Auditoria y Gestión Energética Aplicada en la Industria Maderera

El ahorro de energía eléctrica abarca distintos sectores dentro de los cuales el ser humano desarrolla diferentes actividades. Uno de los sectores al cual está enfocado la eficiencia energética es la industria manufacturera, específicamente en este caso a la industria de la madera. La madera como materia prima es procesada en los aserraderos, los cuales han existido en forma sencilla desde hace siglos (Demers & Teschke, 2000), sin embargo, con la introducción de la electricidad se produjeron importantes avances tecnológicos que mejoraron el diseño de las máquinas y equipos con los cuales se opera. En general, los aserraderos no cuentan con la maquinaria óptima que les permita brindar un servicio y administrar su consumo energético.

Los grandes motores representan las cargas más comunes en este tipo de instalaciones, debido a ello existen problemas relacionados a los costos en las facturaciones eléctricas que en su mayoría abarcan bajo factor de potencia, administración de la demanda máxima y consumo de energía reactiva. Para tal fin de resolver los inconvenientes en el apartado energético, se realiza una auditoría o diagnóstico energético que permite conocer las condiciones actuales bajo las que opera la instalación (FIDE, 2010) y partir de ello realizar las correcciones necesarias además de optimizar los procesos de trabajo cuyo propósito será reducir el consumo de energía y los costos asociados a esta.

Características de la instalación

El contrato con la compañía suministradora contempla las características mostradas en la Tabla I:

Tabla I. Características del sistema trifásico 4H
Tabla I. Características del sistema trifásico 4H

La tarifa ordinaria media tensión (OM) contempla los siguientes puntos (CFE, 2016):

  1. Servicio general media tensión con demanda menor a 100 kW.
  2. Cobro de un mínimo mensual de 10 veces el cargo por kW de demanda máxima medida.
  3. Cuando se realiza el contrato de esta tarifa se aplicará el correspondiente depósito de garantía, el cual se reflejará únicamente en su primera factura eléctrica.

La instalación está formada por cargas de fuerza, iluminación y equipos eléctricos varios, como se puede observar en las tablas II y III:

Tabla II. Iluminación y equipos varios
Tabla II. Iluminación y equipos varios
Tabla III. Cargas de fuerza
Tabla III. Cargas de fuerza

Análisis de facturación eléctrica

Los análisis de facturación se resumen en las siguientes gráficas, se muestran los datos correspondientes al año 2015 y 2016.

Gráfica I. Consumo de energía años 2015 y 2016

El consumo de energía muestra variaciones ya que no existe una operación uniforme a lo largo de todo el año, sino que depende de las temporadas en las cuales el aserradero tiene una mayor demanda de trabajo.

Gráfica II. Demanda máxima años 2015 y 2016
Gráfica II. Demanda máxima años 2015 y 2016

La demanda máxima registrada (gráfica II) en los diferentes períodos mantiene un valor promedio constante de 40 kW alcanzando un pico de 64 kW. Por lo anterior, se puede reducir la demanda contratada de 80 kW a 50 kW y gestionar las cargas en el aserradero mediante una programación manual de los motores que evite los altos picos de demanda.

Gráfica III. Energía reactiva años 2015 y 2016
Gráfica III. Energía reactiva años 2015 y 2016
Gráfica IV. Factor de potencia años 2015 y 2016
Gráfica IV. Factor de potencia años 2015 y 2016

Como se muestra en las gráficas anteriores, la energía reactiva y el bajo factor de potencia producido por los motores, impactan negativamente en la facturación total del cliente. El promedio del factor de potencia años 2015 y 2016 a partir de datos de la compañía suministradora se mantiene en 53% generando penalizaciones por bajo factor de potencia e incrementado los costos.

Resultados del analizador de redes

Para contrastar los datos emitidos en las facturas eléctricas, se colocó en la instalación un equipo analizador de redes AEMC power pad 3945-B durante una semana, el cual registró las lecturas de la instalación. Los resultados fueron los mostrados en la Tabla IV:

Figura I. Conexión del analizador de redes
Figura I. Conexión del analizador de redes

Tensión

Tabla IV. Voltaje rms
Tabla IV. Voltaje rms

Los niveles de tensión registrados por el analizador en cada una de las fases y entre fases se encuentran dentro de los valores correctos aplicando un porcentaje de variación de ±10%.

Figura II. Instalación de donas del centro de carga
Figura II. Instalación de donas del centro de carga

Factor de potencia

Tabla V. Factor de potencia
Tabla V. Factor de potencia

La Tabla V nos permite visualizar las lecturas registradas por el analizador, muestran un valor reducido de factor de potencia en cada una de las fases, dando por resultado un promedio en las tres fases de 51%. Dicho valor se debe a las cargas no lineales y repercute significativamente en altos costos por penalizaciones.

Potencia reactiva

Tabla VI. Potencia reactiva
Tabla VI. Potencia reactiva

Se puede observar en la Tabla VI la potencia reactiva que se consume en la instalación eléctrica debido al campo magnético que requieren las máquinas eléctricas que cuentan con embobinados, se mide en kilovoltio ampere reactivos (KVAR), sin embargo, esta potencia no produce trabajo útil pero genera costos que se reflejan en la facturación ya que se encuentra directamente relacionada con el factor de potencia.

Potencia activa

Tabla VII. Potencia activa
Tabla VII. Potencia activa

En la Tabla VII, se muestra la potencia activa que se consume en una instalación eléctrica y produce trabajo útil, se mide en kilowatts (kW), genera costos que se reflejan en la facturación mediante la relación del consumo de energía y la demanda máxima. Mediante estos valores es posible comparar la demanda máxima que aparece en la factura eléctrica y la que registra el equipo analizador. El valor de demanda máxima que se tuvo en el aserradero fue de 36.47 kW. Este valor se puede considerar como un promedio del nivel de demanda máxima que debe registrar el medidor de la compañía suministradora.

Durante la auditoría se determinó que el medidor contaba con tres reseteos a lo largo de cinco años que lleva en operación el aserradero. El personal de la compañía suministradora es el encargado de realizar dicha acción con el fin de dejar en cero kW la demanda máxima para el medidor se mantienen acumuladas las demandas máximas ocasionando que en las facturaciones emitidas se observe una demanda máxima similar en todos los períodos durante el año, como se observa en la siguiente gráfica V a partir de los datos históricos.

Gráfica V. Demanda máxima 30 mayo 2011-22 septiembre 2016
Gráfica V. Demanda máxima 30 mayo 2011-22 septiembre 2016

EL análisis de datos Históricos correspondientes al factor de potencia en los diferentes períodos, muestra que el mínimo del 90% de factor de potencia requerido por la compañía suministradora solo se ha alcanzado 3 veces en 5 años como lo muestra la gráfica VI.

Gráfica VI. Factor de potencia 30 mayo 2011-22 septiembre 2016
Gráfica VI. Factor de potencia 30 mayo 2011-22 septiembre 2016

Conclusiones

De los resultados anteriores se presentan las conclusiones, las cuales permitirán optimizar la calidad y ahorro de energía en la instalación:

  1. Solicitar a la compañía suministradora realizar las mediciones necesarias para corroborar los datos emitidos en la facturación eléctrica y realizar las compensaciones necesarias debido a la falta de reseteo del medidor.
  2. Llevar a cabo un programa de mantenimiento en las instalaciones eléctricas del aserradero debido a que se encuentran deterioradas pudiendo ocasionar daños al inmueble y al personal de trabajo.
  3. Es necesaria la instalación de un banco de capacitores de 60 kVAR que permita aumentar el factor de potencia y generar bonificaciones para el usuario.
  4. Desarrollar un programa de operación de procesos que permita a los empleados gestionar los motores con el n de evitar picos de demanda mayores a 50 kW.
  5. La auditoría energética desarrollada comprueba si la gestión energética está optimizada, el estudio técnico desarrollado, por lo tanto, nos permite corregir los parámetros eléctricos, principalmente el factor de potencia, asimismo, disminuir las cargas reactivas y, finalmente, desarrollar un programa de ahorro y uso eficiente de la energía en la que el usuario disminuye sus costos de pago de la energía hasta un 50%.

Referencias

  1. Andrés, J. V. (2012). Diagnósticos energéticos para usuarios deComisión Federal de Electricidad a nivel industrial. México.
  2. CFE. (2016). Comisión Federal de Electricidad. Obtenido de: http://app.cfe.gob.mx/Aplicaciones/CCFE/Tarifas/Tarifas/tarif as_negocio.asp?Tarifa=OM&Anio=2016&mes=11
  3. Demers, P., & Teschke, K. (Julio de 2000). Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. Obtenido de: http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/ TextosOnline/EnciclopediaOIT/tomo3/71.pdf
  4. FIDE. (2010). Fideicomiso para el ahorro de energía. Obtenido de: http://www.cnee.gob.gt/EficienciaEnergetica/FIDE/001%20M%C3%B3dulo%20I%20(Diagn%C3%B3sticos%20Energ%C3%A9ticos).pdf

Autores:

Juan Carlos Ovando Sierra
Correo: jcovando@uacam.mx

Mauricio Iván Huchín Miss
Correo: mauro_Ivan5@hotmail.com

Margarita Castillo Téllez
Correo: mcastill@uacam.mx

Miguel J. Martínez Ruiz
Correo: mjmartin@uacam.mx

Francisco Lezama Zárraga
Correo: frlezama@uacam.mx


Universidad Autónoma de Campeche
Facultad de Ingeniería
San Francisco de Campeche México

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