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PROYECTOS DE AHORRO DE ENERGIA

CASO: I-DV-48

UCAR CARBON MEXICANA

. Antecedentes

Ucar Carbón Mexicana, S.A. de C.V.canaliza sus esfuerzos a la producción deelectrodos de grafito a partir del coque depetróleo para el consumo nacional y deexportación; sus principales clientes sonquienes se dedican a la producción delacero. El principal insumo energético estábasado en la energía eléctrica. Esta plantase sitúa en la ciudad deApodaca, N.L., Carro

a Miguel Alemán, Km. 20, C.P.66600. UcarCarbón Mexicana consume en promedio12.5 millones de kWh/mes, la energíaeléctrica es suministrada por dos fuentes:Comisión Federal de Electricidad (CFE) y laPlanta Eléctricadel Grupo Industrial (PEGI).El suministro se efectúa de la siguientemanera: CFE proporciona el 73% en tarifaHSL con aproximadamente 27,000 kW enbasey 5,000kW en punta; PEGIproporcionael restante27% con alrededorde 13,700 kW.

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Consumo DemandaFactor de Potencia Facturación Energía Eléctrica

KWH 1año Kw Factor de Carga por Tonelada de(promedio) (promedio)

% % $1 mes Grafito KWH1Ton

12'500,000 40,000 95 60 1'660,000 4,522

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DESARROLLO DEL PROYECTO

Diagnóstico

El diagnóstico en Ucar Carbón permitiódetectar 11 áreas de oportunidad paraahorrar energía eléctrica. De estas 11áreas,4 sobresalen como las más atractivas. Lacorrespondiente al proceso de grafitaciónproyecta una demanda de energía eléctricade más de 80%.

Las 5 áreas de mayoroportunidadson: el control depesosestándar,la planeaciónde cargas eléctricas en laplanta, corrección del factorde potencia, el control delmanejo de materiales y lapresión hidráulica ajustablesobre los electrodos.

Entre las áreas de ahorrorestantes están compren-didas las siguientes:

Instalación de un PLC paracontrol de resistenciamínima, carga de formado,crossov~r, rectificador decorriente trifásica en U2 y motores decocimiento.

El diagnóstico también permitió detectaralgunas áreas de oportunidad relacionadascon la producción, tales como: la implemen-tación de una metodología para incrementarla capacidad de grafitación y la medición deparámetros de control de grafitación; conestas medidas se pretende mejorar elconsumo específico de energía eléctrica.

Los procesos básicos que se han introducidoen Ucar Carbón son los siguientes:

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Formado: Consiste en la mezcla de dife-rentes granulometrías de Coque y aditivos,los cuales al paso por una prensa deextrusión "forman" los electrodos dediferentescalibres. .

Cocimiento: Consiste en el empacado delos electrodos de coque metalúrgico encilindros de acero, los cuales son montadossobre las camas de los hornos decocimiento.

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Impregnado: Este proceso inicia sometiendo los productosal trabajo de cargadorasy a unprecalentado,esto con el fin de facilitarel impregnado de brea a presión.

Grafitación: Este proceso consiste ensometer a los productos ~ alta temperaturay presión para lograr el cambio de coque agrafito.

Maquinado: Aquí se imprime el acabado yse dan las dimensiones finales al electro-do.

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Embarques: Es el departamento final,desde el cual los productos salen hacia sudestino.

Metodología

Los resultadosdel diagnósticose derivandelanálisis de la información estadísticaexistente y de las mediciones realizadas entoda la planta de Ucar Carbón. Estasmediciones se realizaron en subestacionesy motores principales así como en losprincipales equipos del área de procesos yde servicios auxiliares.

Midgets: Es un departamento donde sehacen los electrodos pequeños para las"pilas secas".

Are - Carbón: Aquí se hacen los electrodospara corte y reciben un proceso final decobrizado electrolítico.

En la siguiente figura se muestra el diagramade proceso en Ucar Carbón Mexicana.

Con esto se detectó que el proceso degrafitación es el que tiene mayor demandade energía eléctrica con más del 80%; para

MATERIAPRIMA

MOLIENDA,MEZCLADOV FORMADO

CORTADORA

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MEZCLADORAd?MEZCLADOR

oENFRIAMIENTODEMATERIAL

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EMBARQUE DOMESTICO

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llegar a esto se analizaron las cargas degrafitación desde el punto de vista deproceso.

AREAS DE OPORTUNIDAD

El diagnóstico permitió el análisis completode toda la planta de Ucar Carbón; así lasáreas de oportunidad detectadas estándirectamente relacionadascon los procesosde producción, manejo de cargas eléctricasy la forma y tiempode operaciónen la planta.

Se tienen oportunidades de ahorro en elcontrol de los pesos estándar, la planeaciónde las cargas eléctricas y el control dedesperdicios por manejo de materiales,siendo las anteriores las más significativas.Se detectaron áreas de oportunidadcon beneficios diferentes a energía eléctricaen:

El rediseño del sistema de manejo deproductos.

El rediseño del sistema informativo para elcontrol del tiempo.

La implementación de una metodologíapara inC(!3mentarla capacidadde grafitación,y la medición de parámetros de control degrafitación que permitan la reducción deenergía eléctrica.

ACCIONES REALIZADAS

Control de pesos estándar

Se revisaron los estándares de peso delos productos en grafitación, la muestrade pesos estándar contra pesos realesresultó diferente, esto significa que elconsumo de energía se encuentra fuera delo especificado.

Se determinó llevar a cabo la corrección deestándares,el mantenimientomás frecuentede éstos, así como el diseño de un controlestadístico de seguimiento.

El ahorro con estas acciones es deaproximadamente 1,000,000 kWh/Año, locual equivale a $130,000.00 al año, lainversión tiene un costo de $ 9,000.00 Y unperiodo de retorno de 1 mes.

Control de resistencia mínima

Actualmente, la forma en que se elaboragrafito indica que una vez que llegó al puntode resistencia mínima se continúasuministrando energía con el objeto deasegurar su calidad. El estudio realizado diocomo resultado la necesidad de instalar uncontrolador programable (PLC), paracontrolar la operación de las unidades degrafitación, al finalizar ésta, detecta el puntomínimo de resistencia y al desconectar, lohaga tomando en cuenta los kWh que síconsumirían al "Bajar Tap". Por lo cual seránecesario adquirir un programa e instalar unPLC que reciba la señal de voltaje yamperaje para calcular la resistencia yfinalizar la operación al detectar laresistencia mínima.

El ahorro con esta medida es de 17,162,880kWh/año, lo cual representa un ahorro de$ 1,252,000.00 al año. La inversión es de$ 48,000.00, que se recuperará en un mes.

Reducción de demanda en horas base

Actualmente se tiene un controlador dedemanda que alcanza 27,400 kW en horariobase, este se constituye de la carga deplanta por 4,200 kW y el resto por hornos degrafitación. Es factible alargar los ciclos delhorno mediante un controlador de demanda

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que cambia al tap inmediato inferior en lostransformadores.

El ahorro que se obtiene con estas accioneses de 1,400 kW y los ahorros en facturaciónde energía eléctrica por año son de$ 88,800.00. La inversión aproximada es de$ 29,000.00, Y se recuperará en 4 meses.

Carga de formado

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Al analizar el departamento de formado sedeterminó la factibilidad de sacar la cargaeléctricade éste durante la horapuntaa nivelde operaciónactual, por lo cual se determinóutilizar un controlador de demanda paralimitar la carga del departamento deformado, así como planear los trabajos deesta área pare dejar de operar durante lahora punta.

El ahorro es de 480 kW durante hora punta,que equivale a $ 121,800.00. La inversiónnecesaria es de $ 6,000.00, los cuales serecuperarán en un mes.

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Manejo de cargas eléctricas yde trabajo de la planta

Se determinó rediseñar las cargas eléctricasy de trabajo de manera que se optimice elconsumo de energía eléctrica y se minimicela demanda en hora punta, para lo cual sedefinió una estrategia de consumo deenergía eléctrica entre las dos fuentes deconsumo actuales (CFE-PEGI).

El ahorro es de aproximadamente de$ 1'660,000 al año.

Puente eléctrico de unión entrecolumnas de electrodos

Al analizar el proceso de grafitación sedetectaron desperdicios de energía por locual se determinó cambiar el material delcrossover de grafito a cobre enfriado poragua, intercalando cabezal es entre elcrossover y la carga de el~ctrodos. Paralograr este objetivo es necesario diseñar,fabricar e instalar un crossover enfriado por

agua considerando eluso de espaciado respara no quitar calor alelectrodo.

. El ahorro es deI 5'234,000 kWh/año, queI es igual a $ 382,116.00

al año. La inversión esde $ 145,000.00, para lafabricación de doscrossover enfriadospor agua para cadaunidad, su periodo derecuperación es de 5meses.

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Disminución de desperdicios pormanejo de materiales

Los desperdicios por despostilladurasde electrodos son aproximadamente 138ton/año, éstos por lo general son causadospor mal manejo de los materiales, por locualse determinó seguir una serie de medidas,las cuales van desde la modificación deáreas y equipos, así como la adquisición denuevos equipos y la implantaciónde gráficasde control estadístico.

tiempos muertos por soplos y uniformiza-ción de la temperatura con lo cualse logrará el objetivo inicial.

Para lograrlose diseñará, instalará y progra-mará un sistema de control de presiónhidráulico ajustable sobre los electrodos, elcual es controlado por el mismo PLC usadopara el control de resistencia mínima.

El ahorro con esta acción es de 1,956,000kWh/año, lo que representa un ahorro

de $ 143,000.00 al año.La inversión es de$ 111,000.00 que serecuperará en 10 me'ses.

Los ahorros por esta serie de medidas esde 228,300 kWh/año loque tiene un impactoeconómico de $ 29,000.00 al año. Lainversión es de $ 18,000.00, la cual serecuperará en 7 meses.

Presión hidráulica ajustable sobrelos electrodos

Una de las medidas que se tomaron paraevitar el dispendio de energía fue el instalarun sistema de presión hidráulica ajus-tablesobre electrodos para minimizar los

Mejora de factor depotencia í)

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Para lograr el objetivo desubir a 95% el factorde potencia se adquirió einstalaron bancos decapacitores con 2,600KVA, distribuidos en sub-estaciones ya definidas.

El impacto económicode esta medida seobtendrá de la boni-

ficación mensual de CFE. Esto equivale a$ 124,800.00. El costo de la adquisición deeste equipo es de $ 220,000.00 los cualestendrían un periodo de recuperación de 21meses.

Instalar rectificador de corriente(C.A. a C.D.) trifásico de unidad 2

nActualmente, la unidad 2 es de corrientealterna monofásica, de forma que haycorriente inducida en las partes metálicasque rodean dicha unidad; los constantes

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daños a la rejillas de la unidad 2 son debidoa la inducción de esta corriente. Parasolucionar este problema se determinó lainstalación de un rectificador trifásico decorriente.

Para el logro de este objetivo es necesarioseleccionar,adquirir e instalar un rectificadorde corriente. (C.A. a C.D.) trifásico. Elimpacto energético con esta acción es de338,760 kWh/año y el impacto económicoes de $ 53,164.00 al año.

Motores eléctricos

Se determinó que gran parte de los motoreseléctricos del área de cocimiento estaban

sobredimensionados, por lo cual se estánsustituyendo cerca de 100 motores pormotores de más capacidad y de altaeficiencia, con esta acción se logrará unahorro de 492,546 kWh/año por motor y de$ 5,211.00 al año con una inversión que serecuperará en menos de 3 años.

A continuación se presenta el cuadroresumen de resultados obtenidos.

Ahorros AnualesAreas de Oportunidad Inversión Recuperación

KW KWH $ $ (Meses)

Pesos estándar vspesos reales - 1,000,000.00 130,000.00 9,000 0.08

P.L.C. para control deresistencia mínima - 17,162,880 1,252,000.00 48,000 0.08

Programa de control dedemanda 1,400 - 88,000.00 29,000 0.33

Carga de formado 480 - 121,800.00 6,000 0.92

Cargas eléctricasy de trabajo - - 1,600.000.00 2'000,000 1.25

Crossover (a) - 5,243,000 382,000.00 145,000 0.92

Disminución del dispendiopor manejo de materiales - 228,300 29,000.00 18,000 0.66

Presión hidráulicaajustable sobre - 1,956,000 143,000.00 111,000 0.83los electrodos

Factor de potencia - - 124,000.00 220,000 1.75

Rectificador de corrientetrifásica en U2 - 28,000 53,000.00 125,000 2.36

Motores del áreade cocimiento - 492,546 5,211.00 1,750 3.00

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Conclusiones :¿ ~¡,~ "

El proyecto de demostración ~.

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de ahorro de energ!a en I~ -if;'.'~\ '(,) .'f!:..empresa Ucar Carbon Mexl- ~...~,~ ~ t ír'~w~=?,¿cana, S.A. de C.V. obtuvo los t-:siguientes resultados:

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a) Los ahorros anuales porconsumo de energía eléctricaestimados son de 26' 110,726kWh, esto representa unahorro porconsumodel 17.4%en relación con su actualconsumo total.

FIDEICOMISO PARA EL AHORRO DE ENERGIA ELECTRICA.León Tolstoi No. 22, 4° piso. Col. Anzures. México, D.F.C.P. 11590Tel.: 5452757

b) Los ahorros económicos anualescuantificados son de $ 3,928,011; estorepresenta un ahorro del 20% de sufacturación total neta anual.

De esta manera, Ucar Carbón Mexicana hadetectado un atractivo panorama para elahorro de energía y por consiguiente, haencontrado un camino para alcanzar unmayor desarrollo e incrementar sucapacidad competitiva.

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