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INDUSTRIALMANUAL DE EFICIENCIA ENERGÉTICA - AES EL SALVADOR

Con AES Soluciones puede cambiar las luces de su empresa por iluminación inteligente y reducir su factura eléctrica al mes.

Créditos Este manual ha sido diseñado por el equipo técnico del Departamento de Ciencias Energéticas y Fluídicas (DCEF) de la Universidad Centroamericana “José Simeón Cañas” (UCA), para la empresa AES El Salvador. Equipo de redacción: Luis Aarón Martínez Figueroa Ismael Antonio Sánchez Figueroa Javier Eduardo Urías Álvarez Juan Miguel Siu Hernández Diagramación: Jesús Humberto Molina Melara Antiguo Cuscatlán, La Libertad El Salvador Septiembre de 2018 (C) Se prohibe la reproducción total o parcial de este documento, en ninguna forma, ni por algún medio, sea electrónico, mecánico, fotoquímico, magnético o fotocopia, sin permiso escrito de AES El Salvador.

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Presentación Es indiscutible el papel de la industria en el desarrollo económico y social de los países en general. Sin embargo, las industrias también pueden ocasionar impactos ambientales negativos, a menos que se adopten prácticas sostenibles de producción. Dentro de las estrategias orientadas al cuido del medio ambiente, la implementación de la eficiencia energética permite a las empresas industriales reducir sus costos de operación, traduciéndose en medidas que favorecen los esfuerzos por la sostenibilidad económica, social y ambiental. El presente manual aborda detalladamente las buenas prácticas de gestión energética en la industria y las tecnologías que permiten ahorros en los distintos sistemas y procesos productivos. Se ha efectuado una recopilación de información bibliográfica, con el fin de articular un documento consistente que permita al lector conocer la manera de abordar la eficiencia energética en la industria de forma efectiva, en base a los enfoques más recientes y las tecnologías más avanzadas. Se estudian los sistemas de gestión de la energía como un marco metodológico con objeto de establecer una cultura de ahorro energético y mejora continua se analizan las medidas de eficiencia de la misma en los principales sistemas utilizados en la industria: Procesos productivos, iluminación, refrigeración y aire acondicionado, motores eléctricos, sistemas de bombeo y aire comprimido. Asimismo, se presentan estrategias para el uso de la energía solar fotovoltaica. Se hace, además, una revisión de las aplicaciones de la eficiencia energética en un grupo selecto de sectores industriales relevantes. Finalmente, se presentan tecnologías emergentes, las cuales podrían ser adoptadas en los próximos años para alcanzar mayores niveles de eficiencia. El Manual de Eficiencia Energética para la Industria es un complemento del Manual de Eficiencia Energética Residencial y Comercial desarrollado por AES, en su edición 2018. Ambos son complementarios y ofrecen lineamientos y buenas prácticas para la reducción de costos de energía eléctrica. Es la intención de los autores que este manual sirva como referencia a las empresas industriales, consultores, académicos y el público en general interesado en la temática.

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Contenido Capítulo 1: Sistemas de gestión de la energía (ISO 50001) (3)

1.1 Introdución (3) 1.2 Motivación (4) 1.3 Requisitos de un sistema de gestión energética (8) 1.4 Consejos adionales para la implantación de un SGEn exitoso (19)

Capítulo 2: Tecnologías de eficiencia energética (20)

2.1 Introducción (20) 2.2 Procesos de producción (20) 2.3 Iluminación (24) 2.4 Refrigeración y aire acondicionado (51) 2.5 Motores eléctricos (70) 2.6 Sistemas de bombeo (81) 2.7 Eficiencia energética de sistemas de aire comprimido (Sistemas Neumáticos) (108)

Capítulo 3: Energía solar fotovoltaica (128)

3.1 Introducción al diseño de un sistema solar fotovoltaico (128) 3.2 Geometría Sol-Tierra (128) 3.3 Solarimetría (132) 3.4 Características eléctricas de los módulos fotovoltaicos (133) 3.5 Consideraciones para el buen diseño de un sistema fotovoltaico (135) 3.6 Sistema fotovoltaico conectado a la red. Opciones de conexión ((136) 3.7 Normas para usuarios finales productores de energía eléctrica con recursos renovables (139)

Capítulo 4: Aplicaciones de la eficiencia energética (141) 4.1 Introducción (141) 4.2 Edificaciones y comercios (142) 4.3 Industria (147) 4.4 Alumbrado público ((155)

Capítulo 5: Tecnologías emergentes (157)

5.1 Almacenamiento energético (157) 5.2 Movilidad eléctrica (169)

Bibliografía(173) Otros enlaces de interés (176) Créditos de figuras (177) Créditos de tablas (178)

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CAPÍTULO

1

SISTEMAS DE GESTIÓN DE LA ENERGÍA (ISO 50001)

1.1 Introducción Las empresas industriales han comenzado a prestar más atención a sus costos de energía. La competencia internacional y las alzas en los precios del petróleo han sido factores determinantes para que los encargados de administrar plantas industriales busquen en los últimos años formas de ahorrar energía. El presente manual busca ser una herramienta que ayude a las empresas industriales en sus primeros pasos a lograr dicho objetivo. Sin embargo, es fundamental aclarar que la experiencia ha demostrado que acciones aisladas en las empresas, sin la adecuada coherencia interna y sin el respaldo financiero, organizativo y humano, son poco efectivos para la sostenibilidad de los ahorros energéticos. Desde hace muchos años se sabe que la mejor manera de emprender un proyecto de ahorro energético integral en una empresa es estableciendo un Sistema de Gestión de la Energía (SGEn).

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^ĞŐƵŝŵŝĞŶƚŽ͕ ĐŽƌƌĞĐĐŝſŶ͕ĂĐĐŝſŶ Según la norma internacional ISO ŵĞĚŝĐŝſŶLJĂŶĄůŝƐŝƐ ĐŽƌƌĞĐƚŝǀĂLJĂĐĐŝſŶ ƉƌĞǀĞŶƚŝǀĂ 50001:2011 Sistemas de Gestión de la Energía-Requisitos con Orientación Figura 1-1: Modelo de sistema de gestión de la energía para esta Norma Para su Uso, un Sistema de Gestión Internacional de la Energía (SGEn) es un “conjunto de elementos interrelacionados mutuamente o que interactúan para establecer una política, objetivos energéticos, procesos y procedimientos necesarios para alcanzar dichos objetivos”. Lo que se plantea acá es la conveniencia de establecer un sistema en la organización que fomente la realización de las actividades y procesos necesarios para gestionar la energía en todas sus facetas, lo que permite garantizar la sostenibilidad en el tiempo de los resultados esperados y la mejora continua. EŽĐŽŶĨŽƌŵŝĚĂĚ͕

Es decir, un SGEn proviene de la misma familia de los sistemas de gestión de la calidad y la gestión ambiental, los cuales han sido impulsados en los últimos años. El sistema de gestión como tal se basa en un ciclo de mejora continua (Planificar – Hacer – Verificar - Actuar), con un enfoque en la gestión de las diversas formas de energía usadas por la organización. Lo que este ciclo implica, en el contexto de un SGEn, es lo ilustrado en la figura 1-1.

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• Planificar: Llevar a cabo una revisión de cómo se usa la energía actualmente en la organización, establecer cuál es la línea base (el punto de partida, sobre el cual se desea mejorar el desempeño energético), generar Indicadores de Desempeño Energético (IDEn), los que permiten medir los resultados de las acciones tomadas, establecer objetivos, metas y preparar planes de acción para la ejecución de las acciones requeridas acorde a una política energética, la cual deberá ser aprobada e impulsada desde la alta dirección. • Hacer: Ejecutar las acciones acordadas en el plan de acción. • Verificar: Dar seguimiento y medir la efectividad de los procesos asociados al SGEn, así como los indicadores de desempeño energético, comparándolos con las metas acordadas y documentar los resultados. • Actuar: Analizar los resultados generales y específicos del SGEn y tomar las acciones necesarias a fin de ajustar las políticas, planes de acción u otro aspecto que lleve hacia la mejora continua. Los procedimientos de un sistema de la gestión de energía deben ser lo más específico y directo como sea posible. El alcance y la cantidad de personas involucradas en la gestión energética dependen de las dimensiones de la instalación donde se desea llevar a cabo la misma. Para el caso de instalaciones pequeñas, tales como el hogar o un comercio pequeño, puede ser suficiente una sola persona para supervisar el proceso, mientras que en instalaciones de mayor tamaño, tales como un complejo industrial, la gestión de energía requerirá de la supervisión de un grupo de personas de distintas áreas y diversas especialidades. Para el establecimiento de un SGEn, se deben realizar diversas actividades. Tal como muestra el esquema, se debe comenzar con la planeación y establecimiento de objetivos; evaluación de planta (auditoría energética), que permite identificar y evaluar opciones de mejora tecnológica; posteriormente, la elaboración de un plan de acción, que ejecute algunas de las opciones de mejora identificadas. Luego de ejecutarse y monitorearse el plan de acción se realiza una evaluación de todo el proceso. Obsérvese que el diagrama muestra que, luego de la evaluación, hay que volver al primer paso, planeación y organización. Esto significa que la administración energética es un proceso de mejora continua, que debe repetirse cíclicamente, estableciendo nuevas metas, identificar nuevas oportunidades, haciendo un nuevo plan de acción, ejecutándolo, dándole seguimiento y evaluándolo. Es este proceso cíclico el que garantiza que los ahorros alcanzados sean sostenibles en el tiempo y la organización se encuentre siempre en la búsqueda de lograr una mayor eficiencia energética.

1.2 Motivación Los SGEn proveen herramientas a las organizaciones para gestionar su energía en todas sus facetas. Entre las justificaciones para establecer un SGEn se pueden mencionar: • Hay un retorno económico directo: Aunque el SGEn requiere de ciertas inversiones (tiempo,

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documentación, difusión, reuniones), los ahorros son inmediatos y los proyectos de inversión en eficiencia energética son más efectivos y rentables. • La mayoría de empresas buscan ser más competitivas que otras empresas, puesto que los costos de la energía se han vuelto una partida importante en los costos de producción. • Las tecnologías energéticas de punta cambian rápidamente (vida media de 10 años) pudiéndose aprovechar nuevas oportunidades de mejoramiento tecnológico en eficiencia, gracias a la incorporación de nuevas tecnologías. • Los SGEn permiten mejorar la seguridad energética ya que se analizan los contratos de suministro de energía y se evalúa la autogeneración y la negociación de contratos de compra de energía más ventajosos. • L os SGEn, permiten contar con un seguimiento de los consumos energéticos que anticipe y planifique acciones ante futuras variaciones en los precios de la energía.

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Figura 1-2: Beneficios directos de los SGen

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Figura 1-3: Beneficios indirectos de los SGen

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Una organización puede hacer una evaluación inicial de cómo gestiona su energía e identificar áreas de mejoramiento. La tabla 1.1 muestra un cuestionario el cual permite identificar rápidamente el nivel de gestión alcanzado en 6 áreas importantes de la gestión energética: Política energética, organización, motivación, sistemas de información, posicionamiento e inversión. La tabla ilustra diversos niveles de madurez, sirviendo, además, de base para un diagnóstico inicial. Una herramienta adicional que pueden utilizar las organizaciones es el análisis de brecha, que consiste en analizar los requisitos de la normativa internacional de gestión de la energía y establecer el nivel de cumplimiento de cada uno de los requisitos y un porcentaje global.

¿Cómo se origina un sistema de gestión de la energía? Se ha documentado que los buenos programas de gestión energética han sido originados por un individuo que ha reconocido el potencial, está dispuesto a poner el esfuerzo (adicional a las labores regulares), asume el riesgo de impulsar nuevos conceptos y está motivado por un «llamado superior» a ahorrar energía. Sin embargo, los SGEn también pueden ser originados por la alta dirección, lo cual presenta las siguientes ventajas y precauciones:

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/DSROtWLFD HQHUJpWLFD FRQWLHQHXQSODQ GHDFFLyQTXH LQFOX\H WRGDVODV iUHDVGHOD HPSUHVD\DVX YH]IRUPDSDUWH GHXQDHVWUDWHJLD GHSURWHFFLyQDO DPELHQWH

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Tabla 1.1 : Niveles alcanzados de gestión energética

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1.3 Requisitos del sistema de gestión energética La organización debe establecer, documentar e implementar un sistema de gestión energética de acuerdo a la norma internacional; establecer y delimitar los alcances y límites de dicho sistema de gestión, así como los requisitos para lograr una mejora continua de su desempeño.



I. Requisitos generales

Como un requisito general, la organización debe documentar, implementar, mantener y mejorar un SGEn de acuerdo a los requisitos de la norma internacional, definiendo el alcance y límites de su SGEn y determinar cómo cumplirá los requisitos de la norma para lograr la mejora continua del desempeño energético. Los sistemas de gestión energética tienden a seguir los siguientes pasos: 1.

Un compromiso de la alta dirección para establecer un SGEn

2.

Designar a un Gerente de Energía (conocido también como representante de la dirección o director energético) para revisar todo el proceso y asegurarse que se encargue de explicar detalladamente el consumo de energía, así como proponer iniciativas de ahorro energético.

3.

Obtener el historial del consumo de energía de la organización en los últimos tres años. Establecer un Sistema de Medición de Energía que registre la energía consumida así como el agua y los costos asociados a los mismos.

4.

Validar y analizar los datos de consumo energético actual y global que ayude a identificar medidas de eficiencia energética.

5.

Realizar medidas de recolección de información, como encuestas y auditorías, con el fin de identificar y desarrollar medidas de eficiencia energética.

6.

Cambiar los procedimientos de operación, en base a los resultados de las encuestas, de modo que se elimine el desperdicio de energía.

7.

Evaluar las medidas de eficiencia energética, determinadas mediante los datos, y confrontarlos con los ahorros estimados, la estimación de los costos de implementación de estas medidas, los riesgos y los beneficios no energéticos, con el objetivo de recomendar un número de proyectos de eficiencia energética a ejecutar, ordenados según su prioridad.

8.

Ejecutar las medidas de eficiencia energética aprobadas.

9.

Registrar los resultados del sistema en su totalidad usando el sistema de medición de energía.

10. Comparar los resultados con los objetivos planteados, revisar el sistema si es necesario y desarrollar nuevos objetivos. Reportar los datos a la gerencia. Luego del paso 10 se retoma el paso 7 a fin de mantener un proceso de mejora continua.

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Figura 1-5: Ejemplo de un proceso de administración energética



II. Responsabilidades de la dirección

Alta dirección Una de las partes más importantes a la hora de ejecutar un sistema de gestión energética es el apoyo y compromiso de la alta gerencia. Algunas de sus responsabilidades son las siguientes: Definir, establecer, implementar y mantener una política energética, así como suministrar los recursos (humanos, tecnológicos y financieros) necesarios para el logro de los objetivos del mismo. Además, es necesario designar a un representante de la dirección y aprobar la creación del equipo encargado en la gestión energética. Dicho equipo suele denominarse Comité de Energía (o comité de eficiencia energética) y está compues-

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to por representantes de áreas de la organización que se hallan implicados en el tema de la energía. La alta dirección debe identificar el alcance y los límites a ser cubiertos por el sistema de gestión energética y desde su compromiso comunicar la importancia de la gestión energética así como velar que todas las personas dentro de la instalación estén informados de los objetivos que pretende la política energética. Representante de la dirección La alta dirección debe designar a un representante de la dirección, también conocido de manera más técnica como un gerente de energía o director energético, con las habilidades y competencias adecuadas, quien, independientemente de otras responsabilidades, tiene la responsabilidad y la autoridad para: Asegurar que el sistema de gestión energética se implementa y mejora continuamente de acuerdo a la Norma Internacional, así como identificar a las personas claves que de manera conjunta están involucradas en aspectos de consumo energético. El gerente de energía es el encargado de informar sobre el desempeño energético así como del sistema de gestión energética a la alta dirección. Se encarga de la planificación de las actividades de la gestión de energía que están en sintonía con la política energética delimitada por la alta dirección. También se encarga de asignar responsabilidades a las autoridades correspondientes, así como los criterios y métodos que se usarán para alcanzar el manejo e implementación del sistema de gestión energética. Es el gerente de energía quien se encarga de concientizar a la empresa en un uso racional de energía.

Organizando la gestión energética Para ser efectivos, la gerencia de energía debe idealmente tener el mismo nivel de jerarquía y acceso a recursos que otras gerencias importantes en la empresa. El departamento encargado en la gestión de energía debe: • • • • • • • • • •

rear y mantener un plan de gestión energética. C Establecer registros energéticos. Identificar el tipo de asistencia externa necesaria. Analizar necesidades futuras de energía. Identificar fuentes de financiamiento. Hacer recomendaciones energéticas. Implementar recomendaciones. Proveer la conexión pertinente entre el comité de energía y la alta gerencia. Planear estrategias de comunicación. Evaluar la efectividad del programa.

Gerente de energía Se encarga de cuatro grandes áreas: • Funciones técnicas • Funciones relacionadas a la política energética

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• F unciones de planificación y compra • Funciones de relaciones públicas El gerente de energía debe documentar y comunicar de manera clara a todas las personas que laboran en la organización los objetivos que pretende alcanzar la política energética. Funciones técnicas • C onducir auditorías energéticas e identificar medidas de eficiencia energética. • Actuar como asesor técnico interno en nuevas tecnologías energéticas, fuentes alternativas de energía y prácticas de eficiencia energética. • Evaluar las propuestas de mejora de eficiencia energética en nuevas construcciones, expansiones, remodelación y compra de nuevos equipos. • Establecer estándares de rendimiento para una operación eficiente y mantenimiento de equipo. • Revisar el estado del arte de equipos que faciliten la gestión energética. • Revisar la operación y procesos para una óptima gestión de energía dentro de las instalaciones de la organización. • Gestionar y supervisar la ejecución de medidas de eficiencia energética. • Establecer un sistema de monitoreo del desempeño energético. • Establecer una referencia para que el ahorro energético pueda ser medido. Funciones relacionadas a la política energética • M onitorear la legislación y las normativas nacionales e internacionales y recomendar políticas internas. • Representar la organización en asociaciones de energía. Funciones de planificación y compra • • • • •

provechar las oportunidades de cambio de combustible y administración de carga. A Adquirir equipo basado en el costo de ciclo de vida del mismo. Desarrollar planes de contingencia para compensar interrupciones. Realizar un pronóstico de costos en equipos a corto y mediano plazo. Reportar de forma periódica a la alta gerencia y afines.

Funciones de relaciones públicas • H acer que las personas dentro de las instalaciones estén al tanto de los beneficios del uso de la eficiencia energética. • Establecer un mecanismo para obtener y evaluar sugerencias, por parte de las personas, dentro de las instalaciones. • Reconocer los proyectos de energía que resultaron exitosos. • Establecer una red de comunicación enfocada a temas energéticos. Un gerente de energía debe cumplir con ciertas cualidades generales, como por ejemplo una sólida formación y conocimiento técnico, preferiblemente en ingeniería; una experiencia en el diseño energético eficiente de instalaciones y procesos; tener un estilo de gestión orientada al cumplimiento de objetivos; habilidad para trabajar con diferentes personas; habilidades de escritura técnica y comunicación verbal.

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Mientras que las cualidades deseables en su educación podrían ser: haber tenido cierto enfoque en su licenciatura, de preferencia en ingeniería mecánica, eléctrica, industrial o química; conocimiento de planificación y conservación de recursos energéticos Un Gerente de Energía debe tener las habilidades para compilar y analizar información técnica y estadística incluyendo reportes técnicos. Debe también tener la habilidad de interpretar planos y especificaciones para la construcción de instalaciones. Debe tener conocimientos en planeación, eficiencia energética; control automático y sistemas de conteo; equipo de medición relacionado a energía y gestión de proyectos. Es importante notar, sin embargo, que el gerente de energía puede contar con un equipo técnico especializado y asesores externos quienes apoyen en temas específicos, por lo cual no es esencial ser experto en energía, pero sí tener habilidades de gestión y la intención de formarse en temas energéticos. El Gerente de Energía conformará un Comité, con representación de áreas de la organización que contribuyan a la implementación del SGEn. El comité puede incluir representantes de áreas como mantenimiento, comunicaciones, compras, producción, contabilidad. Cada una de dichas áreas juega un papel importante en la gestión de la energía al facilitar los recursos institucionales y los procedimientos que sean impulsados en el SGEn. El siguiente gráfico muestra un organigrama típico de una empresa con un SGEn implementado, mostrando la jerarquía deseable del gerente de energía y el comité de energía. 'ZEd'EZ>

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Figura 1-6: Ejemplo de estructura

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Los miembros del Comité de Energía deberán poseer las siguientes cualidades: • Poseer suficiente conocimiento técnico dentro del grupo para comprender la tecnología y/o recibir entrenamiento. • Conocimiento del potencial de nueva tecnología aplicable al programa. • Habilidades de planeación. • Comprensión del sistema de evaluación económica de proyectos en la empresa. • Excelentes habilidades de comunicación y motivación para involucrar a toda la empresa en el programa.



III. Política energética

Es la alta gerencia quien define la política energética, esta política energética debe establecer el compromiso de la organización para alcanzar una mejora en el desempeño energético. Debe asegurarse que la política energética sea apropiada a la naturaleza y magnitud del uso y del consumo de energía de la organización, también debe incluir un compromiso por la mejora continua del desempeño energético, un compromiso para tener un sistema de contabilidad energética que facilite la gestión energética, así como disponer de los recursos necesarios para alcanzar los objetivos y metas. La política energética debe incluir el cumplimiento de los requisitos legales aplicables y que estén relacionados con el uso y el consumo de la energía y la eficiencia energética. Es indispensable que ésta incluya un marco de referencia o una línea base que permita hacer comparaciones para determinar si se han cumplido los objetivos. Para finalizar, la política energética debe tener en sus bases la adquisición continua de maquinaria con una alta eficiencia energética que permita una reducción en el consumo de energía, así como una continua revisión y actualización de la misma donde se haga una debida comunicación en todos los niveles de organización. La política energética debe ser revisada y actualizada periódicamente si es necesario.



IV. Planificación energética

“La organización debe llevar a cabo y documentar un proceso de planificación energética. La planificación energética debe ser coherente con la política energética y debe conducir a actividades que mejoren de forma continua el desempeño energético.” (Norma ISO 50001, 2011) La organización debe identificar, desarrollar y tener acceso a los requisitos legales aplicables y otros requisitos que la organización suscriba relacionados con su uso y consumo de la energía, y su eficiencia energética. En otras palabras, la organización debe activamente monitorear la evolución de normativa o legislación sobre energía que pueda afectar su SGEn. La siguiente gráfica muestra un esquema del proceso de planificación energética:

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Figura 1- 7: Proceso de planificación energética.

La organización debe determinar cómo se aplican estos requisitos a su uso y consumo de la energía, y a su eficiencia energética, y debe asegurar que estos requisitos legales y otros requisitos que la organización suscriba se tengan en cuenta al establecer, implementar y mantener el SGEn. Los requisitos legales y otros requisitos deben revisarse a intervalos definidos. Para que exista una mejora continua es primordial que, dentro de la planificación energética, exista una revisión y que su implementación esté debidamente documentada. En la revisión energética se debe hacer un diagnóstico del uso actual de energía, en donde se tienen que establecer las fuentes de energía actuales y revisar datos de consumos anteriores. Una vez se haya hecho un diagnóstico del consumo actual de energía es necesario identificar las áreas de uso significativo de energía (USE). Para eso se identifican las instalaciones, equipamiento, sistemas y personal que trabaja para la organización y que afecte significativamente el uso de energía. Típicamente aplica el principio de Pareto, según el

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cual, en este caso, un 20% de los equipos consumen un 80% por ciento de la energía. Dichos equipos, que consumen el 80% de la energía de la organización son los usos significativos de energía (USE). La revisión energética (auditoría o diagnóstico energético) debe además identificar, priorizar y registrar las oportunidades para mejorar el desempeño energético. En la planificación energética se debe establecer un punto de partida donde se hagan comparaciones de los ahorros estimados a futuro. Eso implica que hay que determinar una línea de base energética utilizando información existente. Este parámetro debe ir actualizándose continuamente dado que el proceso de mejora continua cambia los estándares energéticos. Una vez determinado el punto de partida, mediante la línea de base energética, se debe dar seguimiento al ahorro que se produzca, mediante los indicadores de desempeño energético (IDE). La Norma Internacional establece que la organización debe identificar los Indicadores de desempeño apropiados para realizar el seguimiento y la medición de su desempeño energético donde la metodología para determinarlos debe documentarse y revisarse. Los indicadores de desempeño energético pueden ser asociados, por ejemplo, a consumos energéticos específicos (kWh/unidad de producto) siempre y cuando exista una relación estadística significativa entre el consumo energético y la variable relevante a comparar, según análisis sustentados con datos históricos. La planificación energética debe incluir objetivos específicos, medibles y realizables, donde el monitoreo respectivo sustente satisfactoriamente los resultados. Los objetivos deben cumplirse en un plazo previamente determinado y ser coherentes con la política energética establecida por la alta gerencia.



V. Implementación y operación

En el proceso de ejecución deben usarse todos los recursos obtenidos de la planificación energética a partir de los objetivos que se pretenden alcanzar en la política energética propuesta por la alta gerencia. Toma de conciencia La Norma Internacional propone que la organización debe asegurarse que cualquier persona defina su competencia a través de una referencia, tomando como base su educación, formación, habilidades y experiencia adecuadas. La organización debe identificar las necesidades de formación pertinentes, relacionadas con el control de sus usos de energía significativos y con la operación de su Sistema de Gestión Energética. El personal de la organización, en general, deberá ser concientizado sobre el uso racional de la energía y la importancia de colaborar en las actividades impulsadas por el comité y el gerente de energía. La organización debe asegurarse que todo su personal esté consciente de la importancia de una política energética y que todas las actividades se orienten a un desempeño eficiente del uso significativo de energía. El personal debe estar consciente de los beneficios que implica un buen desempeño del sistema de gestión energética y de los impactos que puede causar. Comunicación La gestión de la energía requiere de la ayuda de todo el personal que opera la instalación. Un plan de comunicación tiene que ser regularmente revisado por el Gerente, junto sus asesores. Inicialmente la comunicación tiene que comenzar por una introducción al plan de gestión energética, incluyendo los objetivos que pretende alcanzar. Una estrategia de comunicación efectiva incluye las siguientes tareas:

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• • • • •

L a emisión regular de boletines internos sobre las acciones asociadas al SGEn. Publicación de medidas de ahorro energético. Realización de seminarios anualmente que traten de medidas de ahorro energético. Retroalimentación de todas las áreas de la instalación. Informe de resultados, de manera regular, a la gerencia.

Documentación Es de vital importancia mantener una documentación actualizada, en cualquier tipo de formato, que describa los principales elementos de un Sistema de Gestión Energética. Tal documentación debe poseer: la Política Energética; alcance y límites del Sistema de Gestión Energética; los objetivos energéticos que se pretenden alcanzar y la forma de alcanzarlos. Otros documentos que suelen ser agregados son el tamaño de la organización y tipo de actividades, la complejidad de los procesos y sus interacciones y la competencia del personal. Se recomienda el uso de sistemas informáticos o intranet a fin de facilitar el acceso a la información, su resguardo y modificación.

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Figura 1-8: Implementación de los SGEn

Los empleados mismos son quizás el recurso menos aprovechado en un programa de gestión energética. Para motivarles a desarrollar las medidas sugeridas por el SGEn, es necesario tener en cuenta:

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Figura 1-9:La motivación en los trabajadores

Algunos aspectos a tomar en cuenta para motivar, en el marco de un SGEn, son los siguientes:

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• L os consumidores dan mucha importancia al potencial «disconfort» al reducir el consumo de energía. • E l éxito de la comunicación persuasiva está relacionado directamente con la credibilidad de la fuente de comunicación, pudiendo reducirse si los cambios distan mucho de las creencias y prácticas actuales. • C uando se desea estimular la conservación de energía, es conveniente indicar a los responsables de la misma los tiempos de acción. • L a mayor fuente de incentivos sociales para la conservación, es el compromiso con los demás en la toma de decisiones grupales.



VI. Verificación

La verificación de un buen sistema de Gestión de Energía se puede dividir en las siguientes áreas: El seguimiento de datos y análisis, el cumplimiento de requisitos legales, realizar auditorías internas, corrección de no conformidades y control de registros. El seguimiento de datos y análisis se refiere a que la empresa mida y analice las características claves de sus operaciones para determinar el desempeño energético de la empresa y que esta medición se realice en intervalos específicos. Estas características deben incluir una revisión de los usos significativos de energía, junto con sus variables más sensibles: los identificadores de desempeño energético, la eficacia de los planes de acción y comparar la diferencia entre el consumo energético real y el esperado. En cuanto al cumplimiento de requisitos legales, la organización debe evaluar si lo está haciendo, así como mantener un registro de las evaluaciones pertinentes. La Organización debe realizar auditorías internas periódicamente, a fin de asegurar que el Sistema de Gestión Energética cumpla con la planificación y los objetivos propuestos, además de verificar su ejecución de manera eficaz. La empresa se debe encargar de la revisión y corrección de no conformidades reales o potenciales y determinar la causa de las mismas; la evaluación de un plan de corrección con respecto a las no conformidades, así como verificar si pueden volver a ocurrir. En cuanto al control de registros, la organización debe establecer y mantener los que sean necesarios a fin de demostrar la conformidad con los requisitos de su Sistema de Gestión Energética, y para comprobar los resultados logrados en el desempeño energético.

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VII. Revisión por la dirección

La alta gerencia debe mantener de forma periódica un monitoreo de los Sistemas de Gestión Energética para asegurarse que exista una mejora continua. La información que debe tener la alta dirección para su revisión debe ser: Las medidas tomadas, la revisión de la política energética y desempeño energético junto con sus indicadores, el grado de cumplimiento de los objetivos, evaluación de los requisitos, el estado de acciones correctivas y preventivas. Una vez revisada esta información por la alta dirección, se deben realizar los cambios permitentes en el desempeño energético de la organización, así como en sus respectivos indicadores, su política energética y redefinir los objetivos propuestos. A continuación se presenta un caso de una implementación de Gestión Energética ya existente: “A lo largo de estos dos años hemos continuado la implementación de los programas de eficiencia energética enfocados en reducir los consumos y optimizar la manufactura de nuevos productos, como resultado de procesos energéticamente eficientes. El enfoque de estos programas se fundamentan en: • Reducción y eliminación de desperdicios de energía como principal objetivo. El ahorro total de • Implementación de equipos de trabajo enfocados en eficiencia energética. • Enfoque en la reducción de la variabilidad en procesos en K-C equivale al cony productos para minimizar la energía requerida. sumo promedio de • Creación de una cultura de ahorro de energía en los colaboradores, generando una transformación cultural. • Despliegue de un “tablero” de gestión visuales, mocasas durante un año dificaciones en el sistema operativo y entrenamiento sobre mentalidades y capacidades en el sistema LEAN en las plantas. • Inversión en equipos de mayor eficiencia energética al generar nuevos proyectos, mejoras o sustituciones.

Energía

6900

Estos esfuerzos han permitido reducir el consumo total de energía en un 6.1% en el 2012, con respecto al 2011.” En otro documento de la misma empresa se puede ver que pretenden alcanzar los siguientes objetivos: “Nuestro programa se enfoca en: Reducir nuestras emisiones de GEI de nuestras emisiones directas de las operaciones (“Alcance 1”) y nuestras emisiones indirectas de proveedores de servicios públicos (“Alcance 2”). Medir las emisiones de GEI de nuestra cadena de suministro aguas arriba y aguas abajo (“Alcance 3”).

En 2012, la cantidad de energía utilizada por toneladad producida fue un

6.4%

menor con respecto al 2011.

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¿CÓMO SE CONSIGUE EL IMPACTO Y MEDIDA? • C onservación de la energía: Reducir emisiones de gases de efecto invernadero y los costos totales a través del despliegue de “LEAN Energy ” y la adopción de la práctica estándar de eficiencia energética en todas nuestras operaciones. “LEAN Energy” involucra a los empleados en una cultura de conservación para ejecutar cambios en los procesos que optimizan la eficiencia energética. • E nergía alternativa: produzca una reducción del cambio gradual en las emisiones de gases de efecto invernadero y el costo de la energía mediante el cambio a combustibles que emiten menos carbono (por ejemplo, gas, biomasa y energía renovable). • S uministro de energía: administre el suministro de energía para optimizar el precio y la predictibilidad de costos en nuestras operaciones” En este ejemplo se puede apreciar la manera de cómo se establecen los objetivos que se pretenden alcanzar que se han respaldado debidamente, a fin de que estén accesibles al público. También se considera que la gestión energética es parte de una cultura que debe promoverse en todos los aspectos de la organización.

1.4 Consejos adicionales para la implantación de un SGEn exitoso Además de todo lo anterior, los siguientes puntos son aconsejables para lograr un programa exitoso: • • • •

Contar con un plan bien estructurado. Utilizar tecnología previamente probada. Comenzar con el involucramiento del personal más interesado. Preguntar a los operarios de las máquinas lo que debería hacerse para ahorrar energía y garantizar el debido reconocimiento.

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CAPÍTULO

2

TECNOLOGÍAS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA

2.1 Introducción La energía desempeña un papel fundamental en el desarrollo de todos los sectores productivos. La utilización de los recursos energéticos debería realizarse con alta eficiencia, bajo impacto medioambiental y con el menor costo posible. El consumo de energía ha ido incrementándose a medida que la producción de bienes y servicios ha crecido en cantidad y complejidad. Una de las razones por las cuales la mayoría de los países dirigen sus estrategias y esfuerzos en generar y desarrollar los sectores industrializados, es la capacidad de la industria de generar un buen número de empleos diversos, los cuales requieren diferentes capacidades y habilidades. Las tecnologías utilizadas en la industria, tanto las tecnologías asociadas al proceso productivo como las tecnologías horizontales (aquellas tecnologías que no forman parte del proceso productivo, pero que requieren de un aporte de energía para su funcionamiento), pueden ser optimizadas para lograr una operación más eficiente y rentable. En este capítulo se describirán las distintas tecnologías que son aplicadas en la industria con el fin de mejorar su desempeño, que en muchas ocasiones incide en el consumo energético de estas. Este capítulo enfoca dichas tecnologías en las siguientes ramas: procesos de producción, iluminación, aire acondicionado y refrigeración, sistemas de bombeo, motores eléctricos y sistemas neumáticos (aire comprimido). Las ramas antes mencionadas representan en su totalidad aquellos consumos significativos que típicamente se presentan en la industria y que son descritos, desde la perspectiva de cómo hacer dichas tecnologías más energéticamente eficientes.

2.2 Procesos de producción Los procesos de producción industrializados constituyen la base económica de cualquier nación desarrollada o en vías de desarrollo. En general, la situación económica de una nación depende del nivel de industria que posea, y el estándar de estilo de vida de sus habitantes está ligado a la manufactura que se desarrolle. Actuales avances en los procesos industriales apuntan a un crecimiento acelerado, mejora de la calidad, aumento de la productividad y entrega en tiempos más cortos. De la mano con poderosos equipos informáticos y nuevos materiales, los procesos industriales han evolucionado en respuesta al rápido crecimiento de la competencia y la demanda de calidad por parte del consumidor.

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Figura 2-1: Ilustración de la “brecha de eficiencia energética” para instalaciones, incluyendo ambos factores, tecnología y comportamiento humano.

La gráfica anterior presenta una ilustración teórica de la brecha de eficiencia energética para una instalación. Con el tiempo, una instalación ofrece diversos servicios de energía (procesos de fabricación, confort térmico, entretenimiento, iluminación, etc.) y consume una cierta cantidad de energía. La brecha de eficiencia tradicionalmente se refiere a un nivel más bajo de consumo que podría lograrse (mientras se ofrecen los mismos servicios) con tecnología rentable y eficiente. Cada vez más, los expertos reconocen que el consumo podría reducirse con una combinación costo-efectiva de tecnología y cambio en el comportamiento humano. Para entender por qué existe la brecha de eficiencia energética y qué se puede hacer para reducir esta brecha, la ciencia económica y la ingeniería convencionales no ofrecen suficiente ayuda. La clave es reconocer que un sistema de energía de las instalaciones incluye no solo los sistemas físicos, sino también las personas que viven y trabajan en las instalaciones, o que influyen en el diseño, la construcción, la operación, el mantenimiento y las actividades que ocurren dentro de las instalaciones. El sistema de energía de las instalaciones es un sistema físico-mecánico-humano donde todas las partes afectan e interactúan entre sí. Además, las acciones de las personas pueden tener un impacto muy discernible en el rendimiento energético de las instalaciones Bajo esta idea se rige la filosofía de manufactura esbelta (Lean Manufacturing), la cual propone una serie de herramientas que une e identifica al operador con la máquina como uno solo, a continuación se presentan una serie de herramientas utilizadas en la industria que inciden sobre la eficiencia energética • Manufactura justo a tiempo (Just in Time) Es un concepto de fabricación que tiene como objetivo minimizar los niveles de inventario de productos. Las entregas de proveedores y el movimiento del producto entre las estaciones de producción son monitoreados cuidadosamente para que en cada etapa el siguiente lote o lote que llega a procesarse es recibido justo cuando el lote anterior se ha movido a la próxima etapa. Por lo general, los lotes que llegan son pequeños, esto reduce el trabajo en el proceso y la cantidad de operadores y máquinas esperando por los artículos que se procesarán. Desde la perspectiva de la eficiencia energética, este concepto de fabricación de JIT, al re-

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ducir el tiempo de fabricación y operación de los equipos cuando son necesarios, permite reducir los tiempos de funcionamiento de maquinaria, luminarias y acondicionamiento de aire, disminuyendo así el consumo energético. Por ejemplo, las prácticas de eficiencia energética aseguran que los recursos térmicos se apliquen a la temperatura adecuada, durante la duración correcta y en la proporción correcta con respecto a las materias primas. Este control reduce las tasas de desechos de una instalación, así como la energía consumida por unidad de producción. • Grupo Tecnológico (Group Technology) Es una filosofía en manufactura que implica la clasificación de artículos o partes según similitudes en sus características de diseño y características de fabricación y agrupándolos en familias de partes. Este concepto suaviza el flujo de material dentro el sistema de fabricación y aumenta su productividad. La tecnología grupal puede definirse como una filosofía que identifica y realiza similitudes subyacentes de los artículos y sus procesos asociados utilizados para la fabricación. Otro enfoque implica el uso de información recopilada de hojas de ruta para clasificar partes. Este enfoque se conoce como análisis de flujo de producción. Un tercer enfoque para la identificación de similitudes entre las partes es clasificar y codificarlas por medio de esquema de clasificación. El manejo exitoso de la energía depende de la capacidad de comprender el consumo de energía. Esto requiere evaluación comparativa, documentación, comparación, corrección y duplicación de mejoras exitosas, habilidades internas, procedimientos y servicios de información comprometidos. La probabilidad de generar valor a través de la eficiencia energética varía directamente con la profundidad de estas capacidades técnicas. El uso de la clasificación según su grupo tecnológico ayuda en la visualización de puntos críticos en los equipos, y facilita los avances tecnológicos dentro de la empresa y respalda la integración de soluciones. La codificación de los grupos tecnológicos, brinda información sobre el consumo de energía de las máquinas y procesos de producción, permitiendo así la identificación de oportunidades de mejora. • Fabricación en células Los sistemas de fabricación en células se utilizan para fabricar grupos o familias de productos. A menudo, las células en forma de U con diferentes tareas manuales o las máquinas con control numérico comprenden el diseño de la planta. Las células pueden incluir trabajadores en el sistema. Cuando los trabajadores están involucrados, estos trabajadores se mueven de una maquina a otra para atender diferentes procesos y cargar y descargar piezas. En el caso que la célula no posea trabajadores en el proceso, mecanismos inteligentes se encargan de la función de carga y descarga.

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Estación de trabajo 1

Estación de trabajo 1

Estación de trabajo 1

Transportador de material entrante

Estación de trabajo 1

Estación de trabajo 1

Transportador de material entrante

Figura 2-2: Representación del diseño general de una célula automatizada

Los sistemas de fabricación celular pueden formarse fácilmente mediante la reestructuración de los diseños de trabajo. • Sistemas de fabricación computarizados. Emplea el poder computacional, la flexibilidad de las máquinas con control numérico y los sistemas automatizados para el manejo de materiales en la fabricación de los productos en un rango de volumen de producción media, con variedad de producto y configuración. El grado de flexibilidad brindado por los sistemas computarizados puede diferir de las necesidades y aplicaciones de cada industria. Los sistemas integrados de fabricación emplean la tecnología informática para toda la ingeniería y funciones comerciales de la organización de la fabricación. Los sistemas computarizados abarcan todos los niveles de actividades de fabricación, planificación y control de manufactura, incluido el diseño y desarrollo del producto, control de materiales y herramientas, programación de producción, garantizando calidad, herramientas de producción, análisis y documentación de productos y procesos, planificación y disposición de las instalaciones, inspecciones y pruebas, manejo y procesamiento de materiales y su ensamblaje. Otras funciones comerciales como actividades de marketing, financieras, contables y servicio al cliente también constituyen parte del sistema.

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• Sistemas de fabricación flexible. Un sistema de fabricación flexible es capaz de producir variedades de partes o productos con diseño o características de fabricación similares a través de diferentes rutas entre diferentes estaciones de procesamiento o mecanizado. Un sistema flexible típico consiste en un grupo de mecanismos o estaciones de procesos, generalmente máquinas CNC servidas por un sistema automatizado de manejo de materiales y controlado por un sistema de control integrado. Los sistemas de fabricación flexible se basan en grupos de conceptos tecnológicos donde partes o productos son clasificados en familias o grupos según el diseño o similitudes de fabricación. El número de estaciones de procesamiento en sistemas de fabricación flexibles varían de acuerdo con la naturaleza y características de la familia de productos que se fabrican. El término fabricación en células flexibles a menudo se produce cuando el sistema de fabricación flexible tiene un número limitado de máquinas, generalmente tres o menos. La composición básica de un sistema de fabricación flexible puede incluir todos o la mayoría de los siguientes elementos: ͳͳ ͳͳ ͳͳ ͳͳ

una cantidad de máquinas herramienta CNC; robots industriales; sistemas automatizados de manejo de materiales; y estaciones de inspección automatizadas (en la mayoría de casos, una máquina de medición de coordenadas es usada para este propósito).

Estos elementos están dispuestos en un diseño para permitir el procesamiento de más de un elemento al mismo tiempo a través de diferentes rutas entre diferentes estaciones de trabajo. Los sistemas de fabricación flexibles permiten la producción eficiente de lotes de tamaño mediano de productos. Investigación en automatización de manufactura ha demostrado que la implementación de sistemas de fabricación flexibles ha resultado en un aumento en la productividad de más del 50% en muchos casos.

2.3 Iluminación La iluminación es una necesidad fundamental para desarrollar las actividades humanas. En ausencia de iluminación natural durante la noche o en partes del día, la iluminación artificial debe ser utilizada y requiere del uso de energía, lo cual implica altos costos. En el presente capítulo se describirán las diferentes tecnologías de iluminación y a su vez las características importantes a tomar en cuenta durante el diseño y reemplazo de luminarias en las instalaciones para mejorar la eficiencia energética. Con el interés de facilitar el aprendizaje continuo sobre el tema de la iluminación, cabe señalar que IESNA, Sociedad de Ingeniería de Iluminación de América del Norte, proporciona un papel de liderazgo vital en la arena de iluminación. IESNA es una organización sin fines de lucro que desarrolla una publicación sobre estándares de iluminación. IESNA también colabora con ICI, Comisión Internacional de Iluminación para promover la uniformidad de las normas de iluminación en todo el mundo.

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Antes de describir las tecnologías es importante conocer las características que definen y a su vez diferencian a una luminaria del resto.

Propiedades de las luminarias Flujo Luminoso Esta es probablemente la unidad de iluminación más simple de entender. Además de la potencia, es uno de los primeros factores a considerar al elegir una fuente de luz. El flujo luminoso es una medida de la cantidad total de luz producida por una fuente de luz en todas las direcciones alrededor de ella. Se mide en lúmenes (lm). Es la cantidad que se lee en los paquetes de lámparas para expresar la salida de luz total de la lámpara. Geométricamente, el lumen es la cantidad de flujo luminoso producido por una fuente con una intensidad luminosa uniforme de 1 Candela (cd), dentro de un cono angular que tiene un ángulo sólido de 1 estereorradián. Un estereorradián (figura 2-3) es el ángulo sólido subtendido por un cono que, cuando se proyecta sobre una esfera, tiene un área igual al cuadrado del radio de la esfera.

Figura 2- 3: Relación entre cd, lm, lux

Por lo tanto, 1 cd representa 1 lm / estereorradián (en una dirección dada). Para determinar las clasificaciones de flujo luminoso (lumen) de las fuentes de luz, las condiciones bajo las que se mide la fuente de luz deben controlarse cuidadosamente, incluidos la temperatura ambiente, la orientación de la lámpara, el voltaje, la corriente de entrada y la vibración, porque la mayoría de las fuentes de luz son sensibles a estas condiciones. Es importante darse cuenta de que el flujo luminoso (lumen) sólo indica la cantidad total de luz emitida. La cantidad no brinda información sobre la intensidad de la luz, su dirección, su calidad, qué tan bien representa los colores de los objetos, o incluso el color de la luz misma. El flujo luminoso es una cantidad útil para ayudar a comprender cuánta luz produce una fuente determinada cuando la dirección específica de la luz no es importante, como para la iluminación general de una sala, pero es menos útil para luces direccionales como linternas, focos, faros de vehículos, o monitores iluminados, donde el sistema de iluminación debe producir una distribución de luz más estrecha. Dos lámparas incandescentes, una bombilla de servicio general y una lámpara puntual, con la misma potencia, tendrán salidas de lumen similares, pero la lámpara puntual será más útil como faro o linterna porque tiene una alta intensidad en una dirección particular y relativamente baja intensidad en otros lugares, mientras que la bombilla de servicio general tendrá una intensidad moderada en casi todas las direcciones desde la bombilla.

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Iluminancia La iluminancia describe la cantidad de luz recibida por la superficie, no indica qué tan brillante es la superficie. El brillo depende de la cantidad de luz que se refleja desde la superficie hasta nuestros ojos, así como de otros factores. Un lumen que cae sobre una superficie de 1m2 da una iluminancia de 1 lux.

Figura 2-4: Definición de lux

Un lux es un nivel de iluminación bastante bajo. La luz del día en invierno puede ser de 10,000 lx y un día de verano 100,000 lx. En la noche, la luz de la luna normalmente se considera de 0.1-1 lx. Las calles residenciales generalmente se iluminan a 35 lx, las superficies de trabajo de oficina a 300-500 lx y los hogares domésticos son típicamente de 10-300 lx. Sin embargo, el ojo humano puede adaptarse a una amplia gama de iluminación, desde menos de 1/10 de lux a más de 100.000 lux. Las recomendaciones para la iluminación a menudo dan valores de iluminación para varias áreas en términos de lux. Por lo general, lux se refiere a una superficie horizontal, pero la unidad también se aplica a una superficie vertical (o cualquier otro ángulo). Una buena iluminación vertical es importante para reconocer a las personas, ir de compras, leer las matrículas de los automóviles y mirar las pinturas o las paredes de la galería. La Iluminancia se puede medir fácilmente utilizando un instrumento llamado, como era de esperar, un luxómetro. Para ser útil, el medidor debe ser bastante preciso, +/- 5%. Además, medir la iluminancia promedio (en oposición a la lectura en un solo punto) requiere medir varios puntos en una grilla predefinida. A continuación, se presenta el nivel de iluminación requerido por el Reglamento General de Prevención de Riesgos en los Lugares de Trabajo de El Salvador. Como referencia, también se encuentran normas y estándares internacionales como IESNA Lighting Handbook, estos establecen lineamientos para los niveles de iluminación en diversos locales e instalaciones más detallados.

Manual de Eficiencia Energética Industrial | Página 27 ŽŶĂƐĚĞŝƌĐƵůĂĐŝſŶLJĄƌĞĂƐŐĞŶĞƌĂůĞƐŝŶƚĞƌŝŽƌĞƐ >ƵŐĂƌŽĂĐƚŝǀŝĚĂĚ ŵ h'Z ZĂ KďƐĞƌǀĂĐŝŽŶĞƐ ŽŶĂƐĚĞĐŝƌĐƵůĂĐŝſŶ͗     WĂƐŝůůŽƐLJǀşĂƐĚĞĐŝƌĐƵůĂĐŝſŶ ϭϬϬ Ϯϴ ϰϬ ŶŝǀĞůĚĞůƐƵĞůŽ͘^ŝŚĂLJĐŝƌĐƵůĂĐŝſŶ ƐĐĂůĞƌĂƐŶŽƌŵĂůĞƐLJĞƐĐĂůĞƌĂƐ    ĚĞǀĞŚşĐƵůŽƐ͕ĂƵŵĞŶƚĂƌĂϭϱϬůƵdž͘ ŵĞĐĄŶŝĐĂƐ ϭϱϬ Ϯϱ ϰϬ DƵĞůůĞƐĚĞĐĂƌŐĂͬĚĞƐĐĂƌŐĂ ϭϱϬ Ϯϱ ϰϬ ^ĂůĂƐĚĞĚĞƐĐĂŶƐŽ͕ƉƌŝŵĞƌŽƐ     ĂƵdžŝůŝŽƐLJƐĂŶŝƚĂƌŝŽƐ͗     ŽŵĞĚŽƌĞƐ ϮϬϬ ϮϮ ϴϬ  ^ĂůĂƐĚĞĚĞƐĐĂŶƐŽ ϭϬϬ ϮϮ ϴϬ  ^ĂůĂƐĚĞĞũĞƌĐŝĐŝŽƐĨşƐŝĐŽƐ ϯϬϬ ϮϮ ϴϬ  sĞƐƚƵĂƌŝŽƐ͕ƐĞƌǀŝĐŝŽƐLJĂƐĞŽƐ ϭϬϬ Ϯϱ ϴϬ  ŶĨĞƌŵĞƌşĂ ϱϬϬ ϭϵ ϴϬ  ^ĂůĂƐĚĞĂƚĞŶĐŝſŶŵĠĚŝĐĂ ϱϬϬ ϭϵ ϵϬ dĞŵƉĞƌĂƚƵƌĂĚĞĐŽůŽƌdϰϬϬϬƵŐĂƌŽĂĐƚŝǀŝĚĂĚ KĨŝĐŝŶĂƐ ƌĐŚŝǀŽƐ͕ĐŽƉŝĂĚŽƌĂƐ͕ĄƌĞĂƐĚĞ ĐŝƌĐƵůĂĐŝſŶ >ĞĐƚƵƌĂ͕ĞƐĐƌŝƚƵƌĂ͕ŵĞĐĂŶŽŐƌĂĨşĂ͕ ƉƌŽĐĞƐŽĚĞĚĂƚŽƐ ŝďƵũŽƚĠĐŶŝĐŽ ŝƐĞŹŽĂƐŝƐƚŝĚŽ;Ϳ

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Tabla 2.2

• Em - Nivel medio de iluminación mantenido sobre el área de trabajo, en lux. • UGR - Índice Unificado de Deslumbramiento (“Unified Glare Rating”) obtenido con arreglo al procedimiento dado por CIE en su publicación Nº. 117. (Para un determinado sistema de iluminación puede ser suministrado por la empresa instaladora). • Ra. - Índice de rendimiento en color de las fuentes de luz (suministrado por el fabricante). El valor máximo de Ra es de 100.

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Eficacia Luminosa La relación entre el flujo luminoso (salida) de una lámpara y la potencia requerida por dicha lámpara se denomina su eficacia luminosa y se expresa en unidades de lumen por vatio (lm / W). La eficacia luminosa es una medida de la eficiencia energética de la fuente de luz. Los valores varían desde aproximadamente 10 lm / W para una lámpara incandescente hasta 100 lm / W para un tubo fluorescente. Con la mayoría de los tipos de lámparas, la eficacia luminosa aumenta con un aumento de la potencia de la lámpara. Flujo luminoso (Lm)  Potencia requerida (W) En el caso de las lámparas de descarga de gas, el balastro requerido para limitar la corriente a través de la lámpara para su correcto funcionamiento también consume energía. Por lo tanto, al establecer los valores de eficacia luminosa para estas lámparas, se debe tener en cuenta el consumo de energía del balastro. Generalmente las lámparas y luminarias contienen una etiqueta donde se muestra la eficiencia energética en una escala de A++ a E, siendo A++ la más eficiente y E la menos eficiente, dicha etiqueta es sugerida por la Unión Europea y es mostrada a continuación. Y IJA IE IA

1.

2.

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нн н     

3.

4.

ϰŬtŚͬϭϬϬϬŚ

Figura 2-5: Etiqueta sugerida por la comisión europea. 1. Fabricante, 2. Modelo de lámpara, 3. Nivel de eficiencia energética, 4. Consumo energético durante 1000 horas.

En el caso que la luminaria sea un sistema eléctrico completo, donde la lámpara no sea reemplazable, la Unión Europea propone la siguiente etiqueta: 4. 6. 3.

5. 1.

2.

FIGURA 2-6: Etiqueta sugerida por la unión europea. 1. Fabricante, 2. Modelo de la luminaria, 3. Ilustración que represente el tipo de luminaria o mueble donde está incorporado, 4. Indica la compatibilidad con la tecnología LED, 5. Indica si contiene alguna lámpara, 6. Identificación gráfica de eficiencia.

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Temperatura de color La apariencia del color de la luz producida por una luminaria es conocida como la temperatura color. Este concepto se refiere a la temperatura a la que un objeto debería encontrarse para emitir una iluminación del mismo color que el emitido por la luminaria. A continuación, se indica la Temperatura Color de la luminaria recomendada para diversas aplicaciones. A menudo se muestra en la literatura de ventas y hojas de datos de luminarias en Kelvin, K.

Figura 2-7: Temperatura de color, efectos y aplicaciones típocas

Es importante tener en cuenta que cuanto mayor sea la temperatura de color, más fría (o más azulada) la apariencia de la luz. Las luminarias blancas cálidas, 2.700 K o 3.000 K, se utilizan a menudo en lugares donde desea una luz relajante. Las aplicaciones típicas serían casas o restaurantes y algunas de venta minorista con un ambiente cálido. Sin embargo, existen preferencias culturales y personales, por lo que siempre debe consultarse los requisitos y preferencias particulares de los usuarios. Los blancos neutros, 4.000 K, se usan con mayor frecuencia en restaurantes de comida rápida o edificios con mucho vidrio y acero. Las lámparas con una temperatura color de 5.000 o más (blanco frío) funcionan mejor con niveles altos de iluminación, A niveles bajos, pueden aparecer apagados o grises. En el exterior, dichos valores de temperatura color son buenos para iluminar elementos de agua tales como las fuentes. Además de su mayor eficiencia, la luz fría se asocia con la noche; así como la luz de la luna, siendo la luz de la luna de aproximadamente 4,100 K - 4,200 K.

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Índice de Rendimiento de Color (IRC) La reproducción del color es la capacidad de la luz para reproducir (representar) fielmente los colores de los objetos. Las fuentes de luz con un espectro continuo lo hacen mejor que las fuentes de luz con un espectro discontinuo. Para poder clasificar las fuentes de luz de acuerdo con sus capacidades de reproducción del color, la Comisión Internacional de Iluminación (CIE, por su nombre en francés, Commission Internationale de l’Éclairage) introdujo el “índice general de reproducción cromática” Ra. Este índice se basa en la apariencia de ocho colores estandarizados iluminados por la fuente de luz en cuestión, en comparación con su apariencia bajo una fuente de luz de referencia. El índice de rendimiento de color representa el cambio de color promedio de estos ocho colores estandarizados. Si no hay ningún cambio, como en el caso de las fuentes de luz que tienen un espectro continuo (todos los radiadores térmicos), el valor de Ra es igual a 100. Si todos los colores desaparecen por completo, como en el caso de la luz de sodio de baja presión, Ra es igual a cero. El índice de reproducción cromática Ra de una lámpara se obtiene a partir de la distribución de potencia espectral de esa lámpara. Por ejemplo, Ra es 100 para lámparas incandescentes, 80 para lámparas fluorescentes tipo 840 y cero para lámparas de sodio de baja presión.

Densidad de Potencia de Iluminación Un parámetro muy útil para determinar si un sistema de iluminación es eficiente consiste en calcular la densidad de potencia de iluminación. Este parámetro se calcula dividiendo la potencia de las luminarias entre el área que es iluminada y se expresa en Watts/m2. El valor de la densidad de potencia de iluminación debería tener un valor máximo, a modo de mantener el área iluminada de forma eficiente. La referencia internacional más utilizada es el estándar de eficiencia energética de la IESNA/ASHRAE (Asociaciones de Ingenieros de iluminación y aire acondicionado, respectivamente), en donde se establecen los valores máximos aceptables recomendados de la densidad de iluminación por tipo de área. Cabe recalcar que los valores presentados son máximos recomendados, pero con tecnología de iluminación eficiente es posible obtener valores más bajos (se busca un 20% debajo de los valores del estándar). La aplicación correcta de este criterio contribuirá también al diseño de sistemas de iluminación rentables, evaluando dicha rentabilidad como el mínimo costo a largo plazo. Por ejemplo, podrían adquirirse luminarias baratas, pero de alto consumo de energía, lo que sería contraproducente y causaría gastos innecesarios, pero tampoco se pueden escoger luminarias eficientes de alto costo. Deberá de buscarse un balance entre el costo de las tecnologías eficientes y la reducción del costo energético asociado a su operación.

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Tipos de espacios

LPD (W/m2) Áreas de Audiencia, asientos permanentes para el público: Auditorio Teatro de artes escénicas Sala de cine Salón de clases, capacitación o conferencias Comedor: Restaurante, bar Comedor familiar Comedor penitenciario Atrio: Primeros 12m de altura Arriba de los 12m de altura Vestíbulo: Vestíbulo, recepción Vestíbulo de teatro, foro Vestíbulo de sala de cine Vestíbulo de hotel Áreas generales: Vestidor, guardarropas Salón de descanso, recreativo Oficina interior Oficina Abierta Baño sanitario Área de ventas Escaleras Bodega Taller Pasillo, corredor, transición Cuarto de máquinas Cocina y preparación de alimentos Laboratorio de investigación médica, industrial Parqueo interior

6.78 26.16 12.27 13.35

11.52 9.57 10.33 0.0091 por m de altura 0.0061 ´por m de altura 11.8 21.53 6.35 11.41 8.1 7.86 11.95 10.55 10..55 15.5 7.43 6.78 17.12 7.1 4.52 13.02

Tipos de espacios Servicio, reparación automotriz Banco, oficina, área de actividad bancaria Dormitorios compartidos Gimnasio, deportivo: Aparatos de gimnasia, acondicionamiento físico Cancha, área de juego Hospital, clínica, sanatorio: Pasillo, corredor, transición, estación de enfermeras Consultorios, tratamientos Emergencias Sala de espera, recreación, descanso, personal y público Suministros médicos Enfermería, terapia física Cuarto de hospital Farmacia, recuperación Radiología, imagenología Quirófano Lavandería Museo: Cuarto de restauración Área de exhibición Instalaciones para el transporte Zona del equipaje Terminal aérea Entrega de Tickets

LPD (W/m2) 15.61 10.87 4.09 7.75 12.92 7.64 17.87 29.1 9.9 7.97 9.47 6.67 12.38 16.25 26.69 6.5 10.98 11.3 5.71 3.88 8.61

Biblioteca: Acervo, libreros, estantes Área de lectura

18.41 11.41

19.48

Manufacturas: Fabricación al detalle Áreas de maquinaria Nave alta (más de 15m) Nave media (entre 8 y 15m) Nave baja (menos de 8 m)

13.89 7.97 11.8 13.24 12.81

2.05

Estación de bomberos: Dormitorios

2.37

Tabla 2-3: Densidad de potencia de iluminación para diferentes espacios de trabajo

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A continuación, se presenta una tabla comparativa con las propiedades antes descritas, de las distintas tecnologías a exponer más adelante, cabe destacar que los valores descritos dependen de la potencia de cada luminaria, y que los valores pueden variar entre los distintos tipos de luminaria como se mencionó anteriormente

Tipo de Lámpara LED blanco (frío) LED blanco (cálido) Lámpara LED Panel OLED HID (Alta Potencia) Lámpara Sistema Fluorescente Lámpara Sistema HID (Baja potencia) Lámpara Sistema LFC Halógeno Incandescente

Eficacia Luminosa (LPW) 132

Flujo luminoso (Lumen) 139

Potencia (W)

Temperatura de color (K)

Ra

Vida útil (horas)

1.05

6500

75

50,000

78

87.4

1.12

3150

80

50,000

62 23

650 15 37800

10.5 0.65

3000 2800 3000

92 75 90

50,000 5,000 20,000

4100

85

25,000

3000

90

12,000

2700 2750 3300

82 N/A 100

12,000 4,000 1,000

120 111 111 97 104 97 63 20 15

315 341

2890 5220 7300

26 54

950 970 900

15 48 60

70 75

Tabla 2-4: Valores recomendados de diferentes parámetros para diferentes tipos de luminarias

Tecnologías de Iluminación A continuación, se presenta una breve descripción de las tecnologías de iluminación más comunes en este momento, a modo de que el lector, desde el punto de vista de la eficiencia energética, conozca sus principales ventajas y desventajas.

Lámparas incandescentes El funcionamiento de estas lámparas se basa en una corriente eléctrica que pasa a través de un filamento, de resistencia comparativamente alta, el cual al calentarse comienza a emitir luz. La temperatura que alcanza el filamento está en el rango de 2700 K a 2800 K; a esta temperatura el filamento emite luz blanca cálida. El filamento se coloca dentro de una ampolla de vidrio que está al vacío o bajo la presencia de un gas inerte.

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Figura 2-8: Componentes Lámpara incandescente convencional (Fuente: Manual de iluminación INDAL)

El flujo luminoso de las lámparas incandescentes ronda los 430 y 1300 lumen, para una potencia de 40 W y 100 W respectivamente. La eficacia luminosa de estas lámparas depende de la potencia de entrada, y su valor se encuentra entre 10 LPW y 16 LPW; por ejemplo, una lámpara de 75 W posee una eficacia que ronda los 12 LPW. Entre menor sea la potencia de entrada, menor será la eficacia. El IRC de estas lámparas es muy cercano a 100 y una lámpara estándar posee una temperatura color de entre los 2700 K y los 2800 K. Las ventajas asociadas a las lámparas incandescentes son: un bajo costo inicial, excelente valor del índice de rendimiento de color (IRC) y ser fácilmente atenuables (lo cual significa que es factible variar su nivel de iluminación mediante un atenuador, por ejemplo, en un teatro). Entre otras ventajas se puede mencionar que no causan ruidos ni desechos químicos y son fáciles de instalar y mantener. La principal desventaja de las lámparas incandescentes radica en su baja eficacia luminosa, por lo cual, hoy en día se busca su sustitución por otras tecnologías más eficientes.

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ϲ Figura 2-9: Eficacia de la lámpara incandescente

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Lámparas Halógenas El principio de funcionamiento de las lámparas halógenas es similar al de las lámparas incandescentes; la diferencia está en que utilizan, además del gas inerte un gas halógeno y cuarzo en lugar de vidrio para la cubierta, lo cual aumenta la vida útil. Tienen mayor eficacia luminosa y mejor mantenimiento de lumens que las lámparas incandescentes comunes.

Figura 2-10: Lámpara halógena Las lámparas halógenas reflectivas infrarrojas (HIR) reflejan radiación infrarroja al filamento, lo cual reduce la electricidad para calentarlo. Gracias a una mayor temperatura de trabajo, las lámparas halógenas son más eficientes que las lámparas incandescentes. En algunos casos el 12% de la energía de entrada es emitida en forma de luz visible. Esto comparado con el 8% de una lámpara incandescente normal. Al igual que la lámpara incandescente el resto de la energía es perdida en forma de calor. A pesar de que la eficacia luminosa de una lámpara halógena es claramente más alta que una incandescente, aún se mantiene relativamente bajo en comparación con las lámparas de alta descarga y LED. Esta eficacia luminosa ronda los 15 LPW hasta los 25 LPW. Dependiendo de la versión de la lámpara, la temperatura de color se encuentra entre los 2800 K y los 3000 K. su temperatura de color siempre es un poco más alto que las lámparas incandescentes. El IRC es muy cercano a 100.

Lámpara Fluorescentes El principio de funcionamiento de las lámparas fluorescentes está basado en que los átomos de mercurio en un tubo con recubrimiento de fósforo son excitados por una descarga eléctrica. A causa de esta descarga eléctrica, los electrones de mercurio emiten radiación ultravioleta que excita el recubrimiento de fósforo, por lo cual “fluoresce” y emite luz visible. Las lámparas fluorescentes son más eficaces que las lámparas incandescentes; la eficacia depende de: las dimensiones de la lámpara, el tipo de fósforo usado, tipo de balastro, número de lámparas por balastro, temperatura de la lámpara, etc. Las lámparas fluorescentes tienen larga vida útil (12,000 a 20,000 horas), Altos IRCs disponibles y mantienen el flujo luminoso (lumens) en buena medida a lo largo de su vida útil.

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Figura 2-11: Lámparas flourescentes de diferentes diámetros

Es común encontrar tubos de lámparas fluorescentes de 4 pies u 8 pies de largo. Las lámparas fluorescentes de tubo son clasificadas en base a su diámetro. • T12: 12/8 de pulgada de diámetro • T8: 8/8 de pulgada de diámetro • T5: 5/8 de pulgada de diámetro Así como la mayoría de lámparas de descarga, las lámparas fluorescentes no pueden ser operadas sin algunos dispositivos que limiten la corriente dentro de estas. Este dispositivo es conocido como “balastro”. Un balastro provee el voltaje necesario para encender la lámpara. Existen de dos tipos: Magnéticos, que operan a 60 Hz, pero producen un efecto conocido como parpadeo estroboscópico (“flicker”) y ruido; y los balastros electrónicos que operan entre 20,000-60,000 Hz, sin parpadeos, sin ruido, son más eficientes. Entre las desventajas de las lámparas fluorescentes, se pueden mencionar: • Atenuar la luz es más costoso (se requieren balastros especiales) • Mayor tamaño que lámparas incandescentes de igual iluminación • Emiten más luz ultravioleta (hace que los colores se desvanezcan y telas envejezcan) • Contienen materiales tóxicos (mercurio). Tal como se observa en la figura siguiente, del 100% de la energía disponible de entrada, únicamente un 28% logra convertirse en radiación visible (luz). El restante 72% se pierde en forma de calor u otras pérdidas.

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WĠƌĚŝĚĂƐĞůĞĐƚƌŽĚŽWĠƌĚŝĚĂƐŶŽƌĂĚŝĂŶƚĞƐ ĚŝĚ WĠ Ěŝ ϭϲ͘ϱ   ϭϳ͘ϱ   WĂƌĞĚĚĞůƚƵďŽ

 



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Actualmente las lámparas fluorescentes son producidas en diversos rangos de temperaturas de color, variando desde 2700 K (blanco cálido) a 6000 K (blanco neutro), la mayoría de estos en dos calidades de rendimientos de color Ra en los 80s y 90s respectivamente. Hoy en día encontramos muy pocas lámparas fluorescentes con índices de rendimientos de color bajos (Ra = 65 o menos) como las que fueron producidas en el pasado.

Lámpara Fluorescente Compacta Las lámparas fluorescentes compactas (LFC) fueron originalmente desarrolladas (principios de los años ochenta) para su uso en esas aplicaciones donde las lámparas incandescentes eran tradicionalmente utilizadas. El principio de descarga de gas empleado en lámparas fluorescentes compactas es exactamente el mismo que en lámparas de descarga de gas tubulares. Su forma compacta se logra reduciendo su longitud. Esta se hace ya sea doblando un tubo más largo en un tubo más corto, o uniendo dos o más tubos paralelos. Típicamente, el balastro y la lámpara están integrados. Existen LFC con capacidad de atenuación, pero son más costosas.

Figura 2-13: Lámparas flourescentes compactas

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La grafica muestra el balance de energía de una típica lámpara fluorescente compacta. Muestra que aproximadamente el 20% de la potencia de entrada se emite en la forma de radiación visible. Vimos antes que una lámpara tubular fluorescente emite un 28% de radiación visible. La diferencia se debe principalmente al hecho de que en lámparas compactas la multitud de tubos absorben algo de la luz. LÁMPARA FLUORESCENTE COMPACTA

Entrada 100%

Potencia en arco

72.5

Radiación

Pérdidas Pérdidas no Electrodo 27.5 radiantes 25.5 Pared del tubo

47

Radiación UV 43.5 Capa fluorescente

Potencia perdida en la pared del tubo 80

0.5

Radiación visible 19.5

Figura 2-14: Eficacia de la lámpara flourescente compacta

Respecto a la eficacia luminosa, las lámparas fluorescentes compactas, dependen de la potencia eléctrica de la lámpara y el color que esta emita, pero depende aún más de los dobleces del tubo, teniendo así eficacias luminosas desde los 45 LPW hasta 70 LPW. Estas lámparas tienden a tener una vida útil bastante larga a comparación de las lámparas incandescentes, aunque a la vez tienen una vida más corta que las lámparas tubulares fluorescentes.

Lámparas de Descarga de Alta Intensidad Las lámparas de descarga de alta intensidad o HID por sus siglas en inglés, funcionan en base a una descarga de un arco eléctrico a través de una mezcla de gases a alta presión y temperatura. Existen tres tipos comunes de lámparas de descarga de alta intensidad: Vapor Mercurio (VM), Haluro Metálico (HM) y Vapor de Sodio de alta presión (VSAP).

Figura 2-15: Lámpara de Haluro Metálico

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Algunas características comunes de estas lámparas son las siguientes: • Proveen niveles de iluminación más altos que otras luminarias (fluorescentes, incandescentes). • En general, tienen pobres IRC. • Son ideales para aplicaciones donde el rendimiento color no es prioridad, pues algunas de ellas tienen altas eficacias luminosas.

Lámparas de vapor de mercurio Las lámparas de mercurio de alta presión, como todas las lámparas de descarga de alta presión, son compactas en comparación con las lámparas de descarga de baja presión. Estas lámparas tienen una moderada eficacia y el rendimiento de color es moderado. Debido a su luz blanca fría fueron ampliamente utilizadas en iluminación vial, especialmente en áreas urbanizadas.

Figura 2-16: Lámparas de vapor de mercurio

La gráfica siguiente muestra que aproximadamente el 17 por ciento de la potencia de entrada se emite en forma de radiación visible. Este porcentaje es menor que los que hemos visto anteriormente para una lámpara fluorescente tubular (28 por ciento), una lámpara fluorescente compacta (20 por ciento) y una lámpara de sodio de baja presión (40 por ciento). La eficacia luminosa varía con la potencia de la lámpara y con la calidad del color de la lámpara de aproximadamente 35 LPW a 60 LPW.  

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Figura 2-17: Eficacia de la lámpara de vapor de mercurio a alta presión

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Lámpara de vapor de sodio de alta presión Estas lámparas tienen en común con el resto de lámparas de alta presión de descarga en que son relativamente compactas. Al aumentar la presión de vapor en una lámpara de sodio, el espectro alrededor de la línea amarilla típica de sodio se amplía. El resultado es que el rendimiento de color mejora y la apariencia del color cambia de amarillo a amarillo-blanco (a veces, en la literatura comercial, llamado blanco dorado), aunque a costa de una disminución en eficacia, sin embargo, la eficacia resultante es más del doble de una lámpara de mercurio de alta presión. En su introducción a finales de 1960, se obtuvo una alternativa muy eficiente para las lámparas de mercurio de alta presión empleadas en ese momento en iluminación vial.

Figura 2-18: Lámpara de vapor de sodio a alta presión

La siguiente gráfica muestra el balance de energía de un rango medio para la lámpara de sodio de alta presión. Alrededor del 30 por ciento de la potencia de entrada se emite en forma de radiación visible. Compare esto con el 40 por ciento de las lámparas de sodio de baja presión y el 17 por ciento de las lámparas de mercurio de alta presión. La eficacia luminosa de estas lámparas varía entre aproximadamente 30 LPW y 45 LPW. Las lámparas de sodio de alta presión con rendimiento de color de 60 tienen una eficacia entre 75 lm / W y 90 lm / W, y las lámparas de sodio de alta presión poseen una eficacia de entre 80 lm / W y 140 lm / W. De nuevo, cuanto mayor sea la potencia, mayor será la eficacia.  

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WŽƚĞŶĐŝĂĞŶĂƌĐŽ ϵϰ WĂƌĞĚĚĞůƚƵďŽĚĞĚĞƐĐĂƌŐĂ ďŽĚĞĚĞƐĐĂƌŐĂ

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Figura 2-19: Eficacia de la lámpara de sodio a alta presión

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Lámparas de haluro metálico Estas son lámparas de mercurio a alta presión que contienen haluros metálicos además del mercurio. En el tubo de descarga calentado, los metales de los haluros toman parte en el proceso de descarga e irradian su propio espectro. Comparado con las lámparas de mercurio de alta presión, ambas propiedades de rendimiento de color y la eficacia son considerablemente mejoradas. Gracias al hecho que no se necesita polvo fluorescente, la pequeña descarga de gas por sí misma es la superficie emisora de luz. Las versiones compactas de la lámpara de haluro metálico tienen eficacias luminosas (dependiendo de la mezcla y del material del haluro metálico utilizado) de entre 70 LPW y 95 LPW. Al comparar esto con lámparas incandescentes halógenas normales con su máxima eficacia luminosa es de 25 LPW, está claro que las lámparas de haluro metálico compactas son a menudo muy adecuadas para reemplazar lámparas halógenas.  

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WŽƚ͘ƉĞƌĚŝĚĂĞŶďƵůďŽĞdžƚĞƌŶŽ Žƚ ƉĞ Ž ϭ͘ϱƌĂĚ͘ǀŝƐŝďůĞZĂĚ͘/ŶĨƌĂƌƌŽũĂ ϱϬ  Ϯϰ Ϯϰ͘ϱ Figura 2-20: Eficacia de la lámpara de Haluro Metálico

El balance de energía de un tipo de lámpara de haluro metálico muestra que pertenece al rango medio en cuanto a la eficacia, ya que transforma el 25% de la potencia de entrada en luz visible.

Lámparas de inducción electromagnética Las lámparas de inducción, al igual que las lámparas fluorescentes, pertenecen a familia de lámparas de descarga de gas de mercurio a baja presión. A diferencia de otras lámparas de descarga, no tienen electrodos, por eso también se les llama lámparas “sin electrodos”. La consecuencia de no tener electrodos es una vida económica muy larga de alrededor de 60 000 a 75 000 horas. Esta larga vida también es la característica principal de las lámparas de inducción. Encuentran su aplicación en situaciones donde el reemplazo de la lámpara es de muy difícil acceso o muy caro.

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Figura 2-21: Lampara de inducción electromagnética

El centro de la lámpara es la bobina de inducción, a la cual se le provee potencia desde dicho generador de alta frecuencia (una especie de balastro eléctrico, pero que opera a alta frecuencia). El ensamble de vidrio circundante contiene un material electrón-ion plasma y está relleno con un gas inerte. La porción interior del vidrio tiene un recubrimiento de fósforo (similar al de las lámparas fluorescentes). La antena transmite la energía generada por el primario de la bobina de un sistema de inducción al gas que se encuentra dentro de la lámpara, por lo cual se crea una radiación ultravioleta, la cual es luego transformada a fuentes visibles de luz por medio del recubrimiento de fósforo en la superficie de vidrio. La eliminación de los electrodos y filamentos dan por resultado una lámpara con una prolongada vida útil, además de contener una cantidad mínima de mercurio lo cual las hace eco amigables. Alrededor del 17 por ciento de la potencia de entrada de una lámpara de inducción se irradia como luz visible. La parte restante se pierde como calor en el generador de energía, en la antena, y en la descarga. Su eficacia luminosa y el rendimiento de color es igual al de las lámparas fluorescentes.

Lámparas de diodos emisores de luz (LED) Los LED son irradiadores de estado sólido donde la luz es creada dentro del material de estado sólido. La emisión de luz se obtiene cuando una corriente eléctrica pasa a través de tipos específicos de material semiconductor. El balance de energía de un LED es mucho más fácil de especificar que el de las fuentes de luz convencionales. Esto es porque no se irradia energía en la región UV e infrarroja del espectro, lo que significa que el balance de energía comprende sólo energía radiante visible y energía térmica. Alrededor del 40 % de la potencia inyectada es transformada en radiación visible, el resto es convertido en calor. La cantidad de electricidad que se usa para proporcionar la iluminación deseada no sólo depende del dispositivo LED, sino también del diseño de la iluminación del accesorio. Como con la mayoría de las lámparas convencionales, la eficacia luminosa de los LED depende de la potencia del LED y en la calidad del color de luz que produce. Los LED de mayor potencia tienen mayores eficacias, mientras que aquellos con un mejor rendimiento del color tienen menores eficacias. Hay luminarias en el mercado con una eficacia luminosa de 50 a

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70 LPW. La eficacia luminosa media de las luminarias LED continuará mejorando ya que aún se puede optimizar. A diferencia de las lámparas tradicionales, los LED son una luz direccional, las lámparas convencionales proyectan la luz en un patrón de 360°. Los LED blancos cálidos, 2,700 K o 3,000 K, se utilizan a menudo donde se requiera una luz relajante. Aplicaciones típicas serían casas o restaurantes y algunos puntos de venta por menor que utilicen un índice de temperatura de color cálido . Los LED blancos neutros, 4,000 K, se utilizan con mayor frecuencia en restaurantes de comida rápida o edificios con lotes de vidrio y acero. LED con una temperatura de color de 5,000 y arriba (blanco frío), funciona mejor en niveles altos de iluminación: a niveles bajos pueden parecer simples .A menudo las versiones de temperatura de color altas, solo tienen reproducción de color moderada (Ra entre 50 y 75). En la temperatura de color más baja, los LED están disponibles con buena (Ra más grande que 80) a una excelente reproducción del color (Ra mayor que 90 o incluso 95). Como con todas las lámparas, cuanto mejor sea la calidad del índice de color que la luminaria tenga, menor será la eficacia luminosa que este posea. Las luminarias LED tienen una larga vida útil, aquellas con mayor rendimiento llegan a tener de 35000 a 75000 horas de uso, y aquellas que no tiene mucho espacio para disipar el calor llegan a tener de 25000 a 35000 horas de vida.

Lámparas de diodos orgánicos emisores de luz (OLED) Los OLED son fuentes de luz plana y de estado sólido formadas por capas semiconductoras orgánicas. El proceso que es responsable de la emisión de luz en OLED es muy similar a la de los LED: los electrones son empujados a través de capas semiconductoras uno hacia el otro y viceversa dando como resultado la emisión de luz. El color de la luz depende de la composición del material semiconductor. Esta tecnología está en desarrollo, pero se proyecta este tenga eficiencias y luminosidad mejores a la LED gracias a su distribución de la emisión de la luz. Para funciones prácticas, se muestra en la tabla 2.5, una comparación de Potencia (W) demandada por tecnología de iluminación, esto con el fin de representar equivalencias al momento de sustituir una luminaria por una más eficiente. Supóngase que tiene el caso que una instalación industrial tiene luminarias incandescentes que demanda una potencia entre 60 y 75 W, si piensa sustituir la iluminación por una tecnología LED; el cambio representará una nueva demanda entre 7 y 10 W de potencia. ŽŵƉĂƌĂĐŝſŶĚĞWŽƚĞŶĐŝĂĚĞŵĂŶĚĂĚĂƉŽƌƚĞĐŶŽůŽŐşĂĚĞŝůƵŵŝŶĂĐŝſŶ;tͿ /ŶĐĂŶĚĞƐĐĞŶƚĞƐ ͬ,ĂůſŐĞŶĂƐ

sĂƉŽƌĚĞ DĞƌĐƵƌŝŽ

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Tabla 2.5: Tabla comparativa de potencia demandada por tecnología de iluminación

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Controles de Iluminación Los sistemas de control de iluminación pueden minimizar los costos de mantenimiento y de energía y extender la vida de las instalaciones de iluminación. Pueden mejorar el rendimiento y la comodidad de los usuarios proporcionando continuamente la iluminación correcta para la tarea en cuestión y la capacidad visual del trabajador que, entre otras cosas, depende de la edad. Los sistemas de control y monitoreo de la iluminación pueden automatizar la gestión de las instalaciones de iluminación en gran medida, aumentando así la rentabilidad de la instalación. A continuación, se describen diversos controles utilizados en la actualidad.

Interruptores El ejemplo más simple de control de iluminación es encender y apagar una luminaria con un interruptor simple que se conecta entre la fuente de alimentación y la luminaria. La mayoría de los sistemas modernos de control de iluminación pueden hacerse de forma remota. Las posibilidades de control varían desde un encendido y apagado simple hasta una regulación de la temperatura de color o incluso el color mismo. Existen dispositivos que pueden configurarse para guardar condiciones de iluminación utilizadas frecuentemente.

Interruptores Temporizadores (Timers) Hay una gran variedad de interruptores temporizadores mecánicos y electrónicos en el mercado que encienden y apagan las luminarias a horas preestablecidas. La mayoría de los sistemas de control de iluminación avanzados tienen temporizadores incorporados para que los programas de tiempo se puedan integrar en el control total de la instalación. Los temporizadores son particularmente importantes en los sistemas de control de iluminación vial. Aquí el temporizador establece el momento en que la iluminación se enciende y apaga a lo largo del año de acuerdo con el tiempo cambiante de anochecer y amanecer, respectivamente.

Fotoceldas Las fotoceldas, ya sea integradas en la luminaria (sistema autónomo) o conectadas de forma remota a l a red de control de iluminación, se utilizan por dos motivos: • c ontrolar la iluminación artificial según la cantidad de luz natural disponible • para garantizar un nivel de iluminación acorde a la especificación durante todo el período de operación de la instalación Las fotoceldas avanzadas tienen la posibilidad de definir el área de medición que está cubierta. Algunas fotoceldas se combinan con un detector de ocupación en una carcasa, y otras también incorporan un receptor infrarrojo para permitir el encendido de la iluminación mediante interruptores remotos.

Sensores de ocupación Un detector de ocupación es un sensor de movimiento que está integrado con un dispositivo temporizador. Detecta cuando el movimiento en el interior que lo activó ha cesado durante un período de tiempo específico, y luego indica que la iluminación debe establecerse en un nivel inferior predeterminado o desconectarse por completo. Si, por otro lado, el sensor detecta incluso una pequeña cantidad de mo-

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vimiento, la iluminación permanece encendida o ajustada a un nivel de iluminación preestablecido. Los sensores de movimiento empleados en los sistemas normales de control de iluminación generalmente hacen uso de infrarrojos pasivos. Pasivo, ya que el sensor no irradia infrarrojos, pero mide los cambios en la radiación infrarroja de su entorno. Al igual que las fotoceldas avanzadas, los detectores de ocupación avanzados tienen la posibilidad de definir el área de medición que está cubierta. También pueden tener la posibilidad de introducir un retraso de tiempo antes de que la iluminación se reduzca o se apague una vez que no se detecte movimiento (tiempo de apagado retardado). Un rango de ahorros esperados al utilizar sensores de ocupación es presentado en la siguiente tabla. ƉůŝĐĂĐŝſŶ KĨŝĐŝŶĂƐ;ƉƌŝǀĂĚĂƐͿ KĨŝĐŝŶĂƐ;ĞƐƉĂĐŝŽƐĂďŝĞƌƚŽƐͿ ŽƌŵŝƚŽƌŝŽƐ ŽƌƌĞĚŽƌĞƐ ƌĞĂƐĚĞĂůŵĂĐĞŶĂŵŝĞŶƚŽ ^ĂůĂƐĚĞƌĞƵŶŝŽŶĞƐ ^ĂůŽŶĞƐĚĞĐŽŶĨĞƌĞŶĐŝĂƐ ůŵĂĐĞŶĞƐ

ŚŽƌƌŽĚĞĞŶĞƌŐşĂ;йͿ ϮϱͲϱϬ ϮϬͲϮϱ ϯϬͲϳϱ ϯϬͲϰϬ ϰϱͲϲϱ ϰϱͲϲϱ ϰϱͲϲϱ ϱϬͲϳϱ

Tabla 2.6: Rango de ahorros al utilizar sensores de ocupación

El tipo de sensor y su aplicación en los espacios es indicada en la siguiente tabla: KĨŝĐŝŶĂ ƉƌŝǀĂĚĂ

KĨŝĐŝŶĂ ŐƌĂŶĚĞ ĂďŝĞƌƚĂ

/ŶƚĞƌƌƵƉƚŽƌĚĞ ƉĂƌĞĚh^

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DŽŶƚĂũĞĞŶ ĐŝĞůŽĨĂůƐŽh^

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y

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DŽŶƚĂũĞĞŶ ĐŝĞůŽĨĂůƐŽ/Z

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sŝƐƚĂĞƐƚƌĞĐŚĂ h^ sŝƐƚĂĞƐƚƌĞĐŚĂ ŵŽŶƚĂĚĂĞŶ ĂůƚƵƌĂ/Z

dĞĐŶŽůŽŐşĂĚĞ ƐĞŶƐŽƌ

ƌŵĂƌŝŽͬ ^ĂůſŶĚĞ ĐŽƉŝĂƐ

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ůŵĂĐĞŶĞƐͬ ĄƌĞĂƐ ĂŝƐůĂĚĂƐ

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KĨŝĐŝŶĂ ^ĂůſŶĚĞ ŽƌŵŝƚŽƌŝŽ ƉĂƌƚŝĐŝŽŶĂĚĂ ĐŽŶĨĞƌĞŶĐŝĂƐ

Tabla 2.7: Aplicaciones según tipo de sensores

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Atenuadores (Dimming) La señal de control es una tensión continua que varía entre uno y diez voltios. Una interfaz de atenuación integrada en el balastro de la luminaria se utiliza para controlar la salida de luz de la luminaria en respuesta al valor de esta tensión. La respuesta puede ser lineal o logarítmica, en este último caso es proporcional a la percepción de brillo de la luz. La mayoría de las lámparas de descarga de gas no se pueden atenuar por completo hasta cero, en cuyo caso se debe agregar un relé al sistema para apagar por completo la iluminación.

Controladores programables En el concepto de edificio inteligente, es posible controlar la activación o desactivación de la iluminación en base a un controlador lógico programable, el cual recibe entradas de información (tales como hora del día, cantidad de personas, etc.) y permite un control más inteligente del encendido y apagado de luminarias.

Recomendaciones para una iluminación eficiente Uso efectivo de luz natural La luz natural debe ser aprovechada en la medida de lo posible. Sin embargo, se debe ser cuidadoso en que se permita únicamente la entrada de luz y no de calor (radiación solar directa). La iluminación natural (radiación indirecta) es beneficiosa, pero la radiación solar directa es perjudicial pues incrementa el calentamiento del edificio, así como el consumo de energía por aire acondicionado. En caso de instalar tragaluces, debe procurarse que los mismos tengan cierta geometría de tal forma que la luz entre lateralmente. En nuestro medio se suele cumplir que a la larga es más barato iluminar que enfriar. Usualmente, la iluminación natural es óptima para instalaciones no acondicionadas (tales como bodegas).

Uso adecuado de controles de iluminación Debe de procurarse diseñar sistemas de iluminación controlados eficientemente. Uno de los principales problemas que se identifican en las empresas es la falta de un control adecuado para el encendido de las luminarias. Por ejemplo, en nuestro medio, es típico encontrar edificios en los cuales un interruptor acciona las luminarias de todo un espacio o nivel (o de una buena área del mismo). La desventaja de esto es que, aún si no se está usando toda el área, se deben de encender todas las luminarias. Se recomienda que los sistemas de iluminación se diseñen de tal forma que permitan activar o desactivar luminarias en base al uso que se les da. Asimismo, un buen control de iluminación debe incluir formas de asegurarse que las luminarias no permanezcan encendidas cuando no haya personas en el lugar.

Sustitución de luminarias Una forma rápida y sencilla de ahorrar energía en el sistema de iluminación es sustituir o adaptar las luminarias existentes por unas más eficientes. A menudo es posible mejorar la calidad de la luz al mismo tiempo.

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Antes de sustituir una luminaria tome en cuenta las siguientes recomendaciones: • Inspeccione periódicamente si las luminarias están sucias o decoloradas y límpielas para evitar una baja luminosidad, si están dañadas reemplace por nuevas o más modernas que puedan ser más fáciles de limpiar. • Verificar el uso que se le da a la luminaria en la instalación, identificar cuánto tiempo pasa encendida y para qué es utilizada. • Evite tener interruptores que controlen gran cantidad de luminarias, si los espacios no se utilizan frecuentemente instale temporizadores, fotoceldas o sensores de ocupación. • Verificar que los niveles de luminosidad no sean demasiados altos, evaluar con un luxómetro que este no sobrepase a la norma estipulada anteriormente (Reglamento General de Prevención de Riesgos en los Lugares de Trabajo de El Salvador). • Desconecte del sistema luces que no sean necesarias o apague aquellas que durante el día están muy cercanas a espacios abiertos. • Para espacios exteriores evite tener más luminarias de las necesarias, de ser posible instale fotoceldas o sensores de ocupación que eviten tener dichas luminarias encendidas durante el día. Para el caso de considerar y lograr una sustitución adecuada de luminarias, se recomienda seguir los siguientes consejos:

Observar el casquillo de la lámpara Generalmente si se quiere ahorrar energía, las lámparas de potencia más pequeñas están disponibles con una diferente gama de casquillos. Los casquillos pueden tener un diámetro diferente o una distancia aparte. Del mismo modo, los casquillos de tornillo están disponibles en diferentes diámetros. En algunas ocasiones los ‘pines’ son bastante similares a simple vista, por lo que se recomienda identificar el pin exacto. Esta información es a menudo dada por el proveedor o puede ser encontrado a un costado de la luminaria.

Figura 2-22: Diferentes tipos de casquillos

Observar si tiene un sistema de regulación No todas las luminarias son regulables. Tenga en cuenta que algunos LED regulables son físicamente más grandes que los que no lo son. Si la instalación existente no posee un sistema regulable, puede valer la pena instalar lámparas atenuadoras para que pueda introducir un sistema de regulación en un futuro de manera que pueda ahorrar energía adicional. Si utiliza luminarias fluorescentes identifique que todos los balastros conectados estén siendo utilizados, especialmente si realiza un reemplazo observe si la nueva luminaria utiliza algún tipo de balastro.

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Dimensiones físicas Aunque el casquillo de la lámpara podría ser el correcto, no todas las lámparas de reequipamiento tienen el mismo tamaño físico. Se necesita asegurar que la lámpara de adaptación encajará dentro de la luminaria.

Revisar la potencia y desempeño Los LED de buena calidad son mucho más eficientes (luz emitida por vatio) que las lámparas incandescentes o halógenas. La mayoría de los LED dan una figura de potencia equivalente en el empaque. Hay dos figuras para buscar, si es un reflector o un ángulo estrecho, debe verificar que la intensidad (que se muestra como Candelas, Cd) del LED es similar o más que la lámpara existente. Dependiendo si la nueva lámpara se usa para una iluminación más general, debería dar la salida de luz en lúmenes, lm. Si el dato no lo dan, siempre es una buena idea probar las lámparas una al lado de la otra para comparar el rendimiento.

Temperatura de Color Las lámparas incandescentes pueden tener una apariencia muy cálida, por lo que, si desea mantener una apariencia similar, su reequipamiento LED debería producir el mismo efecto. Si está reemplazando halógeno, encontrará que 3,000 K es más adecuado. A veces es posible que desee una apariencia fresca para una pequeña oficina o espacio de trabajo.

Ejemplo de cálculo 1: Controles de Iluminación Efectivos Una empresa de fabricación de dulces posee una bodega de 200 m2, en ella ubican todo su producto terminado, la materia prima y repuestos de sus máquinas de producción. Como parte del desarrollo de una propuesta de mejora se reorganizará la bodega de tal forma que la bodega queda dividida en tres áreas según el uso antes mencionado. Con el fin de obtener resultados más significativos se realiza una sustitución de luminarias y control de las mismas. Actualmente la bodega cuenta con 30 luminarias Fluorescentes T12 de 30 W que se encienden bajo un mismo interruptor. La descarga de materia prima se realiza: • • • •

veces a la semana. 5 1 hora de 8 a 9 de la mañana 2 horas de 1 a 3 de la tarde, personal accede para tomar materia prima 1 vez cada 30 minutos y tiende a tardar 10 min cada vez que entra a la bodega;

El desembarco de producto se realiza • 6 veces a la semana • 2 horas de lunes a viernes de 9 a 11 de la mañana • 1 hora los sábados de 8:30 a 9:30 de la mañana.

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Generalmente se entra 1 hora a bodega para acceder a las partes de la maquinas todos los días laborales. La empresa al separar la bodega decide colocar 3 circuitos de luminarias separados, cada área con sensores de ocupación y fotoceldas, la bodega de partes contará con 6 luminarias, mientras la bodega de materias primas y producto terminado contará con 12 luminarias cada una. La inversión estimada de esta modificación del sistema eléctrico tendrá un costo de $175. Costos=(# de Bombillos)*(Potencia de Bombillos)*(horas encendido)*(días/año)*Tarifa Situación Actual Las luminarias pasan encendidas 4.66 h de lunes a viernes, y 1 hora los días sábado. Costos=(30)*(30 W)*(0.14 $/kWh)*((1 kW)/(1000 W))*[(4.66 h)*(261 días/año)*+(1 h)*(52 días/año)] Costos=159.8 $/año Después de implementación de mejora Costos en Bodega de Partes Se mantendrá encendida de lunes a sábado 1 hora, utilizada únicamente en invierno de junio a octubre. Costos=(6)*(30 W)*(1)*(150 días/año)*(0.14 $/kWh)*((1 kW)/(1000 W)) Costos=0.39 $/año Costos en Bodega Materia Prima Las luminarias pasan encendidas 3 h de lunes a viernes, y 1 hora los días sábado. Utilizada únicamente en invierno de junio a octubre. Costos=(12)*(30 W)*(0.14 $/kWh)*((1 kW)/(1000 W))*[(3 h)*(150 días/año)+(1 h)*(20 días/año)] Costos=23.69 $/año Costos en Bodega de Productos Las luminarias pasan encendidas 2 h de lunes a viernes, y 1 hora los días sábado utilizada únicamente en invierno de junio a octubre. Costos=(12)*(30 W)*(0.14 $/kWh)*((1 kW)/(1000 W))*[(2 h)*(150 días/año)+(1 h)*(20 días/año)] Costos=16.13 $/año Cálculo de Ahorros: Ahorros=159.8-0.39-23.69-16.13 $/año Ahorros=119.59 $/año Periodo de retorno simple PRS=Inversión/Ahorros PRS=(175 $)/(119.59 $/año) PRS=1.463 años

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Ejemplo de cálculo 2: Sustitución de Luminarias Un hotel tiene instalados en sus pasillos 200 bombillos incandescentes de 75 W, 125 de estos bombillos están encendidos las 24h del día y los demás un promedio de 12h durante la noche. El hotel está abierto todo el año. Recomiende y evalúe alternativas para ahorrar energía con las luminarias del hotel. Los datos que tenemos son: • • • •

0 bombillos incandescentes de 75 W. 5 30 de ellos encendidos las 24h del día. 20 se encienden 12h durante las noches. Suponiendo una tarifa de $0.14/kWh

Según la tabla de equivalencias de bombillos incandescentes con luces fluorescentes compactas, se recomienda sustituir los bombillos de 75 W por LFC de 18 W. Se considerará que las LFC tienen un precio unitario de $2.50. Cálculo de Ahorros Ahorros=(# de Bombillos)*(Potencia de Bombillos)*(horas encendido)*(365 días/año)*Tarifa Para bombillas encendidos las 24 h Ahorros=(30)*(75 W-18 W)*(24 h⁄día)*(365 días/año)*(0.14 $⁄kWh)*((1 kW)/1000W) Ahorros=2,097.14 $/año Para bombillas encendidos las 12 h Ahorros=(20)*(75 W-18 W)*(12 h⁄día)*(365 días/año)*(0.14 $⁄kWh)*((1 kW)/1000W) Ahorros=699.05 $/año Ahorro total Ahorros=2,097.14+699.05 $/año Ahorros=2796.19 $/año Costo de inversión Inversión=(# de Bombillos)*(Costo por Bombillo) Inversión=(50 Bombillo)*(2.5 $⁄Bombillo) Inversión=125 $ Periodo de retorno simple PRS=Inversión/Ahorros PRS=(125 $)/(2796.19 $/año) PRS=0.045 años PRS=0.045 años*(365 días )/año PRS=16.43 días

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Según la tabla de equivalencias de bombillos incandescentes con bombillos LED, se recomienda sustituir los bombillos de 75 W por LED de 9 W. Se considerará que las LED tienen un precio unitario de $3 Cálculo de Ahorros Ahorros=(# de Bombillos)*(Potencia de Bombillos)*(horas encendido)*(365 días/año)*Tarifa Para bombillas encendidos las 24 h Ahorros=(30)*(75 W-9 W)*(24 h⁄día)*(365 días/año)*(0.14 $⁄kWh)*((1 kW)/1000W) Ahorros=2,428.27$/año Para bombillas encendidos las 12 h Ahorros=(20)*(75 W-9 W)*(12 h⁄día)*(365 días/año)*(0.14 $⁄kWh)*((1 kW)/1000W) Ahorros=1,618.85 $/año Ahorro total Ahorros=2,428.27+1,618.85$/año Ahorros=4,047.12$/año Costo de inversión Inversión=(# de Bombillos)*(Costo por Bombillo) Inversión=(50 Bombillo)*(3 $⁄Bombillo) Inversión=150 $ Periodo de retorno simple PRS=Inversión/Ahorros PRS=(150 $)/(4,057.12 $/año) PRS=0.037 años PRS=0.037 años*(365 días )/año PRS=13.505 días Cabe destacar que las luminarias LED, como se muestra en la tabla comparativa de las propiedades de cada tecnología, poseen una mayor vida útil, y por ende pueden brindar un ahorro más significativo a largo plazo.

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2.4 Refrigeración y Aire acondicionado El sistema de aire acondicionado y refrigeración es un conjunto de elementos que llevan a cabo un proceso que tiene como finalidad la limpieza, enfriamiento y circulación de aire fresco bajo condiciones óptimas de temperatura y humedad. Dentro del sector del comercio e industria, tanto la refrigeración como el aire acondicionado pueden, en determinado momento, representar un alto consumo de energía , por lo que se debe tomar en cuenta para implementar medidas de ahorro energético y que estas tengan el mayor impacto en una reducción de costos. Existe una estrecha relación entre aire acondicionado y la refrigeración. Ambos procesos se sustentan en el ciclo termodinámico de refrigeración, por el cual, es posible producir un flujo de calor de un reservorio frío a un reservorio caliente, mediante la aplicación de trabajo neto en un circuito cerrado de refrigerante, el cual experimenta procesos sucesivos de intercambio energético. En ambos casos se debe controlar la humedad del ambiente, así como la velocidad del aire. Se hace la distinción porque en general, la refrigeración, especialmente la refrigeración industrial tiene como objetivo la preservación de alimentos o materiales para uso posterior, mientras que el aire acondicionado tiene como objetivo proveer a seres humanos de confort térmico en espacios habitados. Para poder comprender e implementar las medidas de ahorro energético, se comenzará con una breve descripción de los componentes mínimos que debe tener un sistema de aire acondicionado y uno de refrigeración. Existen similitudes importantes entre las medidas de eficiencia energética ambos sistemas, dado que se sirven de los mismos procesos termodinámicos. Sin embargo, debe reconocerse qué diferencias tienen en cuanto a tecnología. En el caso del aire acondicionado, tiene particular relevancia el “acondicionamiento” y distribución del aire o fluido de enfriamiento en espacios.

Figura 2-23: (a) Sistema con ductería, (b) refrigeración índustrial (cuarto frío)

Componentes de un sistema de Refrigeración y Aire Acondicionado Los componentes básicos de un sistema de aire acondicionado son cuatro dispositivos generales donde cada uno cumple un proceso determinado. Los dispositivos tienen como misión realizar esta secuencia en cada ciclo de enfriamiento: Compresión, condensación, expansión y evaporación, los que producen un efecto neto de enfriamiento.

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Un sistema típico de refrigeración tiene los siguientes componentes: Evaporador Compresor Condensador

Depósito para refrigerante Tubería de succión para el compresor Tubo de descarga del compresor

Válvula de expansión

El ciclo inicia con la evaporación del refrigerante en el evaporador, absorbiendo calor y enfriando el espacio, pasa por el tubo de succión y entra al compresor, donde aumenta su presión y temperatura; seguidamente pasa al condensador para rechazar calor a los alrededores del ambiente exterior. Al condensarse el refrigerante, baja un poco su temperatura y pasa en forma de líquido al depósito, donde continúa por una tubería hacia una válvula de expansión o de control de flujo de refrigerante, el cual logra bajar su presión y temperatura, repitiéndose el ciclo al entrar al evaporador. El sistema de refrigeración y aire acondicionado se divide en dos partes, según la presión del refrigerante. La parte de presión baja consiste en el control de flujo del refrigerante, el evaporador y el tubo de succión. La parte de presión alta la conforman el compresor, el tubo de descarga, el condensador, el tanque receptor y el tubo del líquido. Entre estas dos secciones se hallan el control de flujo del refrigerante y la válvula de descarga del compresor. El refrigerante se evapora en la parte de baja presión y se condensa en la parte de alta. Un refrigerante es la sustancia empleada en cualquier proceso de remoción de calor. El proceso de absorción de calor en el refrigerante se divide a su vez en dos: Sensible o latente, dependiendo si existe un cambio de fase o no. Se dice que es un proceso sensible cuando solo aumenta la temperatura del refrigerante. Es un enfriamiento letente cuando hay un cambio de fase en la sustancia refrigerante. Los refrigerantes líquidos son capaces de absorber grandes cantidades de calor a medida que se vaporizan. Mantener el refrigerante en vapor, a diferencia de si se mantuviera líquido, tiene la ventaja de ser mucho más fácil de controlar el inicio y fin de su “efecto refrigerante”. La velocidad de enfriamiento también puede controlarse (en márgenes pequeños) así como la temperatura de vaporización, por medio de la presión a la cual el líquido se vaporiza. No existe ningún refrigerante que sea el más idóneo para todas las aplicaciones y condiciones de operación, por lo que debería evaluarse cada aplicación. Se debe tener en cuenta que las presiones y temperaturas de vaporización son el parámetro indicado para determinar el refrigerante que mejor se adecúe a cada operación. Una consideración muy importante es el impacto ambiental del refrigerante seleccionado pues se ha determinado que fluidos refrigerantes utilizados en el pasado contribuyeron al agotamiento de la capa de ozono y al cambio climático. Por lo cual en los últimos años se ha hecho un esfuerzo por desarrollar refrigerantes con menor impacto ambiental. Es necesario mencionar, además, que en el estudio de un sistema de refrigeración y aire acondicionado, el refrigerante pasa por un ciclo termodinámico. Para el estudio de estos sistemas se hace un seguimiento al refrigerante, verificando donde cambia alternadamente de estado como mecanismo de transferencia de calor hacia el ambiente. Para el análisis de estos sistemas se hace una serie de simplificaciones en las que se consideran que los estados de cambio de fase están perfectamente saturados así como que existe una muy baja pérdida de presión, que en ocasiones puede considerarse nula. En la realidad, los ciclos de refrigeración divergen en algo respecto del ciclo saturado simple (un ciclo ideal).

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La razón es que en el ciclo saturado simple se hacen ciertas consideraciones que no pueden cumplirse en los ciclos reales. Por ejemplo: en el ciclo saturado simple, se desprecia la caída de presión que experimenta el fluido al paso por tuberías, evaporador, condensador, etc. Además, no se considera el subenfriamiento del líquido ni el sobrecalentamiento del vapor en la tubería de succión.

Compresor

Válvula de expansión

Figura 2-24: Ciclo estándar de refrigeración por compresión de vapor

Evaporador Dentro del evaporador se tiene una mezcla de refrigerante que se evapora a presión y temperatura constantes. En un ciclo ideal la finalización de la vaporización del refrigerante ocurre cuando se convierte en vapor saturado a presión y temperatura de saturación. Es en este proceso que el refrigerante absorbe energía del producto a refrigerar, de modo que su entalpía aumenta. La cantidad de calor que puede absorber el refrigerante es la diferencia entre la entalpía de saturación y la entalpía en estado de mezcla a presión y temperatura determinado. Compresor En este proceso se incrementa la presión desde la presión vaporizante hasta la presión del condensador. Durante este proceso se efectúa trabajo sobre el vapor refrigerante y se incrementa la energía (entalpia) del vapor en una cantidad que es exactamente igual al trabajo mecánico efectuado sobre el vapor. El trabajo que efectúa el compresor en el refrigerante es igual a la diferencia de los valores de entalpia del punto antes y después de la compresión. Existen varios tipos de compresores y deben conocerse las aplicaciones específicas para determinar el más adecuado. Generalmente se consideran compresores de dos tipos: • Dinámicos o centrífugos El principio de funcionamiento de estos compresores se basa en la aceleración de sus partículas. El aire es aspirado por el rodete a través de su campana de entrada y acelerado a gran velocidad. Después es descargado directamente a unos difusores situados junto al rodete, donde toda la energía cinética del aire se transforma en presión estática. A partir de este punto es liberado al sistema.

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ͳͳ Compresores centrífugos radiales A este grupo pertenecen los compresores centrífugos tradicionales. El aire entra directamente en la zona central del rotor, guiado por la campana de aspiración. El rotor, girando a gran velocidad, lanza el aire sobre un difusor situado a su espalda y es guiado al cuerpo de impulsión. Un turbocompresor tradicional puede ser un equipo con dos o más etapas de compresión. Entre cada etapa, están instalados unos refrigeradores diseñados para reducir la temperatura de compresión antes de que el aire llegue al siguiente rotor. ͳͳ Compresores centrífugos axiales Se diferencian de los anteriores en que el aire circula en paralelo al eje. Los compresores axiales están formados por varios discos llamados rotores. Entre cada rotor, se instala otro disco denominado estator, donde el aire acelerado por el rotor, incrementa su presión antes de entrar en el disco siguiente. En la aspiración de algunos compresores, se instalan unos álabes guía, que permiten orientar la corriente de aire para que entre con el ángulo adecuado. • Desplazamiento positivo El principio de funcionamiento de estos compresores se basa en la disminución del volumen del aire en la cámara de compresión en el que se encuentra confinado, produciéndose el incremento de la presión interna hasta llegar al valor de diseño previsto, momento en el cual el aire es liberado al sistema. ͳͳ Reciprocante En este tipo de compresores, el aire es aspirado al interior de un cilindro, por la acción de un pistón accionado por una biela y un cigüeñal. Ese mismo pistón, al realizar el movimiento contrario, comprime el aire en el interior del mencionado cilindro, liberándolo a la red o a la siguiente etapa, una vez alcanzada la presión requerida. ͳͳ Rotativo El sistema consiste en la instalación de un rotor de paletas flotantes en el interior de una carcasa, situándolo de forma excéntrica a la misma. Al estar situado el rotor en posición excéntrica al eje central de la carcasa, las cámaras van creciendo en la zona de aspiración, llegando a producir una depresión que provoca la entrada del aire. Según se desplazan con el giro del rotor, las cámaras se van reduciendo hacia la zona de impulsión, comprimiendo el aire en el interior. ͳͳ Tornillo La tecnología de los compresores de tornillo se basa en el desplazamiento del aire, a través de las cámaras que se crean con el giro simultáneo y en sentido contrario, de dos tornillos, uno macho y otro hembra. La forma de funcionamiento consiste en que el aire llena los espacios creados entre ambos tornillos, aumentando la presión según va reduciéndose el volumen. Condensador El condensador se encarga de recibir el vapor y llevarlo al estado líquido. Según el medio condensante que se ocupa, se clasifican en medio de agua o de aire. La condensación se realiza en temperatura y presión constante. Durante este proceso el calor cedido al medio condensante es la diferencia de las entalpías del vapor menos la del refrigerante condensado. Al término de este proceso, el refrigerante se encuentra en su estado inicial del ciclo.

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Válvula de expansión En este componente, del ciclo de la refrigeración mecánica, es donde se realiza la expansión o estrangulamiento del refrigerante. Mediante este proceso adiabático la presión del refrigerante se reduce drásticamente desde la presión de condensación hasta la presión de evaporación. A este proceso de estrangulamiento adiabático se le llama tambien proceso isoentálpico. A la salida de la válvula de expansión se tiene una mezcla de liquido y vapor del refrigerante la cual, al circular por el evaporador, logrará realizar el proceso de refrigeración deseado.

Parámetros que controlan el uso de energía de enfriamiento Para enfriar un espacio, es necesario extraer del mismo energía térmica en forma de calor. La cantidad de calor a extraer se conoce como carga térmica. La carga térmica es afectada por condiciones ambientales (temperatura exterior, radiación solar) e internas (ganancias de calor por equipos, luminarias, personas, etc.). Un parámetro importante para determinar la carga térmica es el clima de la región, específicamente la temperatura y el nivel de humedad. Un segundo parámetro, menos evidente, es el material dentro del cuarto refrigerado. En el caso de refrigeración es el producto a almacenar, dado que para cada producto debe haber condiciones particulares de temperatura y humedad, y por lo tanto se debe extraer una cantidad determinada de calor. En el caso de aire acondicionado, es la cantidad de personas que se encuentran en el espacio ya que cada una emite cierta cantidad de calor que debe extraerse. Dejando a un lado el clima, la cantidad de energía necesaria para satisfacer la demanda de refrigeración espacial varía principalmente según el tipo y la eficiencia del equipo utilizado, la forma de uso y con qué frecuencia se utiliza, así como el tipo y la eficiencia térmica de los edificios. Las decisiones de los ocupantes, dentro de la instalación industrial o comercial, sobre el tipo de A/C, qué habitaciones se enfrían y cuándo, y los ajustes de temperatura pueden tener, además, un impacto considerable en la demanda de energía de enfriamiento. • Eficiencia energética de los equipos de refrigeración Como ocurre con muchos otros tipos de equipos instalados en edificios, la eficiencia energética de los A/C actualmente en uso y en venta en todo el mundo ha aumentado en los últimos años debido a las mejoras graduales en la tecnología de aire acondicionado y la demanda cambiante, aunque aún quedan enormes variaciones a través de países y regiones. ¿Cómo medir la eficiencia energética de los aires acondicionados? La eficiencia energética de los A/C se puede medir de varias maneras diferentes, aunque todas implican cierta comparación de la cantidad de entrada de energía requerida para producir una unidad de salida de refrigeración (o viceversa). Los A/C mueven el calor en lugar de convertirlo de una forma a otra, por lo que las medidas estándar de eficiencia térmica no son apropiadas para describir el rendimiento de estos dispositivos. Los convenios varían según el país.

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Las mediciones comúnmente utilizadas difieren según las unidades (métricas o imperiales), el propósito de la medición (eficiencia a plena carga, en el momento de mayor demanda o en toda la temporada) y las condiciones de prueba (especialmente las temperaturas interiores y exteriores). A veces se adaptan a las condiciones de un país específico. Las métricas más utilizadas en todo el mundo son las siguientes: • Coeficiente de rendimiento (Coefficient of performance) (COP): Relación utilizada para equipos de calefacción o refrigeración para describir la cantidad de energía útil (es decir, producción de calefacción o refrigeración) entregada como una relación de la entrada de energía (por ejemplo, electricidad) para entregar ese resultado útil. Cuanto más alto es el COP, más eficiente es el dispositivo. Para los A/C, el COP suele exceder 1, ya que los CA transfieren mecánicamente más energía de una fuente de calor (aire interior) a un disipador de calor (el exterior) que la cantidad de energía que se utiliza en el proceso mecánico.

COP = (Potencia de enfriamento)/(potencia de entrada)

• Índice de eficiencia energética (Energy Efficiency Ratio) (EER): relación específica utilizada para equipos de refrigeración que, de forma similar a un COP, es la relación entre la producción de energía de refrigeración (medida en unidades térmicas británicas en los Estados Unidos (Btu/h) y vatios [W]) en otros lugares) por unidad de potencia eléctrica entregada al sistema (W). En los Estados Unidos, generalmente se calcula usando una temperatura exterior de 95 ° F (35 ° C), una temperatura interna de 80 ° F (27 ° C) y una humedad relativa del 50%. Es importante notar que los fabricantes norteamericanos utilizan unidades de Btu/h para la potencia de enfriamiento (o tasa de calor de extracción), por lo cual el EER tiene unidades de Btu/Wh. Como referencia, un COP de 1 W/W equivale a un EER de 3.41 Btu/Wh por el factor de conversión aplicado. • Rendimiento de eficiencia energética estacional (SEER). El EER se ajustó para el rendimiento general del equipo para el clima durante una temporada de enfriamiento típica. Se calcula con la misma temperatura interior, pero en un rango de temperaturas exteriores, con un determinado porcentaje de tiempo especificado en cada una de las categorías de temperatura. Debido a que las condiciones climáticas varían considerablemente en todo el mundo, a menudo estas medidas se han adaptado a las condiciones predominantes en regiones o países determinados. Dadas las diferencias en las condiciones de prueba, generalmente no es posible convertir de una a otra ninguna de estas medidas de eficiencia de los equipos de refrigeración. Como resultado, uno puede tener un A/C que tenga un EER más alto que otro, pero un SEER inferior. Además, las formas de medidas utilizadas en la práctica no siempre son apropiadas para las condiciones de operación. Las reducciones más grandes de temperatura también disminuyen la eficiencia, ya que el compresor de la A/C tiene que trabajar más intensamente. Esto hace que sea difícil comparar calificaciones en regiones con climas muy diferentes, incluso cuando se utilizan SEER. El uso de terminología genérica ha causado una gran confusión y dificultad para comparar las estimaciones de eficiencia entre países. Los esfuerzos en los últimos años se han orientado a mejorar la claridad, introduciendo formas de medición más específicas, tales como el factor de rendimiento estacional de enfriamiento, que se puede utilizar para medir la eficiencia de las bombas de calor reversibles A/C u otros equipos. Al igual que los SEER, este factor debe ser el equivalente refrigerante del factor de rendimiento estacional de calefacción utilizado para medir el rendimiento de calentamiento de una bomba de calor, que representa el rango de condiciones de funcionamiento de la bomba de calor o A/C cuando

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está en modo refrigeración. El Instituto de Aire Acondicionado, Calefacción y Refrigeración de América del Norte (AHRI) ha desarrollado una métrica similar, el valor integrado de carga parcial (IPLV por sus siglas en inglés), específicamente para enfriadores de agua (chillers). Se necesitan esfuerzos adicionales para mejorar la medición de la eficiencia energética de todos los tipos de equipos de enfriamiento a fin de evaluar con mayor precisión su desempeño, bajo condiciones reales de operación, así como para facilitar las comparaciones de desempeño dentro y entre los mercados nacionales y regionales. Una herramienta de la que se dispone hoy en día es la simulación energética de edificios, la cual toma en cuenta, de forma integral, todos los factores antes mencionados, siendo capaz de predecir, con un alto grado de precisión, el desempeño de un sistema de A/C en comparación con otros. Otras maneras de reducir la energía necesaria para operar sistemas de aire acondicionado son las siguientes: • La zonificación térmica dentro de los edificios, instalaciones industriales o comercios utilizando sistemas de sala como mini-split A/C o controles de volumen variable, amortiguadores y válvulas, permite que la temperatura dentro de un edificio varíe de una zona a otra, brindando la oportunidad de reducir significativamente el uso de energía, en comparación con A/Cs que producen la misma temperatura en todo el edificio. • Los controles mejorados y el control predictivo pueden minimizar la energía utilizada para lograr el confort térmico dentro de los edificios. Los controles mejorados, que usan termostatos programables e inteligentes, permiten que los A/Cs se apaguen automáticamente cuando no se requiere refrigeración adicional. Los controles predictivos usan sensores y datos meteorológicos para estimar la manera de enfriar el edificio de la forma más eficiente. • Un mejor dimensionamiento, instalación y mantenimiento puede garantizar que el equipo y los controles del aire acondicionado funcionen según lo previsto, asegurándose de que circula la cantidad correcta de refrigerante, limpiando los ventiladores y filtros, y optimizando las configuraciones de control. • Desempeño energético de los edificios El diseño de un edificio y los materiales y las técnicas de construcción utilizados para su envoltura son de particular importancia. ͳͳ Diseño de construcción El diseño y la arquitectura de los edificios tienen un gran impacto en la necesidad de refrigeración mecánica y otros servicios energéticos. Por ejemplo, los aleros, cortasoles o terrazas proporcionan sombra a los edificios y ayudan a reducir el ingreso de radiación solar. En la práctica, la energía es solo uno de varios factores que se toman en consideración cuando se toman decisiones de diseño y construcción. El costo es a menudo la principal preocupación: los materiales más livianos suelen ser más baratos, y el aislamiento más efectivo es más costoso. El diseño de uso de espacio, que afecta la relación de aspecto del edificio (la relación de espacio interior a la superficie del edificio), es otro factor importante, ya que afecta la velocidad a la que se transfiere el calor entre el interior y el exterior, así como la cantidad de área de construcción que está sujeta a las ganancias de calor solar.

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El diseño estético a menudo tiene prioridad sobre la eficiencia energética. Por ejemplo, los tonos sobre las ventanas pueden reducir la necesidad de enfriamiento, pero pueden afectar el aspecto de un edificio. Asimismo, el uso profuso de ventanas puede mejorar el diseño estéticamente, más sin embargo incrementar su consumo de energía. Los edificios diseñados con controles y sensores que permiten un control inteligente de los A/C pueden proporcionar comodidad para el ocupante del edificio, permitir a la vez una respuesta de parte de la demanda, para reducir el impacto del enfriamiento espacial en las cargas pico de electricidad. En el nivel básico, agregar más controles y sensores puede permitir configuraciones de temperatura más eficientes sin dañar la comodidad de los ocupantes. Si bien los sistemas avanzados son generalmente costosos, las mejores prácticas en el diseño y operación de edificios avanzados ilustran el potencial para reducir y gestionar la demanda de refrigeración espacial en edificios con controles inteligentes. Además de la tecnología utilizada en el edificio, el diseño de los materiales utilizados alrededor y fuera de los edificios puede afectar tanto la sensación térmica como el aumento de calor solar en el edificio. El uso del paisaje y las plantas en la arquitectura puede mejorar el flujo de aire, mientras que el sombreado solar estacional con árboles puede reducir el aumento de calor solar en los edificios, reduciendo los efectos del calor alrededor de ellos. Si bien la tendencia creciente de la urbanización ha ido reduciendo el número de árboles y plantas que están cerca o dentro de los edificios, algunas autoridades locales están alentando cada vez más a los propietarios de edificios y ocupantes a adoptar techos verdes para ahorrar energía y aumentar la sostenibilidad. El envolvente del edificio (techo, pisos, techos, paredes externas, puertas, ventanas y cimientos) tiene un enorme impacto en la necesidad de refrigeración y ventilación. La elección de los materiales es de particular importancia. Con objeto de reducir costos energéticos relacionados al calor, se deben usar materiales con alta masa térmica. La capacidad de poder almacenar bastante calor es conocido como masa térmica. La masa térmica es importante para la refrigeración del espacio, ya que mantiene la temperatura por más tiempo, creando una barrera natural entre las temperaturas interiores y exteriores, aumentando, por tanto, el confort térmico. Los edificios tradicionales con gruesas paredes de tierra o de piedra con colores claros, como los que están en climas relativamente cálidos, rara vez necesitan ser enfriados artificialmente. La desventaja de utilizar materiales con alta masa térmica es que suelen tener un peso considerable en la estructura. El aislamiento puede compensar el uso de materiales más ligeros con menos masa térmica. Los techos, puertas y ventanas con ahorro de energía y la reducción del flujo de aire y fugas sin control también pueden tener un gran impacto en la cantidad de calor que entra en un edificio y, por lo tanto, en la necesidad de refrigeración mecánica. Una gama de soluciones de alta y baja tecnología, que afectan el uso de energía para la refrigeración espacial, puede incorporarse durante la construcción o agregarse más adelante por parte de los ocupantes o los propietarios del edificio. Cuando se diseñan y funcionan correctamente, estas tecnologías, que a menudo se basan en la sabiduría y la experiencia de los edificios de refrigeración antes de que se inventara el enfriamiento mecánico, pueden aumentar la comodidad y reducir el consumo de energía.

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Estos incluyen tecnologías las cuales pueden: • Reducir el calor que ingresa a un edificio, incluyendo materiales con alta resistencia térmica (por ejemplo, aislamiento de poliuretano o fibra de vidrio y ventanas de alto rendimiento), masa térmica (por ejemplo, techos verdes y paredes de tierra apisonada), sellado de aire (es decir, sobres herméticos sin ventilaciones incontrolables), protección solar (por ejemplo, películas para ventanas, contraventanas y voladizos) y techos fríos. • Eliminar el calor de los espacios interiores a través de la ventilación mecánica y natural. La ventilación mecánica generalmente usa menos energía que el aire acondicionado mecánico, y si está diseñada y operada correctamente, puede eliminar el aire más caliente en un espacio determinado, a fin de reducir la temperatura promedio. • Almacenar en frío para reducir o desplazar las necesidades de energía para el aire acondicionado mecánico, incluida la masa térmica (por ejemplo, azulejos de cerámica y piedra) y materiales de cambio de fase. Los materiales que absorben calor cuando un espacio está caliente pueden volver a emitirlo cuando el espacio está frío; también se pueden usar mecánicamente (por ejemplo, con una bomba de calor) para proporcionar refrigeración en un momento posterior. • Afectar el confort térmico percibido, incluyendo el movimiento del aire (ventiladores y ventilación natural) y la gestión de la humedad (deshumidificación en climas cálidos y húmedos y evaporación del agua en climas cálidos y secos), no cambian significativamente la temperatura promedio del aire dentro del espacio, pero proporcionan una mayor comodidad a los ocupantes sin el uso de refrigeración mecánica.

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Los tipos de equipos AA más utilizados:

Figura 2-25: Tipos de aire acondicionados más usados

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Tabla 2.8 Equipos, aplicaciones ventajas y desventajas en aire acondicionado

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Enfriadores de agua o Chillers

Las unidades enfriadoras de líquido o generadoras de agua helada (chiller) son una tecnología utilizada para enfriar edificios o procesos industriales. Un aire acondicionado chiller es una unidad enfriadora de líquidos. Es capaz de enfriar el ambiente usando la misma operación de refrigeración que los aires acondicionados o deshumidificadores, enfría el agua, aceite o cualquier otro fluido. Esta alternativa puede ser usada en un amplio rango de operaciones. El sistema de aire acondicionado chiller puede ser enfriado por aire o por agua. Los chillers enfriados por agua, incorporan el uso de torres de enfriamiento. La limitante que existe en los sistemas Mini y Multi Split es que no son capaces de llevar el agua refrigerada a las manejadoras para distancias muy grandes. Los equipos chiller tienen la ventaja que mediante el bombeo adecuado, pueden resolver este problema. Sus aplicaciones pueden ser tanto de confort como para procesos industriales. Son sistemas muy utilizados para acondicionar grandes instalaciones, edificios de oficinas y, sobre todo, aquellas que necesitan simultáneamente climatización y agua caliente sanitaria (ACS), por ejemplo hoteles y hospitales. El agua enfriada se usa posteriormente para: refrigerar maquinaria industrial, plantas de procesos químicos, centros de cómputo, industria alimenticia, aire acondicionado, industria del plástico, equipos de laboratorio. Todos los “chillers” en su construcción presentan los siguientes componentes básicos: • • • • • • •

Compresor(es) de refrigeración Intercambiador de calor del tipo casco y tubo Condensador Circuito de control Líneas y accesorios de refrigeración Gabinete Refrigerante ecológico

El Compresor Es el corazón del sistema, ya que es el encargado de hacer circular al refrigerante a través de los diferentes componentes del sistema de refrigeración del “chiller”. Succiona el gas refrigerante sobrecalentado a baja presión y temperatura, lo comprime aumentando la presión y la temperatura a un punto tal que se puede condensar por medios condensantes normales (Aire o agua). A través de las líneas de descarga de gas caliente, fluye el gas refrigerante a alta presión y temperatura hacia la entrada del condensador. El Evaporador Es un intercambiador de calor del tipo casco y tubo, su función es proporcionar una superficie para transferir calor del líquido a enfriar al refrigerante, en condiciones de saturación. Mediante la línea de succión fluye el gas refrigerante como vapor a baja presión, proveniente del evaporador a la succión del compresor. El evaporador es el componente del sistema de refrigeración donde se efectúa el cambio de fase del refrigerante. Es aquí donde el calor del agua es transferido al refrigerante, el cual se evapora al tiempo de ir absorbiendo el calor.

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El Condensador Es el componente del sistema que extrae el calor del refrigerante y lo transfiere al aire o al agua. Esta pérdida de calor provoca que el refrigerante se condense. Su función es proporcionar una superficie de transferencia de calor, a través de la cual pasa el calor del gas refrigerante caliente al medio condensante. Mediante la línea de líquido fluye el refrigerante en estado líquido a alta presión a la válvula termostática de expansión. Válvula Termostática Su finalidad es controlar el suministro apropiado del líquido refrigerante al evaporado, así como reducir la presión del refrigerante, de manera que vaporice en el evaporador a la temperatura deseada. Dispositivos y Controles Para que un enfriador de líquido trabaje en forma automática, es necesario instalarle ciertos dispositivos eléctricos, como son los controles de ciclo. Los controles que se usan en un enfriador son de acción para temperatura, llamados termostatos, de acción por presión llamados presostatos y de protección de falla eléctrica llamados relevadores. Sistema de expansión: El refrigerante líquido entra en el dispositivo de expansión donde reduce su presión. Al reducirse su presión se reduce bruscamente su temperatura. Evaporador o Fancoil: El refrigerante a baja temperatura y presión pasa por el evaporador, que al igual que el condensador es un intercambiador de calor, absorbiendo el calor. Algunas de las aplicaciones más comunes de los sistemas de aire acondicionado chiller en procesos son los siguientes: • La industria plástica: Enfriador del plástico caliente que es inyectado, soplado, extruido o sellado. • La industria de la impresión: Rodillos templados enfriados debido a la fricción y hornos que curan la tinta, junto con las lámparas ultravioletas, también para los propósitos de curado. • La industria HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado): A gran escala los sistemas de aire acondicionado bombean el agua enfriada a las serpentinas en áreas específicas. Los sistemas de manejo de agua para cada área, abren y cierran el flujo de agua a través de áreas específicas manteniendo el aire en los cuartos a la temperatura deseada. • La industria del cortado con láser: la tecnología ha creado máquinas que pueden cortar productos de acero muy específicos, mediante el uso preciso de máquinas de corte con láser. Este láser opera a temperaturas muy altas y debe ser enfriado para funcionar correctamente. El suministro de agua fría o caliente del aire acondicionado chiller se realiza por medio de una red de tuberías hasta las unidades interiores (unidades terminales o evaporadoras), que se instalan dentro de cada zona a acondicionar, impulsándose el agua con una bomba centrífuga desde la sala de Máquinas

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hasta cada unidad interior de aire acondicionado chiller. Estas unidades terminales de aire acondicionado chiller cuentan, en su interior, con un serpentín de cobre, con aletado de aluminio, por el cual circula el agua, y por medio de un ventilador silencioso, recircula el aire del ambiente a través del serpentín de la evaporadora, y de esta forma se realiza el intercambio de calor deseado dentro de la habitación. Estos sistemas de aire acondicionado chiller se comandan con un termostato de ambiente individual, que proporciona una total independencia de uso respecto al resto del sistema, asegurando el confort deseado y convirtiéndolo en uno de los sistemas más flexibles de los existentes en el mercado. El sistema de aire acondicionado chiller, tiene la opción de disponer de las evaporadoras ocultas o a la vista por motivos de diseño y gusto del cliente, pero sobre todo, para darle la mejor estética a cada espacio. Una gran ventaja de estos sistemas, es que se puede acumular agua fría en tanques lo que asegura tener la capacidad necesaria en los momentos de mayor requerimiento y además, disminuir la capacidad a instalar, llegando a un 70/75% de la potencia instalada en sistemas por expansión directa (aire acondicionado tradicional). En definitiva, el sistema de aire acondicionado por agua es uno de los más eficientes que se pueden instalar y es de vital importancia en la industria alimentaria, en la ingeniería de procesos y en la climatización, usándose mucho en grandes edificios, restaurantes, hoteles, departamentos, oficinas o construcciones con poco espacio en plafones (entre cielorraso y fondo de losa), que impide la instalación de ductos de aire de gran tamaño.

Medidas de eficiencia energética Las medidas de ahorro energético se concentran en sectorizar, modular y personalizar el uso de la energía. Disponer de la energía para un requerimiento específico, por ejemplo, en aire acondicionado (mediante monitoreo y sensores, utilizar los aires acondicionados necesarios para climatizar a las personas que se encuentran dentro del centro de comercio o industria en ese momento particular) en lugar de dejar de manera permanente el termostato a una temperatura menor de la que se necesita. La filosofía de ahorro energético debe ir orientada a utilizar sólo la energía estrictamente necesaria, a fin de que de esta energía tenga la menor cantidad de pérdidas, así como recuperar la que se desperdicia. A continuación se describen las medidas de ahorro para cada elemento del sistema: Compresor Utilizar preferentemente compresores multi-etapas, o bien compresores de alta eficiencia: consulte el directorio de proveedores de equipos eficientes en el que se muestren proveedores de este tipo. Identificar y sustituir los compresores que estén sobredimensionados Recuperador de calor Se recomienda implantar sistemas de recuperación de calor residual de los compresores de los equipos fríos.

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Tuberías Realizar campañas de detección y reparación de fugas de circuitos de refrigerante. Mantener el refrigerante a la presión y composición adecuadas. Aislamiento Comprobar el aislamiento del circuito de frío con cámaras termo gráficas, para mejorar el aislamiento de las canalizaciones. Variadores de frecuencia Regular el caudal del fluído refrigerante y su carga de frío asociada a la demanda. Se aconseja regular el circuito de frío incorporando variadores de frecuencia en el grupo de bombeo del circuito de frío. Depósito de acumulación Aislar correctamente los depósitos de acumulación. Antecámaras Se aconseja sectorizar el volumen a refrigerar, por ejemplo: utilizar cortinas de aire en las entradas y salidas, o bien minimizar los ciclos de entrada y salida del material a refrigerar. Controlar la cantidad de personas Minimizar las cargas internas en el volumen a climatizar, por ejemplo: la presencia humana. Hay que considerar que una persona en descanso emite 80W de calor. Temperatura deseada Ajustar la temperatura de consigna del sistema de producción. Hay que evitar que se genere más frío de lo que es estrictamente necesario. Freecooling Potenciar el uso del freecooling siempre que sea necesario: esto significa tomar aire directamente del exterior cuando sus condiciones de temperatura y humedad son adecuadas para enfriar el espacio. Iluminación Instalar sistemas de iluminación eficientes tiene un doble efecto en el ahorro: se consume menos electricidad y se disipa menos calor al ambiente, minimizando por tanto, las cargas del sistema. Condensadores de aire • Implantar siempre condensadores evaporativos en vez de condensadores secos. Purgar el aire del circuito del condensador. • Limpiar los condensadores y promover políticas de mantenimiento que analicen periódicamente el funcionamiento del condensador. Ventilación de las torres Se aconseja regular el caudal de aire circulante en función del calor que se necesite disipar. Una medida de control es regular los ventiladores mediante un variador de frecuencia.

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Monitorización y control • Implantar un sistema de control y un campo de sensores que permitan monitorear el sistema y realizar estrategias de control. • Regulación por condensación flotante. • Desconectar todos los compresores que no estén funcionando. • Modular la producción de frío en función de la temperatura de consigna y de la época del año, de manera que se potencie el uso del freecooling. Bombas de agua fría (sistemas Chiller) Diseñar redes de agua fría hidráulicamente eficientes, accionadas por bombas seleccionadas en sus puntos de máxima eficiencia con motores IE3. Considerar la posibilidad de utilizar variadores de frecuencia controlados por sensores de presión, a modo de mantener la presión constante y regular el flujo acorde a las necesidades de enfriamiento en el edificio o proceso industrial. Ejemplo de cálculo de ahorro energético por sustitución de equipo Una instalación industrial requiere agua helada para poder operar su sistema de aire acondicionado. El equipo de enfriamiento de agua es un “chiller”, que tiene un compresor centrífugo con capacidad de 235 toneladas de refrigeración nominales y más de 15 años de servicio. Según una medición, la potencia demandada por el chiller es de 120 kW. Si este equipo se sustituye por un equipo nuevo con compresor de tornillo y un coeficiente de rendimiento (COP) de 4.953 cuyo costo inicial es $93,850, determine el período de recuperación simple de la inversión: Considere el precio de la energía como $0.155/kWh

Tabla 2.9: Pliego tarifario, 15 de julio de 2018 para grandes demandas. Fuente: SIGET

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Potencia eléctrica demandada por el equipo actual 120 kW Las condiciones de operación del Chiller se determinan mediante mediciones, obteniéndose la siguiente tabla. DĞĚŝĐŝŽŶĞƐĞŶĞůůĂĚŽĚĞůĂŐƵĂĚĞůĞƋƵŝƉŽĂĐƚƵĂů &ůƵũŽŵĄƐŝĐŽĚĞĂŐƵĂ Ϯϱ ŬŐͬƐ dĞŵƉĞƌĂƚƵƌĂĚĞůĂŐƵĂĚĞƐĂůŝĚĂ ϳ͘ϱ Σ dĞŵƉĞƌĂƚƵƌĂĚĞůĂŐƵĂĚĞƌĞƚŽƌŶŽ ϭϬ Σ Tabla 2.10: Mediciones en el lado del agua del equipo actual

Se procede a calcular el calor que el chiller debe remover bajo estas condiciones. La ecuación para calcular la transferencia de calor es la siguiente:   C p  T Q  m Se considera que el calor específico del agua es 4.18 kJ/(kg-°C), donde al introducir los valores medidos en el lado del agua, se obtiene el siguiente resultado: kJ Q  25  4.18  (10  7.5)  261.3 kW s Teniendo la salida requerida de calor a remover y la potencia de entrada del equipo actual, se puede calcular el coeficiente de rendimiento para tener una comparación de la diferencia con el equipo que se pretende sustituir. = COP

Salida deseada Q 261.3 kW = = = 2.1 177 Entrada requerida We 120 kW

Si se desea sustituir el equipo por uno nuevo que tiene un COP de 4.953, el calor que debe remover sería el mismo. Es decir que el nuevo equipo debe remover 261.3 kW. Conociendo estos valores se puede determinar la potencia de entrada que requeriría el nuevo equipo. = We

261.3 kW Q = = 52.744 kW 4.953 COP

La potencia que se ahorra para las mismas condiciones; se calcula como la diferencia entre la potencia eléctrica actual menos la potencia, si se usara el nuevo equipo el resultado es: 67.255 kW El ahorro energía se debe calcular multiplicando la potencia ahorrada por el tiempo promedio en horas para cada mes. Ese valor se determina como 730 h/mes. La energía eléctrica ahorrada mensual se calcula como: E  67.255 kW  730

h  49096.4 kWh/mes mes

El valor determinado es el ahorro energético mensual. Una vez se ha resuelto la parte técnica del aho-

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rro, se procede a realizar el análisis económico para determinar el período de retorno de inversión. El costo ahorrado se determina multiplicando el costo de la energía por el ahorro energético mensual. El resultado de ese producto da el siguiente resultado: 49046.4

kWh $0.155   $7, 609.94 /mes mes kWh

El período de retorno de la inversión se calcula como el costo inicial del equipo dividido entre el ahorro mensual.

= PRI

kWh = 12.3 meses $7, 609.94 /mes

Ejemplo de ahorro de costos por sustitución de un equipo Se desea diseñar un cuarto frío para almacenar 330 lbm de champiñones a una temperatura de 32° F para mantener una buena conservación, así como mantener una buena cantidad de humedad. Realizando un estudio de las cargas térmicas internas y externas que se deben remover para mantener las condiciones deseadas, se llega a los resultados de la siguiente tabla: Carga térmica a remover

5956.59 0.4964

Btu/h Ton

Realizar una comparación de los costos de consumo eléctrico anual si se utiliza un equipo de EER de 12 Btu/Wh sobre otro equipo con EER de 16 Btu/Wh. Considere el costo de la energía eléctrica como $0.155/kWh y que se debe mantener el cuarto refrigerado las 24 horas del día, 365 días en el año, con un factor de uso de 0.7. Recordando que el EER se calcula como: = EER

Salida deseada Carga térmica a removerr (Btu/h) = Entrada requerida Potencia eléctrica (W)

En este caso se necesita encontrar la potencia eléctrica que debe suministrarse para determinar en ambos casos cuál es el costo del consumo energético. De manera que: Potencia eléctrica =

Carga térmica a remover EER

Btu 5,956.9 h Potencia = eléctrica = 496.38 W Btu 12 Wh Siendo 496.38 W la potencia requerida por el equipo actual con un EER de 12 Btu/Wh. Si se utiliza un equipo con EER de 16 Btu/Wh, se requerirá una potencia eléctrica de:

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Btu 5,956.9 h Potencia = eléctrica = 372.29 W Btu 16 Wh La diferencia en potencia es de 496.38 W – 372.29 W = 124.09 W. Por tanto, el ahorro anual al utilizar el equipo más eficiente es: Ahorro($)=124.09 W  24

h días (1 kW ) 0.155$  365    117.94/año día año 1000 W kWh

Cabe mencionar que el factor de uso utilizado toma en cuenta que el equipo no consume energía continuamente, dado que el compresor de desactiva al llegar a la temperatura deseada. En este caso, el equipo opera un 70% del tiempo.

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2.5 Motores Eléctricos Los motores eléctricos consumen una gran proporción de la energía eléctrica utilizada en las industrias alrededor del mundo. Esta tecnología existe en una variedad de tipos y tiene aplicaciones en una amplia gama de industrias y comercios. Entre muchas otras aplicaciones, los motores eléctricos impulsan ventiladores para sistemas de aire acondicionado, bombas para distribución de líquidos y máquinas de procesos industriales. Asimismo, en sistemas auxiliares en la industria, los motores eléctricos impulsan bandas transportadoras para materiales en procesos, compresores de aire, etc.

Sistema de Conversión de Energía Electromecánica Para optimizar la eficiencia energética de los motores eléctricos, es esencial identificar como punto de partida que ellos forman parte de un sistema de conversión de energía electromecánica. La siguiente figura muestra un ejemplo de sistema de bombeo o ventilación y las conversiones de energía que se llevan a cabo. Para el caso, la energía eléctrica es transformada en energía mecánica por medio del motor eléctrico. Dicha energía es convertida en energía mecánica con diferentes características (cambio de velocidad), por medio de un sistema de transmisión/reducción mecánico. Finalmente, la energía mecánica resultante es convertida en energía del fluido (líquido o gas) a impulsar. En cada uno de los procesos de conversión recién mencionados, existen pérdidas de energía, asociadas a ineficiencias del proceso de conversión. Dichas pérdidas se deben a fenómenos tales como fricción, pérdidas eléctricas o magnéticas. Cabe mencionar que cada dispositivo tiene una determinada eficiencia de conversión de energía. La eficiencia global del sistema de bombeo puede describirse de la siguiente manera: Pérdida

Pérdida

Pérdida Salida -HP

Entrada - HP

Motor

Pérdidas eléctricas en el motor.

Manejo

Pérdidas por manejo en fajas, poleas, transmisiones, eléctricas y mecánicas.

Ventilador/bomba

La eficiencia mecánica es menor que 1. Las pérdidas se transforman en calor en el fluido.

Trabajo sobre fluido

La potencia restante es para el trabajo concreto en el fluido, pero la energía de entrada es mayor.

Figura 2-26: Concepto de sistema manejado por motor

Efftotal 

Pot fluido Potentrada

 Effmotor  Efftransmisión  Effbomba

Por lo tanto, la eficiencia del sistema en su conjunto depende no únicamente del motor eléctrico, sino de la optimización de la eficiencia de cada uno de sus componentes.

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Motores de Inducción de Corriente Alterna Los motores eléctricos son dispositivos que convierten la energía eléctrica en energía mecánica rotativa. Existe una amplia diversidad de tipos de motores que operan con corriente alterna (CA) o corriente directa (CD). Los motores más utilizados son de inducción de CA por ser un medio económico y rentable de convertir energía eléctrica en energía mecánica rotacional y una forma efectiva de operar continuamente bombas, ventiladores, compresores y transportadores, etc. a velocidad fija. Estos motores son fabricados en serie por muchas empresas de todo el mundo y se venden en tipos y tamaños de catálogo estándar. Se comercializan internacionalmente como productos básicos con la ventaja de poseer características estandarizadas (como el tamaño del marco, potencia de salida o par, velocidad de rotación, aislamiento y recubrimientos protectores). El creciente énfasis en el uso de la energía de manera más eficiente conduce a leyes, regulaciones y demandas del mercado de motores eléctricos con eficiencia “Premium” y un porcentaje creciente de aplicaciones de velocidad variable para máquinas eléctricas. En el año 1997, se formuló una ley en Estados Unidos conocida como EPAct (Energy Policy Act), la cual sentó la base para estándares obligatorios de motores eléctricos. Se puede decir que los motores que cumplen con la ley EPAct son eficientes, aunque existen algunos más eficientes, que reciben el nombre de motores Premium. Los motores Premium son de 2 a 4% más eficientes que los que cumplen el EPAct, aunque cuestan entre un 15-25% más que los motores estándar. Como se mencionó anteriormente, la tendencia más significativa del mercado se debe a la necesidad económica o legal de ahorrar energía. Desarrollado en 2009, IEC 60034-30 (IEC es la Comisión Electrotécnica Internacional por sus siglas en inglés), define las clases de eficiencia para motores de inducción trifásicos, armonizando así las definiciones que se habían desarrollado en el pasado. Esta norma clasifica la eficiencia para los motores de corriente alterna como una de las siguientes tres categorías: • • • •

Eficiencia estándar IE1. IE2 de alta eficiencia. Eficiencia “Premium” IE3. Eficiencia Super-Premium IE4, se presentó únicamente en forma de un anexo informativo (Anexo A de la IEC 60034-31)

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Figura 2-27: Eficiencia de motores de CA según categoría Para iniciar la competencia por una eficiencia aún mayor del motor en el futuro, el estándar IEC indicó una clase Súper “Premium” con un 15% menos de pérdidas que el IE3. La comprensión general es que este no será un motor de jaula de ardilla de inducción de CA estándar, sino uno de rotor conmutado eléctricamente o de cobre. Estas clases de eficiencia cubren motores de 0,75 kW a 375 kW, de 2, 4 y 6 polos, y en 60 Hz o 50 Hz con una tensión de alimentación de 200 V a 700 V. Esta clasificación de eficiencia solicita que los motores IE2 y IE3 se prueben con un método de “baja incertidumbre” entre los diversos métodos de prueba proporcionados por IEC 60034-2-1. El motor de inducción de CA asíncrono trifásico es el estándar global para motores industriales de tamaño mediano de uso general. Consiste en dos elementos principales: • Un estator fijo • Un rotor interno, que recibe un par a través del campo magnético rotativo. Con el fin de reducir aún más las pérdidas de electricidad en los motores, sus respectivos tipos y tamaños deben ser analizados en detalle. Las pérdidas del estator en motores pequeños dominan significativamente sobre otras pérdidas. Además de la eficiencia energética en diferentes clases de motores y cargas parciales, el factor de potencia debe ser monitoreado. La desviación desequilibrada de la magnitud del voltaje reduce el factor de potencia. Esto significa una carga más pesada en la red de distribución eléctrica interna (que requiere cables de cobre más grandes para evitar la sobrecarga) o un equipo de corrección del factor de potencia más grande. La forma en que se integra el motor en el sistema es fundamental para la eficiencia general.

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DĞũŽƌĐĂůŝĚĂĚĚĞůĂƐůĄŵŝŶĂƐĚĞĂĐĞƌŽ

EdZ

ZĞĚƵĐĐŝſŶĚĞƉĠƌĚŝĚĂƐŵĂŐŶĠƚŝĐĂƐ

WŽƚĞŶĐŝĂ ůĠĐƚƌŝĐĂ

EƷĐůĞŽŵĄƐŐƌĂŶĚĞ

W&ĞϭΕ/ WŽƚĞŶĐŝĂ DĞĐĄŶŝĐĂ

ZĞĚƵĐĐŝſŶĚĞƌĞƐŝƐƚĞŶĐŝĂĚĞůĚĞǀĂŶĂĚŽƉŽƌ ĂƵŵĞŶƚŽĚĞĂŶŝůůŽƐĚĞůƌŽƚŽƌ ;ƐĞĐĐŝſŶŐĞŽŵĠƚƌŝĐĂͿ

/ŶĐƌĞŵĞŶƚŽĚĞůĂĞĨŝĐŝĞŶĐŝĂĂůŵĞũŽƌĂƌůŽƐŵĂƚĞƌŝĂůĞƐĂĐƚŝǀŽƐ Figura 2-28: Medidas para reducir las pérdidas individuales

En particular, es importante que el motor tenga el tamaño correcto; en la práctica, existe una tendencia a sobredimensionar los motores basándose en la creencia errónea de que los más grandes funcionarán de manera más confiable en una aplicación determinada. Sólo los motores que funcionan continuamente por más de 500 horas, a 1 000 horas por año representan cantidades significativas de energía. Es solo en este nivel de operación que el costo de las tecnologías más eficientes puede ser completamente compensado por el uso reducido de energía y los gastos operativos.

Relación de Eficiencia con Carga Otro aspecto importante a tomar en cuenta, en relación con la eficiencia energética de motores, es la variación de la eficiencia en función de la carga. Tal como se estudió en las partes introductorias, la eficiencia en general se define como la salida deseada dividida por la entrada requerida. Para el caso de un motor, la salida deseada es la potencia mecánica convertida y la entrada requerida es la potencia eléctrica. La carga es el porcentaje de la capacidad del motor que está siendo realmente utilizada. Por ejemplo, un factor de carga de 50% significa que el motor está entregando un 50% de la capacidad total. La siguiente figura muestra la variación de la eficiencia de motores con respecto a su factor de carga.

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Figura 2-29: Gráficas de eficiencia de motor según potencia

Por lo tanto, se puede afirmar que un motor operando a un nivel inferior a su capacidad tiene una baja eficiencia. Típicamente se recomienda que los motores operen a una eficiencia aproximada de 85%, para mantener un valor alto de eficiencia y contar con cierto margen, en caso de que se requiera mayor potencia mecánica. En nuestro medio, es común observar motores que tienen factores de carga muy bajos, del orden de 30% o 20%. Dichos motores están operando a bajas eficiencias, por lo cual, una medida de eficiencia energética consiste en sustituir esos motores por otros adecuadamente dimensionados. El problema del sobredimensionamiento de motores se debe al temor de que el motor no pueda cumplir sus funciones bajo ciertas condiciones, por ello es conveniente dimensionar adecuadamente los requerimientos de los motores y asegurarse que se hallan correctamente dimensionados, así como tomar en cuenta que los mismo suelen tener un “factor de servicio”, el cual les permite exceder su capacidad nominal durante periodos de tiempo cortos.

Sistemas de Transmisión de Potencia Los sistemas de transmisión de potencia del motor ofrecen un potencial significativo para una mayor eficiencia. En la eficiencia de un motor de alrededor de 100 kW de potencia, solo dos puntos porcentuales separan una clase de eficiencia del motor de la siguiente. Esto significa que puede ser más fácil o más rentable cambiar las transmisiones y los engranajes para lograr la misma mejora general del rendimiento. En sistemas de motor eficientes, deben evitarse los reductores de flujo artificial (como amortiguadores, válvulas reguladoras, derivaciones, etc.) Los engranajes se utilizan en algunas aplicaciones para convertir la velocidad del motor a la velocidad requerida. Algunos tipos de engranajes (engranajes helicoidales con relaciones de transmisión muy altas) pueden ser muy ineficientes: cuanto mayor es la relación de transmisión (relación de las dos revoluciones por minuto [rpm]) y más etapas de engranaje se usan, menor es la eficiencia. Las pérdidas de engranajes provienen de la fricción de los dientes y la agitación de la lubricación. Las pérdidas tienden a

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ser entre 2% y 12% más altas en los engranajes nuevos, hasta que los dientes se alisan. Pueden evitarse la altas pérdidas de engranaje, utilizando un motor con un número de polos y una velocidad respectiva más cercana a las rpm deseadas del equipo accionado. Si el engranaje no se usa para proporcionar el par máximo a baja velocidad, en su lugar se puede usar un variador de frecuencia. En muchas aplicaciones más nuevas, los engranajes se evitan mediante un acoplamiento directo integrado de un motor a una máquina (bomba, ventilador, compresor, etc.), eliminando así cualquier elemento mecánico intermedio. Las transmisiones de correa se usan en algunas aplicaciones para ajustar la velocidad del motor a la máquina y permitir alguna conexión suave entre las dos. La tradicional banda en V tiene una fricción máxima pero también altas pérdidas. Se extiende en uso y aumenta su deslizamiento. Su eficiencia es de aproximadamente 95% a 98% cuando es nuevo y luego cae al 93%. Las llamadas correas síncronas son dentadas y requieren una rueda dentada. Alcanzan y mantienen un 98% de eficiencia. Los cinturones planos pueden hacer el trabajo con pérdidas de fricción mucho más bajas y alcanzan una eficiencia del 98% al 99%. Los recientes desarrollos en la tecnología de la correa plana han superado los inconvenientes de la alta tensión y la pérdida de rumbo. Los nuevos diseños y avances en materiales han hecho que la transmisión de baja y alta potencia sea práctica y rentable, a velocidades que generalmente exceden otros diseños de correa. Las cadenas de rodillos hechas de acero pueden hacer transmisiones con una eficiencia de alrededor del 98%. Así como con los engranajes, en muchas aplicaciones más nuevas, las transmisiones se evitan mediante un acoplamiento directo integrado de un motor a una máquina (bomba, ventilador, compresor, etc.), eliminando cualquier elemento intermedio.

Variadores de frecuencia Muchas aplicaciones de motores tienen altas horas de operación, pero cargas variables. El mayor beneficio viene con bombas y ventiladores en circuitos cerrados para los cuales el consumo de energía varía como una potencia cúbica de su velocidad de rotación. En los equipos tradicionales, el ajuste de la carga se realiza mediante la introducción de frenos artificiales (válvulas de control, amortiguadores, válvulas reguladoras, derivaciones, etc.). En los sistemas de aire acondicionado, el control de temperatura y flujo de bombas y ventiladores se puede lograr con variadores de frecuencia, reduciendo los ciclos de encendido / apagado y proporcionando un clima interior más estable. Alimentación senoidal trifásica

CD/C CA/C

MOTOR

Filtro

Línea

Unidad de control

Sensor de velocidad

Figura 2-30: Motor con variador de frecuencia

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La tecnología de control utilizada para ajustar el motor, el voltaje y la frecuencia para entregar solo y con precisión el par y la velocidad requeridos, es un controlador electrónico conocido como “variador de frecuencia”. Este componente independiente se encuentra entre la red y el motor y consta de un convertidor de CA / CC, un filtro y enlace de CC y un inversor de CC / CA. El variador de frecuencia se basa principalmente en la modulación de ancho de pulso. Tiene demanda de energía tanto en el modo de espera como en los modos de operación variables posteriores, por lo que las pérdidas adicionales de un variador de frecuencia deben compensarse en exceso, reduciendo las pérdidas en la carga parcial. Muchas de las nuevas tecnologías de motor operan con velocidades variables. Esto significa que ellos adaptan electrónicamente la velocidad en lugar de basarse en un diseño de velocidad fija con 2, 4, 6 u 8 polos. Los controladores avanzados de velocidad ajustable ofrecen dos ventajas de eficiencia energética: • Pueden eliminar la principal fuente de pérdidas de carga parcial, como la resistencia mecánica de los elementos (aceleradores, amortiguadores, derivaciones). • Los sistemas de velocidad y par ajustables se pueden usar para el accionamiento directo, eliminando componentes innecesarios como engranajes, transmisiones y embragues, y reduciendo los costos y las pérdidas. Muchos sistemas mecánicos en la industria, la infraestructura y los edificios operan con carga variable. Un elemento clave para mejorar la eficiencia energética y la integración de sistemas es tratar de manera eficiente la carga variable, típica de muchas aplicaciones. Esto significa que la velocidad del motor (rpm) y/o par (Newton metro [Nm]) deben ajustarse a la condición inmediata determinada por diferencias de temperatura o presión, flujo requerido de volumen y masa, proceso y velocidad de tracción, etc. En las aplicaciones, la adaptación de la carga del motor a la velocidad y el par de torsión necesarios se puede realizar utilizando varias tecnologías de controlador electrónico tradicionales o más avanzadas. La adición de un variador de frecuencia agrega un potencial considerable para mejorar la eficiencia energética en muchos sistemas de motores eléctricos. Es de reconocer que, si bien los variadores de frecuencia son una herramienta de eficiencia energética para operaciones de motor, no es una solución para todas las aplicaciones. Se deben realizar más investigaciones para garantizar que el uso de estos sea aceptable o deseable. Hay circunstancias donde el uso de los variadores de frecuencia no ayudará a la eficiencia del equipo y en realidad puede agregar pérdidas al sistema en general. También hay que tomar en cuenta los armónicos inducidos dentro del sistema causados por el variador de frecuencia. Esto tendrá que tratarse mediante el uso de filtros de armónicos idealmente situados tan cerca de los controles del motor como sea posible. Muchos documentos de la industria ya describen la eficiencia energética utilizando variadores de frecuencia; se debe recordar que la eficiencia del motor es sólo una parte de la solución y los sistemas de accionamiento mecánico del proceso también afectarán la eficiencia general. Mejorar la eficiencia del motor puede no ser suficiente por sí solo.

Rebobinado de motores

Cuando el motor falla, una opción es rebobinar el motor. A excepción de motores grandes con pocas horas de utilización, típicamente es más económico remplazar el motor por un motor Premium. En promedio, la eficiencia del motor disminuye un 1% cada vez que el motor es rebobinado (motores más de 40 hp) y 2% para motores pequeños.

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Análisis de motores

Hay muchos tamaños diferentes de motores, clasificados por la cantidad de potencia del eje mecánico que pueden proporcionar. La unidad en la que se mide esta potencia es la potencia (HP), donde 1 HP equivale a 745.7 vatios (1 HP=0.7457 kW) • Factor de carga La potencia nominal de salida de un motor está estampada en la placa de identificación del este. El factor de carga es un parámetro de funcionamiento mecánico de un motor, y se encuentra a partir de la relación entre la potencia real proporcionada por el eje y la potencia máxima que podría proporcionar el motor. La potencia máxima que se puede proporcionar del motor es la clasificación HP nominal en su placa de identificación. Fc 

Pi 100% Pir

Donde: Fc = Factor de carga (potencia de salida como % de la potencia nominal) Pi = Potencia trifásica medida en kW Pir = Potencia de entrada a plena carga en kW • Eficiencia Eficiencia de Motor (Según NEMA, Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos por sus siglas en inglés): 

0.7457  HP  Fc Pi

Donde: h = Eficiencia HP = Potencia nominal en caballos de fuerza. FC = Factor de Carga Pi = Potencia trifásica medida en kW

Cálculo de ahorro La fórmula para calcular ahorros en motores es presentada a continuación.  100 100 Ahorros  0.7457  HP  Fc  hanuales  C      estándar eficiente Donde: HP = Potencia nominal en caballos de fuerza. FC = Factor de Carga Hanuales= Horas de operación anuales C= Costos promedio de la energía ($/kW) hestandar = Eficiencia Estándar heficiente = Eficiencia de motor Eficiente

  

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Software de Apoyo Existen programas informáticos como el MotorMaster+ Internacional, que permiten hacer cálculos de ahorro de motores de forma fácil y conveniente. Este tipo de software incluyen una base de datos y hoja de cálculo para eficiencia energética para motores eléctricos. • Ejemplo de Calculo 1 Un motor de 40 hp es utilizado en una planta industrial durante 6 000 horas anuales, ha sido utilizado por 12 años y nunca ha sido rebobinado. Según un analizador de redes, la potencia real medida del motor es 22.9 kW. Según datos de placa, la eficiencia del motor a plena carga es de 90.2%. a) Determine el factor de carga del motor, en porcentaje. b) Calcule los ahorros anuales de dólares, si se cambia a un motor Premium, con una eficiencia a plena carga de 94.2%. Asuma que el costo de la energía es de $0.15/kWh. c) Repita el cálculo en MotorMaster+ y calcule además los ahorros de potencia, utilizando un costo de la energía de $0.15/kWh y $5/kW. d) Determine en cuanto tiempo se recuperaría la inversión del motor Premium.

Solución: a) Potencia de Entrada a Plena carga: HP  0.7457 40HP  0.7457 Pir    33.069 kW ir 0.902 Factor de carga: Fc 

Pi 22.9kW  100%   100%  69.25% Pir 33.069

b) Ahorros  100 100 Ahorros  0.7457  HP  Fc  hanuales  C      estándar eficiente Ahorros  0.7457  40HP  0.6925  6000h  0.18 Ahorros = $1050.62/año c) Utilizando MotorMaster+Internacional

  

kW  100 100     h  90.2 90.4 

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Figura 2-31:

Figura 2-32:

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Como se puede apreciar, los ahorros de energía son de $1 006/año y en la demanda de 67/año, resultando un ahorro total de $1 286/año. d) Como se puede apreciar en el literal anterior, la inversión de $3 061 se recupera en 2.85 años.

• Ejemplo de cálculo 2 Una bomba que trabaja 8000 horas anuales, posee un motor de 100 hp, con una eficiencia de 91.7 %, se estima que este trabaja a 1775 rpm a un factor de carga del 100%. Una empresa dedicada a la manufactura de bombas, asegura poseer una equivalente que permitirá ahorrar energía. Estime el valor de los ahorros anuales que se podrían generar, si esta segunda bomba opera a 1790 rpm y el motor posee 95% de eficiencia, tomando en cuenta que el costo de la energía es de $0.15/kWh y $5/kW. Solución:

Figura 2-33:

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Figura 2-34:

2.6 Sistemas de Bombeo El agua y la energía sustentan el desarrollo económico y social. Se necesita agua para cada etapa de producción de energía, y ésta es crucial para la provisión y el tratamiento de aquella. Esta interdependencia tiene implicaciones significativas para la seguridad de ambas. Con el aumento de las necesidades de agua y energía, se ha vuelto cada vez más importante comprender los vínculos entre las dos, anticiparse a los puntos de estrés futuros y aplicar políticas, tecnologías y prácticas que aborden los riesgos asociados. Sin embargo, cuando se trata de mejorar la eficiencia operativa de un sistema de bombeo, a menudo los usuarios buscan únicamente cambiar las bombas existentes por bombas con mayor eficiencia y favorecen aquellas que pueden exceder a las demás en tan solo 0.5 o 1 por ciento. Siendo estos ahorros rara vez significativos. Hay otros ahorros, a menudo más significativos, que se obtienen al analizar todo el sistema de bombeo, incluyendo las tuberías, los accesorios y las válvulas antes y después de una bomba, así como también el motor y su controlador. Puede haber varias bombas, motores y controladores, pudiéndose organizar para operar en paralelo o en serie. Estos sistemas pueden tener una carga estática (presión) o ser sistemas circulantes (sistemas sólo de fricción). Las bombas paralelas pueden entrar en operación en una variedad de combinaciones y caudales. La operación de la bomba puede tener un impacto considerable en los costos generales de energía.

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El funcionamiento de la misma incluye su selección en funcionamiento en paralelo (seleccionando la mayoría de las bombas energéticamente efectivas) y operandolas con la mayor energía en sus distintas tasas de flujo efectiva. so

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en

Pérdidas en la bomba

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Pérdidas del motor

Trabajo útil

Energía hidráulica disponible en la red

Energía hidráulica suministrada por la bomba

Energía mecánica transferida a la bomba

Sistema eléctrico Pérdidas eléctricas

Energía eléctrica suministrada a la bomba

Energía eléctrica suministrada por la compañía de electricidad

Figura 2-35: Diagrama simple de un balance de energía en un sistema de bombeo.

A- Sistema de tuberías Habiendo mencionado la dependencia y la importancia del agua en la vida cotidiana es razonable pensar en las formas en que se puede configurar un sistema de bombeo. En una situación cotidiana, una instalación industrial o comercial de un sistema de bombeo puede tener la conexión de sus tuberías en serie o en paralelo y cada una de estas formas tiene sus particularidades. Realizar un buen dimensionado de tuberías puede implicar ahorros energéticos considerables, debido a que se puede seleccionar una bomba adecuada que trabaje su capacidad nominal de potencia y de esa forma trabaje a su máxima eficiencia, reduciendo de esa manera los costos eléctricos de operación. Para realizar un buen dimensionado de tuberías es necesario conocer las particularidades básicas que conlleva realizar un tipo específico de instalación. Sabiendo que las tuberías se pueden conectar en serie y/o en paralelo, la siguiente tabla ilustra las características que las distinguen: dƵďĞƌşĂƐĞŶƐĞƌŝĞ

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Tabla 2-11: Características en la forma de conexión en tuberías. Fuente: Cengel.

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Cengel (2006) menciona que un proyecto de tuberías puede implicar el diseño de un nuevo sistema o la expansión de un sistema ya existente. El objetivo de la ingeniería en estos proyectos es diseñar un sistema de tuberías que entregará los caudales especificados (las razones de flujo) a presiones confiables, al costo total mínimo, donde el costo total mínimo incluye además del costo inicial, el costo de operación y mantenimiento. Una vez realizado un bosquejo de la instalación y tener ya preparada la plantilla del sistema, la determinación de los diámetros de las tuberías y las presiones a través del sistema (mientras se mantenga dentro de las restricciones presupuestarias) por lo general demandan la resolución repetida del sistema hasta que se alcanza la solución óptima. El modelado en computadora y el análisis de los sistemas hacen que esta tediosa tarea sea una labor simple. Los sistemas de tuberías, por lo común incluyen la conexión de varias tuberías en serie o en paralelo, donde cada una de las conexiones tiene sus características particulares a tomar en cuenta al moemento de realizar los cálculos. El análisis de las redes de tuberías, independientemente de su grado de complejidad, se basa en dos principios simples: 1.

Se debe satisfacer la conservación de la masa a través del sistema. Ello debe cumplirse cuando se necesita, para todas las uniones en el sistema, que el flujo total que entra a una unión sea igual al flujo total que sale de la misma. Además, la razón de flujo debe permanecer constante en las tuberías conectadas en serie sin importar los cambios en los diámetros.

2.

La caída de presión (y por lo tanto la pérdida de carga) entre dos uniones debe ser la misma para todas las trayectorias entre las dos, dado que la presión es una función puntual y no puede tener dos valores en un punto específico. En la práctica, esta regla se aplica cuando se necesita que la suma algebraica de las pérdidas de carga en un circuito (para todos los circuitos) sea igual a cero.

Por lo tanto, el análisis de las redes de tuberías es muy similar al de los circuitos eléctricos, correspondiendo la razón de flujo a la corriente eléctrica y la presión al potencial eléctrico. Sin embargo, la situación aquí es mucho más compleja, ya que a diferencia de la resistencia eléctrica, la “resistencia de flujo” es una función significativamente no-lineal. En consecuencia, el análisis de las redes de tuberías exige la solución simultánea de un sistema de ecuaciones no lineales.

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Costos en un sistema de distribución Se deben tener en cuenta tres tipos de costos: Costo inicial, de operación y de mantenimiento. Cada uno de ellos deberá considerarse a fin de hacer un diseño que involucre todo el ciclo de vida de la instalación de bombeo de agua. La mayoría de usuarios se preocupa de los costos iniciales al momento de adquirir las tuberías. Tradicionalmente se escogen las tuberías de menor diámetro, dado que son las que tienen el menor costo, sin embargo, es importante tener en cuenta que elevan el costo de operación de la bomba, debido a que son las tuberías de menor diámetro las que originan las mayores pérdidas de presión. Los costos operacionales están fuertemente influenciados por la selección de los componentes de la tubería del sistema y su tamaño. Dicha selección es importante para determinar las pérdidas por fricción en un sistema de tuberías, dimensionar las bombas y reducir el consumo de energía. Aumentar el diámetro de la tubería tiene los siguientes efectos: • Los costos de adquisición e instalación de tuberías y componentes generalmente aumentarán, aunque es posible que se necesiten menos soportes para tuberías de mayor diámetro (y por lo tanto, más rígidas). • Los costos de adquisición de la instalación de la bomba disminuirán como resultado de la disminución de las pérdidas de flujo, por lo tanto, los costos de los sistemas de suministro eléctrico disminuirán. • Los costos operativos disminuirán, como resultado del menor uso de energía, debido a la reducción de las pérdidas por fricción. La pérdida de la carga ocurre a lo largo de una tubería. Es constante para cada longitud de unidad de tubería y debe multiplicarse por la longitud total de tubería utilizada. Es por ello que se recomienda que el sistema de distribución recorra la menor distancia posible. Codos, conectores “T”, válvulas, filtros y otros accesorios impedirán el flujo de líquido. Siempre que se vea obstaculizado o interrumpido el flujo libre de líquido, sufrirá una pérdida de carga. Los valores de pérdida de carga, para la mayoría de los accesorios, han sido probados y se publican como factores “K” en publicaciones tales como los Estándares del Instituto de Hidráulica, basados en la carga de velocidad o longitudes de tubería recta equivalentes. En los costos de mantenimiento se distinguen dos situaciones: • La inspección y monitorización de la instalación de bombeo: Se debe realizar un diseño simple y eficiente que facilite identificar posibles fallas y permita un mejor control de la instalación. • La sustitución de tuberías: Si se produce algún fallo en las tuberías o en algún accesorio, debe tenerse en cuenta el costo que implica reparar la falla. Se deben utilizar tuberías y accesorios comercialmente disponibles. El término “costo de ciclo de vida”, se refiere a la consideración de todos los factores que constituyen el costo de adquirir, mantener y operar un sistema de bombeo. Las prácticas de diseño correctas tratan de reducir el costo de ciclo de vida al cuantificar y calcular la suma de los siguientes factores:

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• Costo inicial de la bomba, tubería, válvulas y otros accesorios y controles. • Costo de la instalación y puesta en servicio del sistema. • Costo de la energía necesaria para impulsar la bomba y los componentes auxiliares durante la vida útil esperada del sistema. • Costos de operación relacionados con la administración del sistema, incluyendo el trabajo y la supervisión. • Costos de mantenimiento y reparación durante la vida del sistema, para conservar la bomba en operación en las condiciones de diseño. • Costo de la producción perdida en una fábrica debido a fallas de bomba, o cuando ésta se apague para darle mantenimiento. • Costos ambientales que generan los fluídos derramados por la bomba o el equipo relacionado con ella. • Costos del desmontaje al final de la vida útil de la bomba, incluyendo su eliminación y limpieza del sitio. Minimizar los costos de la energía Para las bombas que operan de manera continua durante períodos largos, el costo de la energía es el componente más oneroso del costo total del ciclo de vida. Aun para una bomba que opera tan solo durante 8 horas al día durante 5 días a la semana, el tiempo acumulado de operación es de más de 200 horas por año. Las bombas que impulsan procesos continuos, tales como la generación de energía eléctrica, llegan a operar más de 8000 horas por año. Por lo tanto, un objetivo importante del diseño correcto de sistemas de fluídos es minimizar la energía requerida para operar la bomba. La siguiente lista resume los enfoques de diseño de los sistemas, con el fin de reducir el costo de energía y garantizar su operación confiable. • Hacer un análisis cuidadoso y completo del diseño que se propone para el sistema de tubería, con el fin de comprender dónde ocurren las pérdidas de energía y predecir con exactitud el punto de operación de diseño de una bomba. • Reconocer que las pérdidas de energía en las tuberías, válvulas y acoplamiento, son proporcionales a la carga de velocidad, es decir, al cuadrado de la velocidad de flujo. Por tanto, la reducción de la velocidad provoca una reducción muy grande de las pérdidas de energía y de la carga dinámica total que requiere la bomba. Entonces, podría emplearse una de menor tamaño y costo. • Utilizar el tamaño práctico más grande de tubería para las líneas de succión y descarga del sistema, con objeto de mantener la velocidad del flujo en un mínimo. Tomar en cuenta que las tuberías grandes son más caras que las pequeñas y requieren válvulas y acoplamientos de mayor costo. Sin embargo, es común que el ahorro de energía acumulado, durante la vida de operación del sistema, supere estos costos más altos.

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Costo del ciclo de vida

Costo

Óptimo

Costo de operación

Costo del sistema

Tamaño de la tubería Figura 2-36: Principios del costo del ciclo de vida para sistemas de bombeo.

• Ajustar con cuidado la bomba de acuerdo a los requerimientos de carga y capacidad del sistema, con objeto de garantizar que aquella opere cerca de o en el punto óptimo de eficiencia, evitando así el uso de una bomba sobredimensionada, que haría que se opere con una eficiencia menor. Utilizar bombas de máxima eficiencia y operarla tan cerca como sea posible de su punto óptimo de eficiencia. • Usar motores eléctricos de alta eficiencia, así como otros impulsores primarios para operar la bomba. • Considerar el empleo de impulsores de velocidad variable, con objeto de permitir el ajuste del rendimiento de la bomba con los requerimientos del proceso. • Consideraar dos o más bombas que operen en paralelo, para sistemas que requieran flujos volumétricos muy variables. • Proporcionar un mantenimiento diligente a la bomba y al sistema de tubería, para minimizar la disminución del rendimiento debido al desgaste, la acumulación de óxido en la superficie de las tuberías y la fuga del fluído. La vigilancia regular del rendimiento de la bomba (presiones, temperaturas, flujos volumétricos, corrientes en el motor, vibración y ruido) es un deber de la operación normal, permitiendo así dar atención a las condiciones anormales. Consideraciones prácticas para tomar en cuenta. • Con el paso del tiempo, los componentes internos de las bombas centrífugas se desgastan. En el equipo inicial se incluye anillos de ajuste para cubrir los espacios entre el impulsor y la carcasa y mantener los valores óptimos. Con el desgaste de los anillos, los claros se agrandan y el rendimiento de la bomba disminuye. Según la recomendación de los fabricantes, reemplazar los anillos en forma regular devuelve la bomba a su nivel de rendimiento de diseño. Las superficies del impulsor se desgastan por la abrasión del fluído. Eso podría hacer que fuera necesario sustituirlo. • Operar la bomba en puntos lejos del punto de eficiencia óptima somete a los rodamientos, sellos y anillos contra el desgaste, y reduce la vida de la bomba. • Tiene importancia crítica el dar apoyos rígidos a la bomba con objeto de tener una operación satisfactoria y larga vida. • Es esencial alinear cuidadosamente el motor impulsor con la bomba, para que no haya una

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•

•

• •

deflexión excesiva del eje de ésta y se rompa pronto: siga las recomendaciones del fabricante de la bomba y revise la alineación en forma periódica. Asegúrese de que el flujo de la línea de succión, a la entrada de la bomba, sea suave y carezca de vórtices o remolinos. Hay diseñadores que recomiendan un mínimo de diez diámetros de tubo recto (10 D) entre cualquier válvula o acoplamiento y la entrada de la misma. Sin embargo, de requerirse una reducción, debe instalarse de forma directa en la bomba. Apoyar los tubos y válvulas en forma independiente de la bomba, y no permitir que cargas significativas sobre el tubo se transfieran a la carcasa de la bomba. Las cargas elevadas tienden a generar cargas adicionales sobre los rodamientos, y deflexiones en el eje que modificarían los espacios entre el impulsor y la carcasa. Use aceite limpio, grasa u otros lubricantes para los rodamientos de la bomba. No permita que la bomba opere seca o con aire en el fluído que mueve. Esto requiere que se diseñe con cuidado la entrada a la línea de succión y el tanque, cisterna o almacenamiento de donde proviene el fluído.

A. Bombas Se requiere de bombas para el transporte de fluidos (principalmente agua, agua potable, aguas residuales, incluyendo aceite, etc.) en sistemas de circuito abierto y cerrado. Las bombas están disponibles en conjuntos integrados (tamaño ſďƵůŽŽůĞǀĂ

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Figura 2-40: Bombas de desplazamiento positivo

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Bombas cinéticas 1. Datos de rendimiento de bombas centrífugas En las bombas centrifugas existe una dependencia fuerte entre el caudal y la presión que debe desarrollar la bomba. Esto hace que la medición de su rendimiento sea algo complicada. La curva de rendimiento común grafica la carga total sobre la bomba (hb) versus la capacidad de caudal o descarga Q, como se mostró en la ilustración 4. La carga total hb se calcula con la ecuación general de la energía (La ecuación de Bernoulli). La Figura 2-42 es la misma que la figura 2-49, solamente se ha agregado las variables de eficiencia y potencia de una bomba para ilustrar su comportamiento.

80

200

60 40

60

cia

en fici

E

100

Potencia

40

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0

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Potencia (hp)

Eficiencia %

80

150

Carga total (pies)

100

Carga

20 0

0

500 1000 1500 2000 2500 Capacidad de la bomba (gal/min)

0

2000

4000 6000 8000 Capacidad de la bomba (L/min)

10000

Figura 2-41: Curvas de rendimiento de una bomba centrífuga. Fuente: Mott.

2. Leyes de afinidad para bombas centrífugas Una bomba centrífuga puede variar en cuanto a la velocidad N de operación de su impulsor o incluso a los diámetros diferentes en su impulsor. La velocidad N se expresa en unidades de revoluciones por minuto (rpm). Es importante entender la manera en que varían la capacidad, la carga y la potencia, cuando se modifica la velocidad o el diámetro del impulsor. A continuación se presenta una lista de estas relaciones, denominadas leyes de afinidad.

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Tabla 2.12: Leyes de afinidad

La eficiencia permanece casi constante para cambios en la velocidad y para cambios pequeños en el diámetro del impulsor. 3. Eficiencia energética Conociendo la eficiencia mínima, se realiza la evaluación de eficiencias admisibles y no admisibles. Cuando no se cuente con el dato de placa relativo a la capacidad del motor, deben compararse los kW de la potencia de entrada del mismo, con el fin de determinar el mínimo porcentaje de eficiencia con que deberá operar el sistema.



hb hb  hl

h = Eficiencia de la bomba hb = Carga manométrica de bombeo, en m hL = Pérdidas por fricción en la columna en metros de columna de agua. 4. Metodología y criterios para la selección del tipo de bombas Una manera de determinar el tipo de bomba necesaria para la operación se puede determinar con la ayuda de la figura 2-42. La información que se necesita para determinar el tipo de bomba es el caudal a proporcionar y la carga total.

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30000

10000

3000

1000

300

100

30

10

10

100

1000

10000

Carga total (m)

Carga total (pies)

100000

3 100000

Flujo (gal/min) Figura 2-42: Gráfica para seleccionar bombas. Fuente: Mott

1. Se emplean bombas recíprocas para flujos volumétricos superiores a 500 gal/min, desde cargas muy bajas hasta cargas de 50,000 pies. 2. Se utilizan bombas centrífugas en un rango amplio de condiciones, sobre todo en aplicaciones de capacidad alta y moderada. 3. Las bombas centrífugas de etapa única que operan a 3500 rpm son económicas a bajos flujos volumétricos y cargas moderadas. 4. Las bombas centrífugas de etapa múltiple son deseables en condiciones de carga elevada. 5. Se emplea bombas rotatorias (es decir, engranes, aspas y otras) en aplicaciones que requieren capacidades moderadas y cargas grandes o para fluídos con viscosidades altas. 6. Las bombas centrífugas especiales de velocidad alta operan satisfactoriamente para una velocidad superior a 3500 rpm de los motores eléctricos estándar, y son deseables para cargas elevadas y capacidades moderadas. A veces tales bombas son movidas por turbinas de vapor o de gas. 7. Se usan bombas de flujo mixto y axial para flujos volumétricos muy grandes y cargas pequeñas. Algunos ejemplos de su aplicación son el control de inundaciones y la extracción de agua del subsuelo en sitios para construcción. Si al seleccionar la bomba no se puede encontrar la más adecuada por requerimientos de caudal o de carga, existen formas de conectar las bombas que permiten acercarse de mejor manera al punto de operación. Las soluciones usuales son las bombas conectadas en serie y especialmente las bombas conectadas en paralelo.

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Bombas que operan en paralelo. Muchos sistemas de flujo de fluidos requieren flujos volumétricos que varían mucho, por lo que son difíciles de obtener con una bomba sin provocar que opere muy lejos de su punto óptimo de eficiencia. Una solución frecuente de este problema es utilizar dos o más bombas en paralelo, cada una de las cuales extrae el fluido de la misma fuente de entrada, enviándolo a un colector común para hacerlo llegar a todo el sistema. El pronóstico del rendimiento de sistemas en paralelo requiere comprender la relación entre las curvas de las bombas y la curva del sistema de aplicación. En teoría, agregar una segunda bomba duplica la capacidad del sistema. Sin embargo, conforme ocurre un flujo volumétrico más grande en el sistema de tubería, se crea una carga mayor, lo que hace que cada bomba envíe menos flujo. Q2 - Bomba 1

Q2 - Bomba 2

Dos bombas en paralelo

Carga

2

1’

H2

1

H1

h0

Una bomba

Curva del sistema

Q’1

Q2 total

Q1

Capacidad

Figura 2-43: Rendimiento de bombas que operan en paralelo. Fuente: Mott.

Bombas que operan en serie Dirigir la salida de una bomba hacia la entrada de otra permite obtener la misma capacidad con una carga total igual a la suma de los valores de las dos. Este método permite operar contra cargas inusualmente altas. Ambas bombas en serie

Punto de operación Curva del sistema

TDH

CARGA

Bomba 2

H2

Bomba 1

H1 Qtotal

Figura 2-44: Rendimiento de bombas que operan en serie. Fuente: Mott

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A- Sistemas de control Se pueden adoptar varios métodos para controlar un sistema de bomba, teniendo cada uno de ellos un impacto en el costo energético. • Funcionamiento de la válvula de control: método simple para variar el flujo o la presión de un sistema. Pérdidas altas, cuando se estrangula la válvula de control. • Variador de frecuencia: ideal para el flujo continuo o la variación de la carga, en sistemas con un nivel de carga estática relativamente baja. • Operación paralela en bombas múltiples, es ampliamente utilizado para sistemas con demanda de flujo variable. La tecnología es simple, de bajo costo, pudiendo proporcionar facilidades de bomba en espera. Solo proporciona variación de flujo gradual. La selección de la bomba es clave para la reducción del costo de la energía. Por lo general, el número mínimo y la mayoría de las bombas energéticamente efectivas deben operar en cada demanda específica de flujo, para un ahorro máximo. • Stop-start usado para el vaciado de sumideros y pequeñas bombas de refuerzo. Bajo costo y tecnología simple. Por lo general, se requiere flujo de conexión y almacenamiento de líquidos. • Operación de válvula de derivación: se usa para mantener un flujo de presión en un sistema cuando la carga del mismo cambia. Es una tecnología simple. Las pérdidas de energía son altas y no puede manejar sólidos en el líquido. El retorno de líquido a la succión de la bomba puede crear problemas de aumento de temperatura. • Control Híbrido: es un nuevo concepto, que implica agregar control de flujo “by-pass” a un sistema de control con variadores de frecuencia para mantener la bomba operando cerca de su mejor eficiencia, en todas las velocidades.

B- Factores que inciden en la eficiencia Todos los sistemas de bombeo deben ser evaluados periódicamente con objeto de calificar su eficiencia electromecánica. Existen condiciones que afectan negativamente la eficiencia del equipo de bombeo, en general corresponde a la fabricación del diseño del equipo. Entre las principales están las siguientes: • Pérdidas volumétricas Estas pérdidas son indicativas de una circulación de flujo del lado de alta presión al de baja presión del impulsor; aunque en general, estas pérdidas son pequeñas, pueden ser relevantes bajo condiciones de desgaste o desajuste de la bomba. • Pérdidas hidráulicas Constituyen la diferencia entre la carga que podría obtenerse de la energía disponible en el impulsor y aquella que realmente se desarrolla; las más importantes son por choque de entrada, generadas por el cambio de dirección del líquido y por fricción del líquido, al fluir. • Cavitación El diseño del sistema de tubería de succión debe proporcionar una presión suficientemente alta para evitar que se desarrollen burbujas de vapor dentro del fluído en movimiento, condición que recibe el nombre de cavitación. Es responsabilidad del diseñador garantizar que no haya cavitación. La tendencia a la formación de burbujas de vapor depende de la naturaleza del fluído, su temperatura y la presión en la succión.

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El fenómeno de cavitación ocurre cuando la presión de succión en la entrada de la bomba es demasiado baja y se forman burbujas en el fluído, como si hirviera. La cavitación se produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambien inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que se origina este fenómeno. Cuando hay cavitación el rendimiento de la bomba se degrada con severidad conforme desciende el flujo volumétrico. La bomba se hace ruidosa y genera un sonido fuerte e intermitente, como si hubiera grava en el fluído. Si se permitiera que esto continuara, la bomba se destruiría en poco tiempo. Debe apagarse rápido e identificar la causa de la cavitación, a fin de corregirla antes de reiniciar la operación. La propiedad del fluído que determina las condiciones en que se forman burbujas de vapor en un fluído es la presión de vapor. NPSH Los fabricantes de bombas prueban cada diseño para determinar el nivel de presión de succión que se requiere, con el fin de evitar cavitación y reportan los resultados como la carga de succión positiva neta requerida, NPSHR, de la bomba en cada condición de caudal de operación, y carga total sobre la bomba. Es responsabilidad del diseñador del sistema de bombeo garantizar que la carga de succión neta positiva disponible, NPSHA, esté muy por arriba de la NPSHR. • Pérdidas mecánicas Se deben principalmente a la fricción de cojinetes, empaques o sellos y a la fricción generada entre los lados del impulsor y el líquido. • Características del líquido Las condiciones del fluido a manejar tienen consecuencias sustantivas sobre la operación de las bombas centrífugas ya que pueden afectar la construcción del equipo, y por lo tanto, el rendimiento y la potencia. Entre las más importantes tenemos la corrosión, temperatura a manejar, tamaño de partículas en el líquido y uso al que se destinará, entre otras. Mientras más desfavorables sean las condiciones de operación, mayores serán las exigencias constructivas en cuanto a materiales, metalurgia, tipo de impulsores, accesorios propios de la bomba, etcétera. • Sobredimensionamiento El sobredimensionamiento de los equipos es producto de un mal cálculo, falta de previsión y en algunos casos de información pobre, lo cual provoca que se disponga de equipos que no cumplen con las características que requiere el sistema hidráulico. Se sabe que, al sobredimensionar un equipo, se producen desventajas que vuelven poco eficiente al sistema, ocasionando gastos de energía innecesarios.

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• Detalles de la línea de succión. La línea de succión se refiere a todas las partes del sistema de flujo, desde la fuente del fluido a la entrada de la bomba. Debe tenerse mucho cuidado al diseñar la línea de succión, con el fin de garantizar una carga de succión neta positiva y adecuada. Existen dos formas de alimentar la bomba desde el depósito de succión y se presentan en la figura 2-46. La situación tiene la ventaja de minimizar la formación de cavitación antes de la bomba y disponer de líquido a la hora del arranque. Carga de presión del tanque Líquido con carga de presión de vapor hvp

hs

Línea de succión

Línea de descarga

hf debido a las pérdidas en la línea de succión Flujo

-hs

Reductor excéntrico hsp Carga de presión atmostérica con el tanque abierto Líquido con carga de presión de vapor hcp

Flujo hf debido a la fricción en la tubería dos codos, válvulas y entrada (a)

Línea de descarga

Válvula de pie con filtro (b)

Figura 2-45: Detalles de la línea de succión de la bomba y definición de términos para el cálculo de la NPSH. Fuente: Mott.

El fluido de trabajo debe garantizar que se encuentre lo más limpio posible. Aunque el tamaño del tubo para la línea de succión nunca debe ser más pequeño que la conexión de entrada de la bomba, puede ser algo mayor para reducir la velocidad de flujo y las pérdidas por fricción. La alineación de la tubería debe eliminar la posibilidad de que se formen burbujas o bolsas de aire en la línea de succión, porque esto haría que la bomba perdiera caudal y tal vez el arranque. • Detalles en la línea de descarga La línea de descarga debe ser tan corta y directa como sea posible para minimizar la carga sobre la bomba. Para minimizar las pérdidas, se deben seleccionar los codos de tipo estándar o de radio largo si fuera posible y tener diámetros lo más grande posibles siempre y cuando no exceda el costo inicial de instalación. La línea de descarga debe contener una válvula cerca de la bomba para permitir que se pueda dar mantenimiento a la misma o incluso reemplazarse. Por razones de baja resistencia es preferible usar una válvula de mariposa, mientras que si el caudal debe ser regulado durante el servicio, es mejor utilizar una válvula de globo.

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Medidas de eficiencia energética • Evitar las fugas, cada pérdida de líquido implica una pérdida de presión, obligando a la bomba a trabajar fuera del punto de funcionamiento de su diseño • Monitorizar la presión a lo largo de la red de distribución. • Revisar periódicamente las tolerancias de las bombas, aplicar mantenimientos superficiales para minimizar la fricción de sus elementos mecánicos. • Como se mencionó anteriormente, es recomendable un banco de bombas en paralelo, en lugar de una sobredimensionada. Es importante que estos equipos tengan su respectivo variador de frecuencia; de esta manera se podrá aportar, de forma escalonada, la presión y caudal requerido. • Modificar las bombas sobredimensionadas o cambiarlas por una con un mayor rendimiento global. • Sustituir los motores eléctricos de la bomba por aquellos que posean un rendimiento superior respecto a los estándares vigentes. • Regular el caudal circulante por medio de un variador de frecuencia en el motor, evitar utilizar válvulas de estrangulación. • Minimizar el número de accesorios a lo largo de la red de distribución, como se mencionó anteriormente, ya que producen pérdidas de carga a lo largo de la red. • Si un equipo requiere mantener una presión constante, es conveniente colocar pequeñas bombas cerca del equipo que lo necesite. • Purgar el aire periódicamente para evitar la cavitación en los equipos y de esta manera reducir las pérdidas de presión. • Sectorizar las redes de distribución y cerrar todas las que no estén en uso.

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Ejemplo 1 de sistemas de bombeo

Tanque de distribución

5 pies

Tubería de 1 pulg. cédula 40

Flujo

Tubería de 21/2 pulg. cédula 40

P

3 pies

Figura 2-46: Sistema de bombeo para ejemplo 1.

Se tiene sistema de bombeo de agua como el que se presenta en la figura. Este sistema requiere las siguientes condiciones:  El caudal que se bombea es de 50 galones /minuto de agua a 80 °F;  La presión en el tanque de distribución es 40 psig.  La tubería es acero comercial.  La longitud de la tubería de descarga es 225 pies y tiene instalados 2 codos de 45°.  La longitud de la tubería de succión es de 10 pies. Para estas condiciones de diámetro y largo de tuberías se seleccionó una bomba de 10 hp para poder entregar el agua según las condiciones requeridas. Como una medida de eficiencia energética, se desea reducir la potencia de la bomba a la mitad. La manera que se determinó para reducir sus costos de operación en el sistema de bombeo es cambiando el diámetro de la tubería de descarga, tomando en cuenta que el diámetro en este momento es una tubería de 1 pulgada, cédula 40. Considere que se mantienen todas las condiciones excepto el diámetro de la tubería de descarga.

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Solución Según la información que se proporciona en el enunciado, se pueden determinar los valores de densidad, viscosidad cinemática y la rugosidad de las tuberías de acero. Investigando los valores en internet o en tablas se encuentran los siguientes valores:

  62.4 lbf / ft 3   9.15  10 6 ft 2 / s   11.47  10 6 ft g  32.2 ft / s2 Antes de iniciar los cálculos, se deben transformar todos los valores entregados en unidades útiles que sean compatibles entre sí. El caudal que tiene un valor de 50 gal/min (gpm) se convierte a ft3/s. La conversión es de la siguiente manera: 1 gal ≡ 0.133681 ft 3 De modo que el caudal de 50 gpm queda como: V = 0.1114 ft 3 / s También se transforma el valor de la potencia de la bomba a su altura o carga que proporciona. Se sabe que la bomba tiene la potencia de 10 hp, de modo que se debe convertir en unidades de (lbf*ft)/s . La equivalencia es: lbf * ft s De modo que la potencia de la bomba se puede reexpresar en: 1 hp ≡ 550

lbf * ft W = 5500 s Sabiendo la relación entre potencia entregada y carga o altura de la bomba se puede encontrar este último valor. W    hb  V La altura de la bomba tiene el siguiente valor. lbf * ft 5500 s = hbomba = 791.206 ft 62.4 lbf / ft 3 * 0.1114 ft 3 / s Este es el valor de la potencia de la bomba de 10 hp, pero en la medida de eficiencia energética se desea reducir la potencia a la mitad, de modo que el valor que se usará como altura de la bomba es de: hbomba=395.60 ft Los diámetros de la tubería se deben determinar mediante tablas comerciales.

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dĂŵĂŹŽŶŽŵŝŶĂůĚĞůĂƚƵďĞƌşĂ;ŝŶͿ

ŝĄŵĞƚƌŽŝŶƚĞƌŝŽƌ ;ŝŶͿ

ŝĄŵĞƚƌŽŝŶƚĞƌŝŽƌ ;ĨƚͿ

в ϭ ϭЬ ϭЪ Ϯ ϮЪ ϯ

Ϭ͘ϴϮϰ ϭ͘Ϭϰϵ ϭ͘ϯϴϬ ϭ͘ϲϭϬ Ϯ͘Ϭϲϳ Ϯ͘ϰϲϵ ϯ͘Ϭϲϴ

Ϭ͘Ϭϲϴϳ Ϭ͘Ϭϴϳϰ Ϭ͘ϭϭϱϬ Ϭ͘ϭϯϰϮ Ϭ͘ϭϳϮϯ Ϭ͘ϮϬϱϴ Ϭ͘Ϯϱϱϳ

Tabla 2.13: Diámetros nominales de tubería cédula 40 con su respectivo diámetro interno

Se puede observar que en el lado de la succión, el diámetro tiene un valor de 0.2058 ft, mientras que el diámetro de descarga actual es de 0.0874 ft. Es este último valor de diámetro el que se debe cambiar para poder cumplir el objetivo de eficiencia energética, al momento de operar el sistema de bombeo. El primer paso para iniciar los cálculos es utilizar la ecuación de Bernoulli, con el fin de encontrar una relación entre la carga de la bomba y las pérdidas que ocurren en el sistema. La ecuación de Bernoulli utiliza el concepto de conservación de energía entre dos puntos, los puntos que seleccionarán serán dos: El punto A y B. El punto A es el agua como se encuentra en la laguna, donde aún no ha entrado a la tubería, mientras que el punto B se selecciona como el agua que se encuentra en el tanque. PA v A2 P v2   z A  hbomba  B  B  zB  hL  2g  2g La información que se tiene del punto A es que la presión es la atmosférica, de modo que este primer término es 0, la velocidad en dicho punto es aproximadamente nula, de modo que la velocidad es 0 y la altitud a la que se encuentra en ese punto es la de referencia, de manera que solo queda el término de la carga de la bomba en el primer término de la ecuación. La información que se tiene del punto B es la presión, que tiene un valor de 5760 lbf/ft2; la velocidad en ese punto es despreciable, de modo que se considera como 0 y la altura del punto B respecto al punto A es de 220 pies, de manera que la ecuación de Bernoulli se simplifica y queda como: 0  0  0 A  hbomba 

5760 lbf / ft 2  0  220 ft  hL 62.4 lbf / ft 2

Se despeja el valor de la altura causada por las pérdidas y se tiene el siguiente valor: hL  395.60 ft  312.308 ft  83.295 ft Una vez utilizado la ecuación de Bernoulli se procede a utilizar la ecuación de pérdidas en tuberías. La ecuación tiene la siguiente forma:

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hL  hpérdidas mayores  hpérdidas menores Donde las pérdidas mayores se calculan como: hpérdidas mayores

Li vi2   fi   Di 2g i

Y las pérdidas menores, causadas generalmente por acoples y accesorios se calculan como: hpérdidas menores   K j  j

v 2j 2g

Para este ejercicio particular se distinguen dos tramos distintos: La tubería de succión y la tubería de descarga, donde la tubería de succión se nombra con el número 1, mientras que la tubería de descarga se nombra con el número 2. De manera que las pérdidas mayores quedan como: hpérdidas mayores  f1 

L1 v12 L v2   f2  2  2 D1 2g D2 2g

La pérdida h1 que equivale al primer término de lado izquierdo de la ecuación, se puede determinar ya que se tienen los valores necesarios. Se procede a calcularlo. Los datos que se tienen en el lado de la tubería de succión son: La longitud, el diámetro, el caudal que es el mismo para ambos tramos 1 y 2, y teniendo el caudal y el área calculada mediante el diámetro de la tubería, se puede determinar la velocidad en este primer tramo de sección. El valor de f se calcula a partir del valor del número de Reynolds que tiene la tubería en este tramo. Pero para conocer el valor de Reynolds se debe determinar la velocidad en la que fluye la tubería en este tramo. La velocidad en la tubería de succión se puede determinar a través de la ecuación de continuidad: V = A * v Donde el valor de la velocidad para una tubería circular tiene como resultado el siguiente valor: v

V

 2 D 4



4V  D2

El valor de la velocidad para la tubería de succión tiene el valor:

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El valor de Reynolds (Re) se calcula como: Re =

v1D v

Pérdidas en el tramo 1 Considerando los valores en el tramo de succión L1  10 ft D1  0.2058 ft v  9.15  10 6 ft 2 / s v1  3.349 ft / s Reynolds, para el tramo de succión, tiene el siguiente valor: Re1 

v1D1 (3.349 ft / s)  (0.2058 ft )   75323.21 9.15  10 6 ft 2 / s v

Con todos estos valores se puede determinar el valor de f a través de la expresión: f

0.25  5.74   /D log10  3.7   75323.2109     

2

Al sustituir los valores para el tramo de la tubería de succión, en la ecuación, resulta como: f

0.25   1.476  10 4  5.74  log  10   09   3.7  (02058)  75323.21  

2

De modo que la pérdida mayor h1 para el tramo de succión se queda al sustituir los valores como: L1 v12 10 (3.349 ft / s)2   0.022033   D1 2g 0.2058 2  (32.2 ft / s2 ) h1  0.1864 ft h1  f1 

Pérdidas en el tramo 2 Para la tubería de descarga no se tiene el valor del diámetro, ya que es eso lo que se quiere determinar, de modo que la expresión de pérdida de carga se debe dejar en función del diámetro y el valor adimensional f2.

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Para realizar este proceso se debe recordar la expresión: v

V

 2 D 4



4V  D2

Y sustituirla en la fórmula de pérdidas, dando como resultado: L2 v22 8 f2L2V 2 h2  f2    D2 2g  2D25g Sabiendo que la tubería de descarga tiene una longitud de 225 ft y que el caudal es de 0.1114 ft3/s, al sustituir los valores en la ecuación de pérdidas se tiene la siguiente expresión: L2 v22 8 f2L2V 2 h2  f2    D2 2g  2D25g Pérdidas menores. El cálculo de las pérdidas menores es causado por los accesorios que se encuentran en todo el sistema. Para determinar el valor K que se muestra en la ecuación se utilizará el apoyo de tablas:

Tabla 2.14: Coeficientes de pérdida KL de varios accesorios de tubería para flujo turbulento. Fuente: Cengel.

De manera que se utilizará el valor de 0.4 para ambos codos de 45°

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Los codos se encuentran en el lado de la descarga y sabiendo que la ecuación de pérdidas menores requiere el conocimiento de la velocidad en la tubería de succión, pero la velocidad depende del diámetro de la tubería, valor que se desconoce. De manera que se re-expresará la ecuación de pérdidas menores en la tubería de descarga en función del diámetro D2. hpérdidas menores  2  K j  hpérdidas menores

v 2j 2g

 2Kj

8V 2 D24

2.499  10 4  D24

Resumiendo todos los valores determinados en la ecuación de pérdida de carga total se tiene el siguiente resultado: hL  h1  h2  hpérdidas menores 0.07029 f2 2.499  10 4 hL  0.1864   D25 D24 Igualando esta última expresión con el resultado de la ecuación de Bernoulli se obtiene la expresión resultante: 83.295  0.1864 

0.07029 f2 2.499  10 4  D25 D24

Esta expresión tiene como incógnitas el valor de f2 y D2 de modo que se comenzará un proceso iterativo para determinar el valor del diámetro donde se empezará asumiendo un valor de f2=0.02 El resultado se resume en la siguiente tabla Ϯ;ĨϮͿ Ϭ͘ϭϭϭϱĨƚ Ϭ͘ϭϭϰϱĨƚ Ϭ͘ϭϭϰϰĨƚ

sϮ;ϮͿ ϭϭ͘ϰϬϰϳĨƚͬƐ ϭϬ͘ϴϮϬϱ 

ZĞϮ;Ϯ͕sϮͿ ϭϯϴ͕ϵϳϱ͘ϭϭϲ ϭϯϱ͕ϯϵϰ͘ϰϵϭ 

ĨϮ Ϭ͘ϬϮϮϴϱϰϲ Ϭ͘ϬϮϮϳϳϵϲ 

Tabla 2.15: Resumen de resultados de la iteración

La diferencia entre el resultado de la primera iteración y la segunda iteración varía en el cuarto decimal, de modo que se considera que tiene un error aceptable y concluye la iteración. El diámetro que debe seleccionarse en la tubería de descarga es de al menos 0.1144 ft (1.3728 in). En la tabla de diámetros de tubería cédula 40 se puede observar que el diámetro inmediatamente mayor a 0.1144 ft es el de 0.1150 ft. De modo que se selecciona el diámetro de tubería 1 ¼ in. De manera que se determina que aumentar ¼ in en la tubería de descarga puede reducir la potencia de la bomba de 10 hp a la mitad. Es recomendable que una vez realizado el cambio de diámetros en la tubería de succión, se cambie al mismo tiempo la bomba de 10 hp a una de 5 hp. Ya que si se mantiene la bomba de 10 hp, se estaría

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ocupando una bomba sobredimensionada de forma innecesaria. Ejemplo 2 de sistemas de bombeo Se debe bombear agua a 20°C desde un depósito (zA = 5 m) a otro, a una elevación mayor (zB = 13 m) a través de dos tuberías de 36 m de largo conectadas en paralelo, como se muestra en la ilustración 10. Las tuberías son de acero comercial, y los diámetros de las dos tuberías son 4 y 8 cm. El agua se bombeará mediante un acoplamiento motor-bomba con una eficiencia del 70 por ciento que extrae 7.271 kW de potencia eléctrica durante la operación. Las pérdidas menores y la pérdida de carga en las tuberías que conectan las uniones de las tuberías paralelas a los dos depósitos, se consideran despreciables. Usted determinó que para estas condiciones el caudal que fluye en cada rama es el siguiente: Caudal en la rama 1 3.9584x10-3 m3/s

Caudal en la rama 2 0.02468 m3/s

Figura 2-47: Sistema de tuberías para el ejemplo.

De manera que el caudal que fluye en la bomba es la suma del caudal en cada rama, teniendo un valor de 0.028638 m3/s (454 gpm). Para estas condiciones se necesita utilizar una bomba de 10 hp para que cumpla con las condiciones de caudal requerido. Se determinará la importancia de utilizar una bomba bien dimensionada y los ahorros que pueden obtenerse. Suponiendo que todas las bombas de diferentes potencias tienen la misma eficiencia en la conversión de la energía que absorbe, la bomba es de 0.7. Suponga que el tiempo de operación de la bomba que usted seleccione es de 8000 horas al año y que el costo de la energía en ese año es de $0.155/kWh

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Potencia de la bomba

10 hp

12 hp

15 hp

20 hp

Potencia demandada [kW]

7,457

8,948.4

11,185.5

14,914

Energía consumida [kWh/año]

59,656,000

71,587,200

89,484,000

119,312,000

Consumo de energía [$/ año]

$9,246,680.00

$11,096,016.00

$13,870,020.00

$18,493,360.00

De manera que se estaría pagando un excedente de forma innecesaria en la factura de energía, durante un año, si utiliza una bomba centrífuga: De 12 hp $1,849,336.00

De 15 hp $4,623,340.00

De 20 hp $9,246,680.00

Con lo que una bomba de 10 hp puede realizar sin ningún problema. Es por esta razón que es importante seleccionar el equipo adecuado para las condiciones de operación que se necesita. Sobredimensionar excesivamente el equipo puede traer costos innecesarios.

2.7 Eficiencia energética de sistemas de aire comprimido (Sistemas Neumáticos) Introducción a la neumática: Tecnología del aire comprimido. El aire comprimido es un recurso de energía que tiene su importancia en la industria por ser seguro, rápido de generar y fácil de usar. Podría definirse el aire comprimido como una cantidad (o masa) de aire que se somete a una presión mayor que la del ambiente. El objetivo es utilizar esa fuerza generada por el aire como forma de energía. El compresor es el equipo encargado de aspirar el aire y comprimirlo (o presurizarlo) hasta llegar a la presión adecuada para el tipo específico de aplicación. Existen indicadores que revelan que en la actualidad, el aire comprimido supone más del 20% del consumo energético en las industrias, incluso mayor, dependiendo del tipo de industria. Es por tal motivo que se agrega el aire comprimido en este manual como una tecnología que amerita revisarse para mejorar la eficiencia energética en las industrias. ¿Qué es neumática? La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido como forma de transmitir la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos encontrados en la industria, tales como taladros, esmeriladoras, lijadoras, pulidoras. Existen herramientas que fueron diseñadas para funcionar a base de la fuerza que ejerce el aire comprimido, es por esa razón que son llamadas herramientas neumáticas.

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La mayoría de aplicaciones en la industria que requieren el uso de aire comprimido, se basan en el aprovechamiento de la alta presión a la que se encuentra el aire, aunque también hay que reconocer que pueden darse casos donde se requiera aplicaciones de succión. El aire comprimido es una forma de energía con numerosas aplicaciones, debido a sus grandes y múltiples cualidades y sus pocos inconvenientes; es por este motivo que se ha hecho casi necesaria en todo tipo de industrias. Las cualidades del aire comprimido son que es una forma de energía segura ya que si existe una fuga, no existe la posibilidad que cause algún accidente; así como su rápida forma de generarla, eso significa que no se requiere de equipo especializado para generarla. Sin embargo es una forma costosa de energía, por lo que se debe evitar su desperdicio o uso inadecuado. De manera precisa se define la neumática como: “La tecnología que estudia la producción, transmisión y control de movimientos y esfuerzos mediante el aire comprimido.” Ventajas

Las ventajas del uso de la neumática (o aire comprimido) están orientadas a su seguridad y facilidad de uso. A continuación se enumeran ventajas del aire comprimido:  Es una fuente de energía poco agotable, ya que el aire se encuentra en el ambiente.  Se puede transportar a distancias moderadamente grandes.  Se puede almacenar en cantidades relativamente grandes en depósitos fijos o móviles.  No es afectado por la temperatura y tampoco combustiona en presencia de una chispa a altas temperaturas.  Es energía limpia que no contamina ni requiere tuberías de retorno después de usarse.  El riesgo de accidentes se reduce.  Los elementos para su producción son simples, económicos y resistentes. El mantenimiento de este equipo es sencillo y no se necesita tener un conocimiento avanzado.  Su producción no requiere de un equipo que consuma demasiado espacio.  Las máquinas y herramientas se regulan de forma sencilla. La regulación puede ser de fuerza y velocidad, y va desde un valor nulo hasta su valor máximo.  Las velocidades de trabajo que ofrece son elevadas y casi ninguna otra forma de energía puede igualarlas. Por ejemplo, el torno que utiliza el dentista puede alcanzar las 500,000 revoluciones/ min.  Para un movimiento lineal (como el efecto que hace un pistón), también puede ser regulada, pero con menor facilidad que un movimiento giratorio.  Si una máquina que utiliza aire comprimido se sobrecarga, no se arruina. Simplemente se detiene y una vez se libera de la sobrecarga sigue funcionando.  Poseen una gran facilidad para conseguir el cambio de sentido de la rotación.  Es posible transformar un movimiento lineal en un movimiento giratorio y viceversa.  Tiene un buen funcionamiento por parte de la red de distribución, siendo fácil instalar la central compresora. Desventajas

La principal desventaja es que es una forma de energía costosa por el hecho de comprimir el aire además que para utilizar el aire del ambiente debe ser preparado adecuadamente. Entre sus desventajas podemos mencionar:

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• Se necesita preparar el aire antes de que se pueda utilizar. La preparación del aire implica su limpieza y el retiro de su humedad. • La fuerza que proporciona el aire comprimido es más baja que otras formas de energía. • Por la naturaleza del aire, no se pueden tener velocidades de trabajo constantes. • Utilizar aire comprimido es ruidoso debido a los escapes de aire después de utilizarlo. • Aunque su instalación es de bajo costo, en operación es una energía que genera bastantes costos. Razones para utilizar aire comprimido ͻ ƐŵĄƐƐĞŐƵƌŽƋƵĞůĂĞůĞĐƚƌŝĐŝĚĂĚLJůĂŵĞĐĄŶŝĐĂ͘^ŝ ĞdžŝƐƚĞƵŶĂĨƵŐĂĚĞĂŝƌĞĐŽŵƉƌŝŵŝĚŽ͕ŶŽĞƐƉƌŽďĂďůĞ ƋƵĞŵƵĞƌĂĂůŐƵŝĞŶ͘

ͻ >ĂƐŚĞƌƌĂŵŝĞŶƚĂƐĞŵƉůĞĂĚĂƐĞŶůŽƐƉƵŶƚŽĚĞƵƐŽ ƐŽŶŵĂƐĞĐŽŶſŵŝĐĂƐ͕ƚƌĂďĂũĂŶŵĂƐĨƌşĂƐLJƐŽŶŵĄƐ ůŝŐĞƌĂƐ͘

ͻ ůĂŝƌĞĐŽŵƉƌŝŵŝĚŽĞƐƵŶĞdžĐĞůĞŶƚĞŵĞĚŝŽƉĂƌĂ ĂůŵĂĐĞŶĂƌLJƚƌĂŶƐŵŝƚŝƌĞŶĞƌŐşĂĐŽŶĞůĨŝŶĚĞƌĞĂůŝnjĂƌ ƵŶƚƌĂďĂũŽ͘

ͻ ƐƌĞůĂƚŝǀĂŵĞŶƚĞĨĄĐŝůĚĞĐŽŶƚƌŽůĂƌLJĚĞ ĂƵƚŽŵĂƚŝnjĂƌ

Figura 2-48: Razones para el uso de aire comprimido

Elementos de una instalación de aire comprimido En una industria donde se requiere aire comprimido, se pueden distinguir dos partes importantes en la instalación: La central compresora, que es el lugar donde se produce y se prepara convenientemente para su uso y la red de distribución, que es el conjunto de elementos que lo transportan hasta el punto de consumo.

Figura 2-49: Elementos principales de un sistema de aire comprimido

En este manual revisaremos los componentes de la central compresora así como las características que debe tener la red de distribución, para determinar si todo el sistema está operando en las condiciones adecuadas. Si algún equipo no está dimensionado adecuadamente para las condiciones que requiere la aplicación de aire comprimido, es un buen principio para alcanzar un ahorro energético.

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Figura 2-50: Instalación de aire comprimido donde se encuentra la central compresora y la red de distribución.

Proceso de aire comprimido El compresor eleva la presión del aire. Una vez éste se ha comprimido, viaja desde el compresor hasta el tanque, donde se guardará hasta ser requerido. El aire comprimido se lleva por la tubería hasta la unidad de secado, donde la mayor parte de su humedad se elimina del sistema. Finalmente, el aire comprimido seco fluye por las tuberías hasta las diferentes estaciones de trabajo donde utilicen herramientas neumáticas. A lo largo de todo el sistema de distribución de aire se colocan válvulas reguladoras para controlar su distribución, así como los filtros y lubricadores para mantener el aire en condiciones óptimas para su uso. Las diferentes estaciones de trabajo pueden requerir mangueras, conexiones y acoples para conectar la herramienta de aire a la tubería.

Figura 2-51: Proceso del aire comprimido

Necesidad de tratamiento de aire

El aire que entra al compresor lleva consigo la humedad del ambiente y otras impurezas. Si la humedad e impurezas alcanzaran a la red de aire comprimido en niveles altos causarían problemas en las herramientas neumáticas. Los problemas más comunes son: • Los lubricantes requeridos en actuadores van siendo desplazados por la humedad e impurezas. • Aumento del desgaste y mantenimiento en las herramientas. • Funcionamiento defectuoso y aumento del mantenimiento en válvulas y cilindros.

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• Daños en la producción en procesos de pintura y otros tipos de atomizaciones • Condensación de humedad en el transporte neumático de productos. Eficiencia de los sistemas Neumáticos

La eficiencia neta es muy baja. Aproximadamente 12.5 % de la energía de entrada es la que está disponible como energía útil de trabajo.

Figura 2-52: Porcentaje de energía necesaria para producir aire comprimido

En la figura 2-52 se puede apreciar que se requiere una gran cantidad de energía para producir poco aire comprimido. Se necesitan 8 veces de potencia en la energía eléctrica para generar una cantidad igual a 1 potencia en energía por parte del aire comprimido. Es por esta razón que es importante su uso adecuado y en los momentos necesarios. Es una buena práctica evitar el desperdicio en formas de limpieza donde puede usarse un soplador o ventilador. La mayor parte de energía requerida en la producción de aire comprimido es convertida en formas no útiles en este contexto, como por ejemplo calentamiento.

Producción y tratamiento Central compresora La misión de la central compresora es producir aire comprimido a una determinada presión y con unos niveles determinados de limpieza y de ausencia de humedad que garanticen condiciones de trabajo y de durabilidad óptimas. Generalmente consta de los siguientes elementos: 1) 2) 3) 4) 5)

Compresor Controles del sistema Filtros de aire Refrigerador – separador Secador

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6) Controles del flujo 7) Depósito de regulación

 Figura 2-53: Funcionamiento del compresor y el depósito

Para comprender la forma como la central compresora es capaz de proporcionar adecuadamente aire comprimido a una instalación con consumo intermitente y variable, es fundamental tener claro el funcionamiento del conjunto formado por el compresor y el depósito de regulación. El caudal de aire que demanda la instalación es proporcionado por el depósito de regulación, y el compresor se encarga de reponer el volumen de aire cedido por éste sólo cuando es necesario. El depósito de regulación es simplemente un depósito con una cierta capacidad de almacenamiento de aire y en el que la presión se mantiene siempre entre unos valores máximos y mínimos establecidos. Otra ventaja que ofrece el depósito de regulación es que es capaz de atender a consumos extraordinarios de la red y permite amortiguar las pulsaciones de los compresores alternativos, que tienen un funcionamiento cíclico discontinuo. El compresor funciona siguiendo un ciclo controlado por las necesidades del depósito de regulación. Se conoce como ciclo de funcionamiento del compresor al lapso de tiempo transcurrido entre dos órdenes para reanudar la producción de aire comprimido consecutivo. La anulación y la reanudación de la producción de aire comprimido por parte del compresor se pueden realizar por dos procedimientos: • Automático: Donde el compresor se enciente y apaga alternadamente. Utilizar esta técnica para el controlar la producción de aire comprimido tiene la ventaja de ahorro energético, pero el número de paradas y puestas en marcha debe limitarse para evitar fatigas en elementos como: Motor, dispositivos de control eléctrico, transmisión y compresor. Por este motivo, la parada del compresor se utiliza normalmente tan sólo en compresores pequeños con potencias inferiores a los 10 HP.

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• Continuo: Donde el compresor está en marcha en todo momento. Como se indicó anteriormente, controlar la producción de aire comprimido parando y arrancando el compresor no se recomienda para potencias iguales o mayores que 10 H.P. Para estas instalaciones de aire comprimido, la técnica recomendada para su producción es la conocida como puesta en vacío. Esta consiste en retornar, sin comprimir, la totalidad del aire atmosférico aspirado. Se estima que la potencia consumida durante esta modalidad puede oscilar entre 10 y 15% de la total.

Distribución del aire Una vez se ha producido y tratado convenientemente el aire comprimido, se procede a su distribución a modo que llegue a todos los puntos de consumo. A partir de la central compresora se trazan una serie de tuberías y de acometidas que constituyen la red de distribución. La red de distribución deberá tener: • • • •

Mínima perdida de presión. Mínima perdida de aire por fugas. Mínima cantidad de agua en la red y en los puntos de utilización. Buen dimensionado en tuberías y una eficaz instalación.

Tuberías Para el transporte del aire comprimido desde la central de compresores hasta los lugares de utilización, se emplea una red de condiciones conocidas bajo el nombre genérico de tuberías. Se pueden considerar tres arquetipos de tuberías: a) Tubería principal, llamada también tubería madre b) Tuberías secundarias c) Tuberías de servicio a- Tubería principal Se denomina tubería principal a la línea de aire que sale del depósito y contiene la totalidad del caudal de aire. Debe tener la mayor sección posible y en el diseño debe considerarse la posibilidad de ampliación de la fábrica. La velocidad máxima de aire es 8 m/s b- Tuberías secundarias Son las que toman el aire de la tubería principal, ramificándose por las zonas de trabajo, y de las cuales salen las tuberías de servicio. El caudal de aire que transportan será el correspondiente a la suma de los caudales parciales que de ella se deriven. Al mismo tiempo, es conveniente pensar en alguna futura ampliación al calcular su diámetro. La velocidad máxima de aire es 8 m/s. c- Tuberías de servicio Las tuberías de servicio son las que alimentan a las herramientas o equipos neumáticos en el punto de manipulación. Llevan los acoplamientos de cierre rápido e incluyen las mangueras de aire, así como los grupos filtro-regulador-engrasador. Se requiere dimensionarlas conforme al número de salida o tomas, procuran-

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do no colocar más de dos o tres acoplamientos rápidos en cada una de ellas, y evitar poner tuberías de servicio inferiores a ½”Ø, ya que si el aire está sucio puede cegarlas. La velocidad máxima del aire es de 15 m/segundos. Las tuberías demasiado pequeñas causan altas velocidades de circulación de aire, haciendo difícil la separación de las partículas contaminantes. Tipos de red de distribución Existen tres tipos de red de distribución:  Red ramificada o abierta  Red mallada o cerrada  Red mixta • Red abierta: Se constituye por una sola línea principal de la cual se desprenden las secundarias y las de servicio. La poca inversión inicial necesaria de esta configuración constituye su principal ventaja. Además, en la red pueden implementarse inclinaciones para la evacuación de condensados. La principal desventaja de este tipo de redes es su mantenimiento. Ante una reparación es posible que se detenga el suministro de aire “aguas abajo” del punto de corte lo que implica una detención de la producción.

 Figura 2-54: Red de distribución abierta

En la ilustración 3 se puede apreciar en líneas azules la red de distribución. Se distingue que la tubería inicia en la central compresora y tiene un fin. • Red Cerrada: En esta configuración la línea principal constituye un anillo. La inversión inicial de este tipo de red es mayor que si fuera abierta. Sin embargo, con ella se facilitan las labores de mantenimiento de manera importante puesto que ciertas partes de ella pueden ser aisladas sin afectar la producción.

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Una desventaja importante de este sistema es la falta de dirección constante del flujo. La dirección del flujo en algún punto de la red dependerá de las demandas puntuales y por tanto el flujo de aire cambiará de dirección dependiendo del consumo. El problema de estos cambios radica en que la mayoría de accesorios de una red (p. ej. Filtros) son diseñados con una entrada y una salida. Por tanto un cambio en el sentido de flujo los inutilizaría. Otro defecto de la red cerrada es la dificultad de eliminar los condensados debido a la ausencia de inclinaciones. Esto hace necesario implementar un sistema de secado más estricto en el sistema.

Figura 2-55: Red de distribución cerrada

• Red Mixta Es la más frecuentemente empleada. Está formada por una combinación de circuitos cerrados y ramales, en función de las necesidades de cada tramo. Intenta aprovechar las ventajas de cada una de las distribuciones anteriores.

 Figura 2-56: Red de distribución mixta

La figura 2-56 muestra una red de distribución mixta. Se distingue de un sistema cerrado en que tiene menos puntos de unión. A la salida de la central compresora no existe una unión con el final de la red de distribución. Se tienen puntos de uniones adelante.

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Tendidos de las líneas de suministro. Puesto que el compresor, el depósito y los enfriadores suelen situarse en una sala de máquinas, es preciso diseñar la distribución en planta de las líneas de suministro, desde sala de producción a los puntos de consumo. Se ha de procurar que la distribución minimice, en la medida de lo posible, las longitudes de las tuberías desde el compresor al punto más alejado. En aquellas redes que sean muy extensas, es preferible situar el compresor en una zona central, minimizando así la distancia al punto más alejado, esto depende de los huecos libres en la nave donde se situará la instalación. Si la instalación no contiene un equipo de secado del aire comprimido como una medida de ahorro en el consumo energético, se debe tener consideraciones importantes para garantizar que no exista condensación de agua en la red:  Los puntos de drenaje se colocan con la ayuda de T’s, ya que el cambio brusco en la dirección del flujo facilita la separación de las gotas de agua de la corriente de aire.  Las tuberías deben ir descendiendo levemente en la dirección del flujo. La pendiente puede fijarse aproximadamente en un 1%.  Las conexiones de las diversas ramificaciones se hacen desde arriba (para obstaculizar al máximo posibles entradas de agua).  En todos los puntos bajos es recomendable colocar puntos de drenaje. Así mismo, en la línea principal se pueden colocar cada 30 – 40 metros, saliendo siempre desde el punto inferior de la tubería.  El número de juntas y codos debe reducirse al máximo posible. De esta forma las pérdidas serán las menores posibles.

Medidas de ahorro energético Los sistemas de aire comprimido pueden aportar grandes beneficios a la industria y aumentar el ahorro energético siempre que se sigan unas estrategias sencillas en su producción y se apueste por una instalación correcta de modo que no existan fugas. Los principios básicos de estas estrategias son: Minimizar las pérdidas de presión por fugas, operar con valores adecuados de presión y monitorizar el sistema. Recientemente se han optado medidas para aprovechar el calor que se genera en la producción de aire comprimido. Las estrategias sencillas que se deben llevar para tener un ahorro energético son las siguientes: 1. Pasos preliminares • Realizar una revisión en los conductos de aire comprimido y sus componentes. Verificar que el diámetro sea el adecuado, aumentar el diámetro en los conductos puede reducir las pérdidas de presión. Evitar los cambios bruscos de sección o de dirección, como los codos de 90º, ya que producen pérdidas de presión. Para ambos casos hay que corregirlos en la medida de lo posible.

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• Reducir la longitud de las tuberías de manera que se minimicen las pérdidas de carga en la medida de lo posible. • Distribuir el aire comprimido en malla circulares de manera que todos los puntos estén en paralelo. • Evitar las fugas de aire. Este es uno de los problemas más importantes en las instalaciones industriales. Se puede hacer una inspección a la planta cuando esté parada y se pueden detectar las fugas más evidentes escuchando. La mayor parte de las fugas se producen en válvulas, mangueras, cilindros neumáticos y equipamiento de mano, entrada de aire comprimido de los equipos y en el interior de las máquinas. Para detectar pequeñas fugas no audibles, se tiene que utilizar métodos más especializados. Uno de ellos es utilizar un detector de ultrasonidos. Es sencillo calcular las pérdidas cuando la fábrica está parada, observando los ciclos cuando el compresor está funcionando y cuando está detenido. Para hacer una idea de las pérdidas en un sistema de aire comprimido a 6 bares se proponen los siguientes valores:  Un orificio de 1 mm de diámetro: pierde 1,24 l/s eso implica un aumento en la potencia requerida en 0,3 kW  Un orificio de 3 mm de diámetro: pierde 11,14 l/s eso implica un aumento en la potencia requerida en 3,1 kW  Un orificio de 5 mm de diámetro: pierde eso implica un aumento en la potencia requerida en 30,95 l/s 8,3 kW Fuente: Compresores, sistemas de distribución de aire comprimido, IDAE.

Identifique las fugas y comprenda el costo de las fugas. Repare todas las fugas, comenzando por las más importantes. 2. Línea de base de referencia Para poder controlar la eficiencia de un compresor o sistema de compresores de aire es necesario tener una referencia de funcionamiento. De acuerdo con la norma ISO 50001 esta referencia puede obtenerse mediante una línea de base energética, que representa el consumo específico de un sistema de compresores (es decir, la entrada de energía eléctrica) en función de la producción de aire comprimido (es decir, la salida producida). Otra opción para obtener la línea de base es relacionar el consumo eléctrico en el sistema de aire comprimido con la producción real de la fábrica, es decir kWh/Ud frente a la producción. En la figura 2- 57 se muestra un ejemplo de una línea de referencia en base a los datos que se tienen del consumo de electricidad en relación a la producción. Esta línea sirve para poder hacer las comparaciones de los ahorros que se obtienen al implementar las medidas de ahorro energético.

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Figura 2-57: Ejemplo de una línea de referencia calculada a partir de los datos de consumo eléctrico y producción

A partir de esta curva se tiene identificado el comportamiento energético del sistema, lo que nos permite detectar problemas y corregirlos y sirve de referencia para el estudio de mejoras (o fallos) de rendimiento.

Medidas de ahorro • Dividir el circuito de aire comprimido en distintos sectores Esto tiene la ventaja de poder aislar zonas del circuito que no estén en uso por lo tanto se tendría un mejor control de la forma que se esté utilizando el aire comprimido y de esa manera se minimizarían los usos indebidos. También, cuando a la instalación de aire comprimido deba hacerse un mantenimiento, al tenerlo dividido en varios sectores, se reduciría el tiempo de paro de la producción de aire comprimido. Establecer el sistema en diferentes niveles de presión en la red evita trabajar con valores superiores a los mínimos necesarios. Es decir que la operación se mantienen en el rango óptimo de presión. • No utilizar el aire comprimido para usos inadecuados. Por ejemplo, para limpiezas personales o de piezas o lugares, o para refrescarse en verano. Es preciso concienciar al personal de fábrica para que evite estas prácticas. En aplicaciones de limpieza se pueden usar bombas de vacío o ventiladores. Plantearse si se pueden sustituir las herramientas que utilizan aire comprimido a herramientas eléctricas que cumplan con las mismas funciones. Asegúrese de que el aire comprimido sea la mejor alternativa para la aplicación. • Evaluar si es posible la reducción de la presión de generación del compresor Entregar el aire a la presión mínima que sea adecuada para la operación. La potencia necesaria para comprimir el aire se incrementa en un 7% por cada bar de incremento de presión en la salida del compresor.

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Para reducir las pérdidas y quizás conseguir reducir la presión de generación se puede estudiar la distribución en anillo de las tuberías de aire comprimido, el aumento del diámetro de los conductos y la reducción de ángulos de 90º como se ha mencionado anteriormente. • Monitorizar el consumo del sistema de compresores. Es necesario tener datos de forma que se pueda realizar una línea base de referencia. Por esta razón es conveniente monitorizar el consumo de energía eléctrica, así como como la producción de aire. En el análisis de ahorros de energía en industrias es absolutamente básico saber qué y cómo se está consumiendo la energía. Es esencial conocer cuantos kilovatios toma la producción de una unidad de aire comprimido (kW/scfm). La monitorización permite establecer alarmas y evitar que se quede permanentemente encendido un compresor un fin de semana completo como he indicado antes. Asimismo, la monitorización hace más sencilla la detección de fallos y de funcionamiento inadecuado de los compresores. A través de la monitorización se tiene control del sistema para anticipar las demandas máximas. Opere solo la cantidad de compresores necesarios para satisfacer la demanda en cualquier momento. • Instalar un intercambiador de calor a la salida de los compresores, aprovechando de esta manera, el calor residual que generan. • Reducir la temperatura del aire a la entrada del compresor de modo que se facilite la presurización del aire. • Utilizar un sistema de regulación de producción: Variador de frecuencia Es habitual que haya varios compresores sin regulador de velocidad. Lo más conveniente es suministrar la demanda básica con estos equipos, pero utilizar un compresor con variador de frecuencia para ajustar la producción a la demanda variable de la fábrica. Debe establecerse una programación de funcionamiento según la demanda de fábrica, de manera que los compresores vayan entrando sucesivamente. Un control adecuado del sistema de compresores permite grandes ahorros de energía. Es conveniente una auditoría específica del sistema de aire comprimido realizada por especialistas para conseguir el funcionamiento idóneo. Instalar variadores de frecuencia en el motor del compresor sin haber hecho un estudio adecuado puede traer un mayor consumo de energía en lugar de un ahorro. Un criterio preliminar para considerar la opción de utilizar un variador de frecuencia es ver si el consumo de aire comprimido es realmente variable a lo largo del día.

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• Renovar el parque de compresores con criterios de ahorro y eficiencia. • Depósito pulmón. Implantar depósitos pulmón de aire comprimido en las proximidades de los puntos de consumo. • Tuberías Incrementar el diámetro de las canalizaciones minimizando la pérdida de carga. Reducir la longitud y los codos de la red, de manera que se minimicen las pérdidas de carga. Distribuir el aire comprimido en mallas circulares, de manera que todos los puntos de consumo estén en paralelo. Revisar y reparar las fugas de aire comprimido dado que se ha estimado que un 20% del consumo energético de una instalación de aire comprimido es consecuencia de las fugas. • Operar a la presión mínima necesaria Establecer diferentes niveles de presión en la red y evitar, de este modo, tener que trabajar con valores superiores a los mínimos necesarios. • Aprovechar el calor producido Instalar un intercambiador de calor a la salida de los compresores, aprovechando de esta manera, el calor residual que generan. • Suministro de energía eléctrica Implantar un sistema de control de los compresores mediante variadores de frecuencia. • Temperatura del aire. Reducir la temperatura del aire a la entrada del compresor. • Compresores. Renovar el parque de compresores con criterios de ahorro y eficiencia. • Condensadores. Minimizar las pérdidas de aire comprimido a los purgadores de condensados. • Secador Ajustar el dimensionado de los sistemas de secado y filtrado del aire, de manera que se eviten sobreconsumos. • Filtros Optimizar la regulación de la presión de los filtros, válvulas de control, secadores y trampas de condensación. • Unidad central de adquisición de datos. Implantar un sistema de adquisición de datos, monitoreo y control de la instalación. Hay que tener en cuenta que el aire comprimido es una energía cara: Se necesitan 8 kW eléctricos para generar 1 kW de aire comprimido.

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• Tanque de almacenamiento. Dimensionar los sistemas de almacenamiento de aire comprimido de manera que los compresores estén trabajando el máximo número de horas en régimen nominal. Hay que evitar un régimen de funcionamiento alto-paro (“On- off”) de los compresores. • Elementos de monitoreo. Implantar sensores para monitorizar el sistema: Caudalímetros, sensores de presión, sensores de temperatura y humedad. • Alternativas al uso de aire comprimido. Plantearse si realmente es necesario utilizar aire comprimido para aplicaciones de limpieza o bien se puede usar las bombas de vacío o ventiladores. Plantearse si se pueden sustituir las herramientas que utilizan aire comprimido para sistemas eléctricos. Se aconseja comprobar que no se produzcan fugas en las válvulas y/o accionamientos. Recuerde que revisar que no existan fugas de aire comprimido en el sistema es importante para obtener ahorros energéticos. • Sectorizar el área de trabajo. Implantar sistemas de seccionamiento mediante electroválvulas, de modo que no se proporcione aire comprimido a los puntos de consumo que no estén trabajando.

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AIRMaster+: Herramienta de apoyo para cálculos de aire comprimido AIRMaster + es una herramienta gratuita de software en línea que ayuda a los usuarios a analizar el uso de energía y las oportunidades de ahorro en sistemas de aire comprimido industrial. Se puede utilizar AIRMaster + para mejorar las operaciones de sistemas actuales y sistemas que se consideren en el futuro además que permite evaluar los ahorros de energía y costos de muchas medidas de eficiencia energética. AIRMaster + proporciona un enfoque sistemático para evaluar sistemas de aire comprimido, analizar datos recopilados y reportar resultados. AIRMaster + está diseñado para personas que estén interesadas en mejorar el rendimiento del sistema de aire comprimido, incluidos los ingenieros de plantas industriales, los distribuidores de equipos de aire comprimido, empresas de consultoría y los auditores de energía de servicios públicos. Es necesario verificar e informase que su computadora o equipo ofimático tiene las capacidades mínimas que permitan instalar este software, el requisito mínimo es contar con Windows 2000 para computadoras de 32-bits y Windows 8 para computadores de 64-bits. Información de entrada. Para usar AIRMaster +, primero ingrese la información describiendo el inventario existente y la funciones, así como se muestra a continuación: • • • • • •

Tipo de instalación. Tarifas de servicios públicos. Sistemas de aire comprimido en el sitio y usos finales para cada sistema. Tipos de días típicos de operación. Rendimiento del compresor y detalles de funcionamiento. Uso de energía por hora medido o flujo de aire para cada día y para cada compresor.

Luego, defina las propuestas de eficiencia energética y mejoras en el sistema, tales como: • Reducción de fugas, reducción de presión de aire del sistema o reducción de tiempo de funcionamiento. • Mejora en la eficiencia general del sistema. • Uso de controles en la descarga y tiempo muerto además de un secuenciador automático. • Ajuste de los puntos de ajuste en cascada. • Adición del volumen primario del receptor. Productos de salida. Según la información de entrada, AIRMaster + permite a los usuarios: • Administrar múltiples instalaciones y sistemas de aire comprimido • Mantener una bases de datos de inventarios de plantas y compresores de aire estándar de la industria • Simular el funcionamiento del sistema de aire comprimido existente y obtener beneficios si se realizan cambios. • Modelar la operación de un sistema en carga parcial para una variedad de compresores de aire que operan simultáneamente con estrategias de control y horarios independientes

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• Calcular los costos de operación eléctrica y los costos del ciclo de vida • Evaluar el ahorro de energía • Realizar un registro de los historiales de mantenimiento de varias instalaciones, sistema y componentes del compresor Energy.gov a través de la Oficina de eficiencia energética y energía renovable se puede obtener el software AIRMaster+ a través del siguiente link: https://www.energy.gov/eere/amo/downloads/airmaster Es recomendable que antes de hacer cálculos en el programa, se familiarice con el interfaz. Una vez haya aprendido la forma de uso, haga cálculos de situaciones en su empresa donde sepa las condiciones de salida a manera de validar que se estén haciendo los cálculos correctamente. El programa cuenta con un manual de usuario, es recomendable que la persona designada a realizar los cálculos de aire comprimido se familiarice con este texto para que pueda aprender debidamente el funcionamiento del programa.

Figura 2-58: Página principal del Software.

En la figura 2-58 se encuentra la interfaz principal al momento de manejar todo el programa. Es desde este punto que inician todos los cálculos. En la columna izquierda son las secciones donde se debe introducir la información de la empresa y los servicios que ofrece a modo de tener un mejor control.

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Figura 2-59: Información desplegada de la pestaña “Company”

En la figura 2-59 se agrega la información de la compañía. Se deben hacer notar todos los botones que contiene esta pestaña y las siguientes. Si se desea hacer variaciones en la información, ya sea agregando, modificando, guardando o eliminando la pestaña se cuenta con los 4 botones de la esquina superior izquierda. En la esquina superior derecha puede editar la moneda que se maneja en su país.

Figura 2-60: Información desplegada de la pestaña “Utility”

En la figura 2-60 se presentan los mismos 4 botones que se muestran en la Figura 2-59, estos botones son elementales para editar o agregar la información. En la esquina superior derecha se encuentra el

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botón “Rate Schedules” donde se puede ingresar el precio de la energía que se encuentra actualmente.

Figura 2-61: Sub-pestaña “Compressor Summary” de la pestaña “Facility”

En la figura 2-61 se puede observar información que se despliega al apretar el botón “Facility” del menú principal (Figura 2-58). Se hace énfasis en esta pestaña dado que aquí es donde se muestra los compresores que se han seleccionado de la pestaña “Compressor” del menú principal.

Figura 2-62: Sub-pestaña “Daytypes” de la pestaña “System”

En esta pestaña (figura 2-62) se agrega la información del tiempo y de operación del sistema así como los requerimientos de caudal necesitado. Es una de las pestañas a tener en cuenta a la hora de hacer los cálculos. La figura 2-63 recopila la información técnica del tipo de compresor que se haya seleccionado. Para finalizar, una vez se han agregado los datos se presenta toda la información y el costo energético dentro de la pestaña “profile”.

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Figura 2-63: Costos de operar el tipo de compresor seleccionado.

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CAPÍTULO

3

ENERGÍA SOLAR F OTOVO LTA I CA

3.1 Introducción al diseño de un sistema solar fotovoltaico El diseño óptimo y eficiente de un sistema solar fotovoltaico requiere, como punto de partida, un conocimiento básico de la geometría sol-tierra y de la solarimetría. El primer tema incluye los conceptos básicos que permiten conocer la adecuada orientación e inclinación que deben tener los módulos fotovoltaicos; así como los fundamentos para la correcta evaluación del efecto sombra, sobre todo porque, por ejemplo: un árbol, una edificación, una antena, etc. cercana a la instalación fotovoltaica podría volverse un obstáculo para el adecuado aprovechamiento del sistema en algún momento del día o época del año. El estudio de todo lo relacionado con la solarimetría nos permite dominar las definiciones necesarias a fin de conocer e interpretar el potencial de energía solar existente en el lugar, para poder hacer una estimación precisa de la energía eléctrica que dicha instalación pudiera generar.

3.2 Geometría Sol-Tierra Eje

El primer ángulo que se debe conocer es la llamada Declinación Solar (δ).

Trópico de Cáncer Ecuador

Rayos solares

Como se ilustra en la Figura 3-1 , la Declinación Solar (δ) es el ángulo formado entre el plano del Ecuador (plano ecuatorial) y el plano que une el centro de la Tierra con el centro del Sol; en otras palabras es la posición angular del Sol con respecto al plano del Ecuador.

Círculo Polar Ártico



Trópico de Capricornio

Círculo Polar Antártico

Figura 3-1: Declinación solar

La Declinación Solar cambia día a día y se calcula mediante la siguiente ecuación: 284  n     23.45  Sen  360  365   En la ecuación “n” representa el día correlativo del año; por ejemplo: • Para el día 31 de enero n = 31 • Para el 5 de febrero n = 36 • Para el día 21 de marzo n = 80 La figura 3-2 muestra los diferentes valores de la Declinación Solar (δ) para el 21 de marzo, 21 de junio, 23 de septiembre y 22 de diciembre, a medida que la Tierra se traslada alrededor del Sol.

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equinoccio de primavera Mar. 21

solsticio  de verano

 





Jun. 21 equinoccio de otoño

Sept. 23

Dic. 22 solsticio de invierno

Figura 3-2: Valores de la declinación solar en momentos claves de la traslación terrestre

La importancia de los días indicados es que marcan los equinoccios y solsticios en el hemisferio norte. Los otros dos ángulos que permiten conocer la posición del sol en su trayectoria aparente durante el día son: el Ángulo Acimutal o Acimut Solar (Ψ) y la Altura Solar o Altitud Solar (ɣ).

Figura 3-3: Acimut y altitud solar

El Ángulo Acimutal o Acimut Solar (Ψ), es el desplazamiento angular desde el sur de la proyección de la radiación directa sobre el plano horizontal. Se considera hacia el Este negativo y al Oeste positivo. La Altura o Altitud Solar (ɣ) es el ángulo entre el plano horizontal y la línea hacia el sol. La figura 3-3 ilustra la definición de los mencionados ángulos.

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Como es de esperarse, la posición del sol indicada por el Ángulo Acimutal y la Altitud Solar cambian hora a hora y día a día. Para conocer la posición del sol durante el año y para una determinada localidad se hace necesario construir la llamada Carta o Máscara Solar. La siguiente figura muestra la Carta Solar, en coordenadas polares, para San Salvador. Para construir dicha carta solar, en cualquier lugar del planeta, se puede usar la herramienta informática proporcionada por la Universidad de Oregón en el siguiente enlace. http://solardat.uoregon.edu/PolarSunChartProgram.html

326,7,92

1(*$7,92

Figura 3-4: Carta solar

Como se muestra en la figura 3 -4, la Carta Solar también se puede construir en coordenadas cartesianas; marcando el acimut solar en el eje de las abscisas (eje X) y la elevación o altura solar en el de las ordenadas (eje Y). Resulta más evidente la identificación y ubicación de los obstáculos que podrían proyectar alguna sombra sobre la instalación.

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Figura 3-5: Carta solar en coordenadas cartesianas

Los otros ángulos relacionados con la posición de los módulos fotovoltaicos son: Ángulo de Incidencia θ: Es el ángulo entre la dirección de la radiación directa incidiendo sobre una superficie plana y la normal de dicha superficie. La figura 3-6a muestra dicha definición. Este ángulo es de gran importancia en una instalación fotovoltaica, dado que para lograr la mayor producción de electricidad, el sol debe incidir normalmente sobre los módulos.

Figura 3-6a: Ángulo de Incidencia

Ángulo de inclinación β: Es el ángulo entre el plano de la superficie y la horizontal. Considerando la variación en la altitud solar durante el año, se recomienda que este ángulo sea entre 5 y 10 grados mayor que la latitud geográfica del lugar donde esté ubicada la instalación fotovoltaica. La figura 3-6b ilustra ésta definición.



Figura 3-6b: Ángulo de inclinación

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3.3 Solarimetría La interpretación y evaluación de la información sobre el potencial de la energía solar en determinado sitio, requiere conocer los siguientes términos y definiciones: • Irradiancia (W/m2): Es la rapidez con la que la energía radiante incide sobre la unidad de área de una superficie. • Irradiación ((kWh/m2) o (J/m2)): Es la energía incidente sobre la unidad de área de una superficie. Se calcula por la integración de la curva de irradiancia dentro de un tiempo específico, usualmente una hora o un día. • Brillo Solar (n): Representa el número de horas durante las cuales el nivel de irradiancia es superior a los 150 W/m2 y es capaz de producir efectos útiles, como por ejemplo calentar un fluido o generar electricidad. La figura 3-7 muestra una curva típica de irradiancia indicando el umbral del brillo solar. Recuerde que la irradiación o radiación solar es el área debajo de dicha curva.

150

Figura 3-7: Irradiancia solar (W/m2)

• Radiación Directa: Es la radiación solar que incide sobre una superficie sin haber sido afectada (dispersada) por la atmósfera. • Radiación Difusa: Es la radiación solar recibida por una superficie después que su dirección ha sido cambiada debido a efectos de reflexión, difusión y absorción de la materia atmosférica. • Radiación Total: Es la suma de la radiación directa y difusa sobre una superficie.

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La tabla 3.1 muestra los valores promedio mensuales de Radiación Total, incidiendo sobre una superficie horizontal en varios lugares de El Salvador. Por ejemplo, para San Salvador se indica que dicho valor es de 4.77 kWh/m2 día. Este valor es de primordial importancia en la estimación de la energía solar fotovoltaica dado que dicho número indica también lo que llamaremos las Horas Sol Pico.

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ϰ͘ϰϵ ϰ͘ϳϳ ϰ͘ϳϲ ϰ͘ϭϱ ϯ͘ϱϯ ϯ͘ϱϰ ϰ͘ϳϬ ϯ͘ϵϴ ϯ͘Ϯϲ ϯ͘ϴϯ ϰ͘ϭϴ ϰ͘ϭϱ

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ϰ͘ϲϬ ϱ͘ϭϴ ϱ͘ϯϮ ϱ͘ϭϬ ϰ͘ϴϮ ϰ͘ϲϲ ϱ͘ϭϮ ϱ͘ϭϰ ϰ͘ϱϳ ϰ͘ϰϲ ϰ͘ϱϱ ϰ͘ϯϴ

ϰ͘ϵϭ ϱ͘ϯϱ ϱ͘ϱϰ ϱ͘ϮϬ ϰ͘ϴϮ ϰ͘ϴϬ ϱ͘ϯϳ ϱ͘ϰϮ ϰ͘ϴϮ ϰ͘ϴϭ ϰ͘ϳϲ ϰ͘ϲϵ

ϴ͘ϯϯ ϵ͘ϭϳ ϵ͘ϵϴ ϭϬ͘ϰϳ ϭϬ͘ϱϯ ϭϬ͘ϰϱ ϭϬ͘ϰϰ ϭϬ͘ϰϯ ϭϬ͘ϭϬ ϵ͘ϯϲ ϴ͘ϱϬ ϴ͘Ϭϲ

Tabla 3.1: Radiación solar global en El Salvador

3.4 Características eléctricas de los módulos fotovoltaicos El módulo fotovoltaico, formado por una cantidad de células (o celdas) fotovoltaicas, es el componente de la instalación solar que convierte instantáneamente la energía proveniente del sol en electricidad. Esta conversión se da gracias al efecto fotoeléctrico, el cual se produce cuando un material semiconductor, que ha sido “dopado”, se expone al sol y genera electricidad. El principal material semiconductor usado hoy en día para la fabricación de las células es el Silicio. Dependiendo de la calidad del Silicio y del proceso de fabricación de sus células, los módulos se clasifican en monocristalinos, policristalinos y amorfos. Hoy en día, el rango de eficiencia con la que los módulos comerciales de silicio cristalino realizan la conversión de la energía solar en electricidad es de 12 % a 17%. En la Figura 3-8 se compara la apariencia entre un módulo monocristalino y un policristalino.

Figura 3-8: Tipos de módulos fotovoltaicos

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Al igual que la célula, un módulo fotovoltaico puede considerarse como un generador de corriente. Para comprender su funcionamiento es importante conocer los principales parámetros usados para su caracterización; tales parámetros están representados en la curva Corriente vs. Voltaje mostrado en la Figura 3-9.

C O R R I E N T E

VOLTAJE

Figura 3-9: Curva de corriente versus voltaje en una célula solar

Corriente de Corto Circuito (Isc). Es la máxima corriente del módulo y se produce cuando sus terminales están cortocircuitados. Voltaje de Circuito Abierto (Voc). Es el máximo voltaje que se obtiene del módulo y se logra cuando no está conectado a ninguna carga, es decir en una condición de circuito abierto. Corriente Punto Máxima Potencia (Ipmax). Representa la corriente de salida del módulo fotovoltaico en el punto de potencia máxima. Voltaje Punto de Máxima Potencia (Vpmax). Representa el voltaje de salida del módulo fotovoltaico en el punto de potencia máxima. Potencia Máxima (Pmax). La potencia máxima es el valor que resulta de multiplicar la corriente en el punto de máxima potencia (Ipmax) con su correspondiente voltaje (Vpmax). Esta potencia máxima de salida del módulo fotovoltaico se mide según las Condiciones de Prueba Estándar; es decir a una temperatura de celda de 25°C y a una Irradiancia de 1,000 W/m2. El valor de los parámetros antes mencionados es de utilidad para realizar el diseño de la instalación fotovoltaica. Los fabricantes de módulos fotovoltaicos presentan el valor de los parámetros indicados en la hoja técnica de sus diferentes modelos; a continuación, se muestra un ejemplo de dicha información:

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CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

A-150M

Potencia (W en prueba -2+5 %)

150 W

Número de células en serie

72

Corriente Punto de Máxima Potencia (Imp)

4.40 A

Tensión Punto de Máxima Potencia (Vmp)

34.00 V

Corriente en Cortocircuito (Isc) Tensión de Circuito Abierto (Voc) Coeficiente de Temperatura de Isc (α) Coeficiente de Temperatura de Voc (β) Máxima Tensión del Sistema

4.80 A 43.00 V 2.00 mA/°C -194.40 mV/°C 700 V

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Dimensiones (mm) Peso (aprox.)

1618 x 814 x 35 14.80 kg

Tabla 3.2: Caracteríticas de las fotoceldas

3.5 Consideraciones para el buen diseño de un sistema fotovoltaico Para que la transformación directa e instantánea de la energía que se recibe del sol en electricidad se logre de una manera eficiente y segura, el diseño e instalación de un sistema fotovoltaico (SFV) debe de considerar los siguientes aspectos: • El potencial solar disponible en el sitio. • L a adecuada integración con la arquitectura del edificio procurando la óptima orientación e inclinación de los módulos. • P rever que algún obstáculo; por ejemplo, un árbol, edificio, antena, etc. en las cercanías de la instalación pueda producir sombras sobre la misma y reduzca la generación eléctrica. • U tilizar equipos y materiales certificados que garanticen su adecuado funcionamiento y realizar una instalación eléctrica respetando los códigos y normas establecidos para dicha práctica. Otro aspecto de especial interés es saber qué tipo de aplicación tendrá el sistema fotovoltaico; es decir, si el sistema estará o no conectado a una red eléctrica. A los sistemas fotovoltaicos no conectados o fuera de red se les llama también aislados o autónomos. En este documento se analizan únicamente los SFV conectados a la red.

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3.6 Sistema fotovoltaico conectado a la red. Opciones de conexión Un sistema fotovoltaico conectado a la red (SFVCR), ya sea residencial, comercial o industrial, consta de las siguientes componentes: Generador solar, caja de conexión, inversor, medidor bidireccional, puntos de consumo y conexión a la red. La figura 3-10. muestra dichos componentes en una instalación SFVCR residencial.

Figura 3-10: componentes de una instalación SFVCR residencial

El generador fotovoltaico consiste de un conjunto de módulos fotovoltaicos conectados entre sí de acuerdo a la potencia y energía eléctrica requerida por el usuario. La caja de conexión aloja los elementos de conexión de los cables usados para interconectar los módulos del generador fotovoltaico y los cables que alimentarán al inversor. Acá también se monta un interruptor general para desconectar manualmente el generador fotovoltaico y otros elementos de protección. El inversor es el elemento que transforma en corriente alterna la electricidad que recibe del generador fotovoltaico y la inyecta a la red. Otra función importante de este componente es desconectar y reconectar en forma automática el SFVCR en caso de que la red sufra alguna interrupción o desperfecto. El medidor bidireccional es el componente que registra tanto la electricidad consumida de la red como la inyectada en la misma. Esta inyección se producirá en los momentos que la electricidad producida por el SFVCR sea mayor que la requerida en los puntos de consumo. Para completar la definición de los componentes debe de indicarse que la instalación de un SFVCR debe cumplir con todos los aspectos de seguridad y calidad de la energía indicados en las Normas de Calidad del Servicio de los Sistemas de Distribución emitidas por la Superintendencia General de Electricidad y Telecomunicaciones (SIGET). Para mayor información consultar el siguiente enlace: https://www.siget.gob.sv/temas/electricidad/documentos/normativa-electricidad/ A manera de ejemplo, se presenta a continuación un procedimiento simplificado para el diseño y cálculo de una instalación solar fotovoltaica conectada a una red residencial.

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I. Datos básicos requeridos para el diseño Los datos básicos de partida para el diseño son los siguientes: Consumo promedio mensual de electricidad en casa: 225 kWh/mes Horas sol pico promedio anual de la localidad: 5 horas/día II. Cálculo del número de módulos Para calcular la cantidad de módulos se procede de la siguiente manera: Consumo promedio diario de electricidad: 225 kWh/mes / 30 días/mes = 7.5 kWh/día Cálculo de la potencia del generador fotovoltaico 7.5 kWh/día / 5 horas/día = 1.5 kW Para propósitos de los cálculos de este ejemplo se usan las características eléctricas del módulo A-150 M presentado anteriormente. Potencia del módulo: Número de módulos

150 W 1,500 W / 150 W/módulo = 10 módulos

III. Selección del inversor conectado a la red (grid tie) La selección técnica del mismo se hace en función de la potencia calculada y considerando que dicha potencia esté en el rango de la potencia especificada para dicho inversor. Otros datos importantes a considerar son los voltajes de entrada en corriente continua, el mínimo y el máximo que requiere el inversor para operar correctamente. Para propósitos de cálculo se usan los datos de un inversor conectado a la red cuyos datos son los siguientes: Potencia nominal 1,500 W Rango de voltaje de entrada Mínimo: Máximo:

120 VDC 350 VDC

Rango de potencia pico

1,200 W a

2,250 W

IV. Forma de conexión de los módulos Para determinar la forma de conexión de los módulos se requiere consultar la corriente y la tensión o voltaje en su Punto de Máxima Potencia indicados en la hoja técnica presentada por su fabricante. Utilizando las características eléctricas del módulo A-150 M se tiene: Corriente del Punto de Máxima Potencia: Tensión o voltaje Punto de Máxima Potencia:

4.4 A 34.0 V

Con la información anterior, se determina cuántos módulos se requieren conectar en serie para generar el valor mínimo y el valor máximo del voltaje de entrada al inversor: Para el valor mínimo de voltaje: 120 VDC/34 V = 3.5 (se requieren 4 módulos) Para el valor máximo de voltaje: 350 VDC/34 V = 10.3 (se requieren 10 módulos)

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Hay que tener presente que los valores indicados en la hoja del fabricante son para una temperatura de celda de 25°C y a una Irradiancia de 1,000 W/m2 (Condiciones de Prueba Estándar). Para las condiciones reales de trabajo la temperatura de la celda normalmente será mayor de 25°C y la Irradiancia menor que 1,000 W/m2, por lo tanto, el número de módulos requeridos para alcanzar el menor voltaje del inversor será mayor que el indicado. Para el voltaje máximo de entrada, no hay que aumentar el número de módulos, pues ese es el máximo valor de voltaje el cual no debemos de sobrepasar. De igual manera se debe de determinar el número de ramales que se deben de conectar en paralelo para generar la corriente que permita lograr la potencia nominal del inversor. El procedimiento para el cálculo de los ramales es el siguiente: Corriente para el menor voltaje de entrada del inversor 1,500 W / 120 VDC = 12.5 A Luego, con esta corriente calculada y la corriente del punto de máxima potencia del módulo determinamos el número de ramales. 12.5 A / 4.4 A = 2.8 (se aproxima a 3 ramales) Corriente para el mayor voltaje de entrada del inversor 1,500 W / 350 VDC = 4.3 A Como se indicó anteriormente, con esta corriente calculada y la corriente del punto de máxima potencia del módulo determinamos el número de ramales. 4.3 A / 4.4 A = 0.97 (se aproxima a 1 ramal) Considerando que la cantidad de módulos A-150 M requeridos es de 10 módulos, el generador fotovoltaico de 1.5 KW podría configurarse de dos maneras: 1. Una hilera de 10 módulos conectados en serie. 2. Dos hileras de 5 módulos conectados en serie. Se puede comprobar que con cualquiera de las configuraciones propuestas la potencia del generador será de 1.5 kW

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3.7 Normas para usuarios finales productores de energía eléctrica con recursos renovables Con el objeto de promover la generación de energía eléctrica con los recursos renovables solar, hidroeléctrico, geotérmico, eólico y biomasa; la Superintendencia General de Electricidad y Telecomunicaciones (SIGET) emitió el Acuerdo No. 367- E-2017, mediante el cual se presenta la “NORMA PARA USUARIOS FINALES PRODUCTORES DE ENERGÍA ELECTRICA CON RECURSOS RENOVABLES”. https://www.siget.gob.sv/temas/electricidad/documentos/normativa-electricidad/ La mencionada normativa se publicó el 11 de octubre de 2017, en el Diario Oficial No. 189, tomo 417. Para el usuario final productor renovable, llamado en la normativa UPR, interesado en emplazar dentro de sus instalaciones un Sistema Solar Fotovoltaico Conectado a la Red (SFVCR) que abastezca parte de su demanda interna, se presentan a continuación los aspectos más relevantes incluidos en dicha norma relacionados con el uso de dicha tecnología. • Sobre la potencia a instalar y la energía eléctrica a generar Un primer e importante aspecto de la normativa es que se aplica únicamente a usuarios que deseen instalar en el techo de su casa, edificio, etc. un SFVCR para abastecer parte de su consumo eléctrico. Quien desee comercializar parte o la totalidad de la electricidad generada deberá seguir los procedimientos propios de dicha actividad económica, llámese operador generador u operador comercializador. La potencia del SFVCR deberá de estimarse en concordancia con el potencial de energía solar del sitio y el consumo promedio mensual del usuario final productor renovable; así, si el generador FV tiene algún dispositivo para almacenamiento de energía (baterías); su generación eléctrica mensual debe ser menor o igual que el 90% del consumo promedio mensual. De no contar con almacenamiento, la normativa no indica ningún porcentaje, simplemente dice que debe ser menor. El consumo promedio mensual del usuario final productor renovable (UPR) a usarse para definir la potencia y la energía eléctrica del generador fotovoltaico será la potencia (kW) y la electricidad (kWh) de los últimos 12 meses registrados correctamente, contados a partir del mes anterior a la notificación de la instalación del SFVCR. De no contarse con las mediciones, la normativa indica el procedimiento a seguir. • Sobre la medición de la energía eléctrica Con el objeto de que la distribuidora de electricidad evalúe la factibilidad técnica de la conexión de sistemas fotovoltaicos en su red, el usuario final deberá de notificar a la misma la instalación de dicho sistema indicando su potencia y el estimado de la energía a generar; además, para lograr una correcta medición tanto de la energía tomada de la red como de la inyectada en la misma, el usuario deberá solicitar el cambio del medidor por uno bidireccional. La distribuidora notificará al usuario final productor renovable (UPR) si acepta o no la conexión del sistema fotovoltaico y el cargo por el cambio de medidor. La normativa indica en el Art. 10 la documentación e información técnica del SFVCR a presentar a la empresa distribuidora.

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• Sobre la facturación El Art. 25 de la normativa indica categóricamente que el “usuario final productor renovable no recibirá ningún pago por la energía inyectada a la red de distribución”. En dicho artículo se detalla además la forma como la empresa distribuidora facturará mensualmente la electricidad que suministre y cómo se valorará la energía eléctrica que el UPR inyecte, en condiciones temporales y excepcionales a la red. Otros aspectos incluidos en la normativa, y que requieren de la atención y observación de parte de los interesados en instalar un SFVCR son los siguientes: ͳͳ Seguridad y operación de las instalaciones. ͳͳ Calidad de la energía. ͳͳ Inspecciones y mantenimiento. ͳͳ Ampliación de la capacidad. ͳͳ Condiciones no permitidas. ͳͳ Transferencia de bienes. ͳͳ Disposiciones finales.

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CAPÍTULO

4

APLICACIONES DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA

4.1 Introducción En este capítulo se describe una selección de aplicaciones de la eficiencia energética a sectores industriales específicos tales como la industria textil, plásticos y alimentos. Las características particulares de cada industria y los procesos que conlleva requieren de sus propias tecnologías y estrategias de gestión energética. Una herramienta útil en la planificación y búsqueda de mejoras energéticas en los procesos industriales es el diagrama de proceso. Dicha herramienta describe gráficamente los elementos clave de una instalación o proceso completo. Por medio de dicho diagrama, pueden visualizarse las entradas y salidas de energía y materia prima, lo que ayuda a identificar los usos significativos de energía, así como las pérdidas e ineficiencias del proceso mismo. A partir de la esquematización de los procesos de producción industrial, el personal estará capacitado para planificar, organizar, dirigir y controlar las operaciones de producción. Asimismo, esto permitirá optimizar procesos productivos a fin de aumentar la productividad de una empresa, haciendo uso más eficiente de los recursos disponibles, y por tanto, obteniendo mejores resultados, lo cual potenciará la mejora de la calidad de los productos y el cuidado del medio ambiente. Es esencial que la empresa cuente con sólidos conocimientos sobre sus procesos, sistemas de gestión e indicadores, tecnología de máquinas, equipos, materiales, normas técnicas y otros procesos de manufactura, además de los insumos involucrados en los mismos. Las fases básicas de un proceso industrial son cinco: 1. 2. 3. 4. 5.

Manipulación de la materia prima. Operaciones físicas de acondicionamiento de la misma. Reacción química apropiada para su transformación. Separación. Elaboración de productos.

Estar familiarizado con el proceso que conlleva cada producto y sus variables más importantes es un prerrequisito para la recomendación de cambios operativos y tecnológicos orientados a una mayor eficiencia energética. Es indispensable poseer sólidos conocimientos de los procesos de producción, de tal manera que se constituyan en un punto de partida importante.

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4.2 Edificaciones y Comercios La aplicación de la eficiencia energética en las edificaciones y comercios es sumamente importante. Según estudios realizados, se afirma que los edificios utilizan un 40% de la energía final a nivel mundial. La particularidad de los edificios radica en la relevancia que puede tener el clima del lugar, los materiales de construcción y procesos de operación. Las instalaciones comerciales tales como tiendas, almacenes o cualquier otra edificación de uso permanente, presentan oportunidades comunes. Los edificios, al brindar un espacio de actividades para personas durante largos periodos de tiempo, deben proveer una serie de servicios y condiciones para la comodidad de los usuarios. Mantener condiciones internas de comodidad térmica en dichas instalaciones es una actividad energéticamente intensiva. Para el caso de climas tropicales como el nuestro, el consumo energético mediante aire acondicionado es típicamente el USE más importante en edificios. Para definir los IDE apropiados para edificios, es posible tomar en cuenta variables independientes que afectan el desempeño energético. Algunos IDE utilizados para caracterizar edificios son los siguientes: • Consumo energético de referencia por unidad temporal (mes, año, día, hora del día, etc.). • Consumo energético de referencia por superficie construida, útil, calefactada, iluminada, refrigerada, ventilada, de envolvente térmica, etc. (kWh/m2). • Consumo energético de referencia por tipo de material de construcción y porcentaje de superficie de envolvente con cada material. • Consumo energético de referencia por porcentaje de ocupación. • Consumo energético de referencia por tipo de planta y tipo de local, tipo de orientación de fachadas, etc. • Consumo energético de referencia por parámetros climáticos como temperatura, humedad, pluviosidad, horas de luz/año, etc. • Consumo energético de referencia por emisiones de CO2 a la atmósfera. Además, se puede analizar la evolución del consumo energético según los propios elementos de la estructura de usos y consumos, como por ejemplo, el tipo de combustible, tipo de instalación, equipo, etc. Las principales directrices sobre objetivos de mejora que en la actualidad se plantean en edificaciones, están relacionadas con las que se citan a continuación. Para plasmar este tipo de actuaciones en el marco de los sistemas de gestión de la energía, deben asociarse a cada objetivo –y sus correspondientes metas– unos plazos, medios y calendario de consecución: • Energías renovables: ͳͳ Incorporación de tecnologías de energías renovables (biomasa, solar térmica y principalmente solar fotovoltaica). • Combustibles: ͳͳ Disminución del consumo de combustibles y sustitución por otros menos contaminantes. ͳͳ Introducción de nuevas tecnologías e incremento de la eficiencia de combustibles. • Iluminación: ͳͳ Intensificación del aprovechamiento de la luz natural (con las consideraciones estudiadas en el Capítulo 2). ͳͳ Regulación automática (horaria y zonal) y temporizada de la iluminación. ͳͳ Incorporación de tecnología LED. ͳͳ Sustitución de luminarias por otras de mejor distribución lumínica.

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• Instalaciones térmicas y frigoríficas: ͳͳ En general, sustitución de equipos de calefacción y refrigeración por otros de mayor eficiencia, recuperación de energía y minimización de pérdidas (climatización de volumen variable, recuperadores de calor en centrales frigoríficas, variadores de frecuencia de ventilación, etc.). ͳͳ Incorporación de dispositivos de minicogeneración y minitrigeneración. En ciertas industrias que precisan de sistemas de refrigeración para su proceso productivo, la integración de la instalación de frío dentro de un sistema de cogeneración permite la utilización de cierta parte de la energía generada para este fin. La producción conjunta de electricidad, calor y frío se denomina entonces trigeneración. ͳͳ Estudio de mejoras en la distribución de la energía (tuberías, difusores, etc.).

Figura 4-1: Esquema de un sistema de trigeneración

• Envolvente térmica del edificio: ͳͳ Uso de aislamiento térmico en techos y muros. ͳͳ Protecciones solares para ventanas ͳͳ Uso de acristalamientos dobles con rotura de puente térmico y baja emisividad. ͳͳ Mejora de conservación de la energía en cerramientos, puertas y ventanas. ͳͳ Instalación de puertas dobles y cortinas de aire en las entradas principales. • Tecnologías de la información y la comunicación: ͳͳ Incorporación de sistemas de control y regulación automática del edificio. ͳͳ Incorporación de dispositivos de detección de puertas abiertas y luces encendidas; y temporizadores, como células fotoeléctricas crepusculares. ͳͳ Incorporación de escaleras mecánicas temporizadas. ͳͳ Incorporación de ofimática de alta eficiencia. • Organización: ͳͳ Ajuste del consumo energético a los ciclos de demanda naturales. ͳͳ Sensibilización de operadores de locales comerciales. ͳͳ Aplicación de técnicas estadísticas para optimización energética. Para edificaciones nuevas y existentes, es posible aplicar a certificaciones de edificios sostenibles. Dichas certificaciones, de naturaleza voluntaria, establecen requisitos y características deseables de los edificios para lograr un mayor nivel de sostenibilidad. Entre dichos sistemas de certificación se encuentran: LEED, BREAM, Passive House, RESET y HAUS. Esta última es una guía de sostenibilidad voluntaria desarrollada por la OPAMSS en El Salvador. Obtener una certificación nacional o internacional permite lograr, de forma sistemática, mejoras importantes en criterios de cuido del agua, sitios sotenibles, materiales, ambiente interior y eficiencia energética.

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4.3 Industria

4.3.1 Industria Textil

La energía es un componente importante de los costos en la industria textil. El aumento de los precios de los combustibles y la electricidad ha provocado un aumento de los costos en el proceso, lo que ha reducido la competitividad de los productos textiles en algunos mercados nacionales, en los cuales los productos importados pueden ser más baratos. La industria textil todavía se compone de una proporción muy alta de ‘cortar, hacer y recortar’ conducida por la gente y por lo tanto se centra en los beneficios proporcionados por los países de bajos salarios, a pesar de la llegada de la mecanización y la automatización. El sector textil y confección es una de las industrias principales de El Salvador. En los últimos años, la industria textil y confección nacional se ha especializado, contando ahora con mayor participación de actividades de paquete completo (desarrollo del diseño, costura, acabado y entrega de prenda terminada) que de maquila.

Figura 4-2:. Productos de la Industria Textil



Proceso de Producción

Se necesitan múltiples etapas de producción para la fabricación de fibras, hilos y textiles. Las materias primas para la fabricación de productos textiles son fibras, tanto naturales (i.e. algodón) como artificiales. La elección del material, naturales o artificiales o incluso mezclas, depende del campo de aplicación y de las propiedades deseadas del producto. Las propiedades tecnológicas de las fibras naturales (por ejemplo, longitud, finura, resistencia) pueden variar. Las fibras naturales y artificiales se procesan inicialmente en diferentes etapas de producción, de la siguiente manera: después de la cosecha y desmotado, las fibras de algodón se prensan en balas. Los fardos se entregan a la hilandería, siendo el primer paso la preparación de hilado. Aquí, el material de fibra es comprimido y condensado. Esta separación en fibras individuales va acompañada de una intensa limpieza. Posteriormente, las fibras se reúnen en una red. Esta red de fibra se nivela y reduce de peso en varios pasos. Luego, se da un aumento adicional en la finura y la introducción subsecuente de un giro que conduce al hilo. El hilo final se enrolla en tubos. Otras fibras naturales se procesan en diferentes pasos de producción. El procesamiento de fibras químicas es completamente diferente. En el llamado proceso de conversión, los cables grandes de hilos de filamentos se pueden rasgar o cortar según la longitud de la grapa. Por

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consiguiente, el procedimiento se denomina “extracción” o “conversión de corte”. Las fibras cortadas resultantes se pueden procesar en hilos básicos combinados con fibras naturales. El siguiente paso en el procesamiento es la preparación de tejido. Este es un sistema de hilos en la dirección longitudinal, que se combina en un conjunto de hilos paralelos. El haz de tejido se inserta en el telar. Durante la elaboración del tejido, se produce la etapa de fabricación posterior, la tela tejida. Una tela tejida se caracteriza por el cruce rectangular de dos sistemas de hilos. La forma en que se cruzan los hilos se llama estructura tejida o patrón de tejido. Un método alternativo para producir telas es la fabricación de tejidos de punto. Como resultado de la forma en que se construyen los puntos, las estructuras tricotadas son bastante sueltas y voluminosas. Las características de los tejidos de punto son alta porosidad, aislamiento térmico y buena capacidad de caída. Los textiles también se pueden producir según lo que se conoce como “no tejidos”, pudiéndose construir a partir de varias capas de bandas de fibra, una sobre otra, o de varias capas de tela no tejida. Las telas de fibra se pueden producir mecánicamente, aerodinámicamente o hidrodinámicamente. Después de la producción de tejidos, las telas están acabadas. El acabado también puede realizarse antes o durante el proceso de producción como acabado de fibras o hilados. Los principales propósitos del mismo son eliminar la suciedad y la contaminación, teñir o imprimir y modificar la superficie para mejorar las propiedades del producto así como obtener comfort. El último paso en la fabricación de un producto textil, es la producción de prendas de vestir listas para su uso, proceso en el que las telas se ensamblan por producción masiva según sea su aplicación, por ejemplo: prendas de vestir, textiles para el hogar y el mobiliario, etc. Los pasos de procesamiento para este paso son separación, ensamblaje y conformación. Las etapas individuales de procesamiento en la cadena de la figura siguiente pueden variar según el producto a elaborar.

Figura 4-3: Flujograma detallado del proceso integral productivo

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Medidas de eficiencia energética La lista muestra algunas de las medidas energéticas más prometedoras para la fabricación textil recomendadas por el proyecto SET (Save Energy Textiles, por sus siglas en inglés) creado por diversas compañías textiles europeas. Algunas medidas no son exclusivas para las empresas textiles, sin embargo, proporcionan amplios beneficios en el sector. Algunas medidas son específicas para algunos procesos de fabricación de textiles. • Aire comprimido: reducción de fugas en la red, todas las redes de tuberías que distribuyen aire comprimido generalmente tienen fugas; no se deben tolerar fugas superiores al 5%. Las fugas de aire comprimido suelen representar hasta el 30% del volúmen transferido. Dependiendo de los costos del precio de la energía, las fugas pueden costar anualmente varias decenas de miles de dólares. • L a iluminación LED que reemplaza el sistema de iluminación antiguo puede ofrecer un tiempo de amortización menor a dos años. • E conomizador para generadores de vapor: la instalación de un economizador para precalentar el agua puede ahorrar alrededor del 5% del consumo de combustible de una caldera. • L os controladores de frecuencia variable en los motores reducen la velocidad de los motores para garantizar el uso con la cantidad mínima de energía. Se pueden instalar controladores para ventilar o acondicionar habitaciones. • R eemplazar los viejos motores de eficiencia estándar con los nuevos de alta eficiencia puede traer ahorros de consumo entre 10% y 30% mientras se mantiene la producción. • L a optimización del diámetro del anillo con respecto al número de hilos de las máquinas tejedoras puede ahorrar hasta un 10% del uso de la energía del marco del anillo. • R ecuperación de calor de la instalación de aguas residuales de tintorería con un intercambiador de calor, tanques de agua y bombas para recuperar el calor del agua residual caliente. • O ptimizar las relaciones de enjuague en las máquinas de teñido puede llevar a ahorros significativos ya que el volumen de agua es significativamente menor. • L a recuperación de calor de los gases de escape de la secadora, puede ser utilizada para calentar el aire fresco suministrado al secador o al agua de servicio para el área de acabado con sistemas húmedos, produciendo ahorros de hasta el 30%. • O ptimizar la humedad del escape para optimizar las tasas de secado y el uso de energía, el aire que fluye a través del horno (y por lo tanto la tasa de escape) debe controlarse analizando el contenido de humedad del aire de salida. Esto puede conducir a un ahorro de hasta el 20% de la energía utilizada para la secadora. Otras buenas opciones: instalación de paneles fotovoltaicos para producir electricidad, implementación de un sistema de gestión energética, aislamiento de tuberías y equipos, corrección del factor de potencia.

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4.3.2 Industria de Plásticos

La industria de plásticos es sumamente importante en El Salvador y ha experimentado mucha diversificación. Los principales productos exportados son los esbozos (preformas) de envases para bebidas, las bolsas plásticas, las vajillas y artículos de uso doméstico y los empaques plásticos.

Figura 4-4: Productos de Plástico

En la actualidad, las pequeñas y medianas empresas del sector industrial concentran sus esfuerzos para mejorar el rendimiento de sus procesos, los cuales están plenamente ligados al consumo de recursos energéticos, en donde la mayoría de los casos tienen un alto impacto en los costos de operación. El procesado de plásticos implica un ciclo de demanda energética. La mayoría de procesos de transformación de plásticos implican una serie de equipos que deben estar listos para funcionar cuando se inicia la cadena de producción. Para entender el patrón de energía utilizada, es necesario conocer adecuadamente su proceso de producción como es descrito más adelante.

Proceso de producción Los procesos de transformación de los plásticos se pueden clasificar según los cambios del estado que sufre el plástico a lo largo de línea de fabricación (Equipos y dispositivos). En este caso se describen 3 procesos importantes que existen en la industria del plástico. • Proceso de inyección El proceso de inyección de termoplásticos se basa en fundir un material plástico y hacerlo fluir hacia un molde, a través de una boquilla. El moldeo por inyección es la técnica de procesamiento de mayor utilización para la transformación de plásticos. Su popularidad radica en la versatilidad para obtener productos de variadas geometrías y para diversos usos. En la actualidad, la mayoría de las máquinas inyectoras utilizan el principio del tornillo de Arquímedes para plastificar y bombear el material. En un tornillo de inyección se produce el fenómeno de plastificación debido al calor generado por la fricción del material con las paredes del barril y por el aporte de calor de las resistencias eléctricas alrededor del barril.

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La inyección es un proceso secuencial que está conformado por un conjunto de etapas que se denomina ciclo de inyección. El parámetro más importante, desde el punto de vista económico, es la duración o el tiempo de ciclo, pues finalmente de este dependen la productividad y el costo del proceso. dƌĂƐůĂĚĂƌŵĂƚĞƌŝĂƉƌŝŵĂ ĂůĞdžƚƌƵĐƚŽƌ

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Figura 4-5: Proceso de inyección

• Extrusión La extrusión es un proceso continuo para la producción de productos semielaborados tales como tuberías, perfiles, vainas de cable, películas, láminas y placas. Aunque el diseño de mohos y algunos componentes de extrusión son diferentes, cada producto tiene el mismo método de producción. El material plastificado en estado ahulado es forzado a pasar a través de una matriz para formar la pieza deseada. Después de pasar a través del dado o matriz, la pieza extruida que está parcialmente solidificada es pasada a través de un calibrador para dar la configuración final al elemento y para mantener las tolerancias requeridas. Luego, la pieza es enfriada por medio de agua o aire. Cuando el material se ha consolidado lo suficiente como para resistir los daños durante la manipulación, un sistema de estirado es utilizado para mantener una tensión constante en la pieza. Posterior al sistema de estirado, un mecanismo corta el producto en las longitudes deseadas para el traslado o transformación posterior.

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Figura 4-6: Proceso de extrusión

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• Soplado El moldeo por soplado se utiliza para hacer objetos huecos tales como botellas de plástico; en este proceso el plástico fundido es soplado con aire comprimido para dar la forma deseada. La unidad de inyección es similar a la de extrusión y moldeo por inyección. Con moldeo por extrusión-soplado, el plástico es extrudido en forma de un tubo. Luego, este elemento es transportado a un molde cerrado con la forma del producto final para ser soplado con aire comprimido y empujado contra la pared del molde. Finalmente, el molde de soplado es enfriado para que el producto final adquiera la rigidez deseada.

Figura 4-7: Proceso de soplado

Medidas de eficiencia energética Entre las medidas de eficiencia energética aplicables a la industria de plásticos, se pueden mencionar: • C ompruebe los parámetros de operación del proceso que se esté realizando. Las inconsistencias pueden significar un proceso inestable que pueda producir piezas defectuosas y a incrementar el consumo de energía. • E n los procesos de producción de productos plásticos, es clave el tiempo de operación, por lo que es recomendable optimizar dichos tiempos e investigar si existe nueva tecnología que reduce este tiempo de fabricación. • Revisar que los motores acoplados a las máquinas estén dimensionados adecuadamente,

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evitar rebobinarlos y reemplazar por más eficientes si es posible. • O ptimizar y controlar la cantidad de agua y temperatura en los procesos de enfriamiento; mantenga una buena ventilación alrededor de estos equipos. • S iempre que sea posible, desconecte los equipos que no estén en funcionamiento. • Es recomendable el aislamiento de los sistemas de calefacción de los procesos ya que el calentamiento de las unidades de plastificación en los procesos de inyección, extrusión y soplado utiliza cerca del 18% de la energía en los procesos de plastificación. Este sistema ha empleado convencionalmente resistencias eléctricas. Sin embargo, la transferencia de calor por radiación y convección hacia el medio ambiente genera pérdidas importantes de energía. • L os sistemas de aire comprimido constituyen alrededor del 17% del consumo de energía eléctrica en la industria plástica. En los sistemas de aire comprimido uno de los factores más importantes que influyen en su desempeño energético son las fugas de aire. • O tro aspecto a tener en cuenta en los sistemas de aire comprimido es el control de la temperatura de admisión, pues es indispensable para mantener niveles de eficiencia elevados, ya que un incremento en temperatura, implica una reducción de la densidad del aire y por lo tanto la reducción de capacidad del flujo másico y la presión del sistema. Se recomiendan temperaturas de admisión lo más bajas posibles.



4.3.3 Industria metalúrgica

La industria de la metal- mecánica constituye una de las industrias básicas más importantes de los países industrializados. Su grado de madurez es a menudo un exponente del desarrollo industrial de un país. El adecuado planteamiento de la industria metalúrgica tiene una importancia notable en el desenvolvimiento de otras industrias que se suministran de ella, como son la construcción de electrodomésticos, automóviles, maquinaria en general, construcción de edificios y otras numerosas industrias fundamentales para la producción de bienes y servicios. La industria de la metal mecánica en El Salvador produce, entre otros, barras y perfiles de aluminio, barras de hierro o acero, tubos y perfiles huecos de hierro y acero.

Figura 4-8: Productos de la industria metal-mecánica

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El sector metalmecánico no es especialmente intensivo en el uso de energía, aunque algunos de sus procesos requieren de forma específica el uso de electricidad y de calor. El uso de la electricidad en el sector es variado, pero generalmente es utilizado para calentamiento eléctrico y secado, en muchos casos se usa en recubrimientos anti corrosión y tratamiento de aguas residuales. Es necesario identificar cual es el área y/o las máquinas y equipos donde se consumen la mayor cantidad de energía y ubicar los problemas de pérdida de energía y las posibilidades de ahorro de energía.

Medidas de Eficiencia energética Para este sector, en general, las medidas de eficiencia energética se centran en los siguientes puntos: • U tilización de energía solar térmica como energía de apoyo al calentamiento de los baños u otros procesos con demandas de calor bajas. • Estudio de instalación de rectificadores de última tecnología (IGBT) en los procesos de recubrimiento por vía electroquímica. • Uso de variadores de frecuencia en motores de equipos rotativos. • Mejoras de iluminación: uso de lámparas de alto rendimiento y de sistemas automáticos (temporizados o por fotocélula) de encendido y apagado de la iluminación. • Compensación energía eléctrica reactiva. • Aprovechamiento de calores residuales. • Implantación de un sistema de gestión para la mejora de la eficiencia energética. Identificación de oportunidades de mejora de mantenimiento: aislamiento, mejoras de control: on-off vs continuo, etc.



4.3.4 Industria de Alimentos

La energía eléctrica es un servicio primordial para el funcionamiento en la elaboración de productos alimenticios, sin embargo, estos difieren en sus consumos, destacando claramente el subsector de productos congelados, el que es intensivo en enfriamiento, congelamiento y refrigeración. Los alimentos elaborados en El Salvador incluyen galletas, pan dulce, pan francés, yogurt, snacks, lácteos, embutidos, atún, entre otros.

Figura 4-9: Productos de la industria de alimentos

El sector alimenticio es un sector industrial muy variado, basado en materias primas muy diversas y con múltiples etapas de producción para cada producto final. La comprensión completa del contenido energético de los productos alimenticios y las oportunidades para la eficiencia energética y las energías renovables es un desafío y existen pocos estudios integrales centrados en la energía de todo el sector alimentario.

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Con el fin de determinar cuál etapa de producción tiene el consumo más intensivo, es necesario realizar un análisis de energía de cada uno de los procesos y equipos, ya que cada industria del sector posee estrategias de producción distintas.

Proceso de producción Para lograr identificar oportunidades concretas de ahorro de energía, es necesario en primer lugar, identificar y conocer los procesos productivos que ocupa cada empresa, en particular los equipos involucrados con sus variables de operación, tiempos de operación, etc. La comida se procesa por las siguientes razones: • • • • •

Preservación. Seguridad alimentaria. Crear variedad. Crear conveniencia. Fortificación de nutrientes.

En todos los tipos de procesos de alimentos, la mayor parte de la energía (40-80%) se utiliza para el procesamiento: la refrigeración, la esterilización por calor, la evaporación, la cocción y la deshidratación en particular requieren cantidades significativas de energía. Según Fellows (2017), menos del 8% de la energía consumida por la fabricación de alimentos no es para el uso de procesos (por ejemplo, iluminación de la instalación, calefacción, aire acondicionado y transporte en el sitio). Sin embargo, en algunos procesos también se utilizan cantidades significativas de energía para el empaquetado (15-40%), transporte de distribución (0.56-30%), agua de limpieza (15%) y almacenamiento (hasta 85% de aporte de energía total para alimentos congelados). Los tipos de procesos de alimentos se pueden clasificar en 4 tipos: • • • •

rocesos a temperatura ambiente. P Proceso con aplicación de calor. Procesos de absorción de calor. Post-procesos.

Proceso a temperatura ambiente Los procesos que se llevan a cabo a temperatura ambiente mejoran la calidad y apariencia de los alimentos producidos. Por lo tanto, son consideradas las operaciones de limpieza, clasificación o pelado como garantía que los alimentos con una calidad uniforme se preparen para el procesamiento posterior. Las operaciones mencionadas anteriormente son un método rentable de fabricación de alimentos para mejorar la calidad de la materia prima. En el caso de la reducción de tamaño o “trituración”, es la operación en la que el tamaño promedio de los trozos de alimentos sólidos se reduce mediante la aplicación de fuerzas de molienda, compresión o impacto.

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Los diferentes métodos de reducción de tamaño se clasifican según el rango de tamaño de partículas producidas:

1. cortar, rebanar y cortar en cubitos; 2. molienda a polvos o pastas; 3. emulsificación y homogenización.

Otro proceso que se da a temperatura ambiente es el mezclado, esta es una operación en la que se crea una composición uniforme a partir de dos o más componentes, dispersando uno dentro de los otros. El proceso de mezcla no tiene ningún efecto conservante y está destinado únicamente como una ayuda para alterar la calidad de los alimentos. Tiene aplicaciones muy amplias en muchas industrias de alimentos donde se usa para combinar ingredientes con el fin de lograr diferentes propiedades funcionales. En el caso de los alimentos fermentados; que están presentes en los principales sectores de la industria de procesamiento de alimentos, se incluyen los productos horneados, bebidas alcohólicas, yogur, queso y productos de soya, entre muchos otros. Durante la fermentación de los alimentos, los microorganismos seleccionados se utilizan para alterar la textura de los alimentos, preservar los alimentos mediante la producción de ácidos o alcohol, o para producir sabores y aromas sutiles. La selección de un procedimiento de limpieza depende de la naturaleza del producto a limpiar, los tipos y cantidades de contaminantes que probablemente estén presentes y el grado de descontaminación que se requiere. Los métodos de limpieza pueden ser procedimientos húmedos (por ejemplo, inmersión, pulverización) o procedimientos en seco (separación por aire, magnetismo o métodos físicos). En general, se requiere una combinación de procedimientos de limpieza para eliminar los diferentes contaminantes que se encuentran en la mayoría de los alimentos.

Procesos con aplicación de calor La aplicación de calor (por ejemplo, horneado) cocina los alimentos creando sabores y texturas que son atractivos para los consumidores. La aplicación de calor también proporciona un efecto conservante sobre los alimentos mediante la destrucción de enzimas, microorganismos, insectos y parásitos. El blanqueo, la pasteurización, la esterilización por calor, la evaporación y la deshidratación son procesos que utilizan calor, cada uno de los cuales tiene un objetivo específico en lo que respecta al producto alimenticio. Otros procesos más severos, que incluyen cocción, tostado y freído, tienen la intención de cambiar las características sensoriales de un producto, y la conservación se logra mediante un procesamiento adicional (por ejemplo, enfriamiento o congelación) o mediante la selección de sistemas de envasado adecuados.

Procesos de absorción de calor La conservación al reducir la temperatura de los alimentos ayuda a mantener las características sensoriales y el valor nutricional del producto alimenticio. El aumento de la demanda de alimentos frescos y comidas listas para el consumo ha incrementado la necesidad de refrigeración como un proceso para la preservación. La congelación continúa siendo un método importante de procesamiento para producir alimentos que tienen una larga vida útil. Se necesita un control cuidadoso para mantener una baja temperatura de almacenamiento y preparar

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los alimentos rápidamente en condiciones higiénicas estrictas para evitar el deterioro o la intoxicación alimentaria, aunque la necesidad de mantener las temperaturas frías o congeladas en toda la cadena de distribución es un costo importante para los productores y los minoristas. Como se menciona, al inicio de los procesos de producción de alimentos, los procesos de refrigeración implican un buen porcentaje del consumo energético de aquellas empresas que requieren de este proceso.

Post-procesos A medida que los alimentos se preparan para el consumo final, los fabricantes deben cumplir con los requisitos de apariencia, sabor y variedad de los consumidores. Los fabricantes colocan una variedad de recubrimientos en productos alimenticios para crear valor adicional para los consumidores. Revestimientos de pasta o pan rallado se aplican a pescado, carnes o verduras. Los recubrimientos de chocolate o compuesto se aplican a galletas, tortas y confitería. Los revestimientos de sal, azúcar, saborizantes o colorantes también se aplican a aperitivos, productos de panadería y confitería. También el envasado es una parte importante de todas las operaciones de procesamiento de alimentos. En los últimos 10 años se han producido avances sustanciales tanto en los materiales como en los sistemas de envasado, que han sido fundamentales tanto para reducir los costes de envasado como en el desarrollo de alimentos nuevos y mínimamente procesados.

Medidas de Eficiencia Energética Se mostrarán y analizarán aquí las potenciales oportunidades de eficiencia energética que se pueden aplicar en las industrias del sector de alimentos. Existen otras oportunidades de eficiencia energética que probablemente se encontrarán en las plantas del sector, además de las que se muestran a continuación: • Uso de motores de alta eficiencia: en la planta hay motores de tipo estándar y algunos pueden estar rebobinados, debido a esto, los motores pueden haber reducido su eficiencia y por lo tanto consumen más energía.



• I nstalación de luminarias de alta eficiencia: en la mayoría de las plantas, las luminarias son del tipo haluro metálico, que poseen una potencia alta en relación a la luminosidad que entregan. Utilizar luminarias que tengan un principio de funcionamiento de LED o inducción magnética, debido a que generan una sensación lumínica similar con potencias menores. • Instalación de variadores de frecuencia en ciclos de refrigeración y compresión de aire comprimido: cuando un compresor de tornillo se encuentra trabajando en vacío, consume una potencia media aproximada de 45% su potencia nominal en carga. Durante el tiempo que un compresor trabaja en vacío está derrochando energía sin aportar nada al proceso. • D esconectar transformadores en temporada baja, debido a que estos no abastecen procesos dentro de la planta durante esta temporada. • E xisten equipos como cocedores, evaporadores, secadores, hornos, estanques en general y líneas de vapor y condensado que pierden energía a través de la superficie, debido a que poseen una temperatura mayor con respecto a la ambiental; es por ello que se recomienda el aislamiento térmico a estos equipos y cañerías.

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• L a energía desechada junto a los gases de salida, ya sean gases de combustión o aire húmedo, provenientes de un horno o eventualmente de un secador, pueden ser reutilizados aproximadamente en un 40% en otro sector de la planta en donde se utilicen temperaturas menores a 80 [°C]. • U tilización de un sistema solar térmico: para calentar agua en los procesos que lo permitan. Esto evitará utilizar calderas o resistencias que consuman energía del sistema. • P ara mantener las condiciones de presión, evaporación y condensación de forma estable en el sistema de refrigeración, es necesario que la capacidad demandada por la instalación frigorífica sea exactamente la misma que proporcionan los compresores y condensadores, que también deben variar en igual proporción. La energía se puede ahorrar también gracias a la reutilización de los residuos de producción para la generación de energía. Los residuos biodegradables se procesan para la producción de biogás. El biogás es adecuado para usos como la cogeneración de calor y energía o el combustible para horno y/o la caldera.

4.4 Alumbrado público Hoy en día el alumbrado público juega un papel importante, no sólo para el desarrollo de la actividad económica de cualquier ciudad, sino como elemento determinante de la seguridad y el bienestar. Se entiende como alumbrado público a todo tipo de iluminación al aire libre y recintos abiertos, en zonas de dominio público o privado para su utilización nocturna.

Figura 4-10: Alumbrado público en carreteras

El alumbrado público ha sufrido variaciones desde sus orígenes, tanto en su alcance como en sus medios y sistemas técnicos empleados. Hoy no es concebible pensar en planificar un alumbrado público si no se tiene en cuenta tres objetivos básicos: procurar un bajo consumo energético, conseguir un mínimo impacto ambiental y obtener una aceptable recuperación de la inversión. Para conseguir este buen alumbrado se debe analizar y buscar un equilibrio entre estos diferentes aspectos que influyen en el diseño de las instalaciones de alumbrado combinando la eficacia con el ahorro.

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Para el caso del alumbrado público, es necesario conocer variables que sean tanto cualitativas como cuantitativas. Además, debido a la diversidad de usos y consumos existente en este tipo de servicios, una detallada definición de su estructura permite realizar análisis más minucioso de los consumos de este sector. La clave en el alumbrado público es iluminar donde necesitamos, cuando la necesitamos y con la cantidad de luz apropiada.

Medidas de Eficiencia energética Los instrumentos y soluciones que se tienen al alcance para desarrollar los objetivos de eficiencia energética son diversos. Por un lado, se poseen elementos físicos que integran instalaciones de alumbrado, como lámparas, sistemas de encendido y apagado, reguladores de flujo, balastros, luminaria, entre otros; con el fin de ir sustituyendo progresivamente los equipos más antiguos e ineficientes por equipos de nueva generación que optimicen los recursos energéticos. • M antenimiento de todos los componentes del alumbrado. Realizar revisiones de comprobación y ajustes de funcionamiento de los equipos de regulación y control; también es conveniente realizar limpieza en los reflectores y difusores externos. • U tilización óptima de equipos de control; manejar adecuadamente los tiempos de encendido y apagado mediante fotoceldas y controles programables. • E s recomendable analizar la posibilidad de utilizar reguladores de niveles luminosos. Detallando el funcionamiento, estos elementos reducen o incrementan su voltaje progresivamente hasta alcanzar el nivel luminoso deseado. No obstante, se recomienda desconectar de la red durante las horas en que la iluminación no funciona, evitando de esta forma su reducido consumo en vacío. • U tilizar balastros electrónicos, este es un dispositivo que estabiliza la potencia de la lámpara y consecuentemente, el consumo en red frente a variaciones de potencia; este elemento reduce el consumo energético del equipo y a su vez, sustituye al balastro electromagnético, condensador y arrancador en las lámparas de sodio a alta presión. • S ustitución de luminarias, por otras más eficientes. El rápido desarrollo de los LEDs (Light Emiting Diodes) como nuevas fuentes de emisión luminosa ha permitido que sean consideradas para iluminación y no solamente como indicadores luminosos como en el pasado. Estas poseen reducido consumo energético (y además la disminución también en los costos de mantenimiento de las instalaciones). Hoy en día hay un fuerte impulso a la renovación del alumbrado público municipal por tecnología LED de alta eficiencia.

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CAPÍTULO

5

TECNOLOGÍAS EMERGENTES

5.1 Almacenamiento energético 5.1.1 Introducción Como se ha mencionado a lo largo del manual, el ser humano realiza diversas transformaciones energéticas (por ejemplo convertir la energía en un combustible en calor). Algunas veces, existe un mecanismo para almacenar una reserva de energía para su uso posterior y a una rapidez de uso que no depende de la rapidez de transformación inicial. En efecto, existe una diferencia entre la rapidez de transformación de la energía primaria y la rapidez de utilización de la misma. En términos generales, el flujo de energía de una fuente primaria no es constante y depende de la estación, hora del día y condiciones climáticas. La demanda de energía tampoco es constante. Por lo tanto, se necesita un mediador entre la fuente de energía y su consumo. En el pasado, el problema del almacenamiento energético era resuelto apilando pedazos de madera para quemarlos en el invierno o mediante sistemas de resortes para una rueda de agua. Posteriormente, el uso de combustibles más concentrados, tal como el carbón y la gasolina, se convirtieron en los más importantes. El uso de tanques con combustibles es empleado hoy en día para almacenar energía de una forma segura y sencilla. Las energías renovables no convencionales (solar, eólica) han generado un creciente interés, sin embargo, la mayoría de fuentes renovables de energía no proveen un suministro constante y a diferencia de los combustibles, no se pueden almacenar directamente. Se requiere, por tanto, sistemas de almacenamiento secundarios o contar con la reserva en el sistema de potencia para compensar las variaciones. Una desventaja de la electricidad es la dificultad de almacenarla en cantidades suficientes. Los sistemas de almacenamiento secundarios permiten convertir la energía en una forma adecuada para almacenamiento, mantener dicha energía por un tiempo y regresar la energía necesaria al sistema cuando se necesite, en la forma requerida por el usuario. Las posibles aplicaciones para un usuario de energía en la industria son muy prometedoras. Por ejemplo, con un sistema de almacenamiento sería posible cubrir parte de su demanda durante las horas pico para reducir el costo por distribución. Las nuevas tecnologías para el almacenamiento de energía permiten flexibilidad, reducir o evitar costos y aumentar la rentabilidad.

5.1.2 Aplicaciones del Almacenamiento Energético Los sistemas de almacenamiento energético pueden proveer diversos servicios a los sistemas de energía. Las aplicaciones van más allá de la red eléctrica pues hay aplicaciones de uso de energía térmica (calor o frío). Como un valor agregado, pueden brindar servicios de apoyo a los sistemas y estabilidad ante las variaciones del suministro y demanda. A medida que hay mayor penetración de fuentes de

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energía renovable no convencional, su necesidad se vuelve más evidente. A continuación se presenta un cuadro con aplicaciones típicas del almacenamiento energético.

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Tabla 5.1: Características claves de los sistemas de almacenamiento para aplicaciones particulares en el sistema de energía.

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Figura 5-1: Tipos de aplicaciones de almacenamiento de energía

A continuación se describen los términos utilizados en el cuadro anterior: • Almacenamiento estacional (seasonal storage): Permite almacenar por días, semanas o meses para compensar variaciones estacionales en la demanda o suministro de energía (por ejemplo, almacenar calor en el verano para utilizarlo en el invierno mediante un sistema de almacenamiento de energía térmica bajo tierra). • Arbitraje (Arbitrage): Es una estrategia de comercio entre dos mercados energéticos. El almacenamiento de energía a bajo precio durante períodos de baja demanda y su posterior venta durante períodos de alta tasación dentro del mismo mercado se denomina comercio de almacenamiento. • Regulación de frecuencia (Frequency regulation): Se conoce como el balanceo de las continuamente cambiantes oferta y demanda dentro de un área de control en condiciones normales. La gestión se realiza con frecuencia de forma automática, en intervalos de tiempo de un minuto o menos. • El seguimiento de carga (Load following): Después de la regulación de frecuencia, es el segundo mecanismo de balanceo eléctrico para una operación continua en condiciones normales. El seguimiento de carga gestiona las fluctuaciones del sistema en un período de tiempo que puede oscilar entre 15 minutos y 24 horas, y puede gestionarse mediante el control automático de generación, o manualmente. • Soporte de voltaje (Voltage Support): Se conoce como la inyección o absorción de potencia reactiva para mantener los niveles de voltaje en el sistema de transmisión y distribución en condiciones normales.

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• Inicio en negro (Black start): En la rara situación en que el sistema de energía se colapsa y todos los demás mecanismos auxiliares han fallado, las capacidades de inicio en negro permiten que los recursos de suministro de electricidad se reinicien sin extraer electricidad de la red. • Alivio de congestión en transmisión y distribución (T&D) y aplazamiento de inversiones en infraestructura (Transsmission and Distribution congestion relief): Las tecnologías de almacenamiento de energía se utilizan para cambiar temporal o geográficamente el suministro o la demanda de energía a fin de aliviar los puntos de congestión en las redes de transmisión y distribución (T&D) o para aplazar la necesidad de una gran inversión en T&D. • Cambio de demanda y reducción de picos (Demand shifting and peak reduction): La demanda de energía puede modificarse para que coincida con el suministro y para ayudar en la integración de los recursos de suministro variables. Estos cambios se pueden facilitar al cambiar el tiempo en el que se llevan a cabo ciertas actividades (por ejemplo, el calentamiento del agua o el espacio) y se pueden usar directamente para facilitar activamente una reducción en el nivel máximo de demanda de energía. • Fuera de la red (Off-grid): El almacenamiento de energía se puede utilizar para llenar los vacíos entre los recursos de suministro variable y la demanda. Los consumidores de energía fuera de la red a menudo dependen de recursos fósiles o renovables (incluidas las fuentes renovables variables) para proporcionar calor y electricidad para garantizar un suministro de energía confiable a usuarios fuera de la red y para soportar niveles crecientes de uso de recursos locales. • Integración de recursos de suministro variable (Variable supply resource integration): El uso del almacenamiento de energía para cambiar y optimizar la salida de los recursos de suministro variable (por ejemplo, eólico, solar), mitigando los cambios de producción rápidos y estacionales, además reduciendo las brechas temporales y geográficas entre la oferta y la demanda para aumentar la calidad y el valor de la oferta. • Utilización del calor residual (Waste heat utilisation): El uso de la tecnología de almacenamiento de energía para el desacoplamiento temporal y geográfico del suministro de calor (por ejemplo, las instalaciones de cogeneración, las centrales térmicas) y la demanda (por ejemplo, para calentar / enfriar edificios, suministrar calor de procesos industriales) para utilizar el calor desperdiciado previamente. • Calor y potencia combinados (Combined heat and power): El almacenamiento de energía eléctrica y térmica se puede utilizar en instalaciones combinadas de calor y energía para cerrar las brechas temporales entre la electricidad y la demanda térmica. • Reserva rodante y reserva no rodante: La capacidad de reserva para el suministro de electricidad se utiliza para compensar una pérdida rápida e inesperada en los recursos de generación con el fin de mantener el sistema equilibrado. Esta capacidad de reserva se clasifica según el tiempo de respuesta como rodante; para tiempos de respuesta menores a 15 minutos, mientras que para tiempos de respuesta mayores a 15 minutos se clasifican como reserva no rodante.

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Los tiempos de respuesta más rápidos son generalmente más valiosos para el sistema. En algunas regiones, la capacidad de reserva se conoce como “reserva de contención de frecuencia”.

5.1.3 Tecnologías para el almacenamiento energético El almacenamiento de energía juega un papel vital en la economía global moderna. Tanto los servicios públicos como los gobiernos almacenan petróleo y gas, mientras que en las estaciones de servicio más pequeñas almacenan gasolina y todos los automóviles llevan el tanque de combustible para proporcionarles la capacidad de recorrer largas distancias. El almacenamiento doméstico de agua caliente también es habitual en los hogares modernos. Sin embargo, cuando se trata de energía eléctrica, el almacenamiento es inusual, a excepción del uso a pequeña escala de baterías. Parte de la razón de esto es que el almacenamiento de electricidad, aunque puede ser logrado de varias maneras, es difícil. En la mayoría de las tecnologías de almacenamiento, la electricidad se debe convertir en alguna otra forma de energía antes de poder almacenarla. Por ejemplo, en una batería se convierte en energía química, mientras que, en una central hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo, la energía eléctrica se convierte en la energía potencial contenida dentro de una masa elevada de agua. La conversión de energía hace que el proceso de almacenamiento sea complejo y la conversión en sí misma es a menudo ineficiente. Estos y otros factores ayudan a hacer que un sistema de almacenamiento de energía sea costoso. A pesar de tales obstáculos, se han construido plantas de almacenamiento de energía a gran escala en muchos países. En la mayoría de los casos, estas instalaciones son centrales hidroeléctricas de almacenamiento por bombeo, que a menudo se construyen para capturar y almacenar energía de centrales nucleares de carga base durante los períodos de poca actividad. Muchas de estas plantas de almacenamiento se construyeron en la década de 1970. Más recientemente, se ha renovado el interés en tecnologías como el almacenamiento por bombeo para el soporte de la red, en particular en los países europeos que están instalando grandes capacidades de capacidad renovable, como la energía eólica y solar. Sin embargo, la economía del almacenamiento de energía a menudo hace que la construcción sea difícil de justificar en un mercado de electricidad liberalizado. A continuación se describen una serie de tecnologías que son ampliamente utilizadas para el almacenamiento de energía. • Almacenamiento por bombeo hidroeléctrico La energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo es la técnica más simple y más utilizada para almacenar energía eléctrica en la actualidad. Se implementó por primera vez en Suiza alrededor de 1904, y probablemente hay alrededor de 130 GW de capacidad en uso, aunque las estimaciones varían. Estas plantas varían en tamaño desde unos pocos megavatios hasta más de 1000 MW, con una capacidad máxima de cerca de 3000 MW. Las plantas se pueden encontrar en Australia y China en toda Europa y en Rusia, pero las mayores capacidades agregadas se encuentran en Japón y los Estados Unidos. Muchos se utilizan junto con las plantas de energía nuclear para que estas últimas puedan operar a plena potencia independientemente de la demanda. Sin embargo, algunas plantas más pequeñas también se utilizan para los picos que tienen funciones de administración de carga, independientemente de la disponibilidad de energía nuclear.

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Figura 5-2: Funcionamiento de almacenamiento por bombeo hidroeléctrico. Obtenido de: Australian Renewable Energy Agency (ARENA).

Este tipo de planta es extremadamente robusto y, aunque la eficiencia de ida y vuelta es inferior a la de otras tecnologías, las pérdidas de energía a largo plazo son bajas. Las fugas y la evaporación son las principales fuentes de pérdida y, si se manejan bien, la pérdida de agua se puede mantener pequeña. Hoy en día, esta es una de las pocas tecnologías disponible para el almacenamiento de energía a gran escala. El diseño básico de una central hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo incluye dos depósitos, uno sobre el otro, y una turbina / bomba capaz de generar energía del agua almacenada en el depósito superior y bombear el agua desde el depósito inferior hasta el superior. Para las plantas hidroeléctricas, en general, la energía disponible de un volumen dado de agua es mayor cuanto mayor es la altura del agua. En el caso de la planta de almacenamiento por bombeo, esta energía a almacenar es la distancia vertical entre el depósito superior y las turbinas. Cuanto mayor sea esta distancia, más energía puede almacenar una cantidad determinada de agua. Sin embargo, la energía del almacenamiento bombeado estará limitado por el tipo de turbina que se puede utilizar. • Almacenamiento energético con aire comprimido El almacenamiento de energía de aire comprimido es un sistema donde la energía se almacena en forma de aire presurizado por encima de la presión atmosférica. El aire comprimido tiene una larga historia como medio para almacenar y distribuir energía. Los sistemas basados en este medio de distribución de energía se instalaron a fines del siglo XIX en ciudades tan diversas como París (Francia), Birmingham (Reino Unido), Dresde (Alemania) y Buenos Aires (Argentina) para suministrar energía para motores industriales y uso comercial en México. Una variedad de aplicaciones incluyendo las industrias textiles y de impresión. Una planta con almacenamiento de energía de aire comprimido requiere dos componentes principales: un recipiente de almacenamiento en el que se puede almacenar aire comprimido sin pérdida de presión, y un compresor / expansor para cargar el recipiente de almacenamiento y luego extraer la energía nuevamente (de hecho, este último podría ser un compresor y un expansor separado). En operación, la planta es bastante análoga al almacenamiento de bombeado hidroeléctrico. El exceso de electricidad se utiliza para comprimir el aire con el compresor y el aire a mayor presión se almacena dentro de la

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cámara de almacenamiento. Esta energía almacenada se puede recuperar permitiéndole escapar a través del expansor, una turbina de aire que es esencialmente una compresa o que funciona en reversa. El aire en expansión impulsa la turbina de aire, que hace que un generador proporcione energía eléctrica.

Figura 5-3: Sistema de almacenamiento energético con aire comprimido. Obtenido de: Energy-Storage.news

• Baterías Las baterías son el medio más conocido para almacenar energía eléctrica. Inventado durante el siglo XIX, ahora se utilizan para una amplia gama de aplicaciones portátiles, desde la potencia del motor de arranque en vehículos hasta el suministro de una fuente eléctrica para teléfonos móviles, tabletas y pequeños dispositivos electrónicos como audífonos. Más recientemente, las baterías también se han utilizado en una gama de aplicaciones de energía renovable en su mayoría pequeñas, y además, algunas celdas grandes se han utilizado para el almacenamiento en la red y los usos de estabilidad. Una batería es un dispositivo que puede explotar una reacción química para producir electricidad. Las reacciones en las que se basa una célula definirán el tipo de célula particular. En todos los casos, la reacción ocurrirá espontáneamente si los reactivos se mezclan, generando calor en el proceso. Sin embargo, en la batería los reactivos están separados y solo se les permite reaccionar de una manera particular. • Almacenamiento de energía magnética por superconducción La superconductividad ofrece, en principio, la forma ideal de almacenar energía eléctrica. El sistema de almacenamiento comprende una bobina de material superconductor que se mantiene extremadamente frío. La electricidad máxima se convierte a DC y alimenta al anillo de almacenamiento donde se encuentra, listo para ser recuperado según sea necesario. Siempre que el sistema se mantenga por debajo de cierta temperatura, la electricidad almacenada en el anillo permanecerá allí indefinidamente sin perdidas. • Almacenamiento mecánico mediante volantes de inercia Un volante es un simple dispositivo mecánico de almacenamiento de energía que comprende una rueda grande en un eje equipado con cojinetes sin fricción. El volante almacena energía cinética como

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resultado de su rotación. Cuanto más rápido gira, más energía almacena. Siempre que haya un medio para extraer esta energía nuevamente, el sistema puede usarse para una variedad de aplicaciones de almacenamiento de energía. Los sistemas tradicionales basados en el volante se han utilizado como dispositivos de almacenamiento de energía mecánica durante miles de años. Piedras de molino, ruedas de alfarero y telares manuales los han utilizado para almacenar energía y suavizar los picos en la entrega de energía con la mano o el pie. Dispositivos de almacenamiento de energía de volante simple también están instalados en todos los motores de pistón para mantener un movimiento suave del motor. El volante del motor está unido físicamente al eje de levas del motor y, como los pistones hacen que el eje de levas gire, introducen energía en el volante. Para aplicaciones de almacenamiento de electricidad, la energía normalmente se alimenta al volante con un motor-generador reversible. Un volante depende de una masa giratoria para almacenar energía que luego se mantiene en la energía cinética de rotación del rotor. La energía almacenada es proporcional al momento de inercia del rotor sobre su eje (directamente relacionado con su masa) y su velocidad de rotación. • Supercapacitores Los capacitores son dispositivos eléctricos o electrónicos que almacenan energía en forma de carga electrostática. El capacitor más simple comprende dos placas metálicas separadas por un pequeño espacio de aire para que no pueda pasar corriente entre ellas. Cuando se aplica un voltaje a través de él, las placas se cargan estáticamente y esta carga puede ser liberada más tarde creando un cortocircuito entre las placas o aplicándola a un componente que necesite electricidad. Los capacitores son componentes clave de la electricidad y la electrónica. Desde finales de la década de 1970, se encuentra disponible un nuevo tipo de capacitor, denominado supercapacitor, puede almacenar cantidades mucho más grandes de energía. Estos se basan en procesos electroquímicos que son similares a los de las baterías y que tienen capacidades millones de veces mayores que los capacitores tradicionales. • Celdas de Hidrógeno El hidrógeno ofrece un medio de almacenamiento de energía potencial debido a su versatilidad. El gas se puede producir por electrólisis del agua, lo que facilita su integración con la generación de electricidad. Una vez hecho, el hidrógeno se puede quemar en centrales térmicas para generar electricidad nuevamente o se puede usar como fuente de energía para pilas de combustible. En ambos casos el único producto de combustión es el agua. Potencialmente, también se puede utilizar como un reemplazo automotriz para el petróleo o el gas natural. Finalmente, el hidrógeno tiene una alta densidad de energía, lo que lo convierte en un medio eficiente para almacenar energía. Por todas estas razones, el hidrógeno ha sido visto como un potencial reemplazo de combustibles fósiles en una futura economía energética. Para que esto sea factible, se deben superar varios problemas, incluida la mejora de la eficiencia de su producción y encontrar un medio económico para almacenarlo para aplicaciones automotrices. Mientras tanto, se está explorando el uso limitado de hidrógeno como medio de almacenamiento de energía para fuentes renovables intermitentes como la energía eólica.

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Se presenta una visión del almacenamiento de la electricidad considerando un escenario de aumento en la temperatura de la tierra en 2° C (Escenario de 2° o 2DS) según como presenta el documento «Perspectivas de tecnología energética» (2014). El informe menciona que, debido a las limitaciones de los datos y la capacidad de modelado, esta visión se limita a las categorías de almacenamiento de electricidad existentes conectadas a la red para satisfacer las necesidades diarias de almacenamiento de energía en China, India, la Unión Europea y los Estados Unidos, donde las aplicaciones de nivelación de la carga ayudan a optimizar la alta penetración de la generación variable renovable. Dentro de estas restricciones, en un escenario donde la electricidad renovable variable alcanza entre el 27% y el 44% de la producción de electricidad en 2050, se necesitarían 310 GW de almacenamiento adicional en estas cuatro regiones principales, que representan el 85% de la demanda de electricidad en 2050. Esta visión limitada del escenario de 2 grados no implica una falta de potencial a gran escala para las tecnologías de almacenamiento de energía térmica ni para otros sistemas de almacenamiento de electricidad, incluidos los de aplicación en comunidades remotas y fuera de la red. Más bien, ilustra la necesidad de establecer una cooperación internacional y nacional de creación de datos para respaldar las evaluaciones globales respecto al potencial de almacenamiento de energía, fomentar la investigación del almacenamiento de energía, monitorear el progreso y evaluar los puntos prioritarios que impiden el desarrollo del almacenamiento energético. Dentro del documento se mencionan variantes de cada escenario donde se mencionan recurrentemente en el texto y forman parte del pronóstico. Estos escenarios son los siguientes: • Un escenario de “2 ° grado de aumento en la temperatura” que impulsará el desarrollo de tecnologías de almacenamiento que hagan frente al aumento de la demanda; • Un escenario de «avance» (o innovador) con reducciones impactantes en costos para las tecnologías de almacenamiento; • Un escenario de donde se incluye la participación de «vehículos eléctricos» con una respuesta a la demanda y que además agrega flexibilidad al sistema. En forma general se pronostica que, debido a una impactante reducción de costos en tecnologías emergentes de almacenamiento, tendrá como resultado una igualación en las tecnologías actuales de almacenamiento energético (como almacenamiento a través de bombeo hidráulico) que propiciará un despliegue de tecnologías de almacenamiento de vanguardia. La característica más destacada del escenario de 2 grados (según las perspectivas de tecnología energética, 2014) es un núcleo de electricidad limpia, ya que las tecnologías de energía renovable aumentan su participación en la generación de electricidad en todo el mundo del 20% al 65% para 2050, y las fuentes renovables variables suministran el 29% de la producción total de electricidad a nivel mundial. La publicación Perspectivas de tecnología energética (2014), explora el papel futuro de las tecnologías de almacenamiento diario de electricidad en un rango de sensibilidades con respecto a los costos futuros, así como el rendimiento de las tecnologías de almacenamiento y competencia. El escenario de las Perspectivas de tecnología energética (2014) respecto al escenario de los 2°C sirve

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como un caso de referencia que determina la expansión de la capacidad de las tecnologías de generación de energía desde ahora hasta 2050, para cumplir con los objetivos de una reducción en las emisiones de carbono. La flexibilidad e impacto de utilizar tecnologías de almacenamiento dentro del sistema eléctrico resultante se explora utilizando un modelo lineal en el que el costo de operación del sistema eléctrico se minimiza al determinar el comportamiento de las tecnologías de generación acopladas al almacenamiento durante cada hora en un año determinado. Este enfoque permite una evaluación detallada de las necesidades que debe cumplir la tecnología de almacenamiento dentro de la flota de generación de energía en una variedad de condiciones para comparar con otras tecnologías que compiten y que proporcionan los mismos servicios.

Figura 5-4: Cuotas de electricidad generadas por variables renovables por región

Necesidades de inversión para el almacenamiento. El nivel de inversión requerido en tecnologías de almacenamiento de electricidad varía para los diferentes escenarios de las cuatro regiones modeladas (China, India, la Unión Europea y los Estados Unidos) • Un estimado de USD 380 mil millones el escenario de vehículos eléctricos. • Un estimado de USD 590 mil millones en el escenario de 2 grados. • Un estimado de USD 750 mil millones en el escenario innovador. Se supone que los costos de capital para las tecnologías de almacenamiento de electricidad son USD 1500 / kW y USD 50 / kWh en el escenario de 2 grados y vehículos eléctricos, mientras que en el escenario de avance se supone que son 1 200 / kW y USD 30 / kWh en 2050. Estas necesidades de inversión son sólo una fracción de los USD 18 billones de inversión necesarios en la generación de energía en el escenario de 2 grados en estas cuatro regiones.

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Impacto ambiental de utilizar tecnologías de almacenamiento El despliegue a gran escala de almacenamiento de electricidad y tecnologías de generación de energía en todos los casos estudiados, genera algunos impactos ambientales que no deben pasarse por alto. En siguiente figura se propone una comparación con tecnologías de energía convencionales que muestra un impacto similar. Sin embargo, las cifras agregadas tienen un valor limitado, ya que, en última instancia, son los proyectos individuales los que tienen un alto impacto a nivel local y podrían enfrentar importantes barreras para el despliegue de nuevas tecnologías de almacenamiento.

Figura 5-5: Potencia hídrica almacenada por bombeo, energía almacenada por aire comprimido, baterías de flujo y otras baterías en general.

Factores regionales para el despliegue de almacenamiento de energía La variedad de posibles servicios que pueden proporcionar las tecnologías de almacenamiento dificulta la definición de escenarios de desarrollo e implementación globales detallados. Además, la viabilidad operacional de un sistema de almacenamiento energético y sus beneficios está sujeta a las regulaciones locales y las estructuras del mercado. Dado que los costos y beneficios del almacenamiento de energía son específicos de la región, se deben desarrollar escenarios óptimos en escalas más pequeñas, con un enfoque particular en las necesidades regionales y las futuras combinaciones de generaciones. Los países y las regiones adoptan tecnologías de almacenamiento de energía en contexto con sus objetivos económicos, ambientales y energéticos. Por lo tanto, siempre que sea posible, los costos y beneficios de tecnologías específicas o clases de tecnología deben evaluarse en este contexto. Se deben tener en cuenta las siguientes características regionales al analizar las oportunidades potenciales de implementación: • Perfiles actuales y futuros de la oferta de energía y la demanda, incluida la disponibilidad de recursos. • Estructura regulatoria y de mercado, incluida la estructura de precios para los servicios de energía y distribución. • Estado de las inversiones en infraestructura existentes y planificadas, incluidas aquellas para redes de transmisión y distribución.

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• Nivel actual y necesidades futuras de flexibilidad del sistema. • Otras opciones competitivas para la flexibilidad del sistema. Es por esta razón que hacer un análisis específico para El Salvador puede ser un reto.

5.2 Movilidad Eléctrica En 1978, un galón de gasolina se vendía por un dólar más que en 1960. Ahora los precios suben a medida que las reservas se reducen y los suministros son menos seguros. Antes de la década de 1970, el automóvil estadounidense típico tenía 22 veces más sobrepeso que un conductor de 150 libras. Era sobredimensionado, demasiado grande, y poseía un alto consumo. Sin embargo, a fines de la década, los autos estadounidenses estándar redujeron su peso así como las dimensiones exteriores. Estos rediseños produjeron vehículos más pequeños y livianos que funcionaban con solo la mitad de los cilindros del motor V-8, el que anteriormente fuera dominante. Como el precio del petróleo para los motores de gasolina y diesel converge con el de las fuentes de energía alternativas, los nuevos sistemas de energía serán ampliamente utilizados. Los motores eléctricos de baterías tienen sus ventajas (silenciosos, menos contaminantes y más simples), pero sus desventajas de rango limitado entre recargas (también limitadas), peso y volumen, reducen su potencial de mercado. Los nuevos sistemas de baterías podrían ofrecer un mejor rendimiento, pero tardaron en llegar. La eficiencia también se puede incrementar utilizando volantes para igualar las demandas de potencia de las baterías durante la aceleración y la subida de pendientes.

Figura 5-6: Aspecto de un vehículo eléctrico

Puede que los vehículos eléctricos representen solo un pequeño porcentaje del sistema de transporte a nivel global, pero no por mucho tiempo. La figura 5-7 representa una proyección realizada por Morgan Stanley, esta indica un crecimiento exponencial en el mercado de vehículos eléctricos, que representa actualmente entre 1-2% del total de vehículos con sistema de combustión interna.

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Como se puede observar en el gráfico, las ventas de vehículos eléctricos sobrepasarán las de los vehículos tradicionales para 2038, así como el descenso de las ventas de los vehículos de combustión interna para inicios de la década de 2020.

Figura 5- 7: Proyección de Morgan Stanley 2017

Las nuevas matriculaciones de automóviles eléctricos (incluidos los híbridos con batería eléctrica y enchufables) aumentaron en un 70% entre 2014 y 2015, con más de 550 000 vehículos vendidos en todo el mundo en 2015. China superó a Estados Unidos como el mayor mercado para automóviles eléctricos en 2015, con más de 200 000 registros nuevos. En conjunto, estos dos mercados representaron más de la mitad de las nuevas matriculaciones de automóviles eléctricos en 2015. En 2015, el 90% de las ventas de automóviles se realizó en ocho mercados principales de automóviles eléctricos: China, Estados Unidos, Países Bajos, Noruega, Reino Unido, Japón, Alemania y Francia. Todos estos mercados, excepto Japón y Estados Unidos, experimentaron un crecimiento sostenido entre 2014 y 2015. Las ventas aumentaron más del doble en los Países Bajos, donde la participación de mercado de los automóviles eléctricos alcanzó casi el 10%, la más alta en la Unión Europea y el segundo más alto a nivel mundial, después de Noruega (23%). El crecimiento anual de las ventas de automóviles eléctricos en 2015 también superó el 75% en Francia, Alemania, Corea, Noruega, Suecia, Reino Unido e India.

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5.2.1 Clasificación de los Vehículos Eléctricos Para cubrir las necesidades automotrices, se han propuesto y desarrollado varios conceptos de vehículos eléctricos híbridos. De acuerdo con el grado de hibridación, en la actualidad los vehículos eléctricos híbridos se pueden clasificar como vehículos eléctricos micro híbridos, híbridos leves, híbridos completos o enchufables, así como vehículos completamente eléctricos. Estos vehículos eléctricos híbridos se describen brevemente en las siguientes secciones. • Vehículos micro híbridos eléctricos Los vehículos eléctricos micro híbridos normalmente operan a bajos voltajes entre 12V y 48V. Debido a la baja tensión operativa, la capacidad de energía eléctrica a menudo es inferior a 5 kW, y por lo tanto, este tipo de vehículos tienen principalmente la función de arranque y parada automáticos. En circunstancias de frenado y ralentización, el motor de combustión interna se apaga automáticamente, por lo que su consumo de combustible se puede mejorar en un 5-10% durante las condiciones de conducción de la ciudad. Con el aumento de la capacidad de una batería de 12 V, algunos vehículos micro híbridos tienen un cierto grado de capacidad de frenado regenerativo siendo capaces de recuperar la energía en la batería. La mayoría de los sistemas eléctricos micro híbridos se implementan mejorando el sistema de alternador-arranque, donde se modifica el diseño de la correa convencional y mejora el alternador para permitir que el motor arranque y la batería se recargue. Las baterías de plomo-ácido son reguladas por una válvula (VRLA, por sus siglas en inglés), así como baterías esteras de vidrio absorbente (AGM) y baterías de gel que son ampliamente utilizadas en vehículos eléctricos micro híbridos. La mayor ventaja del vehículo micro híbrido es el menor costo, mientras que la principal desventaja es la incapacidad de recuperar toda la energía de frenado regenerativa. • Vehículos híbridos leves eléctricos En comparación con los vehículos eléctricos micro híbridos, los vehículos eléctricos híbridos leves normalmente tienen un tren de transmisión eléctrica independiente que proporciona 5–20 kW de potencia de propulsión eléctrica, y el sistema de transmisión eléctrica normalmente funciona a voltajes entre 48V y 200V. Los vehículos eléctricos híbridos suaves pueden hacer uso de un motor eléctrico para ayudar al motor de combustión interna durante las fases de aceleración agresiva, permitiendo recuperar la mayor parte de la energía regenerativa durante las fases de desaceleración. Por lo tanto, los vehículos eléctricos híbridos suaves tienen una gran libertad de optimizar la economía de combustible y el rendimiento del vehículo, y mejorar el confort de conducción. La arquitectura eléctrica híbrida suave se implementa, a menudo, de varias maneras dependiendo del grado de hibridación. Son implementaciones típicas, el cinturón de arranque-generador, acoplado mecánicamente a través de la correa del alternador, de manera similar a los micro híbridos, y el motor de arranque-generador, acoplado mecánicamente a través del cigüeñal del motor. Una característica distintiva de los vehículos eléctricos híbridos leves es que éstos no poseen un modo exclusivo de propulsión solo eléctrico. La mejora en el ahorro de combustible se logra principalmente al momento de detenerse el mismo, usando la potencia eléctrica para iniciar el vehículo, optimizando los puntos operativos del motor y minimizando los transitorios. El ahorro de combustible típico en vehículos que utilizan sistemas de propulsión híbrida suave está en el rango de 15 a 20%. • Vehículos híbridos completos eléctricos Los vehículos eléctricos híbridos completos (HEV) también se denominan vehículos eléctricos híbridos fuertes. En este caso, el sistema de accionamiento eléctrico tiene normalmente, más de 40 kW de potencia y funciona con un nivel de voltaje superior a 150 V, por lo que hay una mayor eficiencia de la operación del sistema eléctrico y el tamaño del componente / cable. El tren motriz eléctrico de un vehículo eléctrico híbrido completo es capaz de alimentar el vehículo exclusivamente durante períodos

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de tiempo cortos cuando el motor de combustión funciona con menor eficiencia, y el sistema de almacenamiento de energía está diseñado para poder almacenar la energía de frenado regenerativo libre durante varios escenarios de desaceleración. Estos vehículos también pueden proporcionar un rango de conducción eléctrico preciso de hasta dos millas para cumplir con algunos requisitos especiales, tales como el crucero silencioso, en ciertas áreas, y cero emisiones para la conducción en túneles y en interiores. El escenario de aplicación ideal para vehículos eléctricos híbridos completos es la operación continua de parada y arranque; por lo tanto, son ampliamente utilizados como autobuses urbanos y camiones de reparto. En comparación con los vehículos con motores de combustión interna tradicionales, la economía de combustible general de un vehículo eléctrico híbrido completo, en el escenario de conducción urbana podría mejorar hasta en un 40%. • Vehículos eléctricos Los vehículos eléctricos (VE) son operados únicamente con energía eléctrica. Actualmente, la mayoría de los vehículos eléctricos emplean baterías de iones de litio como sistema de almacenamiento de energía, con un enchufe para conectarse a la red eléctrica para cargar la batería. La capacidad del sistema de almacenamiento de energía juega un papel crucial en la determinación del rango de conducción eléctrica del vehículo. Sin embargo, aumentar la capacidad de almacenamiento de energía resultaría en un aumento de la masa y el volumen del vehículo, y demandando, además, bastante tiempo para cargar la batería sin una instalación de carga rápida. La mayoría de este tipo de vehículos eléctricos en el mercado tienen un rango eléctrico de 80 a 150 millas, mientras en el futuro cercano, se podrían alcanzar rangos de 300 a 400 millas con un sistema de batería de vanguardia con capacidad de almacenamiento de más de 80 kWh. Una preocupación importante con tales vehículos eléctricos alimentados por batería (BEV) es la limitación del rango, y entre los desafíos técnicos que actualmente impiden el progreso con este tipo de vehículos, se encuentran la necesidad de reducir significativamente los tiempos de carga de los enchufes y predecir la energía restante en la batería. A largo plazo, un vehículo eléctrico propulsado por celdas de combustible podría ser una solución y podría surgir en los mercados automotrices si se superan las barreras técnicas y económicas restantes y se establece una infraestructura de hidrógeno. • Vehículos híbridos enchufables Los vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV) comparten características comunes, tanto de los vehículos eléctricos híbridos completos como de los totalmente eléctricos, con la capacidad de cargar la batería a través de una toma de CA conectada a la red eléctrica. El tren motriz eléctrico de los PHEV normalmente tiene una capacidad de potencia eléctrica de 80–150 kW que permite que el vehículo opere exclusivamente en modo eléctrico con un alcance de 20–60 millas en la mayoría de las rutas diarias. Al igual que los BEV, un PHEV también usa la energía de la red para cargar la batería. Durante una ruta de conducción, el vehículo normalmente opera primero en modo eléctrico utilizando la energía almacenada en la batería; una vez que la batería se agota a un cierto nivel, el motor de combustión interna comienza a impulsar el vehículo y la batería proporciona energía eléctrica suplementaria y almacena energía de frenado regenerativo como un HEV completo para mejorar la economía de combustible y el rendimiento dinámico, y también para reducir las emisiones.

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Bibliografía Toda los recursos en línea fueron verificados en septiembre y octubre de 2018. [1] American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc.. (2015). 2015 ASHRAE Handbook - Heating, Ventilating, and Air-Conditioning Applications (SI Edition) - 36.5.1 Energy Audits. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc.. Recuperado de https://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt00UMBY71/ashrae-handbook-heating/energy-audits [2] Capehart, Barney L.; Turner, Wayne C.; Kennedy, William J. , Guide to energy management. The Fairmont Press, Inc., 2006. [3] Doty, Steve, Turner, Wayne C. Energy management handbook. CRC Press, 2004. [4] ISO, ISO. 50001: 2011-Sistemas de gestión de la energía-Requisitos con orientación para su uso. Internacional Organization for Standardization (2011) [5] Kimberly Clark (2012) Increasing our energy efficiency While seeking lower carbon solutions. [7] Organismo Salvadoreño de Normalización (2011) ANTEPROYECTO NORMA TÉCNICA SALVADOREÑA. San Salvador, El Salvador. [8] AIMME, La eficiencia energética en el sector del metal, Interempresas.net, 2010, Obtenido de: http://www.interempresas.net/MetalMecanica/Articulos/37760-La-eficiencia-energetica-en-el-sector-del-metal.html [9] ASI El Salvador, Ranking de exportadores industriales /2017 [10] Bloch, Heinz P. Budris, Allan R.. (2014). Pump User’s Handbook - Life Extension (4th Edition) - 4.3 Energy Operating Cost Savings Potential. Fairmont Press, Inc.. Recuperado de https://app.knovel. com/hotlink/pdf/id:kt00U8YCQ1/pump-users-handbook-life/energy-operating-cost [11] Breeze, Paul. (2014). Power Generation Technologies (2nd Edition) - 10. Power System Energy Storage Technologies. Elsevier. Obtenido de https://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt00U84CR8/ power-generation-technologies/power-system-energy-storage [12] Brownstein, Arthur M.. (2015). Renewable Motor Fuels - The Past, the Present and the Uncertain Future - 9.3 Fuel Cells. Elsevier. Recuperado de https://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt00U8DAN7/renewable-motor-fuels/fuel-cells [13] Capehart, Barney L. Turner, Wayne C. Kennedy, William J.. (2016). Guide to Energy Management (8th Edition) - 7.2.1 Speeds of Induction Motors. Fairmont Press, Inc.. Recuperado de https://app. knovel.com/hotlink/pdf/id:kt010WWLO1/guide-energy-management/speeds-induction-motors [14] Carretero, Peña, Antonio, y Sánchez, Juan Manuel García. Gestión de la eficiencia energética: cálculo del consumo, indicadores y mejora, AENOR - Asociación Española de Normalización y Certificación, 2015. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/biblioucasvsp/ detail.action?docID=3428662 [15] Cengel, Y. Cimbala, J. (2006) Mecánica de fluídos, fundamentos y aplicaciones. (1° Edición) McGraw Hill. México. [16] Comisión Nacional del Agua, (2014), Manual de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento Eficiencia Energética, Uso Eficiente y Ahorro de la Energía, Obtenido de: http://www.mapasconagua. net/libros/SGAPDS-1-15-Libro41.pdf

Página 174 | Manual de Eficiencia Energética Industrial

[17] Dani, Samir. (2015). Food Supply Chain Management and Logistics - From Farm to Fork - 3.3.4 Post-Processing. Kogan Page Publishers. Obtenido de: https://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt010YOZAF/food-supply-chain-management/post-processing [18] Dunning, Scott Katz, Larry S.. (2017). Energy Calculations & Problem Solving Sourcebook - A Practical Guide for the Certified Energy Manager Exam - 7.12 Air Leaks. Fairmont Press, Inc.. Recuperado de: https://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt011DZPL1/energy-calculations-problem/air-leaks [19] Elshennawy, Ahmad K. Weheba, Gamal S.. (2015). Manufacturing Processes and Materials (5th Edition) - 29.3 Manufacturing Technologies. Society of Manufacturing Engineers (SME). Recuperado de https://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt00UOSNZ6/manufacturing-processes/manufacturing-technologies [20] EuRecipe, Reducir Energía en el Procesado de Plásticos, euRECIPE, 2006, Obtenido de: http:// ec.europa.eu/energy/intelligent/projects/en/projects/recipe [21] FAO (2012). Energy-Smart Food at FAO: An overview. Obtenido de: http://www.fao.org/docrep/015/an913e/an913e.pdf [22] Fellows, P.J.. (2017). Food Processing Technology - Principles and Practice (4th Edition). Obtenido de https://app.knovel.com/hotlink/toc/id:kpFPTPPE21/food-processing-technology/food-processing-technology [23] Gao, David Wenzhong. (2015). Energy Storage for Sustainable Microgrid - References. Elsevier. Obtenido de https://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt00UORMJ1/energy-storage-sustainable/ references [24] Giovanna Urquizo, (2006), Análisis de desarrollo de Producto para prendas de Vestir para Exportación. http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/123456789/961/URQUIZO_RIVAS_ LISBETH_DESARROLLO_PRENDAS_VESTIR_EXPORTACION.pdf?sequence=1 [25] Gries, T., Veit, D., & Wulfhorst, B. (2014). Textile Technology : An Introduction. Cincinnati: Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG. Obtenido de: SET, (2016), Time for Energy Efficiency in Textile SMEs. http://euratex.eu/fileadmin/user_upload/documents/Library/R_D/SET_Final_Report_Web.pdf [26] Hall, Stephen M.. (2018). “Rules of Thumb for Chemical Engineers” (6th Edition) - 8.3.3 Compressed Air Systems. Elsevier. Recuperado de: https://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt011FNB81/ rules-thumb-chemical/compressed-air-systems [27] Hordeski, Michael Frank. (2013). Alternative Fuels - The Future of Hydrogen (3rd Edition) - 3. The Auto Evolution. Fairmont Press, Inc.. Recuperado de https://app.knovel.com/hotlink/pdf/ id:kt00U8VXK1/alternative-fuels-future/the-auto-evolution [28] https://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt00UOSNZ6/manufacturing-processes/manufacturing-technologies [29] Institution of Engineering and Technology. (2016). Designer’s Guide to Energy Efficient Electrical Installations - 3.16 Considerations for Electric Motors. Institution of Engineering and Technology. Recuperado de https://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt011CH081/designers-guide-energy/considerations-electric [30] International Energy Agency (2018) The Future of Cooling: Opportunities for energy-efficient air conditioning, [En línea] recuperado de: https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/The_Future_of_Cooling.pdf [31] International Energy Agency, (2011). Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems. Obtenido de: https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/EE_ for_ElectricSystems.pdf

Manual de Eficiencia Energética Industrial | Página 175

[32] International Energy Agency. (2014). Technology Roadmap Energy Storage. IEA. Obtenido de: www.iea.org [33] International Energy Agency. (2016). Global EV Outlook 2016, Beyond one million electric cars. Obtenido de: www.iea.org/t&c/ [34] Liu, Wei. (2017). Hybrid Electric Vehicle System Modeling and Control (2nd Edition) - 1.6 Controls of Hybrid Electric Vehicles. John Wiley & Sons. Recuperado de https://app.knovel.com/hotlink/ pdf/id:kt011HTZVO/hybrid-electric-vehicle/controls-hybrid-electric [35] María Madrigal, Medidas de Eficiencia energética en alumbrado público exterior, Universidad Politécnica de Cartagena, 2013, Obtenido de: http://repositorio.upct.es/bitstream/handle/10317/3775/tfm307.pdf?sequence=1 [36] Monforti-Ferrairo, F. (2015). Energy use in the EU food sector: State of play and opportunities for improvement. Obtenido de: http://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/bitstream/ JRC96121/ldna27247enn.pdf [37] Morgan Stanley. (2018). Electrifying Auto. Raconteur. Obtenido de: http://res.cloudinary.com/ yumyoshojin/image/upload/v1/pdf/future-transport-2018.pdf [38] Mott, R. (2006) Mecánica de fluídos. (6° Edición). Prentice Hall. México. [39] OPEN, Guía metodológica para el uso eficiente de la energía en el sector: Plásticos, APPLUS, 2010, Obtenido de: http://www.caem.org.co/catalogo/docs/600_GUIA_METODOLOGICA_PLASTICOS. pdf [40] Parr, Andrew. (1998). Hydraulics and Pneumatics - A Technician’s and Engineer’s Guide (2nd Edition) - Table of Contents. Elsevier. Recuperado de https://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt007RXAO1/hydraulics-pneumatics/table-of-contents [41] Pienta, Gretchen. (2015). Pumps and Pump Systems II - 7.1 Proper Sizing. American Society of Plumbing Engineers (ASPE). Recuperado de https://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt010Y0QV2/ pumps-pump-systems-ii/proper-sizing [42] Schwager Energy. (2012) Manual de Eficiencia Energética en la Industria de Alimentos Elaborados. Obtenido de http://www.chilealimentos.com/medios/LaAsociacion/NoticiasChilealimentos2012/ MANUAL_DE_Eficiencia_Energetica_Chilealimentos.pdf [43] Sioshansi, Fereidoon P.. (2011). Energy, Sustainability and the Environment - Technology, Incentives, Behavior - Bibliography. Elsevier. Recuperado de https://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt008TYU02/energy-sustainability/how-organizations-bibliography

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Otros enlaces de interés • http://airecomprimidokaeser.com/index.php/2018/04/11/herramienta-neumatica/ • http://proyectosycertificaciones.com/2016/03/mejora-de-la-eficiencia-energetica-del-aire-comprimido/ • http://www.em2m.eu/system/files/tools_documents/O3.2%20ESS%20Guide%20for%20 Companies_0.pdf • http://www.kaeser.es/Images/P-2010-SP-tcm11-6752.pdf • https://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/21356/1/Proyecto%20CampZhim.pdf • https://www.energia.gob.ec/wp-content/uploads/downloads/2015/12/3-Normas-de-motores-ele%CC%81ctricos.pdf • https://www.festo-didactic.com/ov3/media/customers/1100/00767602001133948074.pdf • https://www.interempresas.net/Instaladores/Articulos/204941-El-aire-comprimido-en-la-industria-fuente-de-energia-segura-rapida-y-sostenible.html • https://www.mundocompresor.com/articulos-tecnicos/diferentes-tipos-compresores • https://www.simulacionesyproyectos.com/blog-ingenieria-arquitectura/free-cooling-ventilacion-natural-mecanica/

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Créditos de Figuras Los créditos son indicados mediante el sitio web, o el número de la correspondiente entrada bibliográfica, las no indicadas son de elaboración propia. • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Íconos de portada: www.flaticon.com Figura 1-1: [7] Figura 1-7: [7] Figura 2-2: [19] Figura 2-8: Manual de Iluminación INDAL Figura 2-10: www.wikimedia.org Figura 2-11: www.wikimedia.org Figura 2-16: www.wikimedia.org Figura 2-18: www.wikimedia.org Figura 2-21: www.wikimedia.org Figura 2-23: www.0grados.com Figura 2-27: Anexo A de la IEC 60034-31 Figura 2-28: [15] Figura 2-29: [15] Figura 2-31: Software MotorMaster+ Figura 2-32: Software MotorMaster+ Figura 2-33: Software MotorMaster+ Figura 2-34: Software MotorMaster+ Figura 2-42: [38] Figura 2-43: [38] Figura 2-44: [38] Figura 2-45: [38] Figura 2-46: [38] Figura 2-57: IDAE, citado en www.proyectos y certificaciones.com Figura 2-58: Software AIRMaster+ Figura 2-59: Software AIRMaster+ Figura 2-60: Software AIRMaster+ Figura 2-61: Software AIRMaster+ Figura 2-62: Software AIRMaster+ Figura 2-63: Software AIRMaster+ Figura 3-4: Generado en http://solardat.uoregon.edu/PolarSunChartProgram.html Figura 3-5: Generado en http://solardat.uoregon.edu/PolarSunChartProgram.html Figura 4-1: “Empresa Eficiente”, citado en www.mundohvacr.com.mx Figura 4-2: Terri Bleeker - www.unsplash.com Figura 4-4: Andy Hall - www.unsplash.com Figura 4-8: Chester Alvarez - www.unsplash.com Figura 4-9: Congyi Yuan - www. unsplash.com Figura 4-10: Simone Hutsch - www.unsplash.com Figura 5-1: [32] Figura 5-2: Australian Renewable Energy Agency Figura 5-3: Energy-Storege.news Figura 5-4: [32] Figura 5-5: [32]

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• Figura 5-6: Matt Henry - www.unsplash.com • Figura 5-7: [37]

Créditos de tablas • • • • • •

Tabla 2.1: Robinson, T. (2014) High-Performance Buildings - A Guide for Owners & Managers Tabla 2.4: Robinson, T. (2014) High-Performance Buildings - A Guide for Owners & Managers Tabla 2. 9: SIGET - www.siget.gob.sv Tabla 2.11: [15] Tabla 2.14: [15] Tabla 5.1: [32]

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