lubricacion de cojinetes, en los motores grandes, a fin de minimizar las pérdidas. Instalar equipos de control del sistema de ventilación, en los motores grandes, a fin de minimizar las pérdidas. Minimizar las caídas de presión en las válvulas de control de bombas y compresores. Adoptar el diámetro Óptimo para tuberías de aspiración o impulsión de bombas, compresores, soplante y otros. Emplear un motor de alto deslizamiento asociado con un volante de inercia en aquellos caos en que se precisan servicios intermitentes con arranques y paradas bruscas y en número elevado. Instalar equipos para recuperación de calores de refrigeración de motores, compresores, etc. Instalar bombas, ventiladores y compresores de alta eficiencia. Regular los procesos carga/no carga en compresores a fin de evitar tiempos muertos y arranque bruscos.

6. TRANSFORMADORES

Los transformadores son máquinas eléctricas estáticas que generalmente convierten una tensión de entrada, llamada primaria, en otra distinta a la salida, llamada secundaria.

En los transformadores las pérdidas de energia suponen un porcentaje muy bajo de la energía que transforman, pero que al realizarse una auditoría energética debe tomarse en cuenta. Las pérdidas son de dos tipos:

Pérdidas en el el hierro (pérdidas en vacío).

Al conectar a la red el primario de un transformador, se excita el circuito magnético y se produce en él unas pérdidas de energía, (pérdidas en el hierro). Estas pérdidas se producen en cuanto se realiza la conección, y son practicamente las mismas tanto si el transformador está en vacio como si está alimentando una carga cualquiera. Al ser estas pérdidas iguales en carga que en vacío, se miden en vacío, ya que en tales condiciones son las Únicas importantes que produce el transformador por ser practicamente despreciables las pérdidas en el cobre en el primario. Es interesante decir que en todo transformador se producen en forma continua pérdidas en el hierro mientras esté conectado a la red, aunque su carga sea nula o muy pequeña, por lo tanto, conviene ver la posibilidad de desconectarlo cuando no haya carga conectada, o de trasferir su carga a otro menor y con menos pérdidas, si la carga es muy reducida. Para la evaluación de las pérdidas en el hierro puedenm emplearse las cifras dadas por el fabricante directamente.

Pérdidas en el cobre (Pérdidas en carga o de cortocircuito).

Al suministrar la carga, se producen en los embobinados pérdidas por efecto Joule, las cuales se miden separadamente de las pérdidas en el hierro en un ensayo de cortocircuito, ya que así se anula el flujo magnético por gran parte del ntícleo, y las pérdidas en el hierro resultan despreciables frente a las de cobre.

Los fabricantes de transformadores facilitan las pérdidas en el cobre a 75OC y al 100% de la carga, siguiendo una exigencia de las normas nacionales e internacionales. Si el transformador no funciona al 100% de carga, las pérdidas en el cobre dadas por el fabricante sufren una corrección, multiplicándose por (I/lOO) 2 , siendo I el % de carga respecto a la nominal. Si el transformador no funciona a 75OC de temperatura media en el cobre, se requiere de una nueva corrección, pero esta no es muy importante y bien no puede ser considerada en casos prácticos.

TRANSFORMADORES c 11

Medir el porcentaje de carga y la temperatura a la que está trabajando el transformador. Observar todos los equipos. Vigilar niveles de los líquidos refrigerantes (aceite, piraleno, silicona, etc.). Comprobar periódicamente el funcionamiento correcto de los motores de ventilación. Eliminar periódicamente depositos de polvo en el equipo de ventilación: - Aspas de ventiladores. - Rejillas de filtrado de aire. - Superficies de radiadores. Comprobar el funcionamiento correcto de los aparatos de medida de temperatura. Comprobar periódicamente el funcionamiento de las alarmas por exceso de temperatura. Revisar la instrumentación. Limpiar o sustituir filtros de aceite. Analizar el estado del aceite con la peridicidad indicada en las instrucciones del fabricante. Efectuar, en su caso, los procesos de regeneración de las condiciones del aceite que resulten aconsejables después del análisis. Efectuar las operaciones de mantenimiento del equipo de regulación de tensión recomendados en las instrucciones del fabricante. Renovar el desecante del aire del conservador en el plazo establecido, o cuando su color comience a alterarse. Mantener en buen estado los motores de los sistemas de refrigeración. Reparar fugas en redes y válvulas de refrigeración.

121 - Desconectar transformadores que no estén en carga. - Medir periódicamente las pérdidas de energía. - Medir periódicamente los consumos de los motores de

ventilación. - Disponer espacios amplios de renovación de aire en torno a los radiadores. - Estudiar, consultando al fabricante, la posibilidad de desconección de la ventilación aún en plena carga, pero con temperaturas ambientales muy inferiores a las normales. - Instalar instrumentos de medida de la temperatura del aceite (termómetros) y de los bobinados (márgenes térmicos). - Estudiar las variaciones de temperatura del aceite del transformador. - Analizar las pérdidas, ocntrastándolas con: - Valores medidos anteriormente. - Valores garantizados por el fabricante. - Valores del factor de carga. - Analizar el factor de carga del transformador. - Ajustar la tensión, accionando los dispositivos de regulación de

la misma, a valores lo más próximos posible a la tensión nominal de las cargas. - Instalar autotransformadores, en lugar de transformadores, si las relaciones de transformación son pequeñas. - Evitar la conección en paralelo de transformadores con distinto número de bobinados sin un estdio previo. - Redactar manuales de operación con instrucciones concretas. - Establecer un programa de formación continua del personal mediante cursos, seminarios, etc. - Establecer un programa de revisión, en el que figuren:

- Establecer un programa de reposición periódica de piezas como

- Establecer las listas de operaciones y comprobaciones de cada

- Establecer el programa de lubricación para las partes móviles.

- Elementos concretos a revisar. - Intervalos de tiempo entre revisiones consecutivas.

mantenimiento preventivo.

periódo fijo de tiempo.

[31 - Desconectar transformadores de potencia cuando la carga es baja, atendiendo la demanda con transformadores auxiliares nuevos de menor potencia. - Sustituir transformadores antiguos, de bajo rendimiento, por otros de rendimiento más elevado. - Recuperar el calor de las pérdidas en transformadores, empleándolo para el precalentamiento en circuitos de agua y aire acondicionado. - Fraccionar la potencia de los transformadores para atender distintos niveles de carga con unidades de potencia proporcionadas a los mismos.

- Sustituir bobinados cuando las pérdidas en el cobre sean muy elevadas. - Instalar sistemas automáticos para desconección de los equipos de refrigeración, si la carga es suficientemente baja como para hacerlos innecesarios. - Corregir desequilibrios de tensión en transformadores acoplados en paralelo, mediante la instalación de auto transformadores interconectados.

- Corregir desequilibnrios de impedancia interna, en transformadores acoplados en paralelo, mediante la instalación de autotransformadores interconectados. - Instalar equipos de recuperación de calor en los circuitos de refrigeración de transformadores.

7 . CAPACITORES

Cuando operan los motores toman de la fuente de alimentación una determinada cantidad de corriente. Una parte de esta corriente se llama corriente inductiva y se utiliza para lograr la adecuada magnetización del motor y dá lugar a los kVAR del motor.

Si se conecta un capacitor a la misma fuente de alimentación del motor provocará la circulación de la corriente capacitiva, cuya finalidad es la de mantener un campo electrostático entre las placas del dispositivo y dá lugar a los kVAR del capacitor.

Las corrientes inductivas y capacitivas se encuentran en contraposición, por lo que la mayor anula a la menor, resultando un factor de potencia modificado. De esta manera el motor ya no toma su corriente magnetizante de la linea totalmente, ya que el capacitor se encarga de proporcionarle una buena parte de ella.

Además de evitarse el cargo por bajo factor de potencia, lo mejora en donde se esté provocando, además de que no serán necesarios alimentadores capaces de llevar las corrientes de plena carga de los motores. Otro atributo que ofrece el capacitor es cuando la instalación ya está trabajando, al corregirse el factor de potencia, la carga en amperes conectada a ella se reduce y entonces la instalación puede aceptar otros motores de alguna posible ampliación que sin haberlo corregido, hubiese provocado una sobrecarga en la instalción o en los transformadores, o bien, haber motivado gastos adicionales de instalación.

Al disminuirse la corriente en las líneas de distribución y en los transformadores, se reducen las pérdidas en el cobre y por consiguiente en la temperatura de operación de los equipos. Esto se traduce en incremento de eficiencia de los equipos y en la vida de los aislamientos.

Para calcular la capacidad de un banco de capacitores a instalar para mejorar el factor de potencia se utiliza la siguiente relación:

kVAR = kW * Factor de corrección El factor de corrección se puede conocer en la tablas que tienen los proovedores de estos equipos, en donde se relaciona el factor de potencia original con el factor de potencia deseado.

Para saber si este nuevo factor de potencia satisface los demás periódos habrá que dividir la capacidad del banco de capacitores entre la demanda máxima del periódo y localizar en la tabla un número parecido en el ranglón del factor de potencia original correspondiente a ese periódo. Observar a que factor de potencia corresponde y notar el factor de potencia a que se corrigió. Si es menor a 0.85 continúe con la prueba y en caso contrario aumente la capacidad del banco de capacitores.

CAPACITORES

Revisar la instrumentación. Recalibrar todos los medidores e instrumentos. Apretar las puntas de unión de los condensadores al embarrado. Verificar si el condensador presenta fugas de líquido impregnante, particularmente en base de los aisladores. Verificar el estado de las resistencias de descarga y de las bobinas de descarga para cumplir las normas de seguridad. Verificar el calentamiento del agua de refrigeración en los condensadores de media frecuencia. Verificar l a resistencia de aislamiento entre puntas del condensador de media frecuencia y el serpentín de refrigeración. Verificar las fugas de aceite de los condensadores de acoplamiento de redes Verificar el estado de los cartuchos fusibles de protección y de sus muelles de expulsión. Verificar si hay calentamientos anormales en la caja del condensador. Verificar si están equilibradas las diferentes de las baterías trifásicas Verificar el equilibrio de capacidades las baterías de los condensadores. Verificar la actuación correcta de batería de condensadores.

capacidades entre fases de baja tensión. entre fases diferentes en

las protecciones de una

Revisar los contactos de los interruptores que controlan las baterías de los condensadores y reponerlos si fuera necesario. Verificar el grado de precisión en los condensadores de acoplamiento a redes destinados a las mediciones, Cumplir las normas de sustitución en función de la pérdida de capacidades para condensadores autogenerativos. Hacer reparar los condensadores con el fabricante original.

Realizar, si fuera posible, un balance de flujos de energía activa y reactiva de una fabrica, de forma total en un periódo o bien flujos de potencia activa y reactiva para diversos estados de funcionamiento. Caracterizar a los diversos equipos eléctricos de una fabrica en función de la potencia reactiva que absorben para los diversos estados de potencia activa. Medir periódicamente el ángulo de pérdidas dieléctrico de un condensador como criterio para evaluar su envejecimiento. Tener en cuenta el efecto de aumento de tensión después de la corrección del factor de potencia sobre los aparatos conectados a la red y, en particular motores asíncronos. Medir los armónicos en las redes en los que se sospeche su presencia antes de la instalación de una batería de condensadores y después instalar ésta con filtros para los más importantes armónicos presentes. Controlar la correcta aplicación de las tarifas en lo que se refiere a la penalización por corriente reactiva.

- Evaluar siempre la disminución de pérdidas activas al mejorar el factor de potencia. - Redactar manuales con instrucciones precisas para los operarios. - Establecer un programa de formación continua del personal mediante cursos, seminarios, etc. - Establecer listas de operaciones y comprobaciones periodicas, y su frecuencia. - Establecer un programa de reposición periódica de piezas com mantenimiento preventivo.

[31 - Mejorar el factor de potencia. - Instalar baterias continuas de compensación la oscilación y

trabajar con factores de potencia igual a la unidad, en hornos eléctricos. - Prever la adecuada ventilación de la sala en las instalaciones de condensadores de media frecuencia.

- Corregir el factor de potencia por corrección individual motor a motor. - Corregir el factor de potencia mediante una distribución escalonada de las baterías de condensadores en planta. - Corregir el factor de potencia mediante el empleo de baterías automáticas de condensadores. - Introducir la Compensación individual de corriente reactiva en todas las máqyuinas eléctricas de nueva instalación. - Sustiruir los compensadores síncronos existentes por baterías continuas de compensación. - Instalar relavadores de factor de potencia para evitar la devolución de energia reactiva en adelanto de la red. - Verificar si se puede usar el mismo transformador mejorando la compensación, en los casos en que haya que incrementar la potencia instalada de la planta. - Fraccionar una batería fija para tener mayor flexibilidad.

- Evaluar la incidencia de las pérdidas de las bobinas de ractancia y de los transformadores intermedios, en las baterías de compencacion continua. Instalar un contactor de energía reactiva. Sustituir los condensadores al término de su vida Útil de modo riguroso.

- - - Sustituir los condensadores anteriores a 1960.

8. AIRE ACONDICIONADO

El aire acondicionado, tal como se utiliza en los edificios, locales comerciales y fábricas, se refiere al; control del ambiente de trabajo para mantener la temperatura y humedad dentro de los límites apropiados a la actividad que se desarrolla. En la mayoría de los casos se tiene que mantener el ambiente al nivel adecuado para el personal que trabaja dentro de la nave inductrial, pero el acondicionamiento del aire es necesario dentro de una planta en donde un proceso en particular requiere del control de temperaturas y humedad, como por ejemplo el almacenamiento de mercancías.

El aire acondic.ionado es uno de los sistemas de mayor consumos de energia en zonas de clima extremoso. El control del aire acondicionado es necesario bajo el doble punto de vista de asegurar el confort en la planta industrial y de ahorrar energia en el mismo.

Al controlar las diferencias de temperatura exterior e interior, disminuirán significativamente las pérdidas de energía, lo cual se puede lograr reflejando el calor solar fuera de la planta industrial, pintando de colores claros las paredes exteriores y los pisos cercanos; también manteniendo cerradas las posibles entradas de calor como lo son puertas y ventanas. Otra manera es la de coordinar el bloqueo del sol mediante cortinas en la parte externa de las ventanas según la hora.

Una vez controlada la temperatura exterior, se continúa con la interior; se recomienda mantenerla a 25OC y operarlo sólo durante la jornada de trabajo y si la temperatura interior es mayor de 25OC, esto es con ayuda de termostátos, ya que es muy frecuente observar que el sistema está funcionando aún cuando la zona de trabajo está vacío.

El instalar economizadores en las unidades de aire acondicionado, es de gran ayuda pues apagará la unidad cuando la temperatura y la humedad del aire exterior son los apropiados para la climatización y hará que circule aire fresco del exterior a través del local acondicionado. Si el local está caliente o con humedad no apropiadas al sistema, el proceso se invierte.

En consecuencia, es conveniente instalar sistemas de control que den una respuesta rápida, de manera de que se eviten gastos excesivos de energia a causa de que los sistemas de acondicionamiento no pueden seguir variaciones rápidas en las condiciones ambientales.

AIRE ACONDICIONADO

[ I1 - Comprobar que el sistema de agua de refrigeración en el aire acondicionado funciona correctamente. - Limpiar los condensadores del sistema de aire acondicionado para reducir la potencia de los compresores. - Limpiar las rejillas del paso del aire acondicionado para evitar obstrucciones. - Limpiar las baterías y ventiladores de los aerotermos. - Comprobar el funcionamiento de válvulas y grifos de agua caliente. - Calibrar periódicamente los sensores que controlan las aperturas de las entradas y salidas de aire de ventilación. - Limpiar paredes y cielos rasos para mejorar la reflectividad luminosa.

Reducir hasta el mínimo compatible con el confort. Desconectyar el aire acondicionado durante las horas de no trabajo. Disminuir el nivel de calefacción cuando no se usa el edificio. No introducir aires viciados de alta humedad en el sisitema de aire acondicionado. Acondicionar el aire solamente en las zonas utilizadas de la planta. Enclavar el sistema de aire acondicionado y el de calefacción para evitar el trabajo simultáneo. Mantener la temperatura de los localos más baja en invierno y más alta en verano. Utilizar el mínimo de calefacción en zonas de almacenamiento. No refrigerar un local por debajo de la temperatura requerida. Reducir el aire fresco durante el día en el sisitema de aire acondicionado. Instalar temporizadores para controlar el ciclo de calefacción Impedir la utilización de calentadores individuales, salvo en casos específicos. Fijar normas para el cierre de puertas y ventanas. Mantener las puertas y ventanas cerradas para impedir la salida del aire acondicionado. Mantener cerradas las puertas de comunicación con zonas no acondicionadas. Mantener fuera de uso determinadas puertas de entrada al edif icio. Utilizar al máximo la energía solar para calefacción. Impedir la manipulación de termostátos por personas no autorizadas. Analizar la ventilación de la planta industrial. Intentar programar el número de renovaciones del aire ambiente.

~ 3 1 - Utilizar controladores entálpicos para recircular el aire interior o usar aire exterior, minimizando la carga de aire acondicionado.

Instalar controles nocturnos en equipos de calefacción y refrigeración ya existentes. Instalar sistemas de calefacción que se controlen más fácilmente y que sean más eficientes. Reducir al máximo posible la latura de los techos. Instalar cortinas de aire en las puertas de paso contínuo. Instalar equipos automáticos de control de calefacción. Instalar equipos de recuperación de calor del aire viciado. Analizar la posibilidad de instalar bombas de calor. Utilizar ruedas de calor u otros intercambiadores para aprovechar el calor del aire viciado en calentar el aire de entrada. Utilizar la bomba de calor para acondicionamiento del local. Utilizar el calor de los gases de combustión para calefacción de locales. Utilizar la salida de los gases de hornospara calefacción. Recuperar el calor del agua caliente residual. Aislar calentadores de agua, depósitos de almacenamieto y tuberías. Aislar las zonas que requieren una gran ventilación.

9 ILUMINACION

Una de los consumidores de energía al que no se le da la atención que requiere es la iluminación. Es necesario seleccionar el mejor equipo de alumbrado, para sustituir los existentes. Existe una gran variedad de lámparas que pueden ser utilizadas según las necesidades de iluminación y la rentabilidad de éstas.

For otro lado es recomendable realizar un buen mantenimiento de las lámparas ya que si se encuentran sucias disminuye su eficacia en la producción de energía luminosa. Además la suciedad de las lámparas disminuye su vida, dado que se produce más calor y cuesta más disiparlo. Considerando que la descarga luminosa se reduce con el tiempo y si ‘a eso se le agrega el polvo el aprovechamiento del sistema de alumbrado no es el esperado.

ILUMINACION

[ I1 - Limpiar las lámparas de iluminación. - Mantener apagados las lámparas de determinados lugares en los momentos en que no son necesarios. - Llevar a cabo programas de limpieza periódica tanto de lámparas como de reflectores. - Mantener en buenas condiciones de limpieza los lugares iluminados, especialmete los techos y paredes. - Eliminar l a iluminación innecesaria. - Eliminar las lámparas de bajo rendimiento.

[21 - Implantar un programa de sustitución de lámparas por otras de

- Reducir la iluminación al mínimo eficaz. - Eliminar la iluminación artificial cuando la iluminación

- Reducir la iluminación de exteriores hasta el mínimo nivel de - Eliminar la iluminación en la parte alta de los apilados. - Apagar luces cuando no estén en uso. - Eliminar o reducir iluminación de anuncios y luminosos

rendimiento y vida útil mayor.

natural es suficiente.

seguridad.

exteriores.

Ajustar los niveles luminosos y los coeficientes de uniformidad a las necesidades reales de cada zona. Fraccionar los circuitos de alumbrado para hacer posible el I

apagado de lámparas en lugares en los que no se esté utilizando. Dotar a los circuitos que sean susceptibles de ello de celdas fotovoltáicas o interruptor horario que aseguren su apagado cuando no se precisan. Establecer un circuito de control de apagado de lámparas para el servicio de vigilancia. Llevar a cabo programas de renovación periódica de lámparas, eliminando de las instalaciones las de flujo muy agotado por las horas de servico. Emplear lámparas de elevado rendimiento, teniendo en cuenta siempre las exigencias de calidad de cada zona según su utilización. Utilizar luminarias herméticas. instalar láminas reflejantes. Modificar la estructura de la nave para instalar láminas translúcidas.

A N E X O No. 5

INSTRUMENTACION

Instrumentos para medir l a presión.

La presión es una de las magnitudes más medidas en la industria, no sólo para conocer su valor, sino como fase intermedia para medición de otras magnitudes tales como temperatura, flujo, nivel, etc. Los instrumentos de medida de presión pueden agruparse en dos tipos muy importantes: de líquidos y mecánicos. En el cuadro No. 1 se muestran algunos tipos de medidores y sus características.

I

CUADRO NO.l. CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS DE MEDICION DE PRESION.

TIPO APLICACION RANGO PRECISION kg/cm2 %

Manómetr o Líquidos y 0.2 a 5 0.5 a 1 en U. gases.

Mide presiones relativas. Es simple pero frágil. Viene limitado por la longitud del tubo.

Tubo de Líquidos y Hasta 0.2 a 5 bourdon. gases , 5,000

Acondicionable para fluidos corrosivos.

Robusto, relativamente barato, muy sensible a sobrecargas. Permite el acoplamiento de un trasductor. Miden presiones relativas, pero se fabrican para absolutas,

Tubos de Bellow Líquidos y Hasta 0.2 a 5 gases. 4,500 Acondicionable para fluidos corrosivos.

Robusto, relativamente barato, muy sensible a sobrecargas, Permite ei acopiamiento Miden presiones

Diafraama

de un trasductor. relativas, pero se fabrican para absolutas.

Líquidos y 0.1 a 2 0.1 a 1 gases. Muy apropiado para fluidos corrosivos.

Instrumentos robustos y duraderos. Baratos. Miden presiones absolutas, aunque se construyen modelos para presiones relativas. Permiten el acoplamiento de un trasductor.

Fuelle Líquidos y 0.01 a 2 0.1 a 1 gases.

Instrumentos robustos y duraderos. Baratos. Miden presiones absolutas, aunque se construyen modelos para presiones relativas. Permiten el acoplamiento de un trasductor.

Instrumentos para medir la temperatura:

Los instrumentos de medición de la temperatura para uso industrial se pueden agrupar de la siguiente forma:

- Termómetros de expansión. - Termómetros de resistencia y termistores. - Termópares. - Pirómetros.

La elección correcta del punto en que se va a situar el elemento detector es primordial para obtener una medición correcta, de tal forma que se debe cuidar que la punta del detector tenga el menor contacto posible con factores que puedan provocar variaciones en las lecturas o definitivamente deterioren la medición.

En la medición de temperaturas de líquidos en tuberías, hay que tener cuidado y asegurarse que el detector esté sumergido totalmente en el líquido para lograr un buen contacto entre el medidor y el líquido, y lo suficientemente alejado de las paredes de la tubería para evitar fenómenos de conducción. En el caso de los gases, se debe asegurar una buena turbulencia en el punto de medida. Para medir temperaturas en superficies como paredes de hornos o calderas son mejores los termopares.

Es importante procurar mantener los equipos de medición perfectamente limpios y realizar controles periódicos de su funcionamiento (calibraciones). En el cuadro No.2 se muestran algunos medidores de temperatura y sus características.

CUADRO No.2. CARATERISTICAS DE LOS SISTEMAS DE MEDICION DE TEMPERATURA.

TIPO APLICACION CAMPO DE MEDIDA PRECISION OC %

EXPANSION Vidrio Sólidos y En función del lfquido 5 a 0.05

Versatilidad, simplicidad, economfa. Resulta un instrumento frágil. Se le puede proteger con fundas metálicas. Tiempo de respuesta elevado.

f luídos. utilizado. -200 a 200.

Bulbo + En función del líquido +/- 1 Tubo Gases. utilizado. -75 a 400. Bourdon , Simplicidad, sensibilidad, economía. Tiempo bajo de respuesta. Las características varían ostensiblemente según el líquido d e

llenado. Resulta algo voluminoso.

Bimetales Fluidos. -200 a 500 Tiempo de respuesta bajo.

+/- 1

RESISTENCIA - Pt Sólidos y -200 a 900 +/-0.01

Fluídos. Elevada velocidad de respuesta. Buena estabilidad. Resulta caro. De pequeño tamaño.

- Ni Sólidos y -150 a 300

Buena estabilidad. Resulta caro. De pequeño Fluidos.

_. cu Sólidos y -200 a 120

Barato. Baja resistividad. Sensibilidad anteriores. Pequeño tamaño.

Fluidos.

TERMISTOR Sólidos y 100 a 400 Fluidos.

Mayor sensibilidad que los anteriores.

+/-o . 1 tamaño.

+/-0.5

inferior a los

+/-0.01

De-pequeño tamaño. Coeficiente térmico negativo.

TERMOPARES Hierro S y F. Const. Tino (JI.

Cromel- S y F, Alumen. Tino (K).

O a 760 3 a 0.5OC

O a 1260 3 a 0.5OC

Pt * Pt Y S y F. Rh (13). T h o fRl.

O a 1480 3 a 0.5OC

Pt. Pt Y S y F. O a 148 3 a 0.5OC Rh f10l. TiDo f S l . Aplicable a atmósferas agresivas con protección cerámica. Pueden presentar problemas al medir la radiación infraroja proveniente de otros cuerpos.

Cobre- S y F. -180 a 37 3 a 0.5OC Const. T h o fTl. '

Aplicable a atmósferas agresivas con protección cerámica. Pueden presentar problemas al medir la radiación infraroja proveniente de otros cuerpos.

PIROMETROS Radiación Superficies Hasta 5000 +/-0.5 Total. radiantes y

lugares de dificil acceso.

No necesita entrar en contacto con el cuerpo a medir. Precio elevado. Buena receptibilidad y velocidad de respuesta. Imprescindible estar en condiciones de cuerpo negro y que no haya humos entre éste y el pirómetro.

ODtico. Superficies Hasta 6000 +/-0.5 radiantes y lugares de dificil acceso.

No necesita entrar en contacto con el cuerpo a medir. Precio elevado. Buena receptibilidad y velocidad de respuesta. Imprescindible estar en condiciones de cuerpo negro y que no haya humos entre éste y el pirómetro.

Foto- superficies Hasta 5000 +/-O. 5 sensible. radiantes y

Unicamente útil para las bandas del rojo e infrarrojo, Respuesta instantánea. Precio elevado. No necesita entrar en contacto con el cuerpo caliente. Permite la medición en cuerpos en movimiento, imprescindible estar en condiciones de cuerpo negro y que no haya humos entre éste y el pirómetro.

lugares de dificil acceso.

Instrumentos para medir flujos:

El flujo volumétrico, es otra variable a controlar y en algunos casos el flujo másico. Los principales sistemas son:

Presión diferencial. Los instrumentos más conocidos son los tubos de Pitot estático y de Annubar, Venturi, la placa de orificio y la tobera.

Velocidad. En esta gama de instrumentos, que detectan la velocidad de un flujo como paso inicial para medir el flujo del mismo, se utilizan las turbinas y los vertederos para el caso de canales abiertos.

DesDlazamiento. Este tipo responde al movimiento del liquido en volúmenes bien definidos. Basta con conocer el número de vueltas que da para deducir el flujo. Puden ser de disco., émbolo oscilante y rotativos. El elemento que mide la velocidad de rotación suele ser un generador tacométrico o un transductor de impulsos.

Area variable. El más común de estos instrumentos es el rotámetro. Se trata de un tubo de sección variable, generalmente transparente, dispuesto en posición vertical, en cuyo interior se aloja un flotador más denso que el líquido cuyo flujo se desea medir, que es desplazado hacia arriba por el fluído que circula por el interior.

Corrientes inducidas. El más utilizado es el medidor electromagnético de flujos, el cual crea un campo magnético intenso alrededor de la tubería no magnética. Al moverse el fluído, que debe ser conductor, a lo largo del campo magnético, se genera en él una corriente inducida proporcional al flujo, que se detecta mediante dos electrodos situados en los extremos opuestos de un diámetro de la tubería.

Ultrasónico. Los medidores de flujo ultrasónicos emplean cambios de frecuencia de una señal ultrasónica relejados por partículas suspendidas o burbujas de gas (discontinuas). En aplicaciones donde no se cuente con la suficiente discontinuidad para reflejar las señales como en el caso de líquidos limpios, los sensores se conectan en un codo de la tubería para aprovechar la turbulencia del fluido. Es no invasive, puede medir el flujo en sistema inglés e internacional, es de fácil instalación y manejo, de pequeño tamaño y ligero.

Emisor de rayos uama. El más reciente de los medidores de flujo, es un medidor portátil que utiliza un emisor de rayos de gama que va adherido en un extremo de la tubería y, en el extremo opuesto, un detector de este tipo de radiación. Antes de inicializar el medidor se deben introducir partículas de algún material y de cierta dimensión para que puedan ser detectados y así conocer la velocidad del fluido. Con ayuda de una interfase, el detector manda los resultados a una computadora, la cual lleva un control de las mediciones registradas en los intervalos de tiempo programados, además de que se puede hacer uso de los registros para graficarlos

o almacenarlos para cuando sea necesario.

En el cuadro No.3 se muestran algunos medidores de flujos y sus características.

CUADRO N0.3 CARATERISTICAS DE LOS SISTEMAS DE MEDICION DE FLUJOS.

TIPO APLICACION CAMPO D3 MEDIDA PRECISION m /h +/- %

- tubo Líquidos, Grandes flujos 2 pitot vapores y estático gases. La temperatura máxima de servicio es aproximadamente de 50OOC. Sólo para fluídos limpios. Resulta simple y económico. Precisa la toma de distintas medidas en una misma sección. Poca pérdida 'de carga. Fácil instalación. Invasivo.

Tubo Líquidos, Grandes flujos de 0.5 a 1 Annubar vapores y

La temperatura máxima de servicio es aproximadamente de 500OC. Sólo para fluidos limpios. Resulta simple y económico. Evita la toma de varias medidas. Pérdida de carga pequeña. Invasivo.

gases.

Tubo Líquidos , Grandes flujos de 0.5 a 1 Venturi vapores y según tamaño.

La temperatura máxima de servicio es aproximadamente de 550OC. Permite sólidos en suspensión. Apto para líquidos viscosos. Preciso y claro. Poca pérdida de carga. Tendencia a incrustaciones. Invasivo.

gases.

Placa de Líquidos, Grandes flujos de 1 a 2 Orificio vapores y según tamaño.

La temperatura máxima de servicio es aproximadamente de 550OC. Sencillo y barato. Produce elevadas pérdidas de carga. Invasivo. Fluídos limpios pueden presentar problemas de cavitación.

Tobera Líquidos, Grandes flujos vapores y según tamaño. gases.

La temperatura máxima de servicio es aproximadamente de 35OOC. Permite sólidos en suspención y fluidos viscosos. Baratos. Pérdidas moderadas. Invasivo.

gases.

Turbina Líquidos Hasta 50 0.25

La temperatura máxima de servicio es aproximadamente de 30OOC. s610 fluidos limpios. Caro. Invasivo En función de la construcción, puede utilizarse para flujo corrosivo. Buena precisión. Pérdidas de carga moderada.

y gases.

Vertederos Líquidos Hasta 2000 d e l a 3

La temperatura máxima de servicio es aproximadamente de 10OOC. Unicamente canales abiertos. Precisión variable. Robustos y de bajo mantenimiento. Invasivo.

en conductos abiertos.

Rotámetro Líquidos, Hasta 70 0.25 vapores y gases.

La temperatura máxima de servicio es aproximadamente de 250OC. Algo frágil. Sensible al golpe de ariete. Simple y relativamente económico. Baja pérdida de carga. Invasivo.

DesDla- Líquidos de 0.5 a 50 de 0.1 a 2 zamiento y gases. según tipo. La temperatura máxima de servicio es aproximadamente de 100 a 250OC. Pueden ser de muchos tipos, con toda clase de características.

Flectromaa- Líquidos Hasta 600 de 0.5 a 1 nético La temperatura máxima de servicio es aproximadamente de 2OOOC. Fluídos conductores. Pérdida de carga nula. En función del conducto. Para todo tipo de fluidos. Resulta muy caro por el equipo complementario. Permite medir el flujo en ambas direcciones.

Ultrasónico Líquidos 0.15 a 6 0.1 y gases.

El rango de temperaturas en el equipo electrónico es de -25 a 85OC y en los censores es de -40 a 150OC. De costo medio, ligero, pequeño, fácil de operar, no invasivo. Pérdida de carga nula.

Instrumentos para medir niveles:

Estos instrumentos son muy necesarios para medir consumos y para balances de materia. Se pueden dividir en varios tipos:

- De lectura directa. El más conocido es el nivel transparente, que consiste en un material transparente, adosado al tanque, formando un vaso comunicante con él.

- De presión hidrostática. El instrumento típico es el de burbujeo. Consta de un tubo sumergido en un líquido, en el que se inyecta un gas a presión (aire, nitrógeno, etc), hasta que empieza a burbujear por su extremo inferior. En estas condiciones la presión del gas es igual a la ejercida por la columna del liquido. Al medir la presión del gas y conocer la densidad se conoce la altura del líquido.

- Eléctricos. El instrumento más representativo es el de capacidad, formado por un electrodo sumergido en el líquido, que con las paredes del tanque forma un condensado. El líquido del tanque hace de dieléctrico. Al variar el nivel del líquido, varía el campo electrostático entre el electrodo y las paredes del tanque. Si el líquido es conductor se debe aislar cuidadosamente las paredes del electrodo.

Sus principales características se muestran en el cuadro No.4

CUADRO No.4 CARATERISTICAS DE LOS SISTEMAS DE MEDICION DE NIVEL.

TIPO PRESION ADMISIBLE

CAMPO DE MEDIDA €mcIsIm m +/- %

Nivel 17 O kg / cmL Limitado a la 0.5 mm tranmarente facilidad de

Elemento muy simple, barato y preciso. Sólo para líquidos no pegajosos. Resulta frágil.

lectura.

Varilla ' La atmosférica. De 0.2 a 5 araduada Extremadamente simple y barato. Tiene muy buena precisión. Su uso limitado a tanques abiertos y sin oleaje.

Flotador 400 kg/cm2 Hasta 10. Presenta la posibilidad del agarrotamiento. Robusto y Económico. Se debe mantener el flotador perfectamente limpio. Para todo tipo de líquidos.

Burbui eo

Exige mantenimiento. Muy versátil. Resulta bastante barato.

4 O0 -5 O O kg/ cm2 La altura del depósito.

0.5 mm

2

1

Diafrauma 15 O kg/ cm2 Hasta 10. 0.5 Puede medir interfases líquidas. Resulta económico, pero puede encarecerse con equipo suplementario.

CaDacidad 3 O O kg / cm2 Hasta 10. Tiene buena resistencia a la corrosión.

1

Instrumentos para analisar gases de oombustión:

Dentro de este campo, hasta hace poco tiempo se utilizaba el analizador de gases ORSAT, el cual en nuestros días es anticuado y de mantenimiento alto, pues los reactivos químicos que necesita para realizar su labor son muy caros; además de que la manera de utilizarlo es delicada. Hoy en día, se hace uso de equipos electrónicos, que son autocalibrables y que cumplen con lo requerido con un mínimo de error.

Estos analizadores, en su mayoría registran COZ, 02, exceso de aire, eficiencia de la combustión, CO, NO,, y temperatura de gases de combustión; parámetros indispensables para la evaluación del potencial de ‘ahorro de energla.

Para obtener un registro real de estas variables, se recomienda que esta acción sea repetida cuantas veces sea necesario hasta obtener datos regulares, además de que la muestra se debe tomar dentro del siguiente intervalo en la chimenea:

Medir 2 diámetros de la chimenea antes de la salida de ésta y 6 diámetros de la chimenea a partir del piso de la misma. La siguiente figura indica lo explicado en las líneas anteriores.

Instrumentos para analizar redes eléctricas:

Ultimamente en el mercado se han introducido equipos electrónicos analizadores de redes eléctricas, los cuales tienen una serie de cualidades idóneas para el trabajo en la industria ya que son compactos y ligeros, pero a la vez resistentes a la rudeza del trabajo a realizar, son fáciles de manejar y conectar en una o tres fases. Estos equipo pueden dejarse instalados temporalmente en la maquinaria o instalación del que se desee información. En la mayoría de estos equipos, los datos que se obtienen son:

- Análisis de energía eléctrica por línea de producción o por equipo. - Medición d& voltaje, corriente, factor de potencia, kW, kW-h, kVA, kVAFt, demanda máxima, demanda media, demanda promedio, fecha y hora del registro del dato.

Los datos son impresos en rollos de papel, o dirigidos a una interfase para ser capturados por una computadora, para formar bases de datos y ordenarlos de tal manera que puedan ser graficados directamente en pantalla.

Los resultados que brindan son de gran valor, pues ayudan en la distribución de tiempos de uso de los equipos consumidores de energía eléctrica, para reducir los picos de demanda máxima o en el mejor de los casos, eliminarlos; además de dedicarle mantenimiento a los equipos eléctricos que lo requieran.

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