Medidas de ahorro de energía en la industria

Transcripción

AHORRO DE ENERGÍA EN LA INDUSTRIA
Jornadas de eficiencia energética
y mercados energéticos
Zaragoza, 8 de abril de 2014
ÍNDICE
I.
El consumo de energía del sector secundario en España.
II.
La figura del “Gestor Energético” en las Organizaciones.
III. Auditoría inicial de los Suministros e Instalaciones.
IV. Contabilidad energética (“divide y vencerás”).
V.
Eficiencia energética en instalaciones de frío.
VI. Mejora energética de instalaciones de aire comprimido.
VII. Eficiencia energética en iluminación.
VIII. Optimización de transformadores eléctricos.
IX. Eficiencia energética en motores y bombas.
X.
Mejora energética de calderas, secadores, hornos, etc.
XI. Conclusiones.
PARTE 1
CONSUMO DE ENERGÍA EN EL
SECTOR INDUSTRIAL
I. Consumo de energía en el sector industrial.
ESTRUCTURA ENERGÉTICA DE ESPAÑA
ENERGÍA PROPIA
ESPAÑOLA
Fuente: CNE
BALANZA ENERGÉTICA DE ESPAÑA
Déficit de 45.696 millones de €
Fuente: CNE
Responsable del 31 %
del consumo de
energía en España
Fuente: IDAE
DISTRIBUCIÓN DE CONSUMO DE ENERGÍA POR
TIPO DE INDUSTRIA
Fuente: IDAE
PRINCIPALES CONSUMOS DE ENERGÍA EN INDUSTRIA
Fuente: IUSES
PARTE 2
LA FIGURA DEL “GESTOR
ENERGÉTICO” EN LAS
ORGANIZACIONES
II. La figura del “Gestor Energético”.
• El “gestor energético”; figura de gran futuro en todas las Organizaciones.
¿POR QUÉ?
MODA
Ó
NECESIDAD
EVOLUCIÓN DEL PRECIO DE LA ENERGÍA EN ESPAÑA
Precio €/kWh 2003
Precio €/kWh 2013
Variación (% )
Electricidad
0,0843
0,1496
77,39%
Gas natural
0,0303
0,0614
102,97%
IPC Acumulado
28,16%
Precios reales de un suministro de MT, tarifa 6.1
Fuente: Elaboración propia
PRECIO DE LA ENERGÍA EN EUROPA Vs USA
VS
Precio de la energía en la industria europea = casi el doble que en USA
Fuente: Elaboración propia
CONCLUSIONES;
• La industria Europea tiene un gran problema de competitividad por los costes energéticos.
• Cada vez es mayor el peso de los costes de la energía en los costes del producto.
• Para aumentar la competitividad; dos alternativas disminuir el consumo de energía y optimizar los contratos.
El “gestor energético”; pieza fundamental en una organización competitiva
ATRIBUCIONES Y RESPONSABILIDADES DEL “GESTOR ENERGÉTICO”
•
•
•
•
Persona encargada de todos los temas referentes a la energía y su consumo en una empresa u Organización.
Puede ser interno o externo, pero muy especializado.
Profesión de mucho futuro (actualmente muy disperso en departamentos)
Principales responsabilidades:
• Realizar la contratación de electricidad, gas y otros combustibles.
• Seguimiento de la facturación y pago de cada uno de los suministros.
• Diseño, junto con la dirección, de la estrategia de oferta y contratación.
• Análisis y control de todos los consumos de la Organización.
• Programación de Instalaciones para funcionamiento con horario adecuado.
• Realización de auditorías energéticas.
• Diseño de inversiones en materia de eficiencia energética de instalaciones.
• Mantenimiento (en algunos casos) de las instalaciones.
PARTE 3
AUDITORÍA INICIAL DE
EDIFICIOS E INSTALACIONES
III. Auditoría inicial de edificios e instalaciones.
• 1er Paso; realizar una auditoría inicial de edificios, instalaciones y suministros
‐ Revisión de tipos de suministro (gas, agua,…)
‐ Revisión de consumos
‐ Revisión de contratos de cada suministro
‐ Revisión del coste total energético anual (Objetivo; bajar un % de ese coste)
‐ Listado de consumo de energía por edificios
‐ Revisión de instalaciones grandes consumidoras de energía
‐ Revisión de curva horaria de consumos y análisis de programación de instalaciones
‐ Informe de auditoría inicial, con cada una de las instalaciones
720 kW
Curva cuartohoraria año 2013
EJEMPLO DE ANÁLISIS CON CURVA CUARTOHORARIA ANUAL
• 2 Paso; estudio pormenorizado de cada una de las instalaciones
‐ Instalaciones de frío industrial (cámaras, sistemas evaporativos, etc.)
‐
“ de aire comprimido.
‐
“ de iluminación.
‐
“ de transformación eléctrica.
‐
“ térmicas de proceso (calderas, hornos, secadores, etc.)
‐ Motores, bombas y ventiladores.
‐ Resto de maquinaria e Instalaciones.
PARTE 4
CONTABILIDAD ENERGÉTICA;
“DIVIDE Y VENCERÁS”
IV. Contabilidad energética.
LA PRIMERA Y MÁS IMPORTANTE MEDIDA
DE EFICIENCIA ENERGÉTICA
•
El control de facturas ya no sirve, es insuficiente.
•
Las organizaciones necesitan información en tiempo real, para toma de decisiones con las mejores herramientas.
•
Potencialidad de los ahorros a través de la contabilidad energética;
ENTRE UN 10% Y UN 30%!!!!!
IV. Contabilidad energética.
OBJETIVO
CONOCER EL CONSUMO INDIVIDUAL DE
CADA INSTALACIÓN; “Divide y vencerás”
PARTE 5
E. ENERGÉTICA EN INSTALACIONES
DE FRÍO INDUSTRIAL
VI. Eficiencia energética en instalaciones de frío industrial.
Usos del frío industrial:
• Cámaras de refrigeración y frigoríficos industriales
• Sistemas de climatización y aire acondicionado de las naves o edificios.
• Agua subenfríada para procesos industriales, etc.
V. Eficiencia energética en instalaciones de frío.
Máquina frigorífica por compresión:
Funcionamiento instalación frigorífica
Máquina frigorífica por compresión:
Funcionamiento instalación frigorífica
Medidas de ahorro y eficiencia:
Máquinas frigoríficas (Área de compresores):
• Sustitución de los compresores por otros de mejor rendimiento.
Parcialización de cargas o carga variable.
•
Centralización de equipos. Se mejora en eficiencia y en consumo, al disponer de simultaneidad de cargas.
• Instalar compresores multietapas, generando circuitos a diferentes presiones
para abastecer demandas frigoríficas a diferentes temperaturas.
• Recuperación de calor de refrigeración de los compresores, para abastecer demandas térmicas de baja temperatura (calefacción o agua caliente).
Máquinas frigoríficas (evaporador):
• Adecuar la temperatura de evaporación a la más alta posible. Para tener una
presión más alta y por tanto menor consumo en el compresor.
• Dimensionamiento adecuado de evaporadores.
• Desescarche por fluido caliente, no eléctrico.
• Sobrecalentamiento del líquido. Intercambiador aspiración líquido.
Máquinas frigoríficas (condensador):
• Adecuar la temperatura de condensación a la a la más baja posible. Para
tener una presión más baja y por tanto menor consumo en compresor.
• Dimensionamiento adecuado de condensadores.
• Aprovechamiento del calor de condensación para otros usos (climatización,
generación de ACS, etc.).
Cámaras frigoríficas:
• Mejora de Aislamiento del recinto frigorífico.
• Instalar puertas de acceso automáticas y de apertura rápida.
• Creación de una antecámara acondicionada (para evitar la entrada a la
cámara de aire sin tratar).
• Aprovechar la máxima capacidad con objeto de disminuir las superficies de
pérdidas.
• Programar adecuadamente carga y descarga para no abrir las cámaras con
frecuencia.
Cámaras frigoríficas:
• Reducir al mínimo los elementos generadores de calor en el interior de la
cámara. Instalar detectores de presencia para el alumbrado.
• No introducir productos calientes.
• Utilizar recipientes bien aislados para el traslado de los productos
congelados o refrigerados.
• Efectuar rápidamente los traslados entre cámara y transporte.
• Reducir la concentración de oxígeno en la conservación de vegetales para
aumentar la temperatura de conservación.
PARTE 6
E. ENERGÉTICA EN
INSTALACIONES DE AIRE
COMPRIDO INDUSTRIAL
VI. Eficiencia energética en instalaciones de aire comprimido.
Usos del aire comprimido:
El aire comprimido se utiliza para accionar equipos como:
• Sistemas de control
• Sistemas neumáticos
• Herramientas neumáticas como:  Engrapadoras neumáticas
 Pistolas para pintar
 Serruchos
 Martillos de aire
Instalación de aire comprimido:
Una instalación de aire comprimido consta de dos partes:
• Central compresora: donde el aire se prepara convenientemente para su uso.
• Red de distribución: que transporta el aire comprimido hasta el punto de consumo.
1. Central compresora:
En la central compresora se realiza el tratamiento del aire para obtenerlo a una determinada presión y unos niveles determinados de limpieza y ausencia de humedad.
Esquema de una instalación de aire comprimido
1. Central compresora:
Está constituida por los siguientes componentes:
•Compresor: incrementa la presión del aire.
•Refrigerador‐separador: elimina el agua presente en el aire comprimido a la
salida del compresor.
•Depósito de regulación: almacena el aire comprimido para atender demandas
puntas que excedan la capacidad del compresor.
•Filtro: se eliminan las impurezas del aire, como el polvo y el aceite, mediante
un filtrado adecuado.
•Secador: seca el aire comprimido hasta un punto de rocío inferior a la
temperatura ambiente antes de ser distribuido a la red.
2. Red de distribución:
Existen tres tipos de red de distribución:
• Red ramificada o abierta
• Red mallada o cerrada
• Red mixta
Esquema de una red de distribución de aire comprimido
Ahorro en la utilización:
 Presión: un primer aspecto es comprobar si un determinado trabajo se puede realizar con menos presión, ya que si se realiza un trabajo a una presión mayor de la necesaria, se está consumiendo una energía que no es necesaria.  Sectorización:
 Sectorizar por presiones: dar a cada elemento la presión mínima de actuación (reguladores)
 Sectorizar la fuga en momentos no productivos: corte del suministro de aire a una instalación cuando no está trabajando (electroválvulas)
 Monitorización: es la única manera de cuantificar la conveniencia o no de ciertas intervenciones, ya que se puede conocer el consumo de aire por horas de producción, y de esta manera sí que se puede evaluar el grado de ahorro introducido.
 Calidad del aire: un aire en malas condiciones es fuente de despilfarro, aparecen averías, mal funcionamiento, pérdidas de presión…
Ahorro en la generación:
 Enfriar la toma de aire de los compresores
 Recuperar el calor de refrigeración de compresores
 Mejorar la eficiencia de los compresores
 Evitar que los compresores trabajen en vacío
 Variación de frecuencia
 Compresión por etapas
 Mejora en el Secador frigorífico
Diagrama calorífico de un compresor
PARTE 7
EFICIENCIA ENERGÉTICA EN
ILUMINACIÓN INDUSTRIAL
VI. Eficiencia energética en iluminación industrial.
ILUMINACIÓN INDUSTRIAL MÁS COMÚN
• 15 % del consumo eléctrico en industria debido a iluminación
• Lámparas empleadas en industria:






Fluorescente tubular.
Mercurio de alta presión.
Halogenuro.
Sodio de Alta Presión.
Halogenuro Metálico Cerámico.
Led s (todavía incipiente).
ILUMINACIÓN INDUSTRIAL MÁS COMÚN
Medidas de ahorro y eficiencia en iluminación industrial:
• Aprovechamiento máximo de la luz natural.
• Estudio de colocación de claraboyas, shunts o exhutorios traslúcidos.
• Estudio luminotécnico para analizar la idoneidad de las lámparas y los periodos
de retorno de su cambio. (Importante altura, mantenimiento, horas de uso, tipo
de trabajo, etc.)
• Sustitución de balastos electromagnéticos por balastos electrónicos (ahorros de
hasta el 20 % del consumo y muchas otras ventajas)
• Gestión inteligente de la iluminación, mediante automatización centralizada.
• Instalación de otros sistemas de regulación y control (interruptores
temporizados, sensores de presencia, crespusculares, etc.).
• Adecuado mantenimiento y limpieza de las luminarias.
PARTE 8
OPTIMIZACIÓN DE
TRANSFORMADORES ELÉCTRICOS
VIII. Optimización de transformadores eléctricos
.
Transformador eléctrico:
Se denomina transformador a un dispositivo electromagnético
que permite aumentar o disminuir el voltaje y la intensidad de
una corriente alterna de forma tal que su producto permanezca constante.
Transformador seco encapsulado
Transformador sumergido en aceite
.
Transformador eléctrico :
Las pérdidas en el transformador se pueden clasificar en:
•Pérdidas de potencia en el circuito eléctrico: llamadas pérdidas en el cobre,
son las ocasionadas por efecto Joule al pasar la corriente por los devanados
primario y secundario.
•Pérdidas magnéticas: llamadas pérdidas en el hierro son debidas a los
fenómenos de histéresis y de corrientes parásitas.
Balance de potencias
.
Medidas de ahorro y eficiencia :
Las principales medidas a tomar para aumentar la eficiencia energética en el
uso de transformadores son las siguientes:
•Sustituir los transformadores antiguos por otros nuevos.
•Desconectar los transformadores que estén en vacio.
•Acoplar correctamente los transformadores en paralelo.
.
Medidas de ahorro y eficiencia
AJUSTE DEL FACTOR DE POTENCIA
P (kW) =S (kVA) x cos. ϕ
.
AJUSTE DEL FACTOR DE CARGA
Los transformadores, es recomendable, como cualquier sistema eléctrico que estén trabajando en su punto óptimo de funcionamiento, que coincide con 80 ‐ 100 % de la carga.
.
EFECTOS DE LOS ARMÓNICOS
Influye en el dimensionamiento de los trasformadores porque disminuyen su vida útil y disminuyen su rendimiento.
.
MEDIDAS A LOS ARMÓNICOS
•Adaptando la instalación
•Utilizando dispositivos particulares en la alimentación (transformadores especiales, inductancias)
•Filtros
Conexión del primario en triángulo
Filtro activo
.
OTRAS MEJORAS EN TRANSFORMADORES
Temperatura: El aumento de temperatura en el recinto, disminuye el factor de
carga y aumenta el envejecimiento del trasformador.
Ventilación: El aplicar ventilación forzada en transformadores tiene la ventaja que
aumentamos su capacidad, pero reduce su rendimiento, debido al consumo de los
ventiladores.
PARTE 9
MOTORES Y BOMBAS
CONSUMO DE ENERGÍA EN MOTORES
Se calcula que en España los motores en la industria consumen aprox. 60 TWh de electricidad. Supone aprox. 8.000 millones de €/año Fuente: CGCOII
PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN MOTORES
Fuente: CGCOII
TIPOS DE MOTORES
• Motor Asíncrono;
El motor asíncrono es el más utilizado en la industria ya que presenta unas características de robustez, prestaciones, costo y rendimiento muy buenas. El funcionamiento está basado en la Ley de Lenz que dice que la f.e.m. inducida tiende a oponerse a la causa que la produce.
Fuente: CGCOII
TIPOS DE MOTORES
• Motor Síncrono;
El motor síncrono tiene un bobinado polifásico en el estator semejante al del motor asíncrono. En él se origina un campo giratorio a la velocidad F (W, P), donde:
W: Pulsación angular de la frecuencia de la red.
P: Número de pares de polos.
Si en el rotor se dispone de un número de polos fijos semejantes al del estator, excitados en su polaridad fija por una fuente externa de corriente continua, se producirá una interacción mutua en el momento en el que la velocidad de los polos rotóricos sea igual a la de los polos ficticios que origina el estator. De esta interacción mutua se deriva el efecto del par motor. El rotor gira, pues, en sincronismo con la frecuencia de alimentación del estator, de ahí el nombre de motor síncrono.
Fuente: CGCOII
TIPOS DE MOTORES
• Motor de Alta Eficiencia;
Unión de los fabricantes de motores en la UE con la Dirección General de Energía para fabricar únicamente motores de ƞ mejorado o de alta eficiencia.
• EFF 1 (Alto rendimiento)
• EFF 2 (Rendimiento mejorado)
• EFF 3 (Bajo rendimiento)
Fuente: CGCOII
TIPOS DE MOTORES
Motor de Alta Eficiencia; Rendimiento en función de la Potencia y tipo Fuente: CGCOII
Medidas de ahorro y eficiencia en motores
• Comprobar que su consumo se corresponde con el valor de la placa del motor
(1ª acción de una auditoría energética). Muchas veces el motor trabaja fuera del
punto nominal de W, con un ƞ mucho menor.
• El tamaño sí importa; Hay que evitar sobredimensionar el motor (NO
Coeficientes de seguridad!!!!!!!)
• Regulación de la velocidad de los motores (para bombeos o ventiladores). Muy
importante!!!. (Ahorro de energía de hasta el 50% Vs control de caudal con medio
mecánicos, además en los arranques los picos de corriente ↓ de 7 veces a 3 veces
la nominal; mayor vida útil)
• Utilización de motores de alto rendimiento (EFF 1) (No comprar motores por el
precio de venta, amortizaciones muy rápidas).
• Motores síncronos menor energía que los asíncronos (tienen algunas
limitaciones).
BOMBAS Y VENTILADORES
• Sistemas mecánicos acoplados a un motor que se utilizan para mover un fluido;
Muy importantes en la industria:
Fuente: CGCOII
BOMBAS Y VENTILADORES
• Quedan caracterizados por su curva de funcionamiento.
Fuente: CGCOII
VIII. Eficiencia energética en motores y bombas.
Medidas de ahorro y eficiencia en bombas y ventiladores
• Ajustar el punto de funcionamiento, a su punto óptimo de operación.
• La potencia nominal suministrada por el motor debe de ser igual a la que
requiere la bomba para trabajar a máximo ƞ.
•
Motor alineado con la bomba y montado sobre una superficie que reduzca las
vibraciones.
• Lugar ventilado, para evitar sobrecalentamientos del motor.
• Siempre arrancadores automáticos, para evitar que el motor siga consumiendo
energía cuando la bomba haya dejado de funcionar.
• SIEMPRE!!!! Utilizar variadores de velocidad como sistema de control de caudal
y en el arranque‐paro.
PARTE 10
CALDERAS, HORNOS Y SECADORES
X. Eficiencia energética en calderas, hornos y secadores.
CALDERAS DE VAPOR
El objetivo de las calderas de vapor es producir vapor a presiones
por encima de la atmosférica, a partir de la energía de un
combustible. Este vapor podrá ser utilizado posteriormente en
diferentes funciones en la planta industrial, desde la aportación
de calor a procesos hasta el accionamiento de equipos.
Fuente: CGCOII
X. Eficiencia energética en calderas, hornos y secadores.
Medidas de ahorro y eficiencia en calderas
• Aprovechamiento del calor residual de los gases de combustión (supone la
mayor pérdida de energía térmica en la industria).
• Instalación de economizadores en calderas.
• Sustitución por calderas con recuperación de calor.
• Calentadores de aire comburente
PARTE 11
CONCLUSIONES
XI. Conclusiones.
• El coste unitario de la energía aumenta muy por encima del IPC (Cada vez el
factor de costes energéticos de los productos es mayor)
• La figura del “Gestor energético” va a ser muy importante en las organizaciones
de tamaño mediano – grande.
• El gestor energético tendrá que ser muy especializado en eficiencia energética y
mercados energéticos.
• En la mayor parte de empresas e Instituciones el margen potencial de ahorro
energético y optimización de contratos todavía es grande.
• La industria consume 1/3 de la energía de España.
• La contabilidad energética es la primera gran arma del ahorro energético.
• Los motores en la industria son responsables del 25% del consumo de
electricidad de España.
• Cada instalación requiere de un tratamiento específico.
MUCHAS GRACIAS POR VUESTRA ATENCIÓN

Medidas de ahorro de energía en la industria

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