Cómo identificar los ahorros energéticos más sencillos para su instalación

Entrevista al experto en medición energética Wade Thompson

Wade Thompson es un especialista en calidad eléctrica de Fluke que anteriormente trabajó para RPM y BMI. Está especializado en el diagnóstico y la solución de problemas de calidad eléctrica en centros de datos, sistemas integrados grandes, empresas públicas e instalaciones industriales.

P. ¿Qué tiene que ver la medición con el ahorro energético?

Se trata del retorno de inversión y las finanzas. Las instalaciones necesitan consumir cierta cantidad de energía para producir trabajo, productos, datos o cualquier otra cosa. Pero la mayoría de las instalaciones consumen demasiada energía. Son usuarios energéticos ineficientes. Hasta la década pasada, la gestión de instalaciones como sector no era importante, pues la energía era barata. Cuando la energía se hizo más cara, los directores se interesaron en reducir sus facturas de energía, pero había que plantear las perspectivas en términos del negocio: ¿dónde se encuentra el punto de conversión del retorno de inversión en que el desaprovechamiento es lo suficientemente importante como para darle respuesta? Para responder a esa pregunta, necesita medir cuánta energía está consumiendo en los distintos tipos de trabajo (sistemas) en su edificio y compararla con los estándares. Esto le permite conocer la dimensión del desaprovechamiento. Hacer mediciones adicionales puede ayudarle a identificar la raíz del desaprovechamiento. La cantidad de desaprovechamiento en combinación con la causa y el coste correspondiente son las tres variables de una ecuación de retorno de la inversión.

P. ¿Cuándo es pertinente, para qué tipo de instalación y dónde?

La reducción energética es pertinente en las instalaciones en las que se quiere reducir los gastos generales, a fin de aumentar la productividad, instalaciones que quieren hacer más con menos, no solo gastar menos. Una inspección de eficiencia energética identifica las oportunidades para reducir los gastos generales y le da la información para entender qué actividades de ahorro de energía le convienen al director de la instalación, dados los objetivos principales de la instalación, y cuáles no ofrecen un retorno de la inversión suficiente o definitivamente no son prioritarias. Las mayores oportunidades suelen presentarse en las instalaciones con grandes y antiguos sistemas de alto consumo energético que no han sido optimizados. Otros candidatos incluyen las instalaciones de producción que no han introducido mucha automatización ni controles, así como las instalaciones con grandes sistemas de vapor o aire comprimido.

P. ¿Cuánto puede ahorrarse?

Ojalá pudiera prometer que todas las instalaciones verán sus facturas de energía reducidas en un 25 %; ese es un promedio bastante común del potencial de ahorro que refiere el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE, por sus siglas en inglés). Los ahorros reales dependen de un par de cosas. Primero, ¿qué tipo de sistemas y actividades hay en su instalación? Las grandes cargas que no se han asignado al programa de tarifas de la empresa de servicios públicos para aprovechar los momentos más baratos del día son susceptibles de lograr ahorros significativos. Las instalaciones que funcionan principalmente con cargas menores no tendrán la misma oportunidad. Segundo, ¿cómo de ineficientes son los sistemas del edificio? Una instalación más reciente, con un buen mantenimiento no ofrecerá tantas oportunidades de ahorro como una instalación más antigua en la que los sistemas y los equipos se hayan desviado de las configuraciones y las prácticas de mantenimiento recomendadas.

P. Cuando pienso en desaprovechamiento energético, pienso en aire frío colándose por la ventana y en reemplazar las antiguas bombillas con bombillas LFC. ¿Qué tipo de "desaprovechamiento energético" se da en las instalaciones de fabricación o de uso mixto?

Ambas son buenas analogías, pues las dos ilustran el uso de energía en procesos ineficientes. El uso de energía para calentar o enfriar aire y empujarlo a través del sistema de ventilación, solo para que se cuele por la ventana, fuerza a que el sistema produzca de más y, por ende, consuma de más. ¿Qué otros sistemas en la instalación estarán trabajando más de lo necesario a causa de filtros obstruidos, motores sobredimensionados, etcétera? El uso de energía para encender bombillas incandescentes es ineficiente a causa del alto porcentaje de energía consumida que se desperdicia en forma de calor disipado. Traslade ese pensamiento a todos los equipos antiguos de una instalación que (posiblemente) consuman más energía para su funcionamiento que los modelos de alta eficiencia más recientes.

De modo que sí, una instalación de fabricación o de uso mixto puede experimentar desaprovechamientos tanto en la iluminación como en el recubrimiento del edificio. Pero ¿son esos los primeros desaprovechamientos que hay que abordar? No es posible contestar esa pregunta sin haber registrado el consumo eléctrico en todas las cargas mayores, asignarlo de acuerdo con el programa de tarifas y el programa de funcionamiento, y hacer los cálculos del retorno de la inversión. Con frecuencia, las instalaciones logran el suficiente ahorro de funcionamiento y mantenimiento de equipos grandes como para ahorrar en pocos años el dinero suficiente para acelerar el reemplazo del equipo con un modelo más eficiente.

P. ¿Por dónde se empieza? Los presupuestos, el tiempo y los recursos son limitados.

Trabaje desde un punto de partida.

Debe empezar por identificar dónde y cuándo se utiliza la energía, y por quién o qué. Una vez que los propietarios, gerentes y técnicos de la instalación entiendan exactamente cuánta energía es necesaria para el funcionamiento del negocio y la comparen con la energía desperdiciada, entonces podrán tomar decisiones y crear un plan. Para llegar a ello, comience por obtener copias de varias de las facturas más recientes de la empresa de electricidad y busque indicios de penalizaciones y cargos por demanda de energía en momentos pico. Descargue una copia del programa de tarifas del sitio web de la empresa pública, para saber el coste por unidad de energía en diferentes momentos del día, en comparación con su programa de funcionamiento. De ser necesario, llame al departamento de atención al cliente de la empresa de electricidad directamente; estarán encantados de que se ponga en contacto con ellos.

Entonces, instruya a su propio equipo de electricistas o a un contratista eléctrico para que registre la potencia en las entradas principales de servicio de la empresa pública, así como en los paneles de alimentación hasta los sistemas y las cargas más grandes. Registre los kW, kWh y el factor de potencia durante un periodo representativo. Esto brinda un panorama muy preciso del consumo de energía real en los circuitos trifásicos y las cargas. Los mayores ahorros suelen provenir del cambio de las operaciones de carga a las horas del día en que la energía es más barata.

P. Háblenos de estos sistemas que son los "desaprovechadores" más comunes.

Además de la asignación del sistema de alimentación eléctrica, siempre recomiendo que la gente evalúe sus sistemas de aire comprimido, de vapor y electromecánicos. Suelen tener múltiples usos de energía desaprovechada que puede repararse fácilmente.

Electromecánica

Uso de un analizador monofásico de calidad eléctrica Fluke 43B para evaluar un sistema mecánico
Uso de un analizador monofásico de calidad eléctrica Fluke 43B para evaluar un sistema mecánico

Existen cinco tipos comunes de desaprovechamiento de energía en un sistema electromecánico: eléctrico, mecánico/de fricción, de programa, de control y de tamaño/eficiencia.

  • La sobrecarga de corriente/tensión y el desequilibrio de fases son dos de las principales causas de desaprovechamiento de energía en los sistemas electromecánicos. Es posible detectar ambos problemas eléctricos con analizadores de calidad eléctrica y cámaras termográficas.
  • Las situaciones de desaprovechamiento de energía se manifiestan como sobrecalentamiento y vibración excesiva, que son detectables mediante imágenes termográficas y medidores de vibración. Las causas probables varían, desde la refrigeración y el flujo de aire hasta la alineación de los rodamientos y otras causas de fricción. Escanee térmicamente los acoplamientos, ejes, bandas, rodamientos, ventiladores, componentes eléctricos, cajas de conexiones/terminaciones, bobinados, y de todo aquello que pudiese ser un indicador de funcionamiento ineficiente y desaprovechamiento de energía.
  • Como se mencionó anteriormente, una de las soluciones de ahorro energético más sencillas es registrar el consumo de energía en las grandes cargas electromecánicas a lo largo de un programa de funcionamiento completo. Determine cuándo la maquinaria emplea la mayor cantidad de energía (a menudo al arrancar) y compruebe si las horas de uso pueden ajustarse a las horas del día en que las tarifas de la empresa pública son más bajas.
  • Con ese mismo registro de corriente, compare el programa de funcionamiento con la frecuencia en que la máquina utiliza energía. ¿Cuánta potencia utiliza cuando no se está usando activamente? Sin el uso de controles, la mayoría de las máquinas debe apagarse manualmente, a fin de detener el consumo de energía, y las acciones manuales no siempre tienen lugar. No es factible apagar toda la maquinaria, pero la mayoría puede ponerse en ralentí. Los controles varían entre los más simples y los completamente automatizados, pasando por el uso de sensores y temporizadores, hasta la maquinaria de ralentí flexible y el funcionamiento de codificado de forma rígida en un PLC.
  • Clasificación de eficiencia y tamaños. Especialmente en las instalaciones más antiguas, los requisitos cambian pero las cargas permanecen iguales, lo que significa que en ocasiones un motor grande, costoso y de arranque brusco permanece accionando un sistema con una intensidad de caballos de fuerza menor. La inclinación natural de todo gerente de una instalación es prolongar al máximo el ciclo de vida de una pieza grande de equipo. Sin embargo, vale la pena registrar cuánta potencia utiliza el motor, en comparación con los requisitos de carga actuales y con una unidad nueva, del tamaño correcto y alta eficiencia. Calcule cuánto exceso de energía se consume y multiplíquela por el programa de tarifas. Determine cuánto tiempo tendría que pasar para amortizar un motor nuevo; en ocasiones es conveniente desde el punto de vista financiero reemplazar un equipo antes de que falle. De no ser así, considere si se pueden utilizar controles para modular la salida.

Vapor

Realización de una inspección con una cámara termográfica Fluke Ti105
Realización de una inspección con una Cámara termográfica Fluke Ti105

Es necesario inspeccionar las cuentas del proceso de calefacción de una parte considerable de los costes de funcionamiento y el sistema, a fin de evitar varios escenarios de desaprovechamiento de energía. Primero, registre el consumo energético en la caldera, para obtener un punto de referencia del consumo energético. Después, inspeccione el sistema de distribución, incluidas las trampas de vapor, los manómetros, el aislamiento, las bombas y las válvulas. Utilice una cámara termográfica para detectar trampas de vapor con fallos, fugas, bloqueos, problemas de valores y fallos de condensación; el objetivo es devolver tanta condensación precalentada a la caldera como sea posible.

También puede utilizarse un detector de fugas ultrasónico para buscar fugas de vapor. Asegúrese de comprobar si hay aislamiento holgado o ausente, y el correcto funcionamiento de todas las trampas de vapor; limpie el interior de las calderas y compruebe si hay bloqueos en las líneas de transmisión de vapor. La combinación de estos esfuerzos puede identificar desaprovechamientos de energía y ayudar al equipo a planear soluciones de ahorro de energía, muchas de las cuales a menudo pueden aplicarse mediante el mantenimiento.

Aire comprimido

Inspección de un compresor de aire con un Analizador de energía eléctrica 434 Serie II Fluke.

Un compresor de aire de 100 caballos de fuerza puede consumir electricidad por valor de 50.000 dólares anuales, y hasta el 30 % de esa electricidad se destina a dar presión a aire que no se utiliza¹, a causa de fugas en la distribución y prácticas de desaprovechamiento de uso. Y sin embargo, nunca se ha evaluado la eficiencia de funcionamiento de aire comprimido de muchas instalaciones. De hecho, cuando se hace necesaria una mayor presión de aire, muchas instalaciones adquieren y operan un compresor adicional, sin darse cuenta de que pueden obtener más presión del sistema con el que ya cuentan.

Estudios del Compressed Air Challenge² han concluido que solo el 17 % de los usuarios de aire comprimido consideran la eficiencia como un objetivo de la gestión del aire comprimido. El setenta y uno por ciento simplemente desean un suministro de aire constante y fiable. Esa filosofía llega hasta el punto del uso: las instalaciones de equipos neumáticos a menudo no cuentan ni siquiera con válvulas solenoides, hacen funcionar el compresor de manera continua y el personal de base a menudo utiliza el aire comprimido como un recurso gratuito, utilizándolo para limpiar el área de trabajo e incluso para refrescarse. En realidad, el aire comprimido es un producto bastante caro.

Para identificar y cuantificar el nivel de desaprovechamiento, comience por registrar la corriente en un ciclo completo de funcionamiento en todos los compresores de aire. Ello definirá cuánta energía se necesita para producir los niveles de presión de aire actuales. También registre las psi en la salida del compresor, en comparación con el punto de uso, determine el nivel de caída de presión y verifique el requisito de psi del fabricante para hacer funcionar el equipo; no aplique presión excesiva "solo porque sí". Utilizar un módulo de presión conectado a un multímetro de registro es una manera de realizar estas pruebas sin invertir en equipo especializado. Por último, use un detector de fugas ultrasónico para escanear tanto de la línea de aire como sea posible, a fin de determinar la ubicación y el alcance de las fugas de aire.

Los pasos para mejorar la eficiencia energética incluyen reparar las fugas identificadas, configurar los compresores para generar solo la cantidad necesaria de presión, instalar electroválvulas de corte de aire en el punto de uso y utilizar tanques de recepción para aplicaciones de gran volumen, en vez de aumentar la presión general del sistema.

¹Improving Compressed Air System Performance: a Sourcebook for Industry: Section 12, "Compressed Air System Economics and Selling Projects to Management", pág. 69.

²Consulte el "Appendix D" de "Improving Compressed Air System Performance: a Sourcebook for Industry" en línea en la dirección http://www.compressedairchallenge.org/library/#Sourcebook. Estudio encargado por el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) con soporte técnico del Compressed Air Challenge (CAC).