Casos prácticos de Eficiencia Energética y la introducción de la herramienta de Gestión Energética en la empresa

Transcripción

1 Casos prácticos de Eficiencia Energética y la introducción de la herramienta de Gestión Energética en la empresa Dr.-Ing. Enrique Wittwer Asesor en Eficiencia Energética Secretaría de Energía de Argentina Convenio bilateral Argentina-Alemania (CIM-Secretaría de Energía) Exposición en Seminario de Chilealimentos Santiago de Chile, 17 de mayo de 2007

2 Tendencia de los nuevos descubrimientos de petróleo y de su consumo a nivel mundial

3 Producción global de hidrocarburos líquidos en millones de barriles por día, [Mbpd] según cuatro escenarios diferentes (Robelius 2007)

4 Evolución de las reservas de gas en Argentina

5 Evolución de las reservas de petróleo en Argentina

6 Eficiencia Energética en la industria citrícola cola

7 Objetivo General: Estudiar sobre casos concretos de una planta procesadora de citrus los consumos de energía en operaciones que demanden combustible y/o fluidos de calefacción, proponiendo soluciones de baja inversión que disminuyan sus consumos energéticos. Se analizaron dos plantas en la provincia de Tucumán Aquí se presentan los resultados de una de ellas Sector analizado: Secaderos rotativos de cáscara de limón, responsables del 60% - 80% del consumo de Gas Natural en las planta.

8 Metodología empleada Relevamiento de las instalaciones. Ensayos de medición en los secaderos rotativos, con mediciones de caudales gaseosos y sólidos, temperaturas, composición de gases de secado, y humedades de cáscara de entrada y salida. Ensayos en calderas para evaluar el eventual aprovechamiento de los gases de combustión generados en el secado. Obtención del rendimiento de secado a través de balances de masa y energía elaborados con la información recogida en campo. Estudios teóricos de alternativas de ahorro energético.

9 La planta citrícola analizada procesa diariamente 800 t de fruta para la extracción de jugo concentrado, aceite esencial y cáscara deshidratada. Cuenta con dos sistemas de secado, uno de hornos rotativos y otro por lecho fluidizado, que consumen la tercera parte de la energía eléctrica y el 81% del gas natural que consume la empresa. Sin embargo, esta área de la planta es la menos automatizada. Cons. gas [Nm3/día] [%] Total ,00 Caldera ,80 Secador lecho fluid ,10 Secador rotativo ,10 Uso del Gas Natural en planta citrícola Cáscara húmeda Lavado Prensado Humedad límite aceptada por el comprador 85% 19% 61% 20% Caldera Secador fluido Secador rotativo Secado térmico en secadores rotativos Cáscara seca 61% del consumo de Gas Natural de la empresa

10

11 Control de humedad de entrada al secadero Se puede conseguir ahorros de orden de los U$S mensuales a partir de la reducción de 3 puntos (88% a 85 %) en la humedad con que la cáscara ingresa al sistema de secado térmico. U$S Ahorro U$S/mes % 83% 84% 85% 86% 87% 88% 89% wh Esta medida, que consiste en la incorporación de una nueva prensa, permitiría una reducción del 23% del gas consumido actualmente en los secadores rotativos lo que equivale a una merma cercana al 16 % del total de gas natural que consume la planta. Consumo de GN (Nm 3 /h) Disminución de GN por cada 1% de descenso de wh ,3 1130,4 1030,6 945, ,1 748,9 698, % 88% 87% 86% 85% 84% 83% 82% wh

12 PROYECTO DE INCORPORACIÓN DE UNA NUEVA PRENSA Objetivo: reducción de humedad final de 86,5% a 85% Inversion requerida: [US$] ~ [$] Campaña: 5 meses = 150 días Ahorro GN [Nm 3 /h] Ahorro GN [%] Ahorro GN [$/campaña] Repago [días] Ahorro GN [$/campaña] Repago [días] Precio GN 0.07 [$/Nm 3 ] Precio GN 0.20 [$/Nm 3 ]

13 Optimización de secaderos rotativos Se evaluaron distintas alternativas para mejorar la eficiencia de los secaderos rotativos contemplando medidas como recircular gases de secado, que actualmente se emiten al ambiente con una temperatura residual importante, y aprovechar gases de combustión de las calderas de la planta en estos secaderos. Estas medidas pueden llegar a significar ahorros estimados en el rango de los 1000 [Nm3/día] a 1800 [Nm3/día], lo que equivale al 3,5 [%] al 6 [%] del gas natural actualmente empleado en esta operación. Gases de chimenea de calderas Gas Natural Aire 2rio. Recirculación de gases del secadero Gases calientes Gases de chimenea 1. Recirculación sobre el horno de parte de los gases efluentes del secadero. Con esta opción se aprovecha la energía remanente en los gases de salida, se elimina parte del aire secundario ingresante y se logra una disminución en el Gas Natural quemado en el horno. Aire 1rio. Humedad de entrada de la cáscara Cáscara Húmeda Cáscara Seca 2. Recirculación sobre el horno de los gases efluentes de la caldera de fábrica. Con esta opción se aprovecha la energía remanente en los gases de caldera, se elimina parte del aire secundario ingresante y se logra una disminución en el Gas Natural quemado en el horno.

14 Recirculación sobre el horno de gases efluentes del secadero Recirculación de gases Inversión 5000 $ Recirculación Ahorro GN Ahorro GN Ahorro GN Repago Ahorro GN Repago % Nm 3 /h % $/zafra (a) días (a) $ (b) días (b) 34% % % % Precio de Gas Natural [$/Nm 3 ] (a) 0.07 (b) 0.2 Zafra = 5 meses = 150 días

15 Recirculación sobre el horno de gases efluentes de la caldera Reuso de gases de caldera Inversión $ Ahorro GN Ahorro GN Ahorro GN Repago Ahorro GN Repago Nm3/h % $/zafra (a) días (a) $ (b) días (b) % Precio de Gas Natural [$/Nm 3 ] (a) 0.07 (b) 0.2 Zafra = 5 meses = 150 días

16 GENERALIZANDO PARA TODO EL SECTOR En la Provincia de Tucumán se producen anualmente cerca de [t] de limones, de los cuales unas [t] son procesadas en las ocho plantas existentes en la provincia para la obtención de aceite, jugo concentrado y cáscara deshidratada. La fruta restante se comercializa como fruta fresca. La industria reporta un consumo específico promedio de Gas Natural de 50 [Nm 3 /t fruta], lo que significa un consumo por campaña cercano a los [Nm 3 ] de Gas Natural. Los estudios permitieron identificar importantes oportunidades de mejora tanto en la etapa de preparación de la cáscara como en el secado térmico. En la primera se buscó ajustar el valor final de humedad que en pocos casos era efectivamente del 85% y luego bajar este valor de referencia hasta un 83%. En el secado térmico las alternativas de mejora contemplan el reemplazo del aire secundario de combustión mediante la incorporación de recirculaciones de los propios gases de secado y/o de gases de combustión de las calderas existentes. Ahorro de Gas Natural Opciones GN/t cáscara seca [Nm 3 /t casc. Seca] GN de secado [%] GN Total [%] Por día [Nm 3 /día] Por campaña [Nm 3 /camp. ] Recirculación del 34 [%] de gases del secador 28 4,4 3, Reuso de gaes de caldera 37 6,3 5, Descenso de la humedad de cáscara (86,5 a 85 [%] 85 11,7 9, TOTAL 17,

17 Eficiencia Energética en el Sector de Empaque y conservación n de frutas

18 EMPAQUE Y CONSERVACIÓN DE FRUTAS Objetivo del Proyecto Detectar las posibilidades de incremento de eficiencia energética de los sistemas de enfriamiento aplicados en los procesos de empaque y conservación de frutas en la región del Alto Valle de la Provincia de Río Negro. Desde el punto de vista energético se trataba de mejorar el uso de la energía eléctrica en la producción de frío. Contempló una evaluación de los métodos de manejo de frío y de los sistemas de refrigeración. Se analizó la utilización de otras tecnologías y métodos complementarios orientados a reducir el consumo específico de energía a la vez de incrementar la eficiencia productiva de las instalaciones. Estructura Operativa El proyecto se ejecutó en coordinación con la Red de Agencias de Desarrollo Económico de la Provincia de Río Negro (CREAR), con la participación de empresarios del sector, asociaciones, cámaras y consultoras especializadas.

19 EMPAQUE Y CONSERVACIÓN DE FRUTAS Buenas Prácticas de Manufactura (BPM): Trabajando en forma conjunta con profesionales del CEMPAT, se desarrollaron actividades de asistencia técnica a 15 empresas del sector. Estas empresas fueron sujetas a un diagnóstico enfocado específicamente sobre el tema BPM, que les permitió conocer las medidas inmediatas que deben implementar en sus plantas para aproximarse a calificar en estas prácticas. Medidas de mejora: El esquema operativo actual fue analizado con la intención de optimizar el uso de los recursos energéticos empleados en el proceso. Se identificaron los puntos que muestran un margen de mejora y se sugirieron las soluciones técnicas que permitirían incrementar la eficiencia energética de las instalaciones. Los puntos analizados fueron los siguienets: Incidencia del tiempo y de la tempearatura final sobre la eficiencia del sistema: Operación de los túneles de enfriamiento. Operación discontínua de forzadores en cámaras. Aprovechamiento del calor de condensación. Implementación de una etapa de hidro-enfriamiento Nivelación de la carga térmica. Uso de fuentes energéticas alternativas.

20 Una experiencia previa en la industria del procesamiento de carnes había arrojado los siguientes resultados: Empresa A

21 Empresa B

22 Distribución del consumo de electricidad en una empresa de procesamiento de carnes

23 Incidencia de la temperatura de evaporación sobre la demanda de potencia y sobre los costos La temperatura final está asociada con la temperatura de evaporación del refrigerante empleado y por lo tanto en forma directa con la potencia, para un índice de relación de eficiencia dada de los compresores. En la práctica se opera frecuentemente con temperaturas de evaporación demasiado bajas, buscando acelerar el proceso de enfriamiento. Con esto se reduce drásticamente no sólo la eficiencia operativa del sistema de refrigeración sino también la capacidad frigorífica disponible con un resultado final inaceptable. Estimaciones Preliminares Capacidad Requerida: [Frigorías/h] Temperatura de Condensación: 35 [ºC] Refrigerante: R717 (Amoníaco) Sistema: Compresión Mecánica Aplicación: Media Temperatura Servicio: [h/año] Costo Eléctrico: 0,052 [U$S/kWh] Costo Energético Relativo Anual (U$S) Costo Rel , , ,00 779,00 0,00 Temperatura de Evaporación (ºC)

24 EMPAQUE Y CONSERVACIÓN DE FRUTA EN EL VALLE DE RÍO NEGRO En el Alto Valle del Río Negro operan cerca de 400 establecimientos con instalaciones de enfriamiento y conservación de fruta. OPERACIÓN [ºC] Se realizaron ensayos para comparar la operación de enfriamiento con cámaras / túnel y con sistemas de hidro-enfriamiento. Conclusiones preliminares: [ºC] [ºC] 0 2 [ºC] 0 [ºC] 1 2 Procesamiento Túnel de pre-enfriado Cámara de conservación Hydrocooling En esta operación, las cámaras/túnel consumen casi 5 veces más energía eléctrica que el sistema de hidroenfriamiento. Para enfriar 10 [ C], las cámaras / túnel requieren un tiempo de operación de 8 a 10 horas, mientras que el hidro-enfriamiento realiza este trabajo en sólo 40 minutos. Esto permitiría liberar horas de operación de cámaras para procesar mayores cantidades de fruta.

25 Enfriamiento Evaporativo Directo Ventilador Producto en bins Ventilador Desborde Reposición Bomba Purga

26 Opciones: Beneficios del pre-enfriado evaporativo Reducción de la demanda de potencia de compresores y consumo de energía. Manteniendo el mismo volumen de fruta y el mismo tiempo de enfriamiento. Reducción del 25% del tiempo de enfriamiento, disminuyendo solo la potencia Incremento de la capacidad de procesamiento, con la misma demanda de potencia actual, aumentando la capacidad de cámaras.

27 30 [ C] P1 0 [ C] Potencia = P1?T= 30 [ºC] Tiempo: 36 [h] 30 [ C] 20 [ C] P2 a P2 b 0 [ C] Conservación Lote?T = 10 [ºC] Tiempo: 1 [h]?t = 20 [ºC] Tiempo: 26 [h] Potencia para preenfriamiento = P2a = 6 [kw] Potencia de compresores (para 26 horas) = P2b = P1 x 2/3 30 [ C] 20 [ C] 0 [ C] P3 a P2 c Conservación?T = 10 [ºC] Tiempo: 1 [h]?t = 20 [ºC] Tiempo: 35 [h] Potencia pre enfriamiento = P3a = P 2a = 6 [kw] Potencia de compresores (para 35 horas) = P1 x 2/3 x 26/35 = 50 % de P1

28 Aplicación a un Frigorífico Cantidad de cámaras: 9 mas 2 túneles Capacidad en Tn de fruta : 96 t/día Potencia Máxima actual: 438 kw Potencia reducida meses cosecha : 438-(24%)+ 6 = 339 kw Energía : Ahorro = kwh /mes cosecha Ahorro anual kwh = kwh (6%del total anual ) ene Curva de carga anual mar Curva carga actual Pot máx. actual K W may jul sep nov Curva carga con reduc pot Pot. Máx con reducción Determinación del ahorro AHORROS kw contratados: 99 kw Energía: kwh Pot Max Pot cont kwh $/año (sin imp) DIF ($/año) En % MT Actual Con pre-enfriamiento % Actual BT Con pre-enfriamiento %

29 GESTIÓN ENERGÉTICA

30 Medidas organizativas de Eficiencia Energética Llevar una contabilidad energética permanente, balances de energía eléctrica y térmica, analizar los resultados Mejor aprovechamiento de la capacidad de los equipos / evitar tiempos perdidos Mantenimiento sistemático de las instalaciones Desconectar equipos no utilizados Descongelamiento sistemático de equipos de frío Cubrir y/ó aislar equipos que se encuentren a una temperatura notoriamente diferente al ambiente Organizar los pasos de la producción según permitan utilizar cascadas energéticas, dentro de lo posible, planificar la producción para un uso óptimo de la energía El diseño de la planta debe favorecer una secuencia lógica de producción Evitar la apertura frecuente de las puertas de los equipos térmicos Control energético por equipo, registrar los sectores críticos de consumo

31 Medidas organizativas de Eficiencia Energética (continuación) Cuidadoso manejo del agua, equipar mangueras con dispositivo automático de cierre Control de consumos máximos Control permanente de la red de aire comprimido, así como la red de agua y de vapor Capacitación del personal para el uso eficiente de energía en la empresa Ajustar parámetros de productos intermedios y/ó productos finales según convengan más desde el punto de vista energético (tamaño de partículas en la molienda, humedad de entrada en el secado, criterios de calidad en productos finales, (color, tamaño,etc)). Es decir, no secar, no enfriar, no calentar, no moler, etc. más de lo necesario Ajustar las calderas en el punto de la demanda más frecuente Desconectar transformadores grandes en períodos de carga baja Disminución de pérdidas de transporte de electricidad Optimizar las reglas para las paradas y cambios de turnos, de modo de evitar funcionamientos en vacío Desplazar demanda eléctrica hacia períodos de tarifas más bajas ó para evitar excesos de demanda

32 GESTIÓN ENERGÉTICA La Gestión energética se refiere a un conjunto de medidas técnicas y organizativas, con la inclusión de aspectos relativos al comportamiento humano, orientadas al uso eficiente de la energía y por lo tanto a la eficiencia de los costos energéticos. El uso eficiente de recursos energéticos, o productivos en general, NO se opone a los objetivos de producción. Por el contrario contribuye a asegurar el logro de los mismos brindando confiabilidad al proceso. Medidas Técnicas Medidas Organizativas Medidas Organizativas Implementar un programa de gestión Monitoreo del consumo Contabilidad energética Planificar auditorías energéticas rutinarias Medidas Técnicas Tecnologías eficientes Sistemas de control Optimización de procesos Comportamiento Humano Comportamiento humano Motivación Capacitación Concientización

33 GESTIÓN ENERGÉTICA Decisión Gerencial 1er CICLO Paso 4: evaluar oportunidades para ahorro de energía Punto de partida: análisis preliminar de la situación energética Paso 1: adaptar a la organización para la gestión energética Paso 3: auditorias energéticas 2do CICLO Paso 2: Poner en operación la gestión energética Implementar sistemas de control de energía Planificar el programa de gestión energética Objetivo: la gestión energética es operacional Implementar sistemas de control de energía Proveer liderazgo y motivación 3er CICLO Implementar programa de motivación y capacitación Implementar medidas técnicas y organizativas Paso 5: implementar programa de gestión energética Controlar consumo de energía 4to CICLO Mantener motivación y tecnología Mantener y mejorar niveles de conservación

34 EL METODO DE LOS 5 PASOS Desarrollar una política Fijar objetivos y metas Diseñar un Plan de trabajo Organizar roles y responsabilidades Obtener apoyo a distintos niveles Auditorías de gestión Revisar progresos Buscar mejoras contínuas COMPROMISO CONOCER Y ENTENDER PLANIFICAR Y ORGANIZAR IMPLEMENTAR CONTROL Y MONITOREO Identificar consumos y flujos energéticos en la planta Evaluar la distribución de consumos y costos energéticos Identificar los consumidores más importantes Identificar potenciales de ahorro Superar barreras Capacitación y sensibilización Prioridades de acción e inversión Comunicar desempeño Integrar energía y ambiente al negocio de la empresa

35 EL METODO DE LOS 5 PASOS CÓMO EVALUAMOS LA SITUACIÓN ACTUAL? Se puede emplear para este fin una matriz energética, que es un mecanismo sencillo no sólo para conocer el estado actual de la empresa, sino también con propósitos de auditoria, fijación de objetivos y revisión de políticas. MATRIZ ENERGÉTICA - AMBIENTAL Auditorías Planificación Información Comunicación Organización Política Auditorías Planificación Información Comunicación Organización Política Programa de gestión

36 DETALLE DE MATRIZ ENERGÉTICA NIVEL DESCRIPCIÓN La Gestión Energética está totalmente integrada dentro de la estructura de gestión. Existe una delegación clara de responsabilidades. Existe un Comité de Energía presidido por un miembro del Consejo de Administración donde participa un Gerente de Energía y representantes de los consumidores. Existe un Gerente de Energía que reporta a un Comité creado para tal fin. Existe un Encargado de gestión energética con responsabilidad tiempo parcial con limitada autoridad e influencia. No existe gestión energética alguna o delegación formal de responsabilidades por los consumos energéticos. DESEMPEÑO Está operando un Sistema de Monitoreo Integral que registra consumos, identifica fallas, cuantifica ahorros y realiza seguimientos del presupuesto. Los distintos departamentos pueden explicar fácilmente sus actuales patrones de consumo de energía. Se cuenta con los recursos necesarios. El Comité de Energía se reúne regularmente y ha desarrollado los Objetivos y un Plan de Acción para mejorar la eficiencia en el uso de la energía. El Gerente de Energía brinda información n regularmente al jefe de cada uno de los centros consumidores. La información n energética está sistematizada y disponible respecto de cada tipo de energía consumida. La información n sobre consumos energéticos está disponible para los años anteriores y el presente. Existe un Sistema de Medición de Variables energéticas para generar la información n requerida. Los reportes de costos se basan en los valores facturados. Están disponibles los datos relativos a consumos energéticos y costo para el último año calendario. Se ha desarrollado un Mapeo General para identificar los principales centros consumidores de energía. No existe un sistema de información n ni se registran consumos energéticos. Los costos energéticos de los últimos años pueden ser obtenidos del departamento contable. Las verificaciones de consumos energéticos se realizan al solo fin de evitar sobrefacturaciones.