Background technical aspects, discussion and rationale for life cycle performance

Es muy importante que las evaluaciones energéticas de un sistema específico sigan un protocolo que determine las expectativas de la industria y de las entregas a cargo de los auditores de energía. En los últimos años, la industria de la energía evolucionó en ese sentido y al mismo tiempo introdujo varias definiciones, expectativas, requisitos y entregas de distinto tipo. Hasta el año 2009, no hubo una norma de evaluación energética de un sistema ni un protocolo específicos que rigieran las evaluaciones energéticas de los sistemas. Finalmente, en 2009, los esfuerzos y el trabajo conjunto del Departamento de energía de los Estados Unidos, de varios expertos en la materia y de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME) llevaron a la elaboración de cuatro nuevas normas de evaluación energética de los sistemas. Las misma son:

o Energy Assessment for Process Heating Systems (ASME EA-1-2009) o Energy Assessment for Pumping Systems (ASME EA-2-2009)

o Energy Assessment for Steam Systems (ASME EA-3-2009)

o Energy Assessment for Compressed Air Systems (ASME EA-4-2010)

El Instituto Nacional de Normalización de los Estados Unidos (ANSI) aprobó estas normas como normas nacionales y ahora son de acceso público.

Esta sección del Manual de capacitación expertos se basa en gran medida en la norma Energy Assessment for Steam Systems (ASME EA-3-2009). Los expertos y consultores de energía deben tener un ejemplar de esta norma. El presente capítulo del Manual de capacitación de expertos brinda un panorama general del protocolo de evaluación y destaca algunas de sus características más sobresalientes.

10.1 Evaluaciones energéticas industriales

Como se mencionó antes, hay varios tipos diferentes de evaluación energética industrial. Sus definiciones, títulos, propósitos y alcances varían considerablemente. Además, estas evaluaciones varían en función del asesor o auditor a cargo de la evaluación. Sin embargo, la diferencia principal reside en el propósito y el alcance de estas evaluaciones.

Una manera de distinguir las evaluaciones energéticas industriales es observar el foco de atención o el alcance de la evaluación. Por lo general, las evaluaciones energéticas industriales se distinguen entre sí según este criterio. Según el alcance, los tres tipos principales de evaluación industrial son:

o de toda la planta

o de un sistema específico o centrada en un proceso

Las evaluaciones energéticas generales de toda la planta se hacen en forma transversal y, en general, se trata de evaluaciones de alto nivel que brindan un estimado aproximado del potencial

de ahorros energéticos totales de la planta. Estas evaluaciones generales de la toda la planta se usan para generar ideas que lleven a evaluaciones energéticas más detalladas y para lograr que la dirección de la empresa acepte la idea de evaluar sus plantas. Son frecuentes en las plantas industriales pequeñas y medianas, porque en esos casos los sistemas que consumen energía no suelen ser demasiado grandes, por lo que la realización de una evaluación energética general en toda la planta es relativamente sencilla. Este tipo de evaluación puede estar a cargo de un equipo de expertos o de una sola persona. Por lo general, se realiza a partir de visitas a la planta, reuniones y entrevistas con el personal clave, información de las facturas de servicios y suministros, y de la puntuación que obtuvo la planta cuando se analizó sus mejores prácticas a nivel del mantenimiento y de la operación.

Las evaluaciones de un sistema específico son las que se dedican específicamente a un sistema que consume energía, como por ejemplo, los sistemas de vapor, aire comprimido, bombas, calentamiento de procesos, etc. Este Manual de capacitación de expertos se focaliza en el área de vapor. En general, este tipo de evaluación dura varios días y requiere una cantidad considerable de planificación, recopilación de datos en el sitio, modelado de sistemas, comprensión de los impactos sobre la producción y la estacionalidad, etc. Las evaluaciones tienen que ser lo suficientemente detalladas como para poder identificar qué proyectos de ahorro de energía se podrían implementar y para cuantificar los beneficios económicos se si los implementara.

Por lo general, las evaluaciones centradas en un proceso se realizan a partir de un proyecto de optimización de energía de un proceso o suministro de los identificados durante una evaluación de un sistema específico. De todos modos, es posible que sea un proyecto que necesite mucho capital y que por eso requiera un proceso adicional de debida diligencia o que implique una integración de procesos compleja. Dentro de las evaluaciones centradas en un proceso es común encontrar proyectos que se basan en el uso de recuperación de calor residual de un proceso para producir energía eléctrica, refrigeración, etc. Estas evaluaciones centradas en un proceso también pueden hacerse en operaciones unitarias específicas con varios sistemas que interactúan en un equipo o máquina principal. Como ejemplo de esta configuración podemos citar una máquina papelera o una columna de destilación aisladas.

El propósito general de todos estos tipos de evaluaciones energéticas en la industria es identificar y cuantificar las oportunidades de ahorros de energía que lleven a optimizar el sistema, mejorar la intensidad energética (reducción del consumo específico de energía), bajar los costos operativos y las emisiones de gases de efecto invernadero.

10.2 Norma de evaluación energética de los sistemas de vapor

industriales

La norma ASME (ASME EA-3-2009) - Energy Assessment for Steam Systems es una norma no prescriptiva que identifica claramente los procesos, protocolos y entregas de evaluación de vapor. El objetivo de la presente sección es subrayar algunas de los aspectos clave de la norma, para que los expertos en sistemas de energía se familiaricen con ella y puedan usarla para

planificar la evaluación del sistema, y para que sean capaces de realizar la evaluación y de preparar los informes correspondientes. Las diferentes secciones de norma ASME son:

o Ámbito e introducción o Definiciones

o Referencias

o Organización de la evaluación o Realización de la evaluación

o Análisis de los datos de la evaluación o Informes y documentación

o Apéndice A - Referencias clave

Además de la norma ASME, hay un documento orientativo (ASME EA-3G-2010 – Guidance for ASME EA-3, Energy Assessment for Steam Systems) que ayuda a los expertos en energía en la correcta aplicación de la norma durante la evaluación energética. Las diferentes secciones del documento orientativo de la ASME son:

o Alcance o Definiciones

o Visión general de la norma - Cómo utilizar la ASME EA-3 o Guía para organizar la evaluación

o Guía para realizar la evaluación

o Guía para analizar los datos de la evaluación

o Guía para la elaboración de informes y para la documentación o Apéndice A - Referencias clave (opcional)

Se espera que el uso de la norma y del documento orientativo que la acompañan incremente la cantidad y la calidad de las evaluaciones energéticas que se realizan, obteniéndose así ahorros potenciales significativos de costos energéticos mediante la implementación de la optimización de los sistemas de vapor. La norma y el documento orientativo están destinados a los gerentes de energía, gerentes de las instalaciones, ingenieros de las plantas, consultores de energía, gerentes de mantenimiento, gerentes de plantas, y gerentes de medio ambiente, salud pública y seguridad de todo tipo de industrias

10.3 Áreas típicas de los proyectos de evaluación del sistema de

vapor

Cada planta industrial es diferente y única. Además, cada sistema de vapor de una planta industrial es diferente y puede haber variaciones incluso en plantas de la misma empresa que fabrican el mismo producto. Por lo tanto, es muy difícil hacer una lista de las oportunidades específicas de los sistemas de vapor que seguramente existen en cada planta. Es necesario evaluar cada instalación o planta industriales de manera individual, y cuantificar las oportunidades específicas de optimización del sistema de vapor de cada planta. No obstante, en toda evaluación de sistemas de vapor industrial hay que evaluar cada una de las siguientes oportunidades de optimización:

o mejora de la eficiencia de las calderas o cambio de combustibles

o investigación de la recuperación de la energía térmica de la purga o cambios de la demanda de vapor

o operaciones de las turbinas de vapor o integración térmica

o integración de procesos y suministros

o operaciones de las turbinas y de las válvulas de alivio de presión o operaciones de las turbinas de condensación

o aislamiento térmico

o recuperación de condensado

o recuperación del vapor evaporado súbitamente o gestión de las fugas de vapor

o gestión de las trampas de vapor o recuperación del calor residual

10.4 Oportunidades de ahorros energéticos

Uno de los principales propósitos de las evaluaciones de los sistemas de vapor es ayudar a la industria a identificar, y cuantificar proyectos de optimización de los sistemas y a implementarlos después de la evaluación. En todo caso, siempre se plantea la pregunta del cuál es el rendimiento de las inversiones (amortización) de implementación de las oportunidades del sistema de vapor industrial.

Una de las entregas de la evaluación del sistema de vapor debe ser una lista de las oportunidades de ahorros energéticos, clasificados en tres grupos divididos según el rendimiento de la inversión y el gasto de capital. Las tres categorías son:

o corto plazo o mediano plazo o largo plazo

No existe un protocolo específico que defina qué proyectos pertenecen a cada categoría. En todo caso, depende en gran medida de varios factores a nivel de la planta industrial. Sin embargo, en el cuadro 8 encontrará una guía con la que los expertos en energía de los sistemas de vapor podrán clasificar las oportunidades de ahorros energéticos en alguno de los tres grupos.

Cuadro 8: Categorías de las oportunidades de ahorros energéticos

corto plazo mediano plazo largo plazo

Definición: Mejoras en operativas y prácticas de mantenimiento Requiere la compra de equipo adicional y/o cambios en el sistema

Nueva tecnología o confirmación de

desempeño

Gastos de capital

Acciones de bajo costo o compras de equipo Estimaciones generales se pueden hacer debida diligencia adicional se necesita

corto plazo mediano plazo largo plazo Amortización menos de un año de uno a dos años de dos a cinco años

Ejemplos de proyectos o combustión de la caldera o puesta a punto o aislamiento o fugas de vapor o gestión de las trampas de vapor o control automático de la combustión o recuperación de la energía de la purga o economizador de agua de alimentación o cogeneración de energía térmica y eléctrica o turbina de vapor para impulsar los componentes de los procesos o cambio de

combustible de la caldera