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Linea de Base Energetica en la implementacion de la norma ISO 50001. Estudios de casos.

1. Introduccion

La experiencia internacional ha demostrado que la implementacion de un sistema de gestion energetica puede reducir el costo de facturacion de energia de una empresa entre el 10 y el 25 %, en un lapso de 1-3 anos, con periodos de recuperacion de la inversion tipicos inferiores a 2 anos [1].

Los sistemas de gestion para conducir los programas de calidad y medio ambiente de las empresas, establecidos por las normas ISO 9000 y 14000, han demostrado su efectividad y tienen una amplia y creciente difusion a nivel internacional. Varios paises han elaborado e implementado normas nacionales de sistemas de gestion energetica y actualmente se trabaja en la implementacion de la "Norma ISO 50001. Sistemas de Gestion de la Energia--Requisitos con Orientacion para su Uso" [2] en diversas empresas e instituciones.

Si bien la norma establece que hacer en el proceso de implementacion, no queda adecuadamente definido como o que herramientas usar al tratar de definir la Linea de Base Energetica. El articulo que se presenta en una modesta contribucion en este campo y en el se abordan tres casos en los que la definicion de la linea de base podria ser cuestionada al no mostrar una adecuada relacion entre las variables usadas para su obtencion.

2. Desarrollo

Durante la fase de verificacion, en el acapite, seguimiento, medicion y analisis es que se hace necesario contar con herramientas que posibiliten la accion de control de consumo y eficiencia energetica. Para ello la norma ISO 50001 propone como primer elemento la definicion de la Linea de Base Energetica [3]. Al respecto la norma plantea: como se aprecia en los epigrafes A.4.4 y A.4.5 de la norma ISO 50001 [2], tanto la forma de establecer la Linea de Base Energetica, asi como la eleccion de los IDEns, corren a cargo de la organizacion. La norma nos indica "el que" debe controlarse y sugiere "el como", y es aqui donde el trabajo que se presenta, a consideracion de los autores, puede contribuir a esclarecer las vias para la formulacion de la Linea de Base Energetica.

En los casos de estudios que se muestran, se siguen los criterios establecidos por los sistemas de gestion energeticos elaborados por la Universidad de Cienfuegos, Cuba [1], y la Universidad Autonoma de Occidente, Colombia [4]. En ambas se usa para la definicion de la Linea de Base Energetica los diagramas de dispersion correlacion [5], que en ambos trabajos se les identifican como los diagramas de consumo energetico versus produccion o servicio. La Figura 1 muestra, a modo de ilustracion, un grafico de consumos versus produccion de un proceso productivo. Ademas, se ofrece la ecuacion de consumo energetico versus produccion de la empresa. El modelo de mejor ajuste a los datos experimentales (Linea de Base Energetica) es en este caso una linea recta. El valor de la energia no asociada al proceso productivo y el coeficiente de determinacion o coeficiente cuadratico de correlacion ([R.sup.2]) nos muestra la calidad del ajuste del modelo a los puntos experimentales.

[FIGURA 1 OMITIR]

La literatura y la experiencia acumulada por las instituciones citadas [1, 4] indican que se pueden considerar adecuadas, a los efectos de los analisis energeticos, magnitudes del coeficiente de determinacion [R.sup.2] [mayor que o igual a] 0,75. Valores inferiores indican una debil correlacion entre los parametros representados en el diagrama de dispersion, y, por tanto, el indice de consumo formado por el cociente entre la energia y la produccion no refleja adecuadamente la relacion existente entre las variables consumo energetico y la actividad productiva de la entidad.

Las causas mas frecuentes de la baja correlacion entre el consumo energetico y la produccion estan dadas en:

1. Existen errores en la medicion o en su procesamiento.

2. No existen manuales de buenas practicas o se incumple lo establecido en ellos.

3. La produccion (P) y el consumo de energia electrica (E) son medidos en diferentes periodos.

4. El termino produccion (P) no ha sido adecuadamente establecido. Existe produccion en proceso que ha consumido energia y esta no ha sido considerada.

5. La estructura de produccion incluye productos con diferentes requerimientos energeticos.

6. Existen factores que influyen sobre el consumo de energia y no han sido considerados.

7. En el proceso productivo o de servicios se incluyen actividades que consumen energia y no se reflejan en la produccion o servicios incluidos en el indice

En los casos en que la correlacion sea debil ([R.sup.2] < 0.75) y descartadas las causas anteriores, se puede aplicar el criterio de considerar una produccion equivalente, con el fin de obtener el diagrama de dispersion correlacion, establecer la linea base y definir los indicadores de desempeno energetico. El criterio de la produccion equivalente se basa en incorporar al parametro que caracteriza la produccion o el nivel de actividad de servicios, factores y actividades que tienen una influencia significativa sobre el consumo de energia y que no son normalmente considerados. Algunos ejemplos daran mayor claridad a la aplicacion de este concepto.

2.1 Caso 1. Definicion de la Linea Base Energetica en un hotel turistico enclavado en una region tropical

Los datos que se presentan en la Tabla 1 corresponden a los consumos de energia (kWh), ocupacion habitacional (HDO) y dias grados (DG) de un hotel ubicado en una region tropical, donde el efecto del clima tiene una fuerte incidencia en el consumo energetico.

La obtencion de la Linea Base Energetica para la instalacion hotelera debe quedar definida relacionando el consumo energetico con la principal variable de trabajo del hotel, que es la ocupacion habitacional.

En la Figura 2 se muestra la Linea Base Energetica propuesta para los datos de la Tabla 1. Un analisis de la Figura 1 permite concluir que la propuesta no debe ser utilizada como Linea Base Energetica para el hotel, dado que:

1. No existe una adecuada relacion entre las variables. El modelo propuesto que es una linea recta no se ajusta adecuadamente a los puntos obtenidos de forma experimental. Ello queda ademas confirmado por el bajo valor del Coeficiente de Correlacion ([R.sup.2]) de 0.1463. Debe recordarse que es practica universal considerar como adecuado en el campo de la gestion de energia valores de [R.sup.2] [mayorr que o igual a] 0,75.

2. La pendiente de la linea obtenida en la grafica es negativa, lo cual se puede apreciar en la ecuacion dada en la Figura 1 y que indica que, mientras menor es la ocupacion habitacional, mayor es el consumo energetico, lo cual no resulta logico.

3. Del intercepto de la linea recta con el eje de las ordenadas, que muestra el consumo de energia con ocupacion cero del hotel, resulta el valor maximo de consumo energetico, lo cual se aparta de la realidad.

[FIGURA 2 OMITIR]

Lo antes expuesto hace pensar que hay otros factores influyentes en el consumo energetico que no han sido tomados en consideracion, y, en particular, para la region en que esta enclavado el hotel, el efecto del clima puede ser una variable de peso a considerar.

Tomando en consideracion los Dias Grados de la region para los diferentes meses del ano y los consumos energeticos del hotel que aparecen en la Tabla 1, se obtiene la grafica dada en la Figura 3.

[FIGURA 3 OMITIR]

Como se observa en la Figura 3, la relacion entre el consumo energetico y los Dias Grados (GD) es totalmente satisfactoria, pero no es posible realizar el control del hotel a partir de un factor climatologico. Una propuesta de utilidad es colocar en la variable del eje de las abscisas el efecto de la ocupacion habitacional y el clima en una sola variable que se integra como el producto de ambos terminos. (HDO*DG). En la Figura 4 se da el consumo de energia en funcion del producto de la ocupacion habitacional por los Dias Grados de los diferentes meses.

[FIGURA 4 OMITIR]

En la Figura 4 se da la posible Linea Base Energetica del hotel objeto de estudio, considerando en la variable independiente el efecto de la ocupacion habitacional (HDO) y el efecto del clima (DG). Tiene como bondades el grafico que el modelo matematico dado por la linea recta ajusta los valores experimentales de manera adecuada, con valores del coeficiente cuadratico de correlacion [R.sup.2] = 0,77.

2.2 Caso 2. Linea Base Energetica con correccion del bajo coeficiente cuadratico de correlacion (R2) en la produccion de crudo primario de cemento

El proceso de produccion de crudo primario consta de cuatro etapas: trituracion primaria, trituracion secundaria, molienda y bombeo de pasta. Se conoce como crudo primario o pasta al producto obtenido despues de que la piedra caliza pasa por estas cuatro etapas.

En la Figura 5 se observa el diagrama de bloques de este proceso, indicando las etapas, el requerimiento de energia electrica y las acumulaciones de material semiprocesado.

[FIGURA 5 OMITIR]

La Linea de Base Energetica del proceso se estimo tomando como producto final el flujo correspondiente a la pasta bombeada saliente en el punto 10 del diagrama energetico productivo. Lecturas diarias de mediciones de pasta y consumo de energia electrica del proceso, permitieron realizar el grafico de dispersion de energia versus produccion, y se ajusto la tendencia de los puntos a la ecuacion de una linea recta (Figura 6). Como resultado el coeficiente de correlacion cuadratico ([R.sup.2]) entre el consumo de energia electrica y la produccion fue bajo [R.sup.2] = 0,5 y el indicador de consumo (kWh/t), no reflejo adecuadamente la eficiencia energetica de este proceso.

[FIGURA 6 OMITIR]

Se valoro como problema principal que el actual esquema de produccion no es constante. En algunas areas de este proceso se trabaja por baches, debido a la planeacion de la produccion y dimensionamiento de las maquinas. Se considera como produccion total el producto final correspondiente a la pasta bombeada, sin tener en cuenta el inventario de producto en las etapas intermedias del proceso.

Tomando en consideracion la variacion diaria en los inventarios de material en las diferentes etapas de produccion y el consumo de energia electrica en cada una de las areas y en el total del proceso, se realiza un procedimiento matematico que--tomando en cuenta el potencial energetico de estas producciones--permite obtener un producto equivalente, denominado en este caso pasta bombeada equivalente [6].

Partiendo de esta premisa y aplicando las ecuaciones 1 a la 3, se calcula la produccion equivalente.

[EXPRESION MATEMATICA IRREPRODUCIBLE EN ASCII] (1)

[P.sub.caliza EQ pasta bombeada] = [[DELTA][P.sub.caliza-di] x ([kWh.sub.di])+ [DELTA][P.sub.caliza-df] x ([kWh.sub.df])]/[kWh.sub.pasta bombeada] (2)

[P.sub.pasta alm EQ pasta bombeada] = [[DELTA][P.sub.pasta alm] x ([kWh.sub.pasta alm])]/[kWh.sub.pasta bombeada] (3)

Donde:

[DELTA][P.sub.Caliza-di]: variacion en el inventario de caliza del dia en el deposito intermedio

[DELTA][P.sub.Caliza-df]: variacion en el inventario de caliza del dia en el deposito final

[DELTA][P.sub.pasta-alm]: variacion en el inventario de pasta del dia en las balsas.

Aplicando la ecuacion 3 y teniendo en cuenta los parametros de variacion en los inventarios y los factores de consumo de energia electrica que se resumen en la Tabla 2, se calcula la produccion equivalente para el proceso.

Con los datos obtenidos se trazo nuevamente el grafico de correlacion de consumo de energia frente a la produccion equivalente para el periodo de analisis y se obtuvo una correlacion fuerte entre las variables (R2 = 0,93). Ello demuestra que la nueva ecuacion base estimada es adecuada para hacer seguimiento a la eficiencia energetica del proceso y constituye la Linea de Base Energetica del proceso estudiado.

[FIGURA 7 OMITIR]

2.3 Caso 3. Definicion de la Linea de Base Energetica en una fabrica de helados que produce varios productos

La fabrica produce varios productos con diferentes consumos especificos de energia (kWh/ [t.sub.producto]) y el indice utilizado, kWh/[t.sub.totales], no refleja adecuadamente la eficiencia energetica de la fabrica [7].

Mediante balances energeticos se determina el consumo de electricidad necesario para producir una tonelada de cada producto (helado en masa, helado en paletas y mezcla para batidos) y sobre esta base se encuentra un factor de conversion energetico para expresar la produccion en toneladas equivalentes al helado en masa, por ser el producto con mayor peso en la estructura de produccion. Ver Tabla 1 y la ecuacion 4.

[ton.sub.EQ] = [F.sub.helado masa] x [t.sub.helado masa] + [F.sub.paletas] x [t.sub.paletas] + [F.sub.batido] x [t.sub.batido] (4)

Los factores de conversion y la produccion equivalente se determinan a partir de:

* Factor de helado en masa: FM = 1

* Factor de paletas: FP = 926.5/805.8 = 1.149

* Factor de batidos: FB = 255.9/805.8 = 0.317

* ti. Toneladas de productos procesados

[ton.sub.EQ] = 1 x [ton.sub.helado] + 1,149 x [ton.sub.paletas] + 0,317 x [ton.sub.batido] (5)

El uso de este nuevo criterio de produccion equivalente logro un valor del coeficiente de correlacion cuadratico ([R.sup.2]) superior al obtenido al sumar las toneladas totales de productos elaborador. Ello permitio obtener la Linea de Base Energetica de la fabrica de helados.

3. Conclusiones

1. Los estudios de caso presentados muestran que resulta valido el concepto de produccion equivalente para lograr mejoras del coeficiente de correlacion cuadratica ([R.sup.2]) en los diagramas de dispersion que relacionan el consumo de energia y la produccion de la empresa, y que posibilitan obtener la Linea de Base Energetica de la empresa analizada.

2. La aplicacion del concepto de produccion equivalente prueba su validez en la obtencion de la Linea de Base Energetica y con ello la posibilidad de definir los indicadores de desempeno energetico en las empresas analizadas.

3. Los trabajos presentados son una muestra de como actuar en los procesos industriales de cierta complejidad productiva y poder obtener la Linea de Base Energetica, contribuyendo con ello a facilitar el trabajo de aplicacion de la norma ISO 50001.

Referencias

[1] Ambiente, C. D. (2001). Gestion Energetica Empresarial. Cienfuegos. Cuba: Universo Sur. Universidad de Cienfuegos. ISBN 959-257-040-X.

[2] Secretaria Central de ISO en Ginebra, Suiza. (2011). Norma ISO 50001. Sistemas de gestion de la energia - Requisitos con orientacion para su uso. Ginebra, Suiza: [C] ISO 2011.

[3] Artequim.com. (2012). Manual de gestion de la energia. Santiago de Chile: Artequim.com. ISBN 978-956-8819-05-7.

[4] Colectivo de autores. Universidad del Atlantico y Universidad Autonoma de Occidente, Unidad de Planeacion Mineroenergetica. Ministerio de Energia y Minas. Colombia. (2008). Sistema de Gestion Integral de la Energia. Guia para la implementacion. Bogota, Colombia: Digitos y Disenos. ISBN 978-958-8123-43-1.

[5] International Standard Equipment. (2012). ISOCD 50006 Measuring Energy Performance using Energy Baselines & Energy Performance Indicators. Ginebra, Suiza: Editorial de ISO.

[6] IDEA, Espana. (1987). Tecnicas de conservacion energetica en la industria. Tomo II. Ahorro en procesos. La Habana, Cuba: Editorial Cientifico Tecnica.

[7] Global Footprint Network. (2010). Ecological footprint atlas 2010. Oakland, California United States of America: Global Footprint.

[8] Castrillon, R., Gonzalez, A. & Quispe, E. (2013). Mejoramiento de la eficiencia energetica en la industria del cemento por proceso humedo a traves de la implementacion del sistema de gestion integral de la energia. Colombia: Dyna 80, 177, 115-123. ISSN 0012-7353.

[9] Gonzalez, A., Castrillon, R. & Quispe, E. (2012). Energy efficiency improvement in the cement industry through energy management. En Cement Industry Technical Conference, IEEE-IAS/PCA 53, 200. Estados Unidos. p. 200. ISBN 978-1-4673-0285-2.

ROSAURA P. CASTRILLON MENDOZA (1)

JOSE P. MONTEAGUDO YANES (2)

ANIBAL BORROTO NORDELO (2)

ENRIQUE CIRO QUISPE OQUENA (1)

(1) Grupo de Investigacion en Energias (GIEN), Universidad Autonoma de Occidente, Cali, Colombia. Calle 25 No 11-85, km 2 via Jamundi. PBX: (57) (2) 318 8000. Ext. 11856-11325. FAX: (57) (2) 555 3911. Correo electronico: gien@uao.edu.co.

(2) Centro de Estudios de Energia y Medio Ambiente (CEEMA), Facultad de Ingenieria, Universidad de Cienfuegos. Carretera a Rodas. Km 4. Cuatro Caminos. Cienfuegos. CP 59430. Cuba. Correos electronicos: jpmyanes@ucf.edu.cu, aborroto@ucf.edu.cu.

Fecha de recepcion: 16/04/2015--Fecha de aceptacion: 30/06/2015.
Tabla 1. Datos de consumo energetico,
habitacion dia ocupado (HDO) y los dias
grado (DG) correspondientes a un ano de
explotacion

Mes          kWh     HDO    DG

Enero        60951   1281   21,83
Febrero      59920   1224   30,57
Marzo        60183   1387   70,53
Abril        64795   1260   79,00
Mayo         70792   1046   135,11
Junio        70450   716    135,50
Julio        77121   1087   151,64
Agosto       77286   986    151,64
Septiembre   65746   479    141,63
Octubre      68474   863    124,78
Noviembre    65144   1256   67,50
Diciembre    57929   1096   40,82

Fuente: elaboracion propia.

Tabla 2. Calculo de produccion equivalente para el
proceso de crudo primario

Dias      Pasta       INVENTARIOS [t]
       Bombeada [t]

                      Caliza en   Caliza en   Pasta
                        el DI       el DF

1         4.994        22.096      48.908     4.948
2         4.828        24.930      48.823     5.523
3         3.686        22.277      51.355     4.490
...        ...           ...         ...       ...
31        5.650        15.008      56.889     5.650

Dias   FACTORES DE CONSUMO                          Prod.
                                                   Eq. [t]

       [kWh.sub.DI]   [kWh.sub.DF]    [kWh.sub.
        [kWh.sub.      [kWh.sub.     PASTA_ALMI]
        PASTA_BOM]     PASTA_BOM]     [kWh.sub.
                                     PASTA_BOM]

1         0,0190         0,0654        0,9516
2         0,0212         0,0655        0,9494       5.428
3         0,0214         0,0635        0,9619       2.797
...        ...            ...            ...         ...
31       0,02634        0,09676        0,94229      4.034

Fuente: elaboracion propia.

Tabla 3. Consumo energetico especifico por productos

                       Consumo por etapa del proceso
                       de cada producto (kWh/Ton)

Etapa del proceso      Helado    Helados en   Mezcla para
                       en masa    paletas       batidos

Recibo de leche         48.29        --          48.29
Disolucion de azucar    2.893      59.02         2.893
Derretido de grasas     7.152      29.37         7.152

                       Pasteurizacion

Agua helada             171.0      172.81        171.0
Vapor                   15.27      15.41         15.27
Agua ambiente           10.01      10.10         10.01
Envejecimiento          16.59      16.64         16.59
Congelacion            469.38      22.23          --
Maquina rolo             --        503.23         --
Neveras                 28.17      29.08          --
Consumo especifico      805.8      926.5         255.9
  total (kWh/Ton)

Fuente: elaboracion propia.
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Author:Castrillon Mendoza, Rosaura P.; Monteagudo Yanes, Jose P.; Borroto Nordelo, Anibal; Quispe Oquena, E
Publication:Revista El Hombre y la Maquina
Date:Jan 1, 2015
Words:3380
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