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Metodologa parala elaboracin

de auditorasenergticas enla industria


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Depsito Legal:SE-656-2011

Direccin Tcnica:Agencia Andaluza de la EnergaConsejera de Economa, Innovacin y Ciencia

Redaccin: Agencia Andaluza de la Energa

Edicin:Servigra Artes Grfcas

Documento disponible en Internet:www.agenciaandaluzadelaenergia.es

Agencia Andaluza de la Energa:Consejera de Economa, Innovacin y CienciaJunta de Andaluca

C/ Isaac Newton, n 6 - 41092 Isla de la Cartuja. SevillaTel. 954 78 63 35 - Fax: 954 78 63 50www.agenciaandaluzadelaenergia.es


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ndice9 Introduccin a la efciencia

energtica10 1.1. El problema energtico12 1.2. El uso energtico industrial12 1.2.1. Instalaciones trmicas en la industria12 1.2.2. Sistema de generacin13 1.2.3. Sistemas de distribucin14 1.2.4. Equipos nales de proceso14 1.3. El consumo y el ahorro energtico en la industria

17 Metodologa de auditorasenergticas

18 2.1. Objetivos18 2.2. Alcance19 2.3. Procedimiento de auditora energtica19 2.3.1. Fase 1. Anlisis de la estructura energtica

20 2.3.2. Fase 2. Anlisis de eciencia energtica21 2.3.3. Fase 3. Evaluacin de medidas de ahorroenergtico

22 2.3.4. Inorme nal de la auditora22 2.3.5. Resumen de procedimiento de auditora23 2.4. Tipos de auditoras energticas en el sector industrial23 2.4.1. Auditora energtica24 2.4.2. Diagnstico energtico

24 2.4.3. Prediagnstico energtico24 2.4.4. Integracin energtica de procesos:

Pinch point

25 Ahorro energtico en sistemas degeneracin de energa trmica

26 3.1. Introduccin26 3.1.1. Fundamentos de la combustin26 3.1.2. Balance de masa

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3.1.3. Balance de energa 273.1.4. Eciencia energtica 28

3.2. Medidas de ahorro y eciencia energtica (MAEE) 28

3.2.1. MAEE 1.1: Control de la combustin 283.2.2. MAEE 1.2: Minimizacin de purgas en

calderas de vapor 303.2.3. MAEE 1.3: Recuperacin de calor residual

de gases de salida 313.2.4. MAEE 1.4: Minimizar prdidas por paredes 323.2.5. Tabla resumen de medidas 33

3.3. Ejemplo de evaluacin de la medida de ahorrocontrol del aire de combustin 333.3.1. Descripcin tecnolgica de la medida 33

3.3.2. Estimacin de eciencia energtica 333.3.3. Evaluacin energtica 37

Ahorro energtico en redesde vapor 414.1. Introduccin 424.2. Medidas de ahorro y eciencia energtica 42

4.2.1. MAEE 2.1: Aislamiento de lneas decondensado y de vapor 42

4.2.2. MAEE 2.2: Reduccin de ugas 434.2.3. Tabla resumen 44

4.3. Ejemplo de evaluacin de la medida de ahorroaislamiento de redes de vapor 444.3.1. Descripcin tecnolgica de la medida 444.3.2. Estimacin de eciencia energtica 454.3.3. Evaluacin energtica 474.3.4. Evaluacin econmica 48

Ahorro energtico en sistemasde produccin de ro 515.1. Introduccin 525.2. Medidas de ahorro y eciencia energtica 53

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53 5.2.1. MAEE 3.1: Reduccin de latemperatura de condensacin

54 5.2.2. MAEE 3.2: Aumento de la temperatura

de evaporacin55 5.2.3. MAEE 3.3: Regulacin de la carga en motores55 5.2.4. Tabla resumen56 5.3. Ejemplo de evaluacin de la medida de ahorro

reduccin de la presin de condensacin56 5.3.1. Descripcin tecnolgica de la medida57 5.3.2. Estimacin de eciencia energtica

60 5.3.3. Evaluacin energtica60 5.3.4. Evaluacin econmica

61 Ahorro energtico en sistemasde aire comprimido

62 6.1. Introduccin63 6.2. Medidas de ahorro y eciencia energtica63 6.2.1. MAEE 4.1: Reduccin de ugas en las

redes63 6.2.2. MAEE 4.2: Reduccin de la presin del

aire al mnimo permitido64 6.2.3. MAEE 4.3: Alimentacin del aire a la

menor temperatura posible64 6.2.4. Tabla resumen65 6.3. Ejemplo de evaluacin de la medida de ahorro

eliminacin de ugas de aire comprimido65 6.3.1. Descripcin tecnolgica de la medida65 6.3.2. Estimacin de eciencia energtica67 6.3.3. Evaluacin energtica67 6.3.4. Evaluacin econmica

69 Ahorro energtico en motores

elctricos70 7.1. Introduccin71 7.2. Medidas de ahorro y eciencia energtica 7

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7.2.1. MAEE 5.1: Utilizacin de motores de altorendimiento 71

7.2.2. MAEE 5.2: Instalacin de variadores de

recuencia 737.2.3. Tabla resumen 75

7.3. Ejemplo de evaluacin de la medida de ahorrosustitucin de motores por otros de altorendimiento 757.3.1. Descripcin tecnolgica de la medida 757.3.2. Estimacin de eciencia energtica 77

7.3.3. Evaluacin energtica 787.3.3. Evaluacin econmica 78

Ejemplo de auditora energtica 818.1. Descripcin de la industria 82

8.1.1. Calderas de produccin de vapor 828.1.2. Instalaciones de rerigeracin 848.1.3. Sistemas de aire comprimido 868.1.4. Motores elctricos 87

8.2. Estructura energtica 878.2.1. Produccin anual 878.2.2. Facturacin energtica 88

8.3. Proyectos de ahorro 898.3.1. Descripcin de los proyectos 898.3.2. Resumen de proyectos de ahorro

e inversin asociada 91

Herramientas inormticas parala realizacin de auditorasenergticas en la industria 93

Subvenciones para la realizacin

de auditoras energticas en laindustria andaluza 97

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Presentacin

El actual modelo energtico, basado en generar la energa a cualquier precio para satisaceruna demanda creciente, es insostenible para cualquier sociedad desarrollada. La preocupacinpor preservar el medio ambiente y aumentar el grado de autoabastecimiento energtico, hanllevado a los pases ms desarrollados a orientar sus polticas energticas hacia una reduccindel consumo de energa, incentivando el ahorro y su eciencia.

Las mejoras en eciencia energtica incluyen todos los cambios que conllevan una reduccinde la cantidad de energa para un mismo nivel de actividad, teniendo en cuenta que lasatisaccin de los requerimientos de la sociedad actual de llevar asociado el menor costoeconmico, energtico y ambiental posible para nuestro territorio. Esto hace que el conceptode eciencia energtica, adems de un carcter tecnolgico, tenga tambin un marcadocarcter social y econmico, abarcando el uncionamiento del sistema energtico y el procesode desarrollo de un pas o regin.

En este sentido, la Consejera de Economa, Ciencia y Empresa, a travs de la AgenciaAndaluza de la Energa, y en el marco del Plan Andaluz de Sostenibilidad Energtica 2007-

2013 (PASENER), viene desarrollando dierentes medidas orientadas a la consecucin de unnuevo modelo energtico ms eciente, diversicado y estable compatible con el desarrolloeconmico de la regin y con la proteccin del ecosistema natural.

En el PASENER es destacable la elevada importancia que el sector industrial tiene en losobjetivos globales de ahorro energtico previstos para la regin andaluza: As, el ahorroperseguido en dicho sector para 2013 representa un 24,5% del objetivo global de ahorroenergtico.

El consumo de energa nal en el sector industrial andaluz se situ en 2009 en 4.439,5 ktep (el

66% correspondi a usos energticos), que representaba el 32% del total de la energa nalconsumida en Andaluca.

Tradicionalmente este sector ha sido objeto de un gran nmero de actuaciones de mejorade la eciencia energtica, debido undamentalmente a la elevada incidencia de la energaen la estructura de costes de la gran mayora de industrias. As, muchos centros industrialesdisponen de tcnicos cualicados en esta materia y empieza a implantarse la gura del gestorenergtico. A pesar de todo ello, el potencial global de ahorro de energa nal es todavaimportante, superior al 10%.

Cualquier actuacin energtica en un centro industrial debe comenzar por la realizacin deuna auditora energtica del mismo; es decir, conocer cundo, cmo, qu tipo y dnde seconsume la energa en el centro.


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A travs de la auditora se analiza la situacin inicial de consumo y de coste de energa del centro;a partir de este conocimiento se evaluan tcnica, energtica y econmicamente las mejoras(medidas de ahorro) que se pueden introducir, estimando el ahorro energtico esperado, elahorro econmico asociado, el nivel de inversin y sus parmetros de rentabilidad.

La realizacin de estos estudios energticos permitir planicar adecuadamente las actuacionesa acometer en el centro de orma que se obtengan las mayores cotas de rentabilidad energtica,econmica y medioambiental para un nivel de inversiones determinado.

En este sentido, el PASENER, dentro de su Programa Competitividad energtica y en la lneade actuacin de adopcin de criterios de gestin eciente e incorporacin de tecnologasrenovables a la empresa recoge como medida de actuacin el impulso a la realizacin deauditorias energticas en las empresas del sector industrial.

Con el diseo de la metodologa de auditora energtica propuesta en este documento sepretende establecer una base comn de reerencia para el anlisis y cuanticacin de lasmedidas de ahorro energtico incluidas en los estudios que se realicen en el sector industrial,garantizando adems la ecacia en los resultados derivados de su implementacin.


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Introduccina la efciencia

energtica


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Agencia Andaluza de la Energa10

1.1. El problema energtico

El problema energtico y medioambiental existente a nivel mundial, que se maniesta a travs de un horizonte

nito y cercano para los combustibles no renovables y el calentamiento del planeta a travs del eecto

invernadero, ha llevado a las dierentes administraciones a implementar polticas energticas dirigidas a

omentar el uso racional de la energa y la eciencia energtica. Estas propuestas redundan en un benecio

para el medioambiente y para la economa nacional, ya que se reduce la actura energtica y, con ello, la

intensidad energtica del sistema productivo, al tiempo que se reduce la emisin de contaminantes que el

consumo de los combustibles siles genera.

Fig. 1: Esquema resumen del problema energtico

As, la estrategia global y local en el mbito energtico a desarrollar en cualquier pas o regin, debe primar la

eciencia energtica, por su eecto avorable sobre el medio ambiente y su incidencia en la macroeconoma

del pas y en la economa de los usuarios.

Fruto de esa estrategia, desde la administracin andaluza, se ha impulsado la eciencia y el ahorro energtico

como pilar bsico del nuevo modelo energtico que el Plan Andaluz de Sostenibilidad Energtica 2007-2013,

PASENER, propone para la racionalizacin del consumo energtico de la comunidad andaluza.

En concreto, a nales de 2009 las actuaciones puestas marcha en la regin andaluza haban propiciado un

ahorro de energa primaria en la regin andaluza de 480.893 tep/ao (2,4% del consumo de energa primariade Andaluca en el 2006, 19.958 ktep/ao).

Las auditorias energticas constituyen un instrumento de primer orden para hacer posible que el potencial

ahorro energtico del sector industrial de nuestra regin pueda ser puesto en valor. En el sector industrial,

estas auditoras persiguen un triple objetivo:

1. Adecuar los consumos reales de la planta a los consumos nominales, revisando los equipos, los procesos

y garantizando un buen mantenimiento de las instalaciones.

2. Reducir los consumos nominales, introduciendo nuevas tecnologas que aumenten la eciencia delconsumo energtico.


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111. Introduccin a la eciencia energtica

3. Acercar los consumos energticos de la planta a los mnimos termodinmicamente admisibles, minimizando

la demanda del proceso mediante el aprovechamiento de corrientes residuales y la optimizacin de la

operacin de los servicios energticos.

Desde este enoque de ahorro y eciencia energtica, la auditora es una herramienta ecaz que permiteidenticar los escenarios donde el consumo energtico se realiza de orma ineciente, estableciendo adems

las posibles mejoras de ndole tcnica y organizativa encaminadas a la mejora de la economa energtica del

sistema sobre el que se aplica.

De lo dicho anteriormente, puede deducirse que la auditora energtica es la herramienta estratgica ms

adecuada para abrir el sector industrial al ahorro y la eciencia energtica.

La eciencia energtica, el ahorro y la diversicacin de energa, el aprovechamiento de energas residuales

y de las energas renovables, tienen como principal objetivo obtener un rendimiento energtico ptimo para

cada proceso o servicio en el que su uso sea indispensable, sin que ello signique una disminucin de laproductividad o de la calidad o del nivel de conort del servicio. El trmino ptimo implica, pues, un compromiso

entre los aspectos energticos, econmicos y de productividad o de prestacin de un servicio.

Para ello, en una auditora se evala energticamente el uncionamiento de la instalacin, se analizan las

posibles mejoras del proceso o equipos y se determinan las inversiones a realizar y sus periodos de retorno,

proponiendo la implantacin de aquellas medidas de ahorro y eciencia energtica ms interesantes.

Un eecto importante de la consiguiente implementacin de las mejoras detectadas en la auditora sera la

reduccin del consumo energtico logrado, la reduccin de la actura energtica y la reduccin de las

penalizaciones por efuentes contaminantes y emisiones, en el caso de que las hubiera.

Adems, dado el continuado aumento de los costes, tanto ambientales como de los precios energticos, los

periodos de amortizacin de las auditoras energticas y de las inversiones que de ellas se desprenden sern

cada vez menores, aumentando por tanto el inters de este tipo de estudios, no solo energtico sino tambin

econmico.

Por todo ello, desde la Agencia Andaluza de la Energa se ha querido realizar esta gua metodolgica para la

realizacin de auditoras energticas en los centros industriales con la nalidad de establecer un documento

de reerencia para el anlisis y cuanticacin de las medidas de ahorro energtico en el sector industrial. De

esta orma se garantiza un marco adecuado para optimizar las inversiones en ahorro energtico, inversionesque podrn ser incentivadas a travs de la Orden de 4 de ebrero de 2009. La publicacin de este documento

est en lnea con otras actuaciones promovidas por la Agencia Andaluza de la Energa para optimizar el

consumo energtico en el sector industrial, como el desarrollado una herramienta accesible a travs de su

web para la evaluacin de medidas de ahorro energtico en los dierentes procesos industriales.

Esta publicacin se enmarca dentro del Convenio Marco de Colaboracin, de 26 de ebrero de 2008, entre la

Agencia Andaluza de la Energa perteneciente a la Consejera de Economa, Innovacin, y Ciencia, y el Instituto

para la Diversicacin y el Ahorro de la Energa, organismo dependiente del Ministerio de Industria Turismo

y Comercio. Este Convenio tiene como objetivo el desarrollo del Plan de Accin 2008-2012 de la Estrategia

de Ahorro y Eciencia Energtica 2004-2012 en Andaluca. Las actividades que se omentan mediante elcitado Convenio, reconocen en el ahorro y la eciencia energtica un instrumento de crecimiento econmico

y bienestar social coherente con el respeto medioambiental.


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1.2. El uso energtico industrial

1.2.1. Instalaciones trmicas en la industria

La industria requiere de una gran cantidad de energa trmica y elctrica para llevar a cabo sus procesos

productivos.

La energa se utiliza como un recurso necesario e insustituible para elaborar los productos con las calidades

exigidas. Por tanto, como cualquier otro servicio habr que adquirirlo o transormarlo, adecundolo a las

necesidades de su utilizacin, transportarlo a los puntos de consumo y, por ltimo, posibilitar su uso nal por

los consumidores. Adems, puesto que la energa no se destruye, habr que recuperar la energa residual que

quede tras su uso all donde sea tcnicamente actible y econmicamente viable.

En el caso de la energa trmica, sta es llevada a los procesos por medio de los fuidos caloportadores, que

tomando la energa trmica del combustible, a travs en el sistema de generacin, la transportan y transerenpara su consumo en los equipos de proceso.

Fig. 2: Esquema de instalacin de vapor

1.2.2. Sistema de generacin

La energa llega a la planta en orma de combustible lquido, slido, gaseoso o elctrico y se consume

directamente en los equipos de generacin trmica:

Calorca: Si en ellos se produce un calentamientode uidos caloportadores, como por ejemplo las

calderas de vapor, de agua sobrecalentada y agua caliente o los hornos de aceite trmico.

Frigorca:Enaquellossistemasquerealizanelenfriamientodeuidoscaloportadores,comoporejemplo

las torres de rerigeracin o las plantas rigorcas.


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Fig. 3: Sistema de generacin

Un estudio energtico que mejore la eciencia de estos sistemas, conllevar normalmente un gran ahorro energtico

en la brica, debido al elevado consumo de energa que se realiza en ellos.

1.2.3. Sistemas de distribucin

Los equipos de generacin producen el calentamiento o enriamiento de fuidos caloportadores (agua,

vapor, aceite trmico, etc.) que han de ser distribuido en la brica hasta los puntos de consumo nales.

Fig. 4: Sistema de distribucin

El transporte de estos fuidos requiere el uso de sistemas de bombeo (lquidos), ventilacin (gases) o

compresores (aire comprimido). El transporte se realiza mediante redes hidrulicas cuya conguracin

depende del tipo de energa transportada.

La importancia en el mantenimiento de estas redes de distribucin es crucial, pues sus ineciencias implican

aumentos en el consumo de energa, dado que son directamente prdidas de esa energa ya transormada.

Las caractersticas ms deseables en un fuido caloportador son las siguientes:

Queposeaunaltocalorespecco

Quetengaaltoscoecientesdetransferencia(W/m2C)

Queseconsigaaunbajoprecio

Queseaestableydelargaduracin


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1.2.4. Equipos fnales de proceso

Se podra entender por equipos de proceso los consumidores nales directos de energa, los cuales la requieren

para realizar transormaciones sobre el producto procesado (reactores, hornos de proceso, secaderos,

columnas de destilacin, evaporadores de nico o mltiple eecto) o su calentamiento o enriamiento(intercambiadores de calor).

La capacidad de actuacin sobre los equipos de proceso nal es muy variable, ya que en ocasiones puede

estar restringida (reactores, columnas), o puede ser ms accesible como ocurre en el caso de hornos y

secaderos.

Los requerimientos trmicos de los equipos de proceso, satisechos a travs de la red de distribucin (vapor,

agua caliente o ra), podran serlo mediante el uso de corrientes residuales del proceso, disminuyendo as la

demanda energtica.

Fig. 5: Equipos nales de proceso

Tabla 1. Fluidos caloportadores por temperatura de utilizacin

Temperatura (C) Fluido caloportador>400C Gases de combustin, vapor recalentado, aire, sales o metales undidos

200400C

Gases de combustin, vapor recalentado, aire, fuidos trmicos(caloportadores orgnicos)

90200C Vapor saturado, agua sobrecalentada, aire090C Agua, aire-300C Salmueras, glicoles, reones, NH3, SO2

-100(-30)C Metano, propano

1.3. El consumo y el ahorro energtico en la industria

El consumo energtico de cualquier equipo, sistema o brica puede calcularse de la siguiente manera:

Dnde: C es el consumo energtico / D es la demanda energtica / el rendimiento energtico.

La demanda de energa de la instalacin depende undamentalmente de la propia conguracin del proceso,de la tecnologa empleada, de la intensidad de la produccin existente, de la recuperacin de energa en las

corrientes residuales, de las condiciones ambientales, etc. El rendimiento depende, entre otros, del sistema,


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del estado de carga de la instalacin, etc. Por tanto, se podra decir que existen diversas ormas de arontar

el ahorro energtico.

La primera, consistira en aumentar el rendimiento de los equipos de generacin trmica y rigorca, de la red de

distribucin, as como de los propios equipos de proceso, de orma que su eciencia alcance valores cercanos alos nominales con los que ueron inicialmente diseados. De esta orma, se incrementara el denominador de la

expresin anterior, disminuyendo con ello el consumo energtico.

La segunda, se centrara en la demanda del proceso, D, disminuyndola, es decir, aumentando la recuperacin energtica

del proceso para disminuir los requerimientos externos de energa (vapor, agua caliente, ra, etc.). En este caso, se hara

necesario el empleo de equipos de intercambio para su realizacin.

Por ltimo, se pueden modicar las estrategias de operacin de los sistemas de generacin (cogeneracin,

calderas) y distribucin (laminacin de vapor, entrada/salida de turbinas de arrastre de motores, retorno de

condensado, etc.) maximizando el rendimiento del conjunto.

Tradicionalmente las auditoras energticas han centrado sus esuerzos en aumentar o mejorar la eciencia

energtica de los generadores trmicos y equipos de proceso (calderas, hornos, secaderos, motores elctricos,

etc.) y, en ocasiones, de las redes de distribucin, sin seguir, no obstante, una metodologa que permita

abordar de orma estructurada cada unos de estos aspectos, mediante una secuencia que garantice que se

mejora de orma conjunta la energtica de la instalacin sin soslayar ninguno de sus aspectos esenciales.


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Metodologade auditoras

energticas


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2.1. Objetivos

El objetivo de la auditora energtica es disminuir el consumo energtico de la industria, analizando los actores

y causas que merman el rendimiento de los diversos subsistemas energticos que la componen. Para ello,

ser necesario realizar un anlisis detallado de la industria, su proceso productivo y el uso global de la energa.

El resultado sern medidas de ahorro energtico encaminadas a disminuir el consumo y que, englobando los

subsistemas energticos, mejorarn la eciencia energtica de la planta.

2.2. Alcance

Al abarcar todo el uso energtico de la industria, la auditora tendr que analizar:

1. La industria

Actividaddelaindustriayanlisisdelprocesoproductivo.

Descripcindelossistemasdegeneracin,distribucinyconsumodeenerga.

Consumosenergticosyproduccindelosdosltimosaos.

Distribucindelconsumoenergticoportiposdeenergasycostes.

2. La eciencia energtica

Anlisisenergticosdelosgeneradorestrmicosyfrigorcos.

Anlisisenergticosdelosgrandesconsumidoresnales.

Anlisisenergticodelossistemasdedistribucindeenerga.

3. Las medidas de ahorro energtico (MAEE)

Medidasdeahorroenlosequiposdegeneracindeenerga.

Medidasdeahorroengrandesconsumidores.

Medidasdeahorroenlossistemasdedistribucindeenerga.

Anlisiseconmicopormenorizadodelasmedidas.

Vista general de renera de petrleo


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192. Metodologa de auditoras energticas

2.3. Procedimiento de auditora energtica

La auditora energtica divide su desarrollo en cuatro ases que se describen a continuacin.

2.3.1. Fase 1. Anlisis de la estructura energtica

1. Objetivo

El objetivo de esta primera ase es conocer cmo se recibe la energa en la brica y cmo se transorma, distribuye

y se consume en los equipos nales de proceso. El nivel de proundidad al que se puede llegar en su conocimiento,

depender de la monitorizacin energtica existente de los dierentes procesos y ases.

2. Actividad industrial y proceso productivo

El primer paso ser el conocimiento de la actividad industrial a auditar, seguido de un detallado estudio

del proceso productivo en cuestin, poniendo especial nasis en los procesos consumidores de energa.

Para ello se contar con la inormacin acerca del proceso productivo acilitada por la brica, identicando

los generadores trmicos y rigorcos, equipos consumidores de energa de cada planta y los sistemas

de distribucin de energa. Igualmente se requiere conocer la operacin anual de la planta y la produccin

obtenida en el periodo de tiempo para el que se recaba la inormacin de consumos energticos (entre

1 y 2 aos).

Vista de caldera de vapor de una undicin

En esta ase se podrn utilizar tablas de tomas de datos. Debern recogerse el mayor nmero de datos de

los refejados en ellas, adems de otros, como la acturacin energtica y los diagramas de proceso que se

solicitarn directamente a la brica.

3. Estructura del consumo energtico

El objetivo de la estructura energtica es cuanticar los consumos energticos de la brica, identicando elcorrespondiente a las diversas plantas, servicios y equipos e identicando las zonas de mayor importancia

desde el punto de vista energtico.


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La contabilidad energtica se realiza a partir de la acturacin energtica y de los datos medidos, as como del

anlisis del proceso productivo. Se analizarn los datos de los equipos de medida existentes y se estudiarn

las posibles desviaciones entre la acturacin y el consumo medido, a este respecto, se tendrn en cuenta las

consultas al personal de brica.

4. Inorme de estructura energtica

Conocido el proceso productivo y obtenida la estructura energtica del mismo, deber culminarse esta ase con

la realizacin de tablas y diagramas de fujo de energa cuanticados que refejen los resultados obtenidos en los

dierentes niveles de brica y que se hayan podido analizar con la inormacin suministrada.

2.3.2. Fase 2. Anlisis de efciencia energtica

1. Eciencia energtica de generadores y consumidores nales

Un buen desarrollo de la ase anterior permite conocer, al nivel de detalle adecuado, el proceso productivo,

la estructura del consumo energtico y los posibles puntos dnde centrar los esuerzos para lograr el mayor

ahorro energtico. Para esto ltimo, se realizar el anlisis de eciencia energtica en los equipos y sistemas

de la planta que, en la ase anterior, han presentado potencial de ahorro energtico.

El anlisis de efciencia energtica requiere la realizacin de balances de materia y energa en los

equipos o sistemas, calculando el rendimiento y valorando las prdidas energticas que tienen lugar. Los

resultados de los balances de materia y energa dependern de la abilidad de los datos de partida y en la

mayora de los casos ser necesario realizar medidas in situ.

Para identicar posibilidades de ahorro, se estudiarn las siguientes posibilidades de mejora energtica en equipos:

1. Disminucin de prdidas energticas

2. Aprovechamiento de energas residuales

3. Modicacin de las condiciones de operacin para mejorar la eciencia del equipo.

4. Mejora en el mantenimiento de los equipos.

5. Cambio de la tecnologa existente por otra ms eciente.

En esta ase se deben recoger todas las alternativas posibles de ahorro energtico, clasicadas segn los

niveles anteriores, sin entrar en detalle sobre su viabilidad econmica.

Motor 1 Motor 2 Motor 3 Motor 4Tipo de motorAo de abricacin

FabricantePotenciaelctrica(kW)

Tipo de arranqueFrecuencia (Hz)Funcionamiento (h/d)Funcionamiento (d/ao)

Tabla 2. Formulario de recogida de datos para un motor elctrico


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2. Eciencia energtica de los sistemas de distribucin de energa

Del mismo modo que se han analizado los equipos energticos, tanto generadores como consumidores, se

deber realizar el anlisis de eciencia de los distintos servicios energticos o sistemas de distribucin de

energa a los consumidores nales.

Las propuestas de mejora energtica irn asociadas a la disminucin de las prdidas o a la mejora de las

condiciones de operacin de la red de distribucin, y se distribuirn entre estos tres grupos:

1. Modicacin de las condiciones de operacin para eliminar las prdidas.

2. Mejora en el mantenimiento de redes de distribucin.

3. Aprovechamiento de energas residuales.

2.3.3. Fase 3. Evaluacin de medidas de ahorro energtico

De todas las medidas propuestas por el auditor deben seleccionarse para el estudio aquellas que sean

tcnica y econmicamente viables. Esta seleccin debe realizarse por el auditor con la colaboracin de los

responsables de la brica. Una vez seleccionadas todas las posibles alternativas de ahorro energtico, seanalizarn las mismas segn la metodologa que se describe a continuacin.

Las medidas de ahorro se pueden clasicar en:

1. Mejora de eciencia en el consumo energtico de los equipos.

2. Mejora de eciencia en la distribucin de la energa.

3. Recuperacin energtica.

Para cada medida se debera evaluar:

1. Ahorro energtico.

2. Ahorro econmico.

Vista de horno de proceso de una industria petroqumica


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3. Reduccin de impacto ambiental.

4. Inversin necesaria.

5. Perodo de amortizacin.

6. Anlisis de sensibilidad a los precios energticos.

1. Evaluacin del ahorro energtico

Para calcular el ahorro energtico de la medida propuesta se deber realizar, para las nuevas condiciones

resultantes de la implantacin de la medida, los nuevos balances de materia y energa, calculndose el nuevo

consumo energtico del equipo o sistema energtico. Este debe compararse con el de la situacin actual de

la brica, obteniendo de este modo el ahorro potencial de la medida.

2. Anlisis econmico

Con la inversin requerida y el ahorro econmico obtenido, se calcula el perodo de amortizacin de dichamedida. Con estos valores, el auditor puede establecer un plan de implementacin de las medidas, dnde,

por ejemplo, con el ahorro econmico de las medidas que se implanten se consiga llevar a cabo la inversin

en otras medidas.

Es interesante hacer notar que, en muchas industrias, la capacidad de produccin es variable. Teniendo en

cuenta que los ahorros que se logren dependern en gran medida del nivel de produccin sobre el que se

realizasen los balances de materia y energa, sera conveniente acordar con el personal tcnico de la industria

la produccin de reerencia que se emplear en los anlisis, de orma que los resultados que se obtengan de

la auditoria sean representativos del proceso industrial.

2.3.4. Inorme fnal de la auditora

La auditora energtica concluir con un inorme exhaustivo y concreto en el que se expongan cada uno de

los pasos realizados en el proceso de la auditora. Se pondr especial nasis en describir claramente los

siguientes aspectos.

1. Descripcin de la brica

2. Estructura energtica

3. Toma de datos4. Anlisis de eciencias

5. Medidas de ahorro

6. Evaluacin econmica

7. Plan de implantacin de medidas.

8. Anexos.

2.3.5. Resumen de procedimiento de auditora

A continuacin se resumen los pasos a seguir en cada una de las ases descritas anteriormente y queconstituyen el procedimiento de auditora energtica:


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1. Fase 1

1. Recogida de inormacin previa a la visita.

2. Anlisis del proceso productivo.

3. Visita a las instalaciones.4. Peticin adicional de inormacin.

5. Inorme de la estructura energtica.

6. Anlisis de la monitorizacin existente.

2. Fase 2

7. Visita a las instalaciones y toma de datos de los equipos.

8. Balances de materia y energa. Esquemas, tablas y clculo de rendimientos.

9. Anlisis de eciencia.

10. Listados de propuestas de mejora energtica.

3. Fase 3

11. Seleccin de las medidas de ahorro energtico.

12. Evaluacin de ahorro energtico y econmico de las medidas seleccionadas.

13. Inorme de auditora energtica.

Fig. 6: Esquema del procedimiento de auditoras.

2.4. Tipos de auditoras energticas en el sector industrial

2.4.1. Auditora energtica

Con este nombre se hace reerencia al estudio energtico de la industria con el nivel ms detallado posible. Se

caracteriza principalmente por su actuacin sobre la eciencia energtica, proponiendo medidas de mejora


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de la misma. Para ello, se deber analizar energticamente los tres subsistemas ya mencionados: Generacin,

transporte y consumo nal en proceso.

2.4.2. Diagnstico energtico

Se reserva este nombre para un estudio energtico de un grado de complejidad inerior a la auditora energtica.

Se dierenciar de la auditora en la proundidad del anlisis energtico, as cmo en el detalle de las medidas

de ahorro seleccionadas y el estudio de inversiones aportado.

2.4.3. Prediagnstico energtico

El prediagnstico energtico tambin intentar disminuir el consumo de energa mediante la correccin de

la eciencia energtica. En este caso, slo atender, y de manera somera, al sistema de generacin trmicay rigorca y a los grandes equipos consumidores. El objetivo de este estudio es detectar las posibles

ineciencias energticas, identicando los ocos de ahorro potencial de la brica auditada. Normalmente se

realiza mediante un anlisis de la acturacin energtica, llevndose a cabo alguna visita a las instalaciones y

manteniendo reuniones con personal de brica.

2.4.4. Integracin energtica de procesos: Pinch point

Este tipo de estudio energtico se centra sobre la demanda energtica. En esencia, la integracin de procesos

permite disear y modicar las redes de intercambio existentes en la instalacin, con el objeto de optimizar larecuperacin energtica entre las corrientes calientes y ras del proceso. Con estas tcnicas de reduccin de

la demanda, se consigue obtener ahorros energticos entre el 10 y el 35% de su actura actual, dependiendo

del sector industrial.


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Ahorro energticoen sistemas de

generacin deenerga trmica


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3.1. Introduccin

3.1.1. Fundamentos de la combustin

Se entiende como combustin la reaccin rpida de oxidacin que tiene lugar entre el combustible y el oxigeno

del aire y en la que se libera una gran cantidad de calor.

Los combustibles estn compuestos undamentalmente por carbono, hidrgeno y azure, junto con pequeas

trazas de otros elementos. Pueden estar en orma slida, lquida o gaseosa,

El aire, aparte del oxigeno, contiene cantidades importantes de nitrgeno (79%). El nitrgeno no tiene ningn

papel activo en la combustin.

Se dice que la combustin es completa cuando todos los productos resultantes de la reaccin estn en el

mximo grado de oxidacin posible.

Cuando se aporta el oxigeno (o aire) en la cantidad estrictamente necesaria para la combustin completa del

combustible, esta se denomina combustin estequiomtrica.

Fig. 7: Combustin completa y estequiomtrica

Elemento Reaccin de oxidacin Enega liberada

Carbono (C) C + O2 CO2 32,8 (MJ/kg)

Carbono (C) C + O2 CO 9,3 (MJ/kg)

Hidrgeno (H2) H2 + O2 H2O 142 (MJ/kg)

Azure (S) S + O2 SO2 165 (MJ/kg)

Tabla 3. Reacciones bsicas de oxidacin de los componentes del combustible

Se dice que la combustin es incompleta cuando no todos los productos resultantes de la reaccin estn en

el mximo grado de oxidacin posible.

En la prctica, se trata de conseguir combustiones completas y para ello se aporta un exceso de aire para

avorecer la reaccin de combustin.

3.1.2. Balance de masa

El balance de masa en equipos de generacin de energa trmica, permite conocer los caudales y composicin

de los elementos de la reaccin que tiene lugar en ellos. Ser el paso previo al balance de energa y clculo de


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273. Ahorro energtico en sistemas de generacin de energa trmica

rendimientos. Adems, servir para el dimensionado de los equipos auxiliares, como son: Ventiladores, quemadores,

chimeneas. Tambin permitir establecer un control sobre aquellos parmetros que aectan a la combustin.

La composicin elemental del combustible representa los pesos de cada elemento que orman parte del combustible:

C, H, O, N, H2O y cenizas, expresados en kilogramos de cada uno de ellos por kilogramo de combustible.

Fig. 8: Ejemplo de balance de masa de una combustin incompleta con exceso de aire.

3.1.3. Balance de energa

En aplicacin del primer principio de la termodinmica, se establecen los balances de calor como la igualdad

entre la suma de los calores entrantes, ms los calores netos de la reaccin, y la suma de los calores salientes,

dentro de los lmites de un generador de calor.

Las corrientes que intervienen se encuentran sealadas en el esquema que se muestra a continuacin:

Fig. 9: Esquema de corrientes para el balance de energa

BALANCE DE ENERGA

La generacin de energa trmica, a travs de la combustin en calderas, hornos y secaderos, tiene asociadas

una serie de prdidas, tal y como se muestra en la siguiente gura, que son las siguientes: Prdidas por

inquemados, prdidas por paredes y prdidas en gases.


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La potencia transerida a la carga, que ser el calor a la salida menos el calor a la entrada, se denominar

potencia til del equipo.

Fig. 10: Ejemplo de Balance de energa en una caldera.

3.1.4. Efciencia energtica

El rendimiento de un equipo de generacin de calor (caldera, horno o secadero) es el resultado de dividir la

potencia til por la cantidad de calor aportado; se puede evaluar de dos maneras:

1. El mtodo directo. A partir de mediciones directas.

2. El mtodo indirecto. A partir del balance de energa, evaluando solamente las prdidas como un porcentaje

de la potencia aportada por el combustible.

El rendimiento convencional se calcula a carga nominal. En operacin el rendimiento mximo representa el 75-

80% de la carga nominal. A cargas parciales el rendimiento disminuye debido a que la regulacin adecuada del

aire de combustin es dicil de conseguir a reducidas cargas de trabajo y a que la prdida de calor al ambiente

es prcticamente invariable a cualquier carga. Esto no ocurre en el caso de calderas de baja temperatura o de

condensacin, donde el rendimiento a carga parcial es mayor que el nominal.

3.2. Medidas de ahorro y efciencia energtica (MAEE)

3.2.1. MAEE 1.1: Control de la combustin

1. Descripcin de la medida

El control de la combustin es importante en cualquier generador que use combustible sil. Persigue

dos objetivos: Liberar la mayor cantidad de energa posible del combustible, provocando una combustin


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completa con el adecuado exceso de aire, y minimizar la cantidad de energa perdida con los humos

procedentes de la combustin.

El actor ms determinante para una buena combustin es el exceso de aire. Existe un mnimo terico necesario

para la combustin completa, que normalmente se supera en una cantidad que marca la buena prctica de estosequipos y que depende del tipo de combustible. El exceso de aire debe ser controlado, pues a medida que crece,

y una vez conseguida la combustin completa, su aumento slo provocara prdidas crecientes de energa a travs

de los gases expulsados.

En la siguiente tabla se muestra el porcentaje de exceso de aire y el contenido de oxgeno ptimo en los

gases de combustin, en uncin del tipo de combustible. Es necesario hacer notar que estos valores son

aproximados, y que cada tipologa de equipo de generacin tiene sus propios parmetros que deben ser

consultados por el auditor.

CombustibleExceso de aire (%) O2 en gases (%)

Mnimo Mximo Mnimo MximoGas natural 10 15 2 2,7Fuel oil ligero 12,5 20 2,3 3,5Fuel oil pesado 20 25 3,3 4,2Carbn 30 50 4,9 7

Tabla 4. Exceso de aire recomendado para distintos combustibles

2. Implementacin tecnolgica

El control de la combustin en calderas de pequea potencia se suele realizar analizando los gases de combustincon una periodicidad determinada y ajustando el quemador y los ventiladores de aire primario y secundario hasta

obtener los parmetros de concentracin de gases deseados. En ocasiones, estos anlisis lo realizan el personal

de mantenimiento de la propia brica o se contrata a una empresa externa.

Fig. 11: Ajuste del exceso de aire en el quemador

En calderas de gran potencia y en hornos de proceso, el control se suele realizar en continuo. Para ello, seinstalan analizadores de oxgeno en la salida de humos de combustin, midindose el oxgeno contenido en

estos, y en uncin de ello, se regulan la cantidad de aire y de combustible que entra al quemador. Junto al


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analizador de oxgeno, se puede instalar un analizador de monxido de carbono (CO), ya que la presencia de

este es un indicativo de que la combustin se est llevando a cabo de manera incompleta.

El controlador recibe la seal del analizador y, en uncin de la dierencia entre sta y la seal de reerencia,

acta sobre la regulacin del aire. El punto de reerencia dado al controlador es una uncin de la carga de lacaldera. Normalmente se encuentra en torno al 10-15% de exceso de aire para cargas pequeas y al 2-3%

para carga mxima.

3.2.2. MAEE 1.2: Minimizacin de purgas en calderas de vapor


La purga de la caldera persigue mantener la concentracin de slidos dentro de unos mrgenes, ya que estos

se van concentrando a medida que el agua se evapora. Para ello, es necesario extraer el agua con una elevadaconcentracin de slidos disueltos y en suspensin, y sustituirla por agua de alimentacin. La purga se hace

necesaria para evitar que los slidos precipiten y ormen depsitos que puedan dicultar la transerencia de

calor a travs de las supercies, disminuyendo con ello la eciencia en la generacin de vapor. La purga deber

ser la mnima necesaria, pues cualquier exceso, adems de un mayor consumo de agua, supone una prdida

energtica y econmica ya que el agua de alimentacin debe ser calentada, tratada y bombeada.


La cantidad ptima de purga se determina en uncin de varios actores como son el tipo de caldera, la

presin de operacin, el tratamiento del agua y la calidad del agua de alimentacin.

Se deber reducir el caudal de purga hasta la cantidad ptima. La siguiente grca muestra la relacin entre

el porcentaje de purga y el porcentaje de energa de combustible perdida.

Se observa que a mayor presin de generacin de vapor la prdida de energa asociada la purga es ms elevada.

Fig. 12: Detalle de purgador de ondo


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Fig. 13: Prdida de energa asociada a la purga

3.2.3. MAEE 1.3: Recuperacin de calor residual de gases de salida


1.1. Economizador: Precalentamiento del agua de alimentacin

Un economizador es un intercambiador de calor tubular, que se instala a la salida de los gases de combustin

de la caldera, por los que circula agua de alimentacin que absorbe parte del calor de estos gases. La energa

recuperada supone un calentamiento del agua de alimentacin y, por tanto, una reduccin del consumo de

combustible necesario para ello, generando, por consiguiente, un ahorro energtico y econmico.

Fig. 14: Esquema recuperacin de energa con economizador

1.2. Recuperador: Precalentamiento del aire de combustin

En este caso, se trata de calentar el aire de combustin, antes de su entrada en el equipo de generacin, conlos gases de combustin, disminuyendo el consumo de combustible. Mediante el recuperador, el rendimiento

del equipo se ver notablemente mejorado.


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Lamayoradeloshornosproducenhumosaaltatemperatura(250-1.000C)existiendoungranpotencial

de recuperacin y reutilizacin de energa en el proceso, disminuyendo el consumo de combustible para la

misma potencia a transerir.

Un economizador de agua de caldera es ms econmico que un precalentador de aire para calderas pequeas,es decir, de baja presin y con una produccin de vapor inerior a 20.000 kg/h. El precalentador de aire

competir con el economizador de agua para unidades mayores de capacidad y produccin.

Fig. 15: Esquema recuperacin de energa con recuperador

3.2.4. MAEE 1.4: Minimizar prdidas por paredes


El espesor y mantenimiento en buen estado del reractario, son elementos esenciales del ahorro energtico en

los hornos, ya que su inadecuacin puede llevar asociadas unas prdidas trmicas por las paredes en torno

a un 30-40% del poder calorco aportado por el combustible. Aislar un horno con el reractario adecuado,

puede mejorar la eciencia trmica de los procesos de calentamiento hasta en un 50%, dependiendo del tipo

de horno y las temperaturas, Algunas medidas para disminuir estas prdidas consisten en instalar aislamiento

en las paredes o aumentar su espesor.

Fig. 16: Anlisis termogrco para evaluar el estado del aislamiento.


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3.2.5. Tabla resumen de medidas

A continuacin se orece una lista de las medidas de ahorro energtico descritas en el apartado anterior, con

los valores de ahorro y los perodos de amortizacin de las inversiones necesarias. Estos valores de ahorro y

periodos de amortizacin son orientativos, y se han obtenido de varios estudios sobre auditoras realizados endistintos pases. Los valores que se orecen son los promedios de los orecidos por estos estudios.

LISTA DE MAEE EN CALDERAS, HORNOS Y SECADEROS

Tecnologa Descripcin de la medida Reerencia % AhorroPeriodo de

amortizacinCalderas Control de la combustion MAEE 1.1. 3,2 10 mesesCalderas Minimizacin de purgas MAEE 1.2. 0,73 9 meses

CalderasRecuperacin de calor residual de

gases de salidaMAEE 1.3. 5,18 2 aos

Hornos Control de la combustion MAEE 1.1. 6 10 meses

HornosRecuperacin de calor residual degases de salida

MAEE 1.3. 8,4 < 2 aos

Hornos Minimizar prdidas por paredes MAEE 1.4. 2,5 1 ao

SecaderosRecuperacin de calor residual degases de salida

MAEE 1.3. 21,4 1,9 aos

Secaderos Minimizar prdidas por paredes MAEE 1.4. 2,0 1,1 aos

Tabla 5. Tabla de medidas de ahorro y efciencia energtica en calderas, hornos y secaderos

3.3. Ejemplo de evaluacin de la medida de ahorro control del aire

de combustin3.3.1. Descripcin tecnolgica de la medida

En el presente ejemplo se analizar el ahorro conseguido mediante la mejora en el control del aire de combustin

en una caldera pirotubular, alimentada con gas natural, que produce vapor saturado. La regulacin del aire de

combustin se lleva a cabo actualmente de modo manual. El aire de combustin introducido debe ajustarse al

valor mnimo que garantice una combustin completa (dependiendo de la tecnologa empleada, produccin de

la caldera y del combustible), y de manera que sea mnima la prdida de calor con los humos de combustin.

Para evaluar los aspectos tcnicos, energticos y econmicos de la medida de ahorro se analizar, en primer lugar,el uncionamiento actual de caldera (prdidas, rendimiento, costes) y, posteriormente, el uncionamiento de la

situacin mejorada al ajustar el aire de combustin. La comparacin entre ambas situaciones permitir evaluar los

rendimientos obtenidos con la medida.

La medida de ahorro consistira en incorporar un sistema de control que corrija la relacin aire/combustible.

Esta correccin se basa en la medicin del porcentaje de O2 en los gases de la combustin y en hacer actuar

la seal obtenida sobre el sistema general de control aire/combustible.

3.3.2. Estimacin de efciencia energtica

El objeto de este apartado es describir los datos necesarios, y el procedimiento a seguir, para evaluar los rendimientos

de la situacin actual de la caldera y de la situacin mejorada, una vez implementada la medida de ahorro.


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Fig. 17: Sistema de control de la caldera

Dependiendo del nivel de instrumentacin de la industria, los datos necesarios sern conocidos y podrnser aportados por el responsable del centro. En caso contrario, ser necesario realizar mediciones de campo

especcas para dicha evaluacin.

SITUACIN ACTUAL

1. Datos requeridos:

En la tabla siguiente se resumen los datos que se necesitarn para evaluar la eciencia energtica de la

situacin actual, es decir, la situacin previa a la implantacin de la medida de ahorro.

Datos requeridos Unidades Valor actual

VaporPresin bar 10,50Caudal kg/h 7.300

CombustibleTipo --- Gas naturalPCI kWh/Nm3 10,5Consumo Nm3/h 498,7

Agua T entrada caldera C 120

Gases de combustin

T salida C 220

Contenido CO % CO 0Contenido O2 % O2 7,5

Tabla 6. Tabla de datos requeridos

2. Evaluacin de las prdidas

La evaluacin de las prdidas energticas y del rendimiento de la caldera, se realizar mediante balances de

masa y energa.

El clculo del caudal de gases de la combustin se obtendr a partir de la composicin del gas natural y de

los porcentajes de O2 y CO en los gases de escape, realizando, para ello, el balance de masa.

El resultado del balance de masa se muestra en la tabla siguiente:


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A partir de los datos anteriores se calcula la potencia aportada por el combustible, la potencia til y lasprdidas de los gases de combustin.

Planteando el balance de energa de la caldera, se podr cuanticar el resto de las prdidas energa de la

caldera agrupndolas en un slo trmino que incluya tanto las prdidas debido a la purga como las prdidas

por transmisin a travs de la envolvente de la caldera. En este caso, las prdidas por inquemados slidos son

despreciables al tratarse de gas natural.

3. Resultados

En la siguiente tabla se muestran los resultados del balance trmico (en trminos de potencia) en la situacin actual.A continuacin se muestra el diagrama de Sankey que ilustra el reparto de prdidas en la situacin actual.

Situacin Valor calculado Unidades Resultado Actual Caudal de gases kg/kg combustible 23

Tabla 7. Caudal de gases de combustin

Situacin Valor calculado Unidades Resultado

Actual Potencia aportada kW 5.276

Actual Potencia til kW 4.614

Actual Prdidas en gases kW 541

ActualPrdidas purga +

convectivas kW 121

Tabla 8. Potencia actual de las distintas corrientes

Fig. 18: Diagrama de Sankey situacin actual (en trminos de potencia)

Como resultado se tiene un rendimiento instantneo del 87,4%.

SITUACIN MEJORADA

1. Datos requeridos:

Para evaluar la eciencia energtica de la situacin posterior a la implantacin de la medida de ahorro a

evaluar, se requiere un nuevo dato que es la hoja de calibracin de la caldera.


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La hoja de calibracin de la caldera muestra el contenido de oxgeno, en los gases de combustin, en uncin

de la produccin de vapor para la obtencin de una adecuada combustin.

Fig. 19: Hoja de calibracin de la caldera

Mediante la hoja de calibracin de la caldera se obtiene el contenido en oxgeno en los gases de combustin

para la combustin ajustada, a partir de la produccin de vapor de la caldera.

Fig. 20: Obtencin del contenido de O2 en los gases en uncin de la produccin de la caldera


Tras la realizacin de los balances de masa, se calcula el caudal de aire por kg de combustible para la

combustin ajustada.

Realizando el balance en la situacin mejorada, se pueden calcular las prdidas en los humos (un menor caudal

que al inicio) de combustin para la situacin mejorada, considerando constante el resto de los trminos.

La potencia til (evaluando la caldera para la misma produccin de vapor) y el resto de prdidas (las debidasa la purga y a las prdidas por conveccin) no se ven infuenciadas por el ajuste de la combustin. De este

modo, del balance de energa de la caldera, se obtiene la nueva potencia aportada por el combustible.

Tabla 9. Nueva composicin de gases para la combustin ajustada

Situacin Contenido O2 (%) Contenido CO (%)Actual 7,5 0

Mejorada 3,05 0


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3. Resultados

En la siguiente tabla, se muestran los resultados del balance de energa en la situacin mejorada. A continuacin

se muestra el diagrama de Sankey que ilustra el reparto de prdidas en la nueva situacin.

Fig. 21: Diagrama de Sankey de la situacin mejorada

Situacin Valor calculado Unidades ResultadoMejorada Caudal de gases kg/kg combustible 17,97

Tabla 10. Caudal de gases de combustin para la combustin ajustada


Actual Potencia aportada kW 5.158Actual Potencia til kW 4.614

Actual Prdidas en gases kW 423

ActualPrdidas purga +

convectivaskW 121

Tabla 11. Potencia de las corrientes en la situacin mejorada

El resultado es un rendimiento instantneo del 89,4%. Respecto al valor existente en la situacin inicial,

supone un incremento del 2,28%.

3.3.3. Evaluacin energtica

La nalidad de este apartado es evaluar el consumo energtico anual en la situacin actual y tras la implantacinde la medida de ahorro. Una vez conocidos los resultados, se podr calcular el ahorro energtico anual al

comparar ambas situaciones.


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SITUACIN ACTUAL

1. Datos requeridos

Para evaluar el consumo energtico en la situacin actual, se requerir el conocimiento o estimacin de lashoras anuales de uncionamiento de la caldera.

Se considerar un uncionamiento de 8.400 horas al ao.

2. Evaluacin del consumo energtico anual

Se calcula el consumo anual de combustible a partir de la potencia aportada.

Los resultados se muestran en la tabla siguiente:

SITUACIN MEJORADA

1. Datos requeridos

No son necesarios ms datos, al no variar las horas de uncionamiento


De modo similar al descrito para la situacin actual se calcula el consumo energtico.

Situacin Valor calculado Unidades ResultadoActual Consumo de combustible Nm 3/ao 4.188.868Actual Consumo energtico kWh/ao 44.318.218

Tabla 12. Consumo anual de combustible

Tabla 13. Consumo anual de combustible


Mejorada Consumo de combustible Nm3/ao 4.094.857

Mejorada Consumo energtico kWh/ao 43.323.582


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El ahorro conseguido nos lo orece la dierencia entre el consumo actual y el consumo en la situacin

mejorada:

Ahorro combustible = consumo combustible anual /SA consumo combustible anual /SM

Ahorro energtico = Consumo energtico /SA Consumo energtico /SM

Consumo de combustible Ahorro de combustible

Situacin actual Situacin mejorada Nm3/ao %

4.188.868 4.094.857 94.011 2,2

Tabla 14. Ahorro anual de combustible

Tabla 15. Ahorro anual de energa

Consumo energtico Ahorro energtico

Situacin actual Situacin mejorada kWh/ao %

44.318.218 43.323.582 994.636 2,2

3.3.4. Evaluacin econmica

SITUACIN ACTUAL

1. Datos requeridos

Para evaluar el consumo energtico en la situacin actual se requerir los siguientes datos:

Tabla 16. Datos requeridos

Datos Unidades Valor actual

Precio gas natural /kWh 0,031

PCS kWh/Nm3 11,7

El precio del gas natural est reerido en trminos de poder calorco superior (PCS).

2. Coste energa consumida

Se calcula el coste del gas natural a partir de su consumo estimado y de su precio, mediante la siguiente expresin:


Actual Coste gas natural /ao 1.526.516

Tabla 17. Coste del consumo de gas natural en la situacin actual


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SITUACIN MEJORADA

1. Datos requeridos

Suponiendo que se mantiene el precio del gas natural, el nico dato adicional para el estudio econmico serla inversin requerida para la implantacin de la medida de ahorro.

Los resultados se muestran en las siguientes tablas:

2. Evaluacin de la rentabilidad econmica

La inversin requerida para la implantacin de la medida consta de los siguientes elementos:

1. Analizador del porcentaje de O2 en los gases de escape de la caldera.

2. Sistema de control de la combustin con medicin continua del porcentaje de O2 en los gases de

escape. En uncin de este porcentaje, se ajusta el caudal de aire a introducir en la caldera al nivel

ptimo en los gases, siguiendo la curva de calibracin de la caldera. El controlador compara el valor

medido con el nivel jado, aadiendo o quitando aire para ajustarse al objetivo.

3. Instalacin y puesta en punto del equipo.

Para evaluar la rentabilidad de la inversin se calcula el tiempo de retorno simple mediante la siguiente

expresin:


Mejorada Coste gas natural /ao 1.492.256

Tabla 18. Coste del consumo de gas natural en la situacin mejorada

Coste consumo gas natural Ahorro econmicoSituacin actual Situacin mejorada /ao %

1.526.516 1.492.256 34.260 2,2

Tabla 19. Ahorro econmico

Valor calculado Unidades ResultadoAhorro anual /ao 34.260Inversin prevista 40.000Tiempo de retorno aos 1,2

Tabla 20. Tiempo de retorno


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Ahorroenergtico en

redes de vapor


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4.1. Introduccin

Si se analizan las prdidas globales en una instalacin de vapor, podremos comprobar que aproximadamente

el 25% se producen en la generacin, el 45% en la red de distribucin y el 30% restante son debidas a la

no utilizacin de los condensados. Por tanto, un buen diseo (longitud y dimetros de tuberas apropiados,

aislamientos, uso de purgadores adecuados, etc.) y mantenimiento de la red de vapor (eliminar ugas en tuberas,

comprobar el buen uncionamiento de los purgadores, etc.), as como el aprovechamiento del condensado y

revaporizado, es clave a la hora de disminuir las prdidas, aumentar la eciencia y ahorrar energa.

Fig. 22: Porcentajes de prdidas en una instalacin de vapor.

4.2. Medidas de ahorro y efciencia energtica

4.2.1. MAEE 2.1: Aislamiento de lneas de condensado y de vapor


Si las lneas de retorno de los condensados y de distribucin de vapor no se aslan convenientemente,

darnlugaraunaimportantsimaprdidadeenerga.Cualquiersupercieporencimadelos50Cdebeser

caloriugada, incluyendo las supercies de la caldera, las tuberas, los depsitos y los accesorios. De este

modo, pueden reducirse las prdidas de calor hasta en un 90%.


El clculo del espesor de aislante de una supercie, es un problema de optimizacin. Por un lado, cuanto mayor

sea dicho espesor, menores sern las prdidas que pudieran producirse, con lo que la cantidad de condensado

decrece. Por otro, cuanto mayor sea el aislamiento, mayor ser el coste de inversin requerida para ello.

Las prdidas debidas a la alta de aislamiento, o a su deterioro, dependen de una serie de actores, entrelos que caben destacar: La dierencia de temperatura entre el vapor y el exterior, las velocidades de ambas

corrientes, el material, espesor, dimetro y longitud de la tubera, su ubicacin y las condiciones ambientes.

Generacin25% No retorno de

condensados30%

Red dedistribucin

45%


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434. Ahorro energtico en redes de vapor

Fig. 23: Obtencin del espesor de aislante ptimo.

Fig. 24: Foto de inrarrojos de un aislamiento daado.

4.2.2. MAEE 2.2: Reduccin de ugas


Reducir las ugas de vapor constituye uno de los mayores potenciales de ahorro energtico y econmico en

las instalaciones industriales.

Las prdidas de vapor se localizan undamentalmente en las tuberas y en los purgadores. Las ugas debidasa allos en las tuberas son cilmente detectables y debern ser eliminadas con rapidez, sobre todo debido

al riesgo que suponen para los operarios. En cambio, el mal uncionamiento de los purgadores es dicil de

detectar, especialmente en sistemas de condensacin cerrados en los que no es cil acceder al punto de

descarga del purgador.

Un programa de mantenimiento de las instalaciones que tenga por objetivo la bsqueda y reparacin de las

ugas, es esencial para una operacin eciente de los sistemas de vapor.


Habr que estimar la cantidad de vapor ugado, tanto en las redes como en los purgadores.


45/100


La comprobacin del uncionamiento de los purgadores puede hacerse mediante:

Inspeccinvisual.

Controlpormirillas.

Anlisistrmico.

Controlacstico.

4.2.3. Tabla resumen

A continuacin se orece una lista de las medidas de ahorro energtico descritas en el apartado anterior,

conteniendo los valores de ahorro y perodos de amortizacin orientativos. Estos valores de ahorro y periodos

de amortizacin se han obtenido de varios estudios sobre auditoras realizados en distintos pases. Los valores

que se orecen son los promedios de los orecidos por estos estudios.

LISTA DE MAEE EN REDES DE VAPOR

Tecnologa Descripcin de la medida Reerencia%

AhorroPeriodo de

amortizacinRedes de vapor Aislamiento de lneas (condensado) MAEE 2.1. 2,0 10 mesesRedes de vapor Aislamiento de lneas (vapor) MAEE 2.1. 1,0 10 mesesRedes de vapor Reduccin de ugas (lneas y vlvulas) MAEE 2.2. 3,0 4 mesesRedes de vapor Reduccin de ugas (purgadores) MAEE 2.2. 4,5 6 meses

Tabla 21. Tabla de seleccin para medidas de ahorro y efciencia energtica en redes de vapor

4.3. Ejemplo de evaluacin de la medida de ahorro aislamiento deredes de vapor

4.3.1. Descripcin tecnolgica de la medida

La red de vapor tiene por objeto distribuir, desde los puntos de generacin, el vapor demandado por los

distintos puntos de consumo de una planta. Para transportar el vapor producido existe un colector general,

que comunica los distintos puntos de produccin de vapor y se diversica en ramales que distribuyen el vapor

hasta los distintos puntos de consumo. En el ejemplo que se analizar a continuacin se supondr que el

vapor es transportado por la red a 8 bares de presin.

Fig. 25: Esquema de una red de vapor.


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La alta o deterioro del aislamiento de la red de vapor, puede producir importantes prdidas energticas en la

misma.

La medida de ahorro, descrita en este ejemplo, consiste en la reparacin del aislamiento y en el recubrimiento

de las zonas deectuosas de la red de vapor en los puntos en los que se ha deteriorado o uera inexistente.

4.3.2. Estimacin de efciencia energtica

El objeto de este apartado es describir los datos necesarios, y el procedimiento a seguir, para evaluar las

prdidas de energa en orma de calor asociadas a la alta o al deterioro del aislamiento en las tuberas de una

red de vapor.

Para caracterizar el estado de una red de distribucin de vapor, es necesario realizar una inspeccin ocular y

termogrca de la misma, que permita evaluar los tramos de tuberas cuyo aislamiento se encuentra deteriorado.

SITUACIN ACTUAL

1. Datos requeridos


situacin actual de la red, es decir, la situacin previa a la implantacin de la medida de ahorro.

Datos Unidades Valor actualCaudal de la red de vapor t/h 20,15Presin de vapor bar 8T vapor C 171T entrada agua a caldera C 25T ambiente media C 20,9Velocidad del viento media m/s 4,1

Tabla 22. Determinacin del estado de la red. Datos requeridos

A continuacin se muestra una de las termograas, realizadas durante los trabajos de campo, en las que puede

observarse las temperaturas alcanzadas en la supercie exterior de las tuberas.

Fig. 26: Fotograa y termograa de la red de distribucin de vapor.


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A partir del estudio termogrco realizado, se evalan los metros lineales de tuberas con aislamiento

deectuoso. En la siguiente tabla se detalla, para cada una de las distintas secciones de tuberas, la longitud

de estas con aislamiento deectuoso y sus correspondientes temperaturas supercial.


Las prdidas de energa, a travs de la supercie de las tuberas, resultan de la suma de la energa transerida

al ambiente por conveccin y por radiacin desde las mismas.

Se evaluarn las prdidas energticas en aquellos tramos con aislamiento deectuoso, recogidos en la tabla

anterior.

3. Resultado

Las prdidas se han evaluado para la temperatura ambiente media del ao. Para un clculo ms detallado,

pueden evaluarse tambin las prdidas segn la temperatura y velocidad del viento para cada una de las

horas del ao.

En la siguiente tabla se muestran los resultados de la situacin actual.

Dimetro de la tubera (pulgadas)

1 2 3 4 6 8 10 12 14

170C 14 - 1 17 10,5 10,5 - - -

160C 15 4 - 1 - 39 3 97 63

147C - - 1 3 - 6 - - -

140C - 11 - - - - - - -

70C 1 - - - - - - - -

Tabla 23. Longitud de aislamiento deectuoso (m) en uncin de dimetro

A continuacin se presentan, en porcentajes respecto a la energa transportada por la red de vapor, las prdidas

energticas. Se han tenido en cuenta nicamente las debidas a los tramos con aislamiento deteriorado.

Tabla 24. Prdidas de los tramos con aislamiento deectuoso

Situacin Valor calculado Unidades ResultadoActual Prdidas por conveccin kW 540Actual Prdidas por radiacin kW 205Actual Prdidas totales kW 745

Energa til Prdidas por conveccin Prdidas por radiacin

95 % 3,6 % 1,4 %

Tabla 25. Reparto de las prdidas en la situacin actual


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SITUACIN MEJORADA

1. Datos requeridos

Se tomar un espesor del aislante de 50 mm y se supondr una temperatura de la supercie exterior de lastuberas,unavezaisladas,de28C.

Para cada tramo de tubera, las prdidas por conveccin y radiacin se calculan de modo anlogo al anterior,

suponiendounatemperaturasupercialde28C.

2. Resultado

En la siguiente tabla se muestran las prdidas en la situacin mejorada.

Tabla 26. Potencia de las prdidas en la situacin mejoradaSituacin Valor calculado Unidades Resultado

Mejorada Prdidas por conveccin kW 30,5

Mejorada Prdidas por radiacin kW 14,7

Mejorada Prdidas totales kW 45,2

En la siguiente tabla se presentan, en porcentajes respecto de la energa transportada por la red, las prdidas

de los tramos detallados anteriormente una vez aislados convenientemente.

Energa til Prdidas por conveccin Prdidas por radiacin

99,7 % 0,2 % 0,1%

Tabla 27. Reparto de las prdidas en la situacin mejorada

4.3.3. Evaluacin energtica

La nalidad de este apartado es evaluar las prdidas anuales de la red en los tramos con aislamiento deteriorado

en la situacin actual y las prdidas existentes tras colocar el aislamiento. Las dierencias observadas, nos

permitirn calcular el ahorro energtico anual.

Una de las consecuencias de las prdidas energticas en el transporte del vapor es que generan la necesidadde producir un exceso de vapor en las calderas. Este exceso de vapor, que llamaremos vapor equivalente, ser

utilizado para evaluar las prdidas en ambas situaciones.

SITUACIN ACTUAL

1. Datos requeridos

Para evaluar el consumo energtico en la situacin actual se requerir el conocimiento o estimacin de las

horas anuales de uncionamiento de la red de transporte.

Estas se estiman en 8.000 horas de uncionamiento anuales.


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Se calculan las prdidas de vapor anuales y el vapor equivalente a dichas prdidas.

SITUACIN MEJORADA

1. Datos requerido

No son necesarios ms datos, al no variar las horas de uncionamiento


De modo similar al descrito en el apartado anterior se calculan las prdidas anuales:


La evaluacin del ahorro se realiza mediante la comparacin de la situacin actual y mejorada.

4.3.4. Evaluacin econmica

1. Datos requeridos

Para evaluar el gasto asociado al consumo energtico, jaremos un precio del vapor de 21,5 /t.

2. Evaluacin del ahorro econmico

La evaluacin de este ahorro se realiza mediante la comparacin de la situacin actual y la mejorada.


Actual Prdidas anuales kWh/ao 5.955.215

Actual Vapor equivalente t/ao 8.046

Tabla 28. Prdidas de vapor actuales

Tabla 29. Prdidas de vapor en la situacin mejorada


Mejorada Prdidas anuales kWh/ao 361.717

Mejorada Vapor equivalente t/ao 489

Ahorro energtico

kWh/ao %

5.593.498 4,7

Tabla 30. Ahorro anual de energa


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Tabla 31. Ahorro econmico anual

Coste prdidas (/ao) Ahorro econmico

Situacin actual Situacin mejorada /ao %

172.989 10.514 162.475 93,9

3. Evaluacin de la rentabilidad econmica

El desglose de la inversin requerida para la implantacin de la medida, es el siguiente:

Aislamientode50mmdeespesoryenvolventeparacadaunodelostramosespecicados,incluidos

los codos.

Colocacindelaislamientoyenvolvente.

Tabla 32. Resultados para el anlisis de la rentabilidad econmica

Ahorro anual /ao 162.475

Inversin 25.000

Periodo de retorno meses 1,8


51/100


52/100

Ahorro energticoen sistemas

de produccinde ro


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5.1. Introduccin

Los sistemas con mayor uso en rerigeracin industrial son la rerigeracin por compresin mecnica (ms del

90 % de los casos) y la rerigeracin por absorcin. Existen otros mtodos, como la eyeccin de vapor o la

adsorcin, pero son poco econmicos o simplemente experimentales y sus aplicaciones son muy escasas.

Dado que el sistema de rerigeracin por compresin de vapor es el ms empleado actualmente, es el que se

propone, en este documento, para la aplicacin de las medidas de ahorro propuestas.

El ciclo de compresin mecnica (o compresin de vapor) est basado en el ciclo inverso de Carnot,

que representa la mquina rigorca ideal. Si bien el ciclo de Carnot es un ciclo terico, su conocimiento

proporciona las bases para entender los conceptos necesarios para estudiar el ciclo real de compresin de

vapor, que es el que sigue las instalaciones convencionales.

Los procesos en el ciclo inverso de Carnot, tal y como se muestran en la gura, son los siguientes:

Proceso1-2:Compresinadiabticayreversible:Isentrpica.

Proceso2-3:Enfriamientoisotermo.

Proceso3-4:Expansinadiabticayreversible:Isentrpica.

Proceso4-1:Calentamientoisotermo.

Fig. 27: Diagrama T-s del ciclo de Carnot

La eciencia de los ciclos de rerigeracin se expresa en trminos del coeciente de eciencia energtica

(COP). Este coeciente se dene como la cantidad de rerigeracin obtenida (potencia rigorca) dividido por

la energa que se requiere para conseguir dicha rerigeracin (potencia de compresin).

El COP depende de la dierencia entre la temperatura de condensacin y la de evaporacin, de orma

que a medida que disminuye esta dierencia, acercndose ambas temperaturas, el COP aumenta. Este

ser un aspecto importante a tener en cuenta a la hora de proponer medidas de ahorro energtico para

estos sistemas.


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535. Ahorro energtico en sistemas de produccin de ro

Los cuatro componentes bsicos del sistema de compresin de vapor son: El compresor, el condensador, el

sistema de expansin y el evaporador.

Fig. 28: Componentes del ciclo estndar de compresin de vapor.

En la siguiente gura se representan los puntos dentro del ciclo real de compresin de vapor.

Fig. 29: Diagrama p-h del ciclo estndar de compresin de vapor

5.2 Medidas de ahorro y efciencia energtica

5.2.1 MAEE 3.1: Reduccin de la temperatura de condensacin

1. Descripcin de la medida.

Se pretende con esta medida reducir el trabajo del compresor ya que disminuye la presin de condensacin

con la que trabaja el ciclo rigorco. Como consecuencia, se obtiene un menor consumo energtico del

compresor. Tambin pueden darse otros benecios, como son una temperatura de descarga menor y aumento

de la vida del compresor al trabajar en condiciones menos extremas.

2. Implementacin tecnolgica.

Se tienen varias lneas de accin para disminuir la temperatura de condensacin:

1. Cambio de tipologa de condensador. Dierentes tipos de condensadores para un mismo emplazamiento,

dan temperaturas de condensacin dierentes.


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2. Control modulante de presin. Estos sistemas, normalmente, utilizan un control jo de la presin de

condensacin. Esta, que suele ser elevada, se ajusta a las condiciones ms desavorables del ao. Se

trata entonces de eliminar el control por presin de alta y permitir que la condensacin fucte con las

condiciones ambientes.

3. Pre-enriamiento evaporativo del aire de rerigeracin del condensador. Con esto se consigue reducir la

temperatura de entrada del fuido rerigerante.

Fig. 30: Tipos de condensacin y temperaturas tpicas asociadas

Fig. 31: Tipos de condensacin por agua y temperaturas tpicas asociadas.

5.2.2 MAEE 3.2: Aumento de la temperatura de evaporacin


La temperatura de evaporacin viene determinada por el servicio dado por el equipo y por la temperaturarequerida en la instalacin y no siempre ser posible aumentarla. Al aumentar la temperatura de evaporacin,

disminuye el trabajo que debe realizar el compresor para poder evacuar el calor en el condensador y, por

tanto, disminuye su consumo.


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El ro producido en un evaporador siempre es consecuencia del salto trmico y del rea de intercambio del

evaporador.

Se pretende mantener una presin de evaporacin fotante con las condiciones de carga. Esto se consigue a

travs de controladores electrnicos, que oertan determinados abricantes.

5.2.3 MAEE 3.3: Regulacin de la carga en motores


En toda instalacin rigorca existe un cambio continuo de la demanda de rerigeracin, lo cual exige que

la produccin rigorca deba ser variable para satisacer la demanda. En la prctica, nos encontramoscon el hecho de tener instalaciones diseadas para una capacidad mxima determinada, por lo general

sobredimensionadas, aunque en realidad las necesidades que le solicitamos a los equipos son variables

e ineriores. Es muy importante, al objeto de obtener el mximo de ahorro energtico, conseguir un buen

acoplamiento a condiciones de carga variable.

Lo ideal es la parcializacin de la potencia de los equipos en la medida de lo posible. Es decir, disponer de

un nmero de compresores, ventiladores y bombas de distinta potencia para poder ajustarse de mejor orma

a la carga.


El mtodo ms eciente para adecuar el uncionamiento de los equipos que consumen electricidad a la carga

de la instalacin, una vez que sta est en uncionamiento, es la introduccin de variadores de recuencia en

los motores elctricos.

Un variador de recuencia es un dispositivo electrnico que toma la tensin de alimentacin de la red elctrica,

la rectica y luego la vuelve a transormar en corriente alterna de la recuencia y tensin que en cada momento

se necesite para que la velocidad de rotacin del motor elctrico y del equipo (compresores, ventiladores y

bombas) varen segn las necesidades de la instalacin. Estas le son marcadas por un controlador, interno o

externo, basndose en la presin o temperatura de reerencia ajustada.

Con esto se consigue que el equipo uncione en su punto de mximo rendimiento, sea cual sea la carga.

Adems, como se producen menores paradas de la instalacin, aumenta la vida til de los equipos.

5.2.4 Tabla resumen

A continuacin, se orece una lista de las medidas de ahorro energtico descritas en el apartado anterior,

conteniendo valores orientativos de los ahorros y de los perodos de amortizacin. Estos valores se han

obtenido de varios estudios sobre auditoras realizados en distintos pases. Los valores que se orecen son lospromedios de los orecidos por estos estudios.


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5.3 Ejemplo de evaluacin de la medida de ahorro reduccin dela presin de condensacin.

5.3.1 Descripcin tecnolgica de la medida.

La instalacin rigorca del presente ejemplo tena originalmente una demanda rigorca constante. La

condensacin se produca en un condensador rerigerado por aire, siendo R-22 el rerigerante del ciclo de ro.

El sistema utilizaba un control jo de la presin de condensacin elevado, ajustado a las condiciones ms

desavorables del ao. En el diseo original, el ventilador del condensador segua un ciclo de marcha-parada

para mantener una presin de condensacin entre 1.517 y 1.725 kPa.

Fig. 32: Condensacin rerigerado por aire

Tabla 33. Tabla de seleccin para medidas de ahorro y efciencia energtica en instalaciones de produccin de ro

LISTA DE MAEE EN INSTALACIONES DE PRODUCCIN DE FRO

Tecnologa Descripcin de la medida Reerencia%

AhorroPeriodo de

amortizacin

Produccin de ro Reduccin de la temperatura decondensacin

MAEE 3.1. 2,0 10 meses

Produccin de roAumento de la temperatura deevaporacin

MAEE 3.2. 1,0 10 meses

Produccin de ro Regulacin de la carga en motores MAEE 3.3. 3,0 4 meses

El objeto de esta medida de ahorro es eliminar el control por presin de alta, permitiendo que la condensacin

fucte con las condiciones ambientes mediante un control modulante de presin.

Fig. 33: Ciclo de ro original y ciclo mejorado.


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Talycomoserepresentaenelgrcoanterior,conestesistemadisminuyeelconsumodelcompresor(W)al

disminuirlapresindeimpulsinyaumentarlapotenciafrigorcadelevaporador(Qf),porloqueseproduce

aumento del COP que se traducir en una disminucin en el consumo del compresor.

5.3.2 Estimacin de efciencia energtica

El objeto de este apartado es describir los datos necesarios y el procedimiento a seguir para evaluar el

consumo elctrico, la potencia rigorca y la eciencia en la situacin inicial y en la situacin mejorada de la

instalacin rigorca.

SITUACIN ACTUAL

1. Datos requeridos

En la tabla que sigue, se resumen los datos que se necesitarn para evaluar la eciencia energtica de la

situacin actual, es decir, la situacin previa a la implantacin de la medida de ahorro.

La evolucin, tanto del consumo del compresor como del ventilador, se muestra en la grca siguiente:

Tabla 34. Datos requeridos para la evaluacin de la situacin inicial

Datos requeridos Unidades Valor actual

Rerigerante - R-22

Presin de evaporacin kPa 275Presin condensacin kPa 1.517-1.725Subenriamiento del lquido C 8Recalentamiento del vapor C 3Potencia rigorca kW 180Potencia del compresor carga kW 75Potencia del compresor descarga kW 5Potencia del ventilador kW 5

Fig. 34: Consumo elctrico del ventilador y del compresor en la situacin inicial (SA)


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El compresor se encuentra uncionando a plena potencia y, dado que existe un control jo de presin, la

regulacin del sistema de ro se realizaba parando y encendiendo el ventilador del condensador.

2. Evaluacin efciencia energtica

A continuacin se evala en consumo del compresor y del ventilador, cuyos valores son objeto de este estudio

y la potencia rigorca del equipo. Para ello, se obtendrn previamente los puntos del ciclo de ro.

A continuacin, y conocida la potencia rigorca del equipo, se determina el caudal de rerigerante. Finalmente,

el consumo del ventilador se calcula a partir de los tiempos en carga y en descarga en condiciones de

operacin y la potencia del mismo.

3. Resultados

En la siguiente tabla se muestran los resultados correspondientes a la situacin actual.


Actual Potencia rigorca kW 180

Actual Potencia media ventilador kW 5

Actual Potencia media compresor kW 75

Tabla 35. Potencia rigorfca y potencia elctrica en la situacin actual

Se calcula el COP del ciclo en la situacin actual, dividiendo la potencia rigorca por la potencia del compresor.

Este resulta ser de 2,41.

SITUACIN MEJORADA

1. Datos requeridos


situacin mejorada.

Datos requeridos Unidades Valor actualEvolucin de T ambiente de la zona C ---

Salto mnimo de temperaturas en condensador C 14

Mnima salto de presin compatible evaporador kPa 483

Rendimiento isentrpico del compresor - 0,85

Rendimiento mecnico del compresor - 0,998

Tabla 36. Datos requeridos para la evaluacin de la situacin mejorada

2. Evaluacin efciencia energtica

El cambio eectuado en la estrategia de control de la presin de alta del sistema, pasando a un control modulante

de la presin, tiene beneciosos eectos en el sistema. Para optimizar el sistema es necesario determinar elmnimo salto de presin necesario en la vlvula de expansin que proporcione una correcta alimentacin de

los evaporadores. Para el sistema que estamos analizando, la mnima dierencia de presin compatible con

la correcta alimentacin del evaporador es de 483 kPa, y la presin de evaporacin, para las condiciones de


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operacin del sistema, es de 275 kPa para todo el ao. Teniendo en cuenta la presin de condensacin inicial, el

sistema tiene un amplio rango de reduccin de la presin sin poner en peligro el uncionamiento del mismo.

A la instalacin se le cambi la presin mnima del condensador a 1.070 kPa, lo que proporciona un ajuste

conservador ya que el mnimo permitido era de 758 kPa. Con esta nueva presin mnima en el lado de altapresin del ciclo, se permite al sistema ajustarse a condiciones climatolgicas exteriores ms benignas.

A continuacin se representan los consumos del ventilador y del compresor en la situacin original y una vez

implantada la medida de ahorro.

Fig. 35: Consumo del ventilador y compresor en ambas situaciones (actual y mejorada)

A partir del ciclo de rerigeracin resultante, se calcula el trabajo del compresor y la potencia rigorca. Dada quela potencia del nuevo ciclo es mayor, el compresor entrar en descarga para mantener la energa aportada.

El tiempo que el compresor entra en descarga se calcula a partir de la potencia rigorca en la situacin

original y mejorada.

Si se permite una presin fotante, la regulacin se realiza disminuyendo la presin, por lo que los ventiladores

estn uncionando a plena potencia. Por lo tanto, una desventaja de la medida es que el ventilador est

uncionando durante ms tiempo que en el anterior ciclo de marcha-parada. An as, la reduccin del trabajo

del compreso

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