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SEMANA 05: USO EFICIENTE DE ENERGIA Uso eficiente de la energía. Manejo de la demanda

máxima. Generación y distribución de vapor.

INTRODUCCION

DEMANDA Y PRODUCCIÓN DE ENERGIA A NIVEL MUNDIAL

El modelo actual de desarrollo se ha basado históricamente en el uso y explotación de los recursos energéticos de origen fósil (carbón, petróleo y gas).

En la sociedad moderna, la disponibilidad de energía está fuertemente ligada al nivel de bienestar, a la salud y a la duración de vida del ser humano. Vivimos en una sociedad adicta a la energía.

El crecimiento actual de la economía mundial se da por un continuo incremento del suministro de energía, debido:

Al crecimiento demográfico y el desarrollo económico (EIA, 2007).

Profundos cambios en la calidad de vida, al pasar de una economía de subsistencia a una economía basada en la industria o en los servicios (economías emergentes).

DEMANDA Y PRODUCCION DE ENERGIA EN EL PERÚ

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PLAN ENERGETICO NACIONAL 2010 - 2040

El Ministerio de Energía y Minas (MEM) aprobó, mediante un decreto supremo, la Política Energética Nacional 2010 - 2040, buscando que haya una matriz diversificada, cuyo objetivo es el acceso universal al suministro energético, con subsidio temporal y focalizado de ser necesario.

Contará con un abastecimiento energético competitivo, con autosuficiencia en la producción de energía, desarrollando un sector energético sostenible con mínimo impacto ambiental y bajas emisiones de carbono.

El Plan Energético Nacional 2010-2040, se plantea:

Continuar desarrollando la industria del gas natural y su uso en actividades domiciliarias, transporte, comercio e industria, fortaleciendo la institucionalidad del sector energético e iniciando la integración con los mercados energéticos de la región.

Promover proyectos e inversiones para lograr una matriz diversificada y en base a energías renovables, convencionales y no convencionales, hidrocarburos, geotermal y nuclear, que garanticen la seguridad energética.

Priorizar la construcción de centrales hidroeléctricas eficientes y el uso intensivo y eficiente de las fuentes de energías renovables convencionales y no convencionales, así como la generación distribuida.

Establecer un marco normativo que aliente el libre acceso, la competencia y minimice la concentración de mercado, favoreciendo la transparencia en la formación de precios.

Establecer un marco normativo que regule el acceso y las tarifas en aquellas actividades en donde no es posible establecer mercados de libre competencia.

Establecer el subsidio temporal y focalizado del costo de la energía en los segmentos poblacionales de bajos ingresos e involucra a las comunidades locales en la formulación de los programas de energización rural.

Promover la sustitución de combustibles líquidos derivados de petróleo por gas natural y gas licuado de petróleo (GLP) en la industria y el transporte urbano, interprovincial y de carga.

Facilitar sistemas descentralizados en la distribución de gas natural en todos los sectores e impulsar el desarrollo de la industria petroquímica, así como propender al establecimiento de una tarifa única de gas natural por sector de consumo.

Promover el desarrollo de una red de poliductos y el fortalecimiento de los sistemas de transporte y almacenamiento de hidrocarburos con el desarrollo del país

ENERGÍAS RENOVABLES EN EL PERÚ

Energía solar en el Perú

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Perú se encuentra en el cinturón solar de la tierra, y le da una situación privilegiada respecto a otros países. Esta energía puede aprovecharse directamente como calor, o bien ser convertida en otras formas útiles como, por ejemplo, en electricidad.

Según estudios, el Perú tiene un potencial solar, eólico e hidráulico por explotar.

Es de vital importancia proseguir con el desarrollo y perfeccionamiento de la todavía incipiente tecnología de captación, acumulación y distribución de la energía solar, para conseguir las condiciones que la hagan definitivamente competitiva, a escala comercial.

Mediante el Decreto Legislativo N° 1002, Ley de Promoción de la Inversión en Generación de Electricidad con el uso de Energías Renovables (2008), y su Nuevo Reglamento aprobado mediante el Decreto Supremo N° 012-2011-EM, el Perú promueve el aprovechamiento en la generación de electricidad de los Recursos Energéticos Renovables (RER) tales como: biomasa, eólico, solar, geotérmico, mareomotriz y la energía hidráulica, cuando la capacidad instalada no sobrepasa de los 20 MW.

USO EFICIENTE DE ENERGIA EN LA INDUSTRIA

El uso eficiente de la energía es reducir la cantidad de energía eléctrica y de combustibles que utilizamos, pero conservando la calidad y el acceso a bienes y servicios.

Gran parte de la energía que usamos se desperdicia por diversas razones. Usar la energía de manera eficiente permite realizar todas nuestras actividades y ahorrar dinero.

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Muchas veces los equipos en las industrias antiguas eran ineficientes. También es común que los operadores de equipos permanezcan muchos años en los mismos puestos, trabajando en base a sus hábitos y experiencias, sin recibir capacitación para utilizar equipos nuevos. Por ello, en general aunque se renueve la tecnología esta se sigue usando de forma ineficiente. Tanto la capacitación del personal como su participación en los beneficios generados ´por el ahorro, son imprescindibles para mejorar la eficiencia energética de manera permanente.

También son necesarios las auditorias de consumo energético, que consideren las necesidades productivas, los hábitos de gestión y la realidad tecnológica a fin de diseñar un plan de eficiencia de acuerdo al caso particular de la empresa.

Al usar eficientemente la energía estamos mejorando las condiciones de vida de nuestras familias

Beneficios para las personas

• Reduce los gastos en energía en los hogares y en las empresas.• Reduce el impacto de sus hábitos de consumo sobre el medio ambiente• Reduce los costos de producción, mejorando la competitividad de las empresas.Beneficios para la sociedad

• Permite ahorrar energía y disminuir la dependencia energética.• Reduce el daño ambiental y la contaminación• Mejora la calidad del aire, lo que significa menores daños a la salud• Mejora la seguridad en el AbastecimientoBeneficios para el planeta

• Menor uso de recursos naturales.• Reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero.• Menor contaminación.MEDIDAS EN EL USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA

Empezar con acciones que logren mucha eficiencia y que requieran poca inversión.Las medidas deben priorizarse de acuerdo al ahorro que producen, al costo de implementarlas y al tiempo del costo de retorno a la inversión.Ejemplo: AHORRO DE ENERGÍA EN LAS EMPRESAS

Medidas de bajo costo Rango de ahorro

1. Controlar el uso de equipos y motores eléctricos en horas punta. 10 – 20 %2. Optimizar Ciclo del vapor (redes mal aisladas, calderas en mal). 10 – 15 %3. Dimensionar y mantener correctamente trampas de vapor 10 – 15 %4. Reducción de Presión de Trabajo en Compresores de Aire. 5 – 10 %5. Establecer planes de mantenimiento de equipos y sistemas. 5 – 10 %

Aunque los trabajadores, mayor parte del consumo y trabajadores de la empresa son las personas claves que determinan la mayor parte del consumo de energía, es la administración la que promueve las iniciativas de ahorro diseñando, aplicando y controlando planes adecuados al lugar y la dinámica de trabajo. De lo contrario, los resultados serán nulos.

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Elaborar planes, programas e instructivos para el uso eficiente de la energías, requiere un esfuerzo organizado, con la participación de todos y constancia en el tiempo. Un plan de eficiencia empieza con el diagnóstico de la situación de consumo y establecer objetivos realistas.

Se presenta las acciones fundamentales de un plan de básico que puede servir de referencia a la hora de desarrollar cualquier tipo de plan y programa de ahorro de energía:

1. ANALIZAR LA SITUACIÓN : Recopilación de estadísticas del consumo de energía Análisis del trabajo de equipos, eficiencia, tiempos de operación etc. Análisis de las actividades y hábitos de los trabajadores que consumen energía Determinación de índices de energía en el tiempo, por producto terminado,

trabajo días hora etc. Evaluación de la eficiencia económica

2. CREAR UNA COMISIÓN PARA EL USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA, DONDE PARTICIPEN Representantes del personal administrativo Técnicos e ingenieros Trabajadores.

3. ESTABLECER PRIORIDADES Y UN PLAN DE ACCION Voluntad y compromiso para iniciar un programa de eficiencia energética Determinación de objetivos de corto, mediano y largo plazo Asignación de recursos Control permanente sobre cumplimiento de objetivos.

4. IMPLEMENTAR UN PROGRAMA DE AHORRO DE ENERGÍA que contemple: Estimación de potenciales de eficiencia y ahorro Priorizar medidas y etapas para el alcance de objetivos Determinación de inversiones: Costos y ámbitos. Fijar parámetros de producción que se espera alcanzar o mantener Normas de consumo Evaluación de metas, objetivos del cumplimiento y determinación de ahorros

objetivos comparados con los costos de inversión. Creación de mecanismos que garanticen las medidas exitosas

Los planes deben mantenerse a largo plazo.

ESTRATEGIAS PARA USO EFICIENTE DE ENERGIA1. USO EFICIENTE DE ENERGIA (BPM)

Tecnologías para aumentar la eficiencia en el uso de la electricidad a nivel de usuariosConjuntamente con considerar la incorporación de tecnologías energéticamente eficientes debe tomarse en cuenta, además, el que una opción de elevado efecto y bajo costo tiene que ver con la adopción de adecuadas prácticas de operación y mantención de los equipos, las que normalmente constituyen una de las primeras medidas que adoptan las empresas que abordan estrategias de mejoramiento de la eficiencia con que se usa la electricidad.Implementación de programas de eficiencia energética.2. GENERADORES DE ENERGIA EFICIENTES (Motores eficientes)

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Para una mejor comprensión de las características de los motores eficientes, en este punto, se introducen algunos elementos que relacionan el concepto de eficiencia y las fuentes de pérdidas, para luego describir los principales elementos relativos a motores eficientes. La eficiencia de los motores eléctricosLa eficiencia o rendimiento se puede definir como el cociente entre la potencia mecánica de salida del motor y la potencia eléctrica entregada al mismo, siendo las pérdidas la diferencia entre la potencia eléctrica y la mecánica.Las distintas normas internacionales distinguen los motores eficientes del estándar; en general, el rendimiento de los primeros, para distintos niveles de carga, es siempre superior al de los motores estándar. Sin embargo, no existe una definición única a nivel mundial y es posible apreciar; incluso, dentro de un mismo país, motores eficientes que presentan rendimientos distintos según el fabricante, respetando eso sí las normas nacionales. Una característica importante de los motores de más de 100 HP resulta ser la similitud de las eficiencias a medida que aumenta el tamaño, llegando a ser prácticamente idénticas para los motores de mayor potencia.Conviene señalar que no siempre los fabricantes que presentan las mejores eficiencias para un determinado tipo de motor (potencia, número de polos, tipo de carcaza, etc.) lideran necesariamente las eficiencias para otros tipos, por lo que se sugiere, para evaluar proyectos de eficiencia, disponer de la información acerca de las características eléctricas y de precios de los principales fabricantes internacionales.Un factor de suma importancia en el rendimiento con que se usan los motores es el factor de carga, debido a que el rendimiento de éstos varía con dicho factor. El cuadro siguiente presenta la variación de la eficiencia de un motor con la carga, independientemente de la potencia de los motores, según valores proporcionados en un catálogo de SIEMENS. Otro aspecto relevante a considerar es el efecto que la mantención de los motores posee sobre la eficiencia de los mismos. En efecto, la lubricación, limpieza y rebobinado afectan el rendimiento del motor. Un rebobinado inadecuado puede producir una disminución de la eficiencia de alrededor de 2% a 4% en la vida útil del motor. En general puede afirmarse que las fallas mecánicas (fallas de rodamientos, torsión de ejes, mal montaje, etc.) constituyen entre un 50 a 60% de las fallas de los motores y del orden de un 30% son fallas eléctricas (principalmente cortocircuitos y, en menor medida, barras cortadas en las jaulas de ardilla).Adicionalmente, un motor eficiente no sólo tiene un mejor rendimiento para los distintos niveles de carga, sino que además un mejor factor de potencia bajo distintas condiciones de carga. La evaluación económica de motores alternativos no puede ignorar el valor del factor de potencia de éstos, ya que ello afecta al factor de potencia de la planta y por ende la inversión en condensadores para compensar la carga inductiva, muy importante actualmente debido a la exigencia de un factor de potencia global de 0,93.Por último, un motor eficiente es normalmente más robusto y mejor construido que el motor estándar lo que se traduce en menores gastos de mantenimiento, lo que si bien es difícil de evaluar en general, constituye una ventaja económica que debe incorporarse en el análisis aunque no más sea en forma cualitativa.

A) Transmisiones para motores

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Los sistemas de transmisión son subsistemas motrices que permiten transmitir torque a otros equipos (bombas, compresores, etc.) ya sea cambiando o no la velocidad que entrega el motor, lo que se logra mediante acoplamientos al eje, engranajes, poleas o cadenas.

B) AcoplamientosEn principio, los acoplamientos tienen pérdidas muy reducidas si es que están adecuadamente alineados, un desalineamiento no sólo aumenta las pérdidas sino que además acelera el desgaste de los rodamientos; el uso de esta opción está limitado tanto por razones de espacio como por el hecho que la velocidad de la carga no sea distinta a la del eje.

C) EngranajesLos engranajes o reductores de velocidad son una de las opciones privilegiadas para cargas que giran a una velocidad inferior a los motores (normalmente bajo 1,200 rpm, aunque también se utilizan para cargas que giran a alta velocidad) y que requieren un alto torque. Los engranajes pueden ser helicoidales, cónicos, cilíndricos y tornillo sin fin. Los engranajes helicoidales y cónicos son usados muy frecuentemente y tienen una eficiencia de 98% por etapa, los engranajes cilíndricos tienen un uso parecido pero pérdidas mayores por lo que no se recomienda su utilización. Para potencias elevadas se justifica utilizar rodamientos de baja fricción y mejorar los lubricantes de manera de obtener eficiencias de 99% por etapa de reducción.Los tornillos sin fin permiten reducciones elevadas (5:1 a 70:1), pero la eficiencia es significativamente inferior a los otros tipos de engranajes 55 a algo más de 90%, cayendo bruscamente la eficiencia a medida que aumenta la razón de reducción. En general, para potencias hasta 15 HP los tornillos sin fin valen más baratos que los helicoidales, por lo que se deben hacer cuidadosos análisis económicos para encontrar la solución ideal (incluso, un rendimiento bajo puede obligar al uso de un motor de mayor potencia).Como en el caso de los motores, la eficiencia cae bruscamente cuando estas transmisiones trabajan bajo 50% de la carga nominal.

D) CorreasAproximadamente un 30% de las transmisiones usan correas. Esta solución presenta una gran flexibilidad de uso y permite aumentar y reducir la velocidad, existiendo correas en V; en V dentadas, correas síncronas (la polea es dentada también) y correas planas.Las correas en V son las más comunes y tienen una eficiencia de 90 a 96%, siendo sus pérdidas principales aquellas vinculadas al doblado y estirado al entrar y salir de la polea, al deslizamiento respecto de la polea y a la fricción.Las correas dentadas mejoran el rendimiento, respecto de las estándares, en por lo menos 3%, debido a que se requiere menos esfuerzo para doblar y desdoblar la correa al entrar y salir de la polea, y debido a que tienen un menor deslizamiento. Además, las correas dentadas presentan una mayor vida útil, con lo que se asegura un reemplazo rentable y admiten su instalación en un sistema existente, ya que la polea no cambia. El precio de las correas dentadas suele ser 20 a 30% superior que aquél de las correas estándares.Las más eficientes son las síncronas, que tienen rendimientos de 98% a 99%. En este caso el reacondicionamiento cuesta varias veces más, debido a que se requiere cambiar también la polea.

E) Cadenas

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Las cadenas, como las correas sincronas, no tienen deslizamiento. Tradicionalmente las correas se usan para aplicaciones de alta velocidad y bajo torque. Las cadenas permiten transmitir elevadas cargas que llegan hasta los miles de HP la eficiencia puede alcanzar a 98%, pero el desgaste le hace perder un par de puntos porcentuales.3. RECUPERADORES DE ENERGÍA Recuperar fuentes de energía en el proceso de producción, con tecnologías adecuadas o subsistemas de recuperación. 4. MODIFICACIONES TECNICAS PRIORIZADAS.

Modificaciones en los equipos que permitan reducción de uso de energía.5. CAMBIO DE FUENTES DE ENERGIA

Utilización de nuevas fuentes más baratas de energía.Normalmente en una industria el uso eficiente de energía se realiza con modificaciones de varios tipos mencionados y en los puntos mas críticos acompañado de un estudio económico ambiental. EJEMPLOS:

1. PRODUCCIÓN DE ACEITES COMESTIBLES

Optimización de la producción de aceites comestibles, aprovechando el calor que genera la desodorización de estos productos. Se invirtió USA $ 15 000 destinados a ingeniería y obras del proyecto.

Institución responsable: Centro de Producción más Limpia – INTEC Chile. Contraparte Técnica: Cooperación Técnica Alemana GTZ. Identificación de la Empresa: INAL S.A. Actividad Principal: Fabricación de Alimentos. Consultor: JHG Ingeniería Ltda.Características técnicas: Se instaló un recuperador de calor tipo compacto de flujo cruzado de un paso. Los gases de escape de salida del calentador pasan por el recuperador y se evacuan luego por la chimenea. El ventilador de aire toma aire del ambiente y lo impulsa al hogar del calentador pasando por el equipo recuperador.RESULTADOS ESPERADOS

Ahorros anuales de US $ 10 000 (Recuperación de la inversión en 1,5 años). 18% ahorro en consumo diesel Reducción de emisiones de CO2 en 93% (pasando de 1 200 ppm a 90 ppm).

Eficiencia y factor de potencia para distintos factores de carga de un motor de 30 KW.

Eficiencia % Factor de potencia% de carga 100 75 50 25 100 75 50 25Tipo de motorMotor eficiente 93,4 93,9 93,0 91,7 0,882 0,866 0,840 0,693Motor standard 90, 9 90, 8 89, 6 84, 4 0,876 0,838 0,766 0,584Fuente: Copper Development Association, «Electrical Energy Efflciency», CDA Publication 116, december 1996

2. AHORRO DE COMBUSTIBLE, MODIFICACIONES TÉCNICAS APLICADAS A LA INDUSTRIA

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Programa de eficiencia energética en 47 empresas textiles con resultado exitoso en ahorro de combustible y modernización tecnológica y con periodo de amortización (recuperación de la inversión) menor a un año.Empresa Responsable: Metrogas. Contraparte Técnica: Gamma Ingenieros. Lugar de realización: Industria Textil. Universo estimado: Industrias que cuentan con estos sistemas.ACCIONES REALIZADASAño Acción Aplicada y Ahorro Efectivo % Ahorro efectivo 1 Eliminación de fugas de vapor, reparación y reemplazo de trampas 9.2 % 2 Desconexión de equipos deteriorados, regulación de combustible

(Reparación de quemador) 16.4% 3 Recuperación de condensados y evaporizados, aislación de red de

retorno de condensado; cambios de quemador y bomba de petróleo 28.2%TOTAL 53,8 %

MODIFICACIONES TÉCNICAS PRIORIZADAS POR AHORRO Y TIEMPO DE AMORTIZACIÓN DELA INVERSIÓNTipo de modificaciones Ahorro % Amortización promedio

Mín. Máx. (En N° de meses) Reparación de trampas 5 20 2Mejoramiento de la combustión 2 13 3Cambios de operación 4 6 4Uso de revaporizado 2 9 8Mayor aislamiento 2 6 9Recuperación de calor 3 13 10Cambio redes de cañerías 1 5 10