El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético en la industria Experto Universitario en Mantenimiento de Medios e Instalaciones Industriales, Escuela Universitaria Politécnica, Universidad de Sevilla. Pedro Charneca Fernández Sevilla 29 de septiembre de 2008
El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético
Introducción....................................................................................... 2 Niveles de análisis energético del mantenimiento .................................... 2 A nivel de equipo ............................................................................. 2 Horno rotativo de clínker ................................................................ 3 Estudio energético de la transmisión de calor.................................... 6 Ecuación de transferencia de calor entre capas del horno ................... 7 Flujo de calor por conducción en el problema planteado p lanteado ..................... 9 Diagrama hierro-carbono .............................................................. 11 Distribución de temperaturas tras la aparición de la Roseta ............... 12 Coeficientes de transferencia de calor por radiación y convección ....... 13 Análisis de pérdidas de calor en la situación deteriorada del horno ..... 16 Resistencia térmica térm ica para pared plana .............................................. 17 A nivel de sistema ........................................................................... 18 A nivel de producto ......................................................................... 21 A nivel de reciclaje .......................................................................... 22 Conclusiones .................................... .............................................. 23
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El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético
Introducción Al analizar los aspectos que hacen del mantenimiento una herramienta extraordinariamente útil para optimizar los procesos productivos, reducir los costes, disminuir el almacenaje de piezas y equipos y en general, aumentar la productividad de los procesos, es necesario analizar la importancia que un correcto mantenimiento tiene en la reducción de los costes energéticos de los procesos. El objetivo de este estudio consiste en analizar la vinculación existente entre un correcto mantenimiento y una reducción de los consumos energéticos del sistema que se esté tratando; para ello, mostraremos varios ejemplos comparando diferentes situaciones y aportaremos datos reales de las reducciones de consumo que se pueden lograr. Como idea de partida, se realiza un análisis de la influencia energética que un mantenimiento incorrecto puede ocasionar, a qué puntos del proceso productivo puede afectar y los costes energéticos que conlleva.
Niveles de análisis energético del mantenimiento Es posible analizar el mantenimiento a diferentes niveles y veremos, para cada uno de ellos, las implicaciones energéticas que supone.
A nivel de equipo Si un equipo no es correctamente mantenido, no operará en las condiciones óptimas de funcionamiento. Por ejemplo, si un rodamiento no se sustituye cuando corresponde, este tendrá más rozamiento interno, mayor resistencia y por lo tanto, mayor consumo energético en su accionamiento. El conocimiento del funcionamiento del equipo, en función de la temperatura superficial del equipo, se puede llevar a cabo en aquellos equipos donde la técnica de la termografía pueda ser de aplicación: Instalaciones eléctricas, Conducciones, Conexiones, Aislamientos, Transformadores, Análisis de escape en combustión interna, Condensadores, Refractarios, Calderas, Líneas de vapor. Por ejemplo en bomba de agua, en centros de transformación cuyas fases no se encuentren equilibradas, etc. En todos ellos, las pérdidas energéticas serán fácilmente cuantificables. Veámoslo con un ejemplo: 2
El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético Horno rotativo de clínker Supongamos un horno rotativo de una cementera en el que, tras una termografía exterior de la pared del horno, se puede apreciar un calentamiento en una zona determinada de la misma (Roseta). Posiblemente este problema sea consecuencia de una pérdida del material cerámico con el que se recubre la carcasa interna del horno o de una costra o torta de material que no es lo suficientemente gruesa.
Mechero policombustible
Llama
Clínker fundido
Costra o Torta de material Material Cerámico
Vista interior del horno de cemento.
El clínker fundido en contacto con la torta de clínker que se apoya en el recubrimiento cerámico se enfría más rápidamente allí donde el recubrimiento cerámico ha sido erosionado; poco a poco, esta capa de clínker más rápidamente enfriada va creciendo hasta que en un momento determinado su tamaño es tal que cae al interior de la corriente de clínker fundida arrastrando consigo a parte de la costra situada debajo de ella, pudiendo incluso arrastrar parte del material cerámico que había reaccionado con ella y en el que se ha podido producir el desconchado o resquebrajamiento del mismo, para finalmente seguir su camino hacia el sistema de enfriamiento que, en las tendencias modernas, suele ser una parrilla refrigerada con aire. Este típico fallo en los hornos de cemento suele ser fácilmente identificado mediante la aparición de una zona en la carcasa exterior del horno de 3
El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético elevada temperatura (Roseta). Esta zona va aumentando a medida que el horno sigue en funcionamiento, dado que cada vez más material es arrastrado a la corriente de clínker fundido. Es posible detectar la aparición de este fenómeno mediante una termografía de la superficie aislante del horno, donde se puede apreciar claramente la aparición de lo que se denomina Roseta antes de que ésta sea visible para el ojo humano. La forma en la que se suele actuar, una vez detectado el problema, consiste en instalar ventiladores adicionales a los propios del proceso en el exterior del horno direccionados al lugar donde se aprecia la erosión. Horno de proceso con sistema de ventiladores
Uso de ventiladores adicionales por pérdida de refractario.
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El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético Termografía de horno rotativo de cementera (Land Instruments Internacional )
Horno de proceso co n distribución normal del sistema de refrigeración
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El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético En el momento que se produce la aparición de la Roseta, ya no es posible actuar salvaguardando la integridad de la capa cerámica, el refractario tiene sus días contados. Estudio energético de la transmisión de calor Cuantifiquemos el consumo energético adicional en el equipo como consecuencia del fallo en la detección o mantenimiento del mismo. Esta valoración es posible realizarla de dos formas: desde el punto de vista de la energía adicional que es necesario aportar al horno para conseguir la temperatura de trabajo precisada y desde el punto de vista de la energía que se desprende del horno como consecuencia de la pérdida del refractario. Para utilizar los valores de la termografía superficial del horno, vamos a hacer uso de esta segunda opción. La estructura metálica de la pared del horno no puede superar una temperatura que ponga en peligro su resistencia térmica, normalmente situada en 600ºC gracias al uso de aceros de alta resistencia térmica. Recordamos que en algunos puntos del interior del horno, la temperatura es cercana a los 1.450ºC, lo que se traduce en una temperatura superficial cercana a 1.200ºC en la cara más interior de la costra de clínker. La diferencia de temperatura entre una superficie y otra es conseguida mediante ladrillos refractarios de alta temperatura y la torta de clínker generada. La temperatura exterior, en la superficie del horno donde se suele producir la Roseta, alcanza en condiciones normales valores comprendidos entre los 250÷300ºC. Entrada de material Roseta Mechero
Salida de Clínker
Horno rotativo de cementera
A continuación, se van a cuantificar los flujos de calor en la situación con y sin la aparición de la erosión del refractario. Para ello, se analiza la 6
El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético resistencia térmica del horno en las condiciones nominales de diseño del mismo. En la zona de síntesis del horno de clínker es donde se alcanza la mayor temperatura en el interior del mismo, superando incluso los 1.450ºC como ya hemos indicado. El espesor de la costra que separa el clínker fundido de la capa cerámica depende de la temperatura exterior del acero en contacto con el aire y suele tener un espesor de 30 cm. Si la temperatura superficial exterior del horno se hace menor mediante el uso de ventiladores, esta capa aumenta al ser mayor la cantidad de clínker que se enfría; si, por el contrario, la temperatura exterior del horno aumenta, se funde parte de esa costra y se produce una mayor cantidad de clínker fundido. Analizamos las variaciones de temperatura y las pérdidas de energía calorífica que se tienen en un caso y otro partiendo de la base que el horno funciona a la misma temperatura interior, que se tiene una costra de 30 centímetros de espesor, un refractario cerámico de alta resistencia a la temperatura con un espesor de 30 centímetros y una capa de acero de alta resistencia a la temperatura con 4 centímetros de espesor. Esta situación conforma lo que se denomina situación normal de trabajo. Ecuación de transferencia de calor entre capas del horno Expresando la ley de Fourier en coordenadas cilíndricas se obtiene la siguiente expresión, ideal para estudiar la transferencia de calor por conducción en cuerpos cilíndricos:
Si no existen fuentes ni sumideros en el horno, como además es nuestro caso, la ecuación anterior se simplifica resultando la ecuación siguiente:
T(r) De donde:
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El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético Lo que da lugar a la siguiente expresión del campo de temperaturas en el cuerpo cilíndrico:
Basta conocer la temperatura en dos puntos independientes para calcular la distribución de temperatura en cualquier punto. Suponiendo que conocemos la temperatura “Ti” en un punto interior “ ri” y la temperatura “Te” en un punto exterior “re” , la expresión del campo de temperatura en cualquier punto vendrá dada por:
De donde el calor vendrá dado por la siguiente expresión:
Si re=ri+e y e/r1>>1, la resistencia térmica se reduce a la de una placa. En el caso que realmente nos ocupa, tenemos diferentes tubos cilíndricos con distintas resistencias térmicas, que además en las superficies exterior e interior tienen una transmisión de calor por radiación y convección; en este caso, la expresión del calor viene dada por:
hce hre hri
rpi hci rrefr
rext rac
Relación entre el modelo matemático usado en el estudio y la distribución real existente.
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El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético Donde:
Donde: radio de un punto interior. r i= pi = radio de la superficie interior de la costra de clínker. r
r refr = radio de la superficie exterior de la costra de clínker o radio de la
superficie interior del refractario. r ac = radio de la superficie exterior de la costra del refractario o radio de la
superficie interior del acero. r ext = radio de la superficie exterior del horno. hci = coeficiente de convección interior. hri = coeficiente de radiación interior. hce= coeficiente de convección exterior. hre= coeficiente de radiación exterior.
En nuestro caso tenemos las siguientes tablas de propiedades de los materiales y valores. Flujo de calor por conducción en el problema planteado En el caso estudiado:
Elemento Costra de Clínker
λ
e
W/(mK)
m
0,8÷1,3
0,30
Ladrillo Refractario 0,47÷1,05 0,30 Acero Total
16÷58
0,04 0,64
Donde “e” es el espesor de la capa (m) y lambda “ λ” la conductividad térmica del material (vatios por metro y por kelvin).
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El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético Si consideramos que, en las condiciones normales de funcionamiento, la temperatura de la costra de clínker es de 1.200ºC y la temperatura de la superficie exterior del acero es de 250ºC obtenemos la siguiente distribución de temperaturas en función de las conductividades utilizadas.
λi W/(mºC) 0,8 0,47 16
Espesor (m) 0,3 0,3 0,04
Tint (ºC) 1.200 811 252
Text (ºC) 811 252 250
r
(1)
(2)
1,5
2PixLxλi
(ri/ri-1)
ln(ri/ri-1)
1,8 2,1 2,14
5,03 2,95 100,53
1,20 1,17 1,02
0,18 0,15 0,02
(2)/(1)
0,0362717 0,0521997 0,0001877
Donde el flujo de calor resultante desde la pared interior hasta la pared exterior asciende a 10.715 W por metro de longitud del horno.
λi W/(mºC) 1,3 1,05 58
Espesor (m) 0,3 0,3 0,04
Tint (ºC) 1.200 736 251
Text (ºC) 736 251 250
r
(1)
(2)
1,5
2PixLxλi
(ri/ri-1)
ln(ri/ri-1)
1,8 2,1 2,14
5,03 2,95 100,53
1,20 1,17 1,02
0,18 0,15 0,02
(2)/(1)
0,0223211 0,0233656 0,0000518
Donde el flujo de calor resultante desde la pared interior hasta la pared exterior asciende a 20.770 W por metro de longitud del horno. Vamos a tomar como dato más representativo de lo que realmente ocurre un valor intermedio entre ambos, de donde:
λi W/(mºC) 1,05 0,76 52,5
Espesor (m) 0,3 0,3 0,04
Tint (ºC) 1.200 762 251
Text (ºC) 762 251 250
r
(1)
(2)
1,5
2PixLxλi
(ri/ri-1)
ln(ri/ri-1)
1,8 2,1 2,14
5,03 2,95 100,53
1,20 1,17 1,02
0,18 0,15 0,02
(2)/(1)
0,0276356 0,0322814 0,0000572
Donde el flujo de calor resultante desde la pared interior hasta la pared exterior asciende a 15.840 W por metro de longitud del horno Este calor, una vez que llega a la superficie exterior del horno, se transmite al exterior mediante los mecanismos de convección y radiación según el modelo que presentamos con anterioridad. Veamos como varía el flujo de calor transmitido por unidad lineal de horno allí donde aparece un punto de calentamiento de la superficie exterior. Vamos a suponer que esta Roseta se produce en una corona cilíndrica para simplificar los cálculos. En este caso, la temperatura exterior alcanzada puede llegar a ser cercana a los 450ºC, de forma que empieza a poner en peligro la integridad estructural de la carcasa exterior. 10
El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético Diagrama hierro-carbono En el diagrama hierro-carbono, se puede apreciar, en función de la temperatura y los distintos porcentajes de carbono, las distintas transformaciones que experimentan los diferentes compuestos obtenidos. Recordamos que los aceros son aleaciones de hierro-carbono cuyo porcentaje de carbono no excede del 1,76%.
Diagrama de hierro-carbono perteneciente a la documentación ofrecida por la Junta de Andalucía.
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El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético Como sabemos, las propiedades físicas de los aceros y su compo rtamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribución en el hierro. La mayoría de los aceros son mezclas de tres diferentes sustancias: ferrita, perlita y cementita. La ferrita es hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos en disolución. La cementita, de gran dureza y muy quebradiza, es un compuesto de hierro con aproximadamente el 7% de carbono. La perlita es una mezcla de ferrita y cementita con propiedades físicas intermedias entre ambas. La resistencia y dureza de un acero no tratado térmicamente depende de las proporciones de estos tres ingredientes. Cuanto el contenido en carbono es mayor en un acero, mayor es la cantidad de perlita y menor la cantidad de ferrita; cuando el acero tiene un 0,89% de carbono, está por completo compuesto de perlita. Para cantidades de carbono aún mayores, el acero es una mezcla de perlita y cementita. Esto puede apreciarse en el diagrama de hierro-carbono expuesto con anterioridad: Como puede verse en dicho diagrama, al elevarse la temperatura del acero, la ferrita y la perlita se transforman en una forma alotrópica de aleación de hierro y carbono conocida como austenita, que tiene la propiedad de disolver todo el carbono libre presente en el metal. Si el acero se enfría despacio, la austenita vuelve a convertirse en ferrita y perlita, pero si el enfriamiento es repentino, la austenita se convierte en martensita, una modificación alotrópica de gran dureza similar a la ferrita pero con carbono en solución sólida. Esta situación es la que tiene que evitarse a toda costa ya que sería el punto final de la vida de la carcasa del horno. Distribución de temperaturas tras la aparición de la Roseta Veamos que valores del flujo térmico tendríamos en este caso crítico del mantenimiento del horno: Si suponemos que toda la diferencia de temperatura proviene de un fallo exclusivamente vinculado a la pérdida de refractario del horno.
λi W/(mºC) 1,3 1,05 58
Espesor (m) 0,3 0,20227 0,04
Tint (ºC) 1.200 787 451
Text (ºC) 787 451 450
r
(1)
1,59773
2PixLxλi
1,89773 2,1 2,14
6,60 4,78 329,87
(2)
(2)/(1)
(ri/ri-1) ln(ri/ri-1) 1,19 1,11 1,02
0,17 0,10 0,02
0,0260824 0,0212093 0,0000572
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El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético En cambio, si suponemos que la diferencia de temperatura tiene origen en una pérdida de la costra de clínker, el balance sería el indicado en la siguiente tabla.
λi W/(mºC) 1,3 1,05 58
Espesor (m) 0,1697 0,3 0,04
Tint (ºC) 1.200 962 451
Text (ºC) 962 451 450
r
(1)
1,6303
2PixLxλi
1,8 2,1 2,14
6,60 4,78 329,87
(2)
(2)/(1)
(ri/ri-1) ln(ri/ri-1) 1,10 1,17 1,02
0,10 0,15 0,02
0,0150095 0,0322814 0,0000572
Lo más probable que ocurra es que se den ambos efectos conjuntamente, es decir, que la costra de clínker sea menor que la inicial y que se haya deteriorado parte del refractario, de donde tomamos como situación más cercana a la realidad la siguiente:
λi W/(mºC) 1,3 1,05 58
Espesor (m) 0,24428 0,24428 0,04
Tint (ºC) 1.200 861 451
Text (ºC) 861 451 450
r
(1)
1,61144
2PixLxλi
1,85572 2,1 2,14
6,60 4,78 329,87
(2)
(2)/(1)
(ri/ri-1) ln(ri/ri-1) 1,15 1,13 1,02
0,14 0,12 0,02
0,0213941 0,0258971 0,0000572
Donde puede apreciarse la importancia que tiene mantener los espesores de las diferentes capas que aíslan la corriente de clínker del exterior. Como primera consecuencia directa de la pérdida de refractario, se puede ver como la producción se ve disminuida, hecho que se pone de manifiesto con la pérdida de costra de clínker. Otra consecuencia directa que se produce al aumentar la temperatura exterior del horno es que la transferencia de calor por convección con el aire exterior y por radiación se ven aumentadas dado que ambas transferencias tienen la diferencia de temperatura como principal cuantificador de su importancia. Coeficientes de transferencia de calor por radiación y convección Si analizamos la ecuación de la transferencia de calor que desarrollamos al principio del cálculo, podemos observar como el calor por conducción que llega a la carcasa exterior del horno es igual a los calores por convección y radiación desprendidos. Cuantifiquémoslo en ambas situaciones dado que la base del cálculo del aumento de la pérdida energética será la consecuencia del incorrecto mantenimiento del refractario del horno.
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El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético En la situación de partida, el calor que llega por conducción a la pared exterior del horno, se traduce en pérdidas de calor por convección y por radiación.
Analizamos este balance entre la temperatura exterior o temperatura ambiente 25ºC y la temperatura superficial del horno y lo igualamos al flujo de calor que a esa pared llega por conducción y que hemos cuantificado como 15.840 W por metro de longitud del horno. De donde:
De donde:
Lo que nos indica cual es el valor del coeficiente del flujo combinado por radiación y convección en un punto suficientemente alejado de la superficie. Analizamos dentro de la expresión anterior el término que proviene exclusivamente de la radiación, para lo cual hacemos uso de la Ley de Stefan-Boltzmann:
De donde:
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El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético En la situación inicial se puede aproximar que:
De donde:
Lo que da lugar a:
La eficacia del transporte de calor por convección depende de las propiedades del fluido en movimiento, tales como viscosidad dinámica, viscosidad cinemática, conductividad térmica y densidad, de la superficie en contacto, como geometría y aspereza y del tipo de movimiento del fluido, ya sea laminar o turbulento. Todos estos factores se modelan bajo la expresión de enfriamiento de Newton que hemos considerado en el análisis y en la aproximación y que se indica a continuación:
Donde h representa el coeficiente de película que es función del número de Nusselt:
El número de Nusselt, a su vez, depende, en el régimen de convección forzada que nos ocupa, de los números de Reynolds y de Prandtl. El número de Reynolds representa la relación que existe entre las fuerzas de inercia y fuerzas viscosas que actúan sobre el elemento fluido.
Donde Uf es la velocidad del fluido a una distancia suficientemente alejada de la superficie donde se produce el intercambio. D representa el diámetro del tubo en un conducto circular o el diámetro
hidráulico para tubos no circulares.
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El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético El número de Prandtl representa la relación existente entre la difusividad molecular de la cantidad de movimiento y la difusividad molecular del calor.
Como en nuestro caso conocemos la transferencia de calor por convección existente, podemos calcular el coeficiente de película de convección.
Análisis de pérdidas de calor en la situación deteriorada del horno En la situación del horno en la que se alcanza la temperatura superficial de 450ºC, la transferencia de calor se ve modificada. El término de transferencia por radiación es el que sufre una mayor modificación al depender su valor de la diferencia a la cuarta de las temperaturas; veamos como se ve modificado:
De donde:
Si suponemos que el coeficiente de película debido a la convección no se ve modificado, lo que podría ser cierto si no se aumenta la velocidad del flujo forzado en torno al horno ni se considera la variación que con la temperatura sufren las propiedades del fluido, la transferencia de calor por convección en este caso vendrá dada por:
De donde la transmisión global de calor por metro lineal del horno que tiene lugar en la superficie del horno vendrá dada por la suma de ambos flujos, es decir:
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El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético El incremento de las pérdidas de calor por metro de horno vendrán dada por la diferencia entre la situación inicial y ésta, es decir:
Considerando que en este tipo de horno se tiene un rendimiento en la combustión del mechero policombustible cercana al 90%, la energía que es necesario consumir en el mechero para producir ese calor vendrá dada por la siguiente expresión:
Si suponemos que la zona afectada donde se produce la Roseta tiene una longitud de dos metros, lo que puede parecer pequeño para un horno de 140 metros, el incremento de las pérdidas de calor experimentadas en esta zona vienen dadas por el siguiente valor:
Si el horno padece este problema durante un periodo prolongado por motivos de la realización de un mal mantenimiento, supongamos un año de funcionamiento en continuo, es decir 8.760 horas, el exceso de energía perdida por este fallo vendrá dada por:
í Donde puede apreciarse la importante cuantía de esta pérdida adicional.
Resistencia térmica para pared plana Si estudiamos este mismo problema en un horno de paredes rectangulares, los cálculos se simplifican de manera muy significativa al calcular la resistencia térmica total del conjunto Rt como la suma de las resistencias térmicas de cada uno de los componentes, dadas a su vez por las inversas de las conductividades térmicas de cada componente multiplicadas por el espesor correspondiente, es decir:
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El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético Si hacemos el balance de energía entre la capa exterior e interior de este sistema obtendremos la temperatura de la capa exterior en contacto con el aire en la situación estudiada.
A nivel de sistema Una vez analizadas las pérdidas debidas al aumento de la temperatura en la carcasa exterior del horno, analizamos el problema desde el punto de vista del sistema. Como consecuencia de las pérdidas superficiales que es necesario superar, para mantener las condiciones de funcionamiento dentro del horno será necesario aumentar el consumo de combustible como ya hemos comentado. En el caso de las cementeras, la preparación de este combustible necesario llevará asociado un consumo energético adicional que pasamos a evaluar. El reparto de los diferentes combustibles utilizados en la industria cementera andaluza puede encontrarse en los informes públicos del sector ofrecidos por organismos oficiales como la Agencia Andaluza de la Energía en su estudio del sector Cementero Andaluz del 2004,
http://www.agenciaandaluzadelaenergia.es/agenciadelaenergia/nav/c om/contenido.jsp?pag=/contenidos/publicaciones/industria_cemento , o en los informes anuales ofrecidos por la principal agrupación nacional de cementos Oficemen que se pueden encontrar en el siguiente enlace: http://www.oficemen.com/eventos/verinformes.php?ver=26 .
Distribución de los consumos globales del sector cementero 2004
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El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético Donde se puede apreciar la importancia que tiene el sector cementero andaluz en el total nacional, representando un 20,57% de la producción nacional en el año 2004. Reparto del consumo de combustibles del sector cementero 2004
Reparto del consumo eléctrico en cada zona del proceso industrial cementero 2004
Como queda reflejado en las tablas anteriores, la molienda de carbón, petro-coque, hulla y carbón mineral para su uso como combustibles supone un importante valor del consumo eléctrico del centro, un 2,74%, y la proporción de estos combustibles frente a todos los usados asciende al 88,14 %. El consumo eléctrico por tep de combustible preparado para todo el sector cementero andaluz vendrá dado por:
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El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético Donde se supone que el 88,14% del combustible adicional utilizado como consecuencia del error de mantenimiento es aportado con este tipo de combustible, por lo que será necesario emplear una energía eléctrica adicional para preparar dicho combustible. De donde la energía eléctrica necesaria para preparar el combustible adicional que es necesario consumir en el horno vendrá dada por:
La energía primaria que sería necesario consumir en una central de generación para poder finalmente disponer de esta energía eléctrica en el centro se relaciona con la energía eléctrica antes calculada mediante el rendimiento del sistema de generación y transporte andaluz que, según queda reflejado en la última versión del PASENER, ha mejorado gracias a la introducción de nuevos ciclos combinados y ahora mismo asciende al 44,5%. Es decir, la energía eléctrica final anteriormente calculada se traduce en energía primaria mediante la siguiente expresión:
Este consumo no parece muy importante por la magnitud de los otros consumos implicados, pero dependiendo del caso, puede suponer un factor determinante; esto resulta especialmente significativo en sistemas de producción que usan fuel. La energía que es necesario aportar para poder preparar este combustible es muy importante: suelen existir resistencias que mantienen calientes los depósitos de fuel y bombas que lo desplazan al lugar donde se utiliza. En el caso de la cementera sólo hemos considerado la energía implicada en la molienda, pero este combustible adicional tendrá que ser trasladado hasta el centro en primer lugar y después hasta el punto de consumo, todo lo cual conllevará un consumo energético que no ha sido incluido en este estudio.
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El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético A nivel de sistema se producen otras pérdidas, algunas de las cuales sólo vamos a mencionar en este estudio. En primer lugar, como consecuencia del aumento del combustible, será necesario tratar más gases de salida e invertir mas energía en calentar el aire de combustión necesario para la combustión del horno; este aporte de energía adicional puede cuantificarse mediante la siguiente expresión:
El aire entra a temperatura ambiente, 25ºC, y abandona la torre de ciclones aproximadamente a 425ºC, de donde la energía empleada en calentar ese aire necesario como consecuencia del combustible adicional que ha de ser utilizado para mantener las condiciones de trabajo del horno tras producirse la Roseta vendrá dada por la expresión anterior. El combustible que ha de introducirse ya fue calculado con anterioridad en términos energéticos, pero ahora es necesario traducirlo a valores másicos para poder calcular el aire adicional que estamos introduciendo:
De donde, suponiendo un exceso de aire del 20% en la combustión del horno, el caudal de aire introducido como consecuencia del consumo extra será igual al siguiente valor:
Sustituyéndolo en la ecuación anterior, se obtiene la energía extra consumida en el sistema como consecuencia de calentar un aire que no habría sido necesario si no se hubiese producido la Roseta.
Donde se puede apreciar la importancia de esta pérdida.
A nivel de producto En todas las pérdidas hasta ahora analizadas nunca se ha puesto de manifiesto la implicación energética que un error en el mantenimiento del equipo puede suponer de cara al producto.
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El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético En el caso del horno de la cementera, puede que se esté trabajando en unas condiciones estudiadas y muy ajustadas con el fin de conseguir un determinado producto, pero al producirse el fallo, ya hemos visto que parte de la costra se puede llegar a desprender y, por consiguiente, puede salir del horno más clínker que el teóricamente esperado; esto se suele traducir en un peor enfriamiento en la parrilla situada al final del horno, con lo que se producen aglomeraciones de clínker que tienen un mayor tamaño al haberse enfriado más lentamente. El clínker, una vez obtenido, es molido en unos molinos de bolas, cuyo consumo es uno de los más importantes eléctricamente de todo el centro de producción, cercano al 40%. Cuando el clínker se enfría más lentamente, al llegar al molino ha de emplearse una mayor energía para obtener el tamaño de partícula de cemento deseado y que es responsable de muchas de las propiedades que con posterioridad se le exigirán al producto final. En este estudio no vamos a calcular cuánta energía supondría ese consumo adicional, pero teniendo en cuenta el tamaño de los equipos de estos molinos con motores de 6.000 voltios y bolas en el interior con pesos superiores a las 10 toneladas, podemos hacernos una idea de la implicación energética que tendrá este efecto.
A nivel de reciclaje Por último, vamos a analizar que ocurre cuando el producto final no cumple, como consecuencia del error producido, los parámetros de calidad que se le exigen. En este caso, es necesario invertir una energía para poder reutilizar el producto no conforme y otra energía para volver a procesarlo, además de la energía que se requirió para producirlo. Como puede verse, todas estas energías elevarán con mucho la demanda energética del centro cuando, como consecuencia de un mal mantenimiento, no se consigan los productos con las condiciones exigidas; estos problemas tendrán especial afección en el caso de que la energía necesaria para producir el producto sea muy significativa.
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El mantenimiento como mecanismo de ahorro energético
Conclusiones Creo que con este estudio se puede apreciar la importante y estrecha relación entre un buen mantenimiento y una mejora de la eficiencia energética de un centro de proceso. Se ha pretendido que los casos aquí analizados se ajusten a la realidad en la medida de lo posible y los ejemplos usados han sido contrastados con especialistas en el sector. Algunos valores no han sido calculados numéricamente porque variarían en gran medida en función de los condicionantes de los sistemas productivos y características técnicas de los equipos, pero si se ha intentado poner de manifiesto su importancia y significación en el consumo real.
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