AHORRO DE ENERGIA Investigación
PROFESOR: ING. Basilio Ramírez Arturo
10 DE JUNIO DE 2018 NAVARRETE SANTIAGO JOSE MOISES 15500470
índice UNIDAD 1 INTRODUCCION A LAS AUDITORIAS ENERGETICAS ....................................................... .............................................................. ....... 4 1.1 CONCEPTOS BASICOS .................................................................................................................. .................................................................................................................. 4 1.2 PANORAMA P ANORAMA INTERNACIONAL Y NACIONAL .................................................... ............................................................................... ........................... 11 1.3 ASPECTOS GENERALES DE LA L A GESTIÓN ENERGÉTICA. .......................................................... ............................................................... ..... 17 UNIDAD 2 LEGISLACIÓN Y NORMATIVIDAD VIGENTE ......................................................................... 21 2.1 ASPECTOS GENERALES DE LA LEGISLACIÓN .............................................................................. .............................................................................. 21 2.2 ORGANISMOS Y ENTIDADES NACIONALES ................................................................................ 27 2.3 NORMATIVIDAD NACIONAL E INTERNACIONAL ........................................................................ ........................................................................ 30 2.4 EJEMPLOS DE NORMAS NACIONALES. ...................................................................................... 31 UNIDAD 3 MÉTODOS DE AUDITORIA ENERGÉTICA ........................................................................ ............................................................................. ..... 32 3.1 ESTRATEGIAS PARA LA ADMINISTRACIÓN ADMINISTRACIÓN DE ENERGÍA. ............................................................. 32 3.2 ANÁLISIS DE LOS CONSUMOS ENERGÉTICOS ............................................................. .............................................................................. ................. 33 3.3 PLANEACIÓN Y FORMULACIÓN DEUN PROGRAMA DEUSO RACIONAL DE LAENERGÍA ................. 36 3.4 CONTROL DE LA GESTIÓN ENERGÉTICA ...................................................................................... ...................................................................................... 39 3.5 METODOLOGÍA GENERAL PARA EL DIAGNÓSTICO ENERGÉTICO ................................................ 43 3.6 MANEJO DE LA INFORMACIÓN .......................................................................... ................................................................................................... ......................... 45 UNIDAD 4 TÉCNICAS DE AHORRO DE ENERGÍA EN SISTEMAS TÉRMICOS .......................................... 48 4.1 TÉCNICAS ECONÓMICAS DE EVALUACIÓN DE PROYECTOS P ROYECTOS DE AHORRO DE ENERGÍA ............. 48 4.2 BALANCES DE MATERIA, ENERGÍA Y EXERGÍA. .......................................................................... ......................................................................... 51 4.3 CALCULO DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA. (VAPOR, AGUA, GAS, NITRÓGENO, ACEITE TÉRMICO, AIRE, ETILENGLICOL). ............................................................ ....................................................................................................................... ........................................................... 53 4.4 CALCULO DE LOS POTENCIALES DE AHORRO A HORRO DE ENERGÍA........................................................ 54 4.5 AHORRO DE ENERGÍA EN MÁQUINAS TÉRMICAS. (CALDERAS, TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS, INTERCAMBIADORES DE CALOR, REDES TÉRMICAS, DUCTOS, COMPRESORES Y MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Y SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN.) ............................................................ 55 4.6 AHORRO DE ENERGÍA PARA GENERADOR DE ACEITE TÉRMICO. .............................................. 57 4.7 AHORRO DE ENERGÍA PARA TORRES DE ENFRIAMIENTO. ........................................................ 57 4.8 AHORRO DE ENERGÍA EN COMPRESORES DE REFRIGERACIÓN. R EFRIGERACIÓN................................................. 57 4.9 AHORRO DE ENERGÍA PARA PLANTAS DE NITRÓGENO. ....................................................... ............................................................ ..... 58 4.10 OPTIMIZACIÓN DE SISTEMAS PRODUCTORES DE ENERGÍA . ................................................... 58 4.11 APLICACIÓN DE TÉCNICAS DE AHORRO. EL FACTOR HUMANO, LA CAPACITACIÓN Y CONCIENTIZACIÓN). ................................................... ................................................................................................................... ..................................................................... ..... 58 Unidad 5 INTRODUCCIÓN. .......................................................... ................................................................................................................... ......................................................... 59 5.1 AUDITORIA ENERGÉTICA ........................................................................................................... 59 5.2 ESTUDIO DE TARIFAS ELÉCTRICAS ............................................................................................. ............................................................................................. 61 5.3 ADMINISTRACIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA
............... 64
UNIDAD 6. FUENTES RENOVABLES DE ENERGÍA Y APLICACIONES. ..................................................... 71 6.1
CONCEPTOS GENERALES DE ENERGÍA SOLAR. ..................................................... .................................................................... ............... 71
6.2
CELDAS FOTOVOLTAICAS. ..................................................... .................................................................................................... ............................................... 71
6.3
APLICACIONES DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA............................................................ ................................................................ ..... 74
6.4
ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE DE LA ENERGÍA TÉRMICA. ......................................... 76
6.5
BIOCOMBUSTIBLES. .............................................................. ............................................................................................................. ............................................... 78
6.6
HIDRÓGENO. ................................................... ................................................................................................................... ..................................................................... ..... 79
UNIDAD 1 INTRODUCCION A LAS AUDITORIAS ENERGETICAS 1.1 CONCEPTOS BASICOS Energía en la sociedad
La energía es clave dentro de la sociedad por ser uno de los motores que mueven a la economía, por tanto el crecimiento económico lleva implícito un aumento en el consumo energético. Esto, hace imprescindible desarrollar tecnologías y sistemas de vida que ahorren energía para lograr un verdadero desarrollo que pueda llamarse sustentable. Los avances tecnológicos pueden solucionar algunos problemas en el corto plazo pero pueden conducir a dificultades mayores en el largo plazo. El desarrollo económico implica cambios físicos en los ecosistemas. Esto no es algo necesariamente malo si se hace a través de una explotación forestal planeada y sus consecuencias son tomadas en cuenta.
Desarrollo sustentable
"El desarrollo sustentable es un desarrollo que satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de futuras generaciones de satisfacer sus propias necesidades" Esta definición incluye dos conceptos claves: •
Necesidades: en particular particular las de los más pobres pobres del mundo, a las que se les debe dar prioridad.
•
Limitaciones: impuestas por el estado de la tecnología y de la organización organización social a la habilidad del medio ambiente de satisfacer las necesidades presentes y futuras.
Energía en la industria
No existe instalación industrial que no sea demandante de energía, su disponibilidad, calidad y precio provocan que se vuelva un factor clave en la competitividad y la supervivencia empresarial. El objetivo principal de la eficiencia energética es el ahorro y la diversificación energética, es decir, obtener un rendimiento optimo para cada proceso o servicio sin que esto provoque una disminución de la productividad o calidad del servicio.
Eficiencia energética
La eficiencia energética es un instrumento fundamental para dar respuesta a los retos del sector energético mundial: el cambio climático, la calidad y seguridad del suministro, la evolución de los mercados y la disponibilidad de las fuentes de energía. Por eficiencia energética se entiende al conjunto de actividades encaminadas a la mejor utilización de la energía a fin de proteger el medio ambiente, reforzar el
Políticas energéticas
La situación económica, política y social de México demanda un esfuerzo conjunto entre el gobierno y la sociedad para aclarara el rumbo que debe tomar el país en los próximos años con el fin de construir una realidad mas justa y equitativa para todos los mexicanos. En la AGENDA PARA EL DESARROLLO 2006 – 2020, Volumen 8, Política energética, incluye propuestas para promover el crecimiento del producto nacional. Incluye temas de gran interés como el desarrollo del sector energético, las inversiones energéticas, tarifas de servicios energéticos, investigación y desarrollo tecnológico, industria petrolera y energética, fuentes alternas y transición energética.
Gran parte del desarrollo económico y social del país se debe principalmente a la riqueza energética, pues México cuenta con los recursos naturales, gracias a su ubicación geográfica, sin embargo, es importante destacar que el Sector Petrolero y la Industria Eléctrica se enfrentan cada vez a mayores retos en cuanto a competitividad y eficacia.
Gestión energética
Un sistema de gestión energética está directamente vinculado al sistema de gestión de la calidad y al sistema de gestión ambiental de una organización, contempla las políticas sobre el uso de la energía, y cómo van a ser gestionadas las actividades, productos y servicios que interactúan con este uso, normalmente bajo un enfoque de sostenibilidad y eficiencia energética, ya que el sistema permite realizar mejoras sistemáticas del rendimiento energético. Un sistema de gestión energética puede ser adoptado por cualquier tipo de organización, independientemente de su sector de actividad o tamaño. Su implementación es voluntaria y su nivel de éxito depende de la dirección propia organización, para gestionar el consumo y costos energéticos. No está orientado tanto al cumplimiento de la normativa, si no a un uso más racional de la energía.
ISO 50001
Esta norma internacional engloba las prácticas de gestión energética consideradas más adecuadas en todo el mundo, permitiendo: •
Identificar y gestionar los riesgos relativos a su suministro energético en el futuro
•
Medir y controlar el consumo energético para identificar dónde puede mejorar su eficiencia
•
Perfeccionar el desempeño general para reducir su consumo energético y el importe de sus facturas
•
Reducir emisiones de carbono y cumplir los objetivos de reducción de emisiones establecidos por el gobierno
Concepto de Auditoria Energética
Es una inspección, estudio y análisis de los l os flujos de energía en un edificio, edif icio, proceso o sistema con el objetivo de comprender la energía dinámica del sistema, normalmente se llevan a cabo para buscar oportunidades de reducir la cantidad de energía de entrada en el sistema sin afectar negativamente la salida. Es un estudio técnico de una unidad (empresa, ( empresa, vivienda, comercio, edificio, etc.) para comprobar si la gestión energética está optimizada. Esto significa que el estudio técnico explicará si se puede ahorrar en gasto energético o no. Este se ha vuelto un tema relevante debido al incremento considerable de los costes energéticos, incluyendo la gestión de los recursos y consumos energéticos. Las medidas propuestas en las Auditorías Energéticas están basadas en aspectos de eficiencia energética y ahorro. Ahorro de energía
Típicamente, cualquier Auditoría Energética presenta dos partes bien diferenciadas: •
Un estudio de la situación situación actual, con análisis de costes costes y usos.
•
Una identificación identificación de las áreas, equipos o instalaciones instalaciones susceptibles susceptibles de de mejora con una lista de posibles medidas a aplicar.
Existe una amplia gama de acciones sencillas que permiten combatir el cambio climático y conformar una nueva cultura de eficiencia energética. • Iluminación. • Agua • Residuos • Transporte
•
En el hogar. Cocina, refrigerador, lavadora, lavaplatos.
Fases de una auditoria energética
Normalmente la auditoria requiere de varias fases en su desarrollo que se centran en obtener información real sobre el edificio y su consumo energético para poder compararla con la información teórica obtenida mediante una simulación y poder detectar en qué zonas no se gestiona adecuadamente la energía: •
Planificación de la auditoria. Recopilación de información.
•
Visita del inmueble. Estado actual, pruebas y comprobaciones.
•
Estudio y análisis del comportamiento energético.
•
Propuestas de mejora.
•
Estudio de viabilidad económica
•
Emisión de informe.
Planificación de la auditoria
Se obtendrá la mayor información sobre el inmueble, su envolvente e instalaciones así como del comportamiento de los usuarios, así como la planeación de las fases de trabajo de la auditoria y la simulación del comportamiento energético: •
Documentación gráfica y escrita sobre los sistemas constructivos así como de las instalaciones del edificio (memorias, planos, mediciones y presupuestos de los proyectos de obra y de instalaciones).
•
Facturas de los consumos energéticos.
•
Horarios de uso y ocupación.
•
Datos climatológicos de la zona donde se ubica.
•
Otros aspectos que el técnico considere de interés.
Visita al inmueble
Se deberá de verificar el estado en que se encuentra el edificio e instalaciones en relación a la documentación técnica previamente analizada, la cual será reflejada en fichas de comprobación. •
Observación de los hábitos de los usuarios
•
Toma de mediciones mediciones y registros. registros. Se debe planificar planificar las las mediciones mediciones a realizar y organizar los parámetros a evaluar.
Se observan las condiciones como temperatura, humedad, flujo de calor, infiltraciones de aire, perdidas de aislamientos térmicos, instalaciones eléctricas, iluminación, calentadores, formación de gases de combustión, agua potable, etc. Análisis del comportamiento energético
La comparación de resultados obtenidos en la simulación r ealizada para cada uno de los servicios energéticos con los datos reales que nos han aportado la facturación y las mediciones in situ nos nos permiten identificar zonas de la instalación en que existen problemas. Se deberá de analizar analizar la información aportada aportada para para obtener las conclusiones más relevantes en relación a: Distribución de consumos eléctricos según periodos tarifarios. Obtención de las gráficas que muestren el consumo eléctrico y del resto de servicios energéticos, estimado de forma anual, diario y horario, así como intentar averiguar si algunos equipos están funcionando fuera de los horarios de trabajo. Estudiar la facturación energética para poder valorar si la tarifa contratada es la más adecuada al edificio o inmueble considerado en función de cómo se gestiona el consumo energético en el mismo, buscando la que mejor se acople a sus necesidades. Propuestas de mejora
Se deben proponer todas aquellas mejoras técnicas necesarias en el edificio, las instalaciones u otro factores que consideremos adecuadas para reducir el consumo de energía y combustible, y permitir que sus elementos de envolvente e instalaciones puedan funcionar adecuadamente adecuadamente con un rendimiento óptimo, por tanto también será conveniente agruparlas en varios bloques o grupos, sistemas constructivos de envolvente, instalación de climatización, de renovación de aire, recuperación de energía, etc… siempre buscando un consumo energético ad ecuado u optimizado al tipo de edificio estudiado. Viabilidad económica
Se debe de realizar un análisis económico de las medidas de mejora incluidas en la auditoría para valorar el periodo de amortización a partir de la estimación del coste de la inversión, así como del ahorro ahorro de energía conseguido, conseguido, precio de la energía energía y combustibles, etc… de manera que se estimarán los períodos de retorno de cada
Para concluir la auditoria se redactará un informe en el que se haga constar los objetivos perseguidos por la misma, el tipo de edificio y sus características técnicas y constructivas, las mediciones realizadas con los equipos de medida, y el resultado y las medidas correctoras propuestas para mejorar la eficiencia energética y subsanar los problemas detectados, en definitiva se pretende aportar unas pautas que permitan optimizar su eficiencia energética, corrigiendo si fuese necesario los hábitos de sus usuarios para tal fin. La Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía (CONUEE) estima que en México tenemos un potencial de ahorro de energía superior al 20%. Las auditorías energéticas han tomado un papel sumamente importante tanto en la industria como en la vida cotidiana, por lo cual su aplicación y conocimiento va mas allá de lo nacional, trascendiendo hasta el plano global. Sabiendo esto, es importante estar conscientes y actualizados sobre el consumo y ahorro de energía no solo nacional, sino de todo el mundo. m undo. 1.2 PANORAMA INTERNACIONAL Y NACIONAL PANORAMA INTERNACIONAL
Actualmente el mundo se enfrenta ante el reto de combatir el cambio climático, al mismo tiempo que persigue el crecimiento económico y una distribución equitativa de la riqueza. ISO. ISO es la Organización Or ganización Internacional de Normalización. Normalización. ISO tiene como miembros a alrededor de 160 organismos nacionales de normalización de países grandes y pequeños, industrializados, en desarrollo y en transición, en todas las regiones del mundo. La cartera de ISO de más de 18 600 normas ofrece a las empresas, gobiernos y a la sociedad herramientas prácticas para las tres dimensiones del desarrollo sostenible: económica, ambiental y social. ISO 50001:2011. Sistemas de gestión de la energía - Requisitos con orientación para su uso, es una Norma Internacional voluntaria desarrollada por ISO (Organización Internacional de Normalización). La norma tiene como finalidad proporcionar a las organizaciones un reconocido marco de trabajo para la integración de la eficiencia energética en sus prácticas de gestión. Las organizaciones multinacionales tendrán acceso a una norma única y armonizada para su aplicación en toda la organización con una metodología lógica y coherente para la identificación e implementación de mejoras. La norma ISO 50001 es posible pero no obligatorio. Algunas organizaciones deciden aplicar la norma únicamente a los beneficios que proporciona.
"Esta Norma Internacional se basa en el marco de mejora continua Planificar- HacerVerificar-Actuar e incorpora la gestión de la energía en las prácticas cotidianas de la organización. "
Planificar : Realizar la revisión y establecer la línea base de la energía, indicadores de rendimiento energético (enpis), objetivos, metas y planes de acción necesarios para conseguir resultados de acuerdo con las oportunidades para mejorar la eficiencia energética y la política de energía de la organización. Hacer: Poner en práctica los planes de acción de la gestión de la energía. Verificar: Monitorear y medir los procesos y las características claves de sus operaciones que determinan el rendimiento de la energía con respecto a la política energética y los objetivos e informar los resultados. Actuar: Tomar acciones para mejorar continuamente la eficiencia energética y el sgen. La norma tiene por objeto cumplir lo siguiente: Ayudar a las organizaciones a aprovechar mejor sus actuales activos de consumo de energía. Crear transparencia y facilitar la comunicación sobre la gestión de los recursos energéticos. Promover las mejores prácticas de gestión de la energía y reforzar las buenas conductas de gestión de la energía.
Facilitar la mejora de gestión de la energía para los proyectos de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. Permitir la integración con otros sistemas de gestión organizacional, como ser el ambiental, y de salud y seguridad. NORMAS COMPLEMENTARIAS A LA ISO 50001. ISO 50002 ha sido diseñado para complementar la norma ISO 50001 , que se centra
en el desarrollo de un sistema de gestión de la energía. Otras normas a tener en cuenta en el futuro incluyen:
ISO 50003 sobre requisitos para los organismos que realizan la auditoría y
certificación de sistemas de gestión energética
ISO 50004 Directrices para la implementación, mantenimiento y mejora de un
sistema de gestión energética
ISO 50006 sobre medición del rendimiento energético utilizando las líneas de
base de energía (ENB) y los indicadores de rendimiento energético (IEVA)
ISO 50015 en la medición y verificación de la eficiencia energética en las
organizaciones. PANORAMA NACIONAL
El sector energético en México es un componente esencial en la economía nacional y uno de los factores clave que inciden en el desarrollo productivo y social del país. La participación del sector en las finanzas públicas, así como el desarrollo de infraestructura y capital humano, hacen de vital importancia que se tenga claridad sobre el futuro del sector en el mediano y largo plazos. En este marco destaca como importante instrumento de Planeación la Estrategia
Busca ser un elemento que ordene, oriente y retroalimente el Sector Energía, es decir tanto a la propia Secretaría de Energía, como a sus Entidades Coordinadas y Órganos Desconcentrados Estrategia nacional de energía 2012- 2026
Documentos prospectivos del Sector Energético: •
Prospectiva del Mercado de Gas Licuado de Petróleo (LP)
•
Prospectiva del Mercado de Gas Natural
•
Prospectiva de Petróleo Crudo
•
Prospectiva del Sector Eléctrico
•
Prospectiva de Energías Renovables
Visión •
Tener una oferta de energéticos diversificada, suficiente, continua, de alta calidad y a precios competitivos.
•
Maximizar el valor económico de los recursos nacionales y la renta energética en beneficio de la sociedad mexicana.
•
Desarrollar y asimilar las tecnologías más adecuadas y que promueve el desarrollo de los recursos tecnológicos y humanos necesarios.
•
Promover el desarrollo de mercados nacionales eficientes.
•
Brindar a la población en México acceso a los insumos energéticos.
La estrategia se basa en tres ejes:
1. Seguridad energética 2. Eficiencia económica y productiva 3. Sustentabilidad ambiental
Reforma energética
México ha iniciado a un ambicioso proceso de transformación que habrá de terminar con monopolios estatales en sector energético, largamente establecidos y sólidamente arraigados. La enmienda constitucional del 20 de diciembre de 2013 establece nuevas estructuras industriales en materia de petróleo, gas natural y electricidad. Proyecta introducir competencia en sus mercados de productos finales y alentar la inversión privada en estas industrias, particularmente en la fase extractiva de petróleo y el gas natural. Pemex y la Comisión Federal de Electricidad continuarán siendo actores dominantes, propiedad exclusiva del Estado. Petróleos Mexicanos (Pemex) y la Comisión Federal de Electricidad (CFE) serán dotados de mayor autonomía y de un nuevo carácter como empresas productivas del Estado, 100% públicas y 100% mexicanas. Esta reforma surge del estudio y valoración de los elementos de las distintas iniciativas presentadas por los partidos políticos representados en el Congreso. Estas propuestas fueron enriquecidas gracias a una amplia discusión en los foros de expertos organizados por el Poder Legislativo, por académicos y por especialistas en la materia. Objetivos de la reforma energética •
Mejorar la economía de las familias: Bajarán los costos de los recibos de la luz y el gas. Al tener gas más barato se podrán producir fertilizantes de
mejor precio, lo que resultará en alimentos más baratos. •
Aumentar la inversión y los empleos: Se crearán nuevos trabajos en los próximos años. Con las nuevas empresas y menores tarifas habrá cerca de
medio millón de empleos más en este sexenio y 2 y medio mill ones más para 2025, en todo el país. •
Reforzar a Pemex y a CFE: Se le dará mayor libertad a cada empresa en sus decisiones para que se modernicen y den mejores resultados. Pemex y
CFE seguirán siendo empresas 100% de los mexicanos y 100% públicas. •
Reforzar la rectoría del Estado como propietario del petróleo y gas, y como regulador de la industria petrolera.
Beneficios de la reforma energética •
Lo que busca la Reforma Energética es dotar a México de un marco jurídico moderno, para, sin privatizar, fortalecer a la industria petrolera e incrementar la renta petrolera en beneficio de los mexicanos.
•
Con la Reforma Energética bajará el precio de la luz y también del gas.
•
Se crearán cerca de medio millón de empleos adicionales en este sexenio y 2 millones y medio de empleos al 2025.
•
La industria petrolera volverá a ser un motor del crecimiento económico de México, al detonar inversión en nuevas áreas.
•
Habrá más recursos para el presupuesto y programas sociales, gracias a los nuevos negocios en la industria energética.
•
Los ciudadanos podrán vigilar las operaciones e ingresos petroleros derivados de nuevos contratos.
•
CFE y PEMEX se fortalecerán para darle competitividad a México.
•
Se reorganizará la industria eléctrica para garantizar tarifas competitivas a los hogares, la industria y el comercio.
Consecuencias de la reforma energética •
Rápido agotamiento de reservas petroleras.
•
Se pierde la oportunidad de empujar la productividad de nuestra economía.
•
Aumenta la carga fiscal a Pemex.
•
No se generarán empresas nacionales significativamente.
•
No aumentarán significativamente el nivel actividad económica y de generación de empleos.
•
Aumentará la concentración del ingreso y habrá transferencia de riqueza al extranjero.
•
El gasto público continuará destinándose mayoritariamente a gasto corriente.
•
No se generará ahorro de largo plazo por ingresos petroleros y muy probable aumentará la deuda pública.
•
No contribuirá a reducir la pobreza, y una vez agotado el petróleo, los niveles de pobreza pueden dispararse.
•
Se desaprovecharán recursos para atacar los determinantes estructurales de la pobreza en México.
1.3 ASPECTOS GENERALES DE LA GESTIÓN ENERGÉTICA. El Sistema de Gestión Energética es la parte del sistema de gestión de una organización dedicada a desarrollar e implantar su política energética, así como a gestionar aquellos elementos de sus actividades, productos o servicios que interactúan con el uso de la energía (aspectos energéticos). ¿Qué es la Gestión Energética?
Se define como un estudio integro que analiza la situación actual del consumo energético e implanta sistemas de control de la energía. Simultáneamente, busca alternativas en fuentes de energías renovables y la protección medioambiental, tanto en el diseño del proyecto como en la ejecución y coordinación de las instalaciones. De acuerdo con la Norma Mexicana NMX-J-SAA-50001ANCE-IMNC-2011, un SGEn es un “conjunto de elementos interrelacionados o que interactúan para establecer
una política y objetivos energéticos, y los procesos y procedimientos necesarios para alcanzar dichos objetivos”. ¿Qué Beneficios reporta la Gestión Energética? •
Ayuda a identificar, priorizar y seleccionar las acciones para la mejora del desempeño energético, con base en su potencial de ahorro y el nivel de inversión requerido .
•
Reduce costos al aprovechar al máximo los recursos energéticos. à Impulsa
•
Asegura la confianza y calidad de la información que se utiliza para la toma de decisiones.
•
Facilita la integración de sistemas de gestión ya existentes.
•
Desarrolla capacidades en la organización.
•
Genera una cultura organizacional orientada a la gestión de la energía
METODOLOGÍA PARA EL DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SGE Se propone una metodología integrada por 4 etapas
Etapa 1.- Planear
PASO 1.- Compromiso en el SGEN Designar un representante de la dirección Establecer un equipo de gestión de la energía Definir una política energética Definir alcance y límites del SGEn
• • • •
PASO 2.- Evaluar el desempeño energético Identificar y evaluar requisitos legales. Recopilar datos energéticos. Establecer la línea de base energética. Analizar datos energéticos. Realizar evaluaciones técnicas y auditorías. Establecer puntos de referencia. Desarrollar un sistema de seguimiento.
• • • • • • •
PASO 3.- Establecer objetivos y metas Desarrollar el marco de trabajo Estimar el potencial de mejora Definir objetivos y metas
• • •
PASO 4.- Crear planes de acción Definir etapas y fines Asignar funciones y destina recursos
• •
Etapa 2.- Hacer
Etapa 3. Verificar.
PASO 6.- Evaluar el progreso Dar seguimiento y control. Medir los resultados. Revisar los planes de acción. Etapa 4. Actuar
PASO 7.- Reconocer logros. • •
Proporcionar reconocimiento interno. Recibir el reconocimiento externo.
PASO 8.- Asegurar la mejora continua de SGEN • •
Realizar revisiones por la dirección. Tomar decisiones para mejorar el SGEN.
UNIDAD 2 LEGISLACIÓN Y NORMATIVIDAD VIGENTE 2.1 ASPECTOS GENERALES DE LA LEGISLACIÓN Las leyes que aplican al ejercicio de las acciones destinadas al uso eficiente de la energía en México a febrero del 2014 Son :
2.2 ORGANISMOS Y ENTIDADES NACIONALES En cuanto a los organismos que contribuyen y rigen el uso eficiente de la energía en México, tenemos a la COMISION PARA EL USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA con sus siglas CONUEE.
¿Qué es la Conuee?
La Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía (Conuee) es un órgano administrativo desconcentrado de la Secretaría de Energía, que fue creada a través de la Ley para el Aprovechamiento Sustentable de la Energía publicada en el Diario Oficial de la Federación el 28 de noviembre del 2008, y tiene como objetivo central promover la eficiencia energética y fungir como órgano técnico en materia de aprovechamiento sustentable de la energía.
Corresponde a la Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía: •
Promover el uso óptimo de la energía, desde su explotación hasta su consumo y proponer a la Secretaría las Metas de Eficiencia Energética y los mecanismos para su cumplimiento;
•
Elaborar y proponer, a la Secretaría, la Estrategia y el PRONASE;
•
Formular y emitir las metodologías y procedimientos para cuantificar los energéticos por tipo y uso final, y determinar las dimensiones y el valor económico del consumo y el de la infraestructura de explotación, producción, transformación y distribución evitadas que se deriven de las acciones de aprovechamiento sustentable de la energía;
•
Expedir y verificar disposiciones administrativas de carácter general en materia de Eficiencia Energética y de las actividades que incluyen el aprovechamiento sustentable de la energía, de conformidad con las disposiciones aplicables;
•
Expedir las Normas Oficiales Mexicanas en materia de Eficiencia Energética;
•
Proponer a las dependencias la elaboración o revisión de las Normas Oficiales Mexicanas a fin de propiciar la Eficiencia Energética;
•
Implementar, actualizar y publicar en los términos que señalen el Reglamento de esta Ley, el registro de individuos, instalaciones o empresas que hayan sido certificados como energéticamente responsables bajo los mecanismos e instituciones que establece la Ley Federal sobre Metrología y Normalización;
Misión y visión Misión
Promover el óptimo aprovechamiento sustentable de la energía, mediante la adopción de medidas y de mejores prácticas para el uso eficiente de la energía en los diferentes sectores de la economía y la población. Visión
Ser el órgano técnico articulador de las políticas públicas en aprovechamiento sustentable de la energía del país, que logren el cambio tecnológico y del comportamiento en los usuarios finales de la energía, con la participación de los sectores público, social y privado.
FIDE También el Fideicomiso para el ahorro de energía denominado FIDE ha tenido una importante participación en el financiamiento de proyectos para el uso eficiente de la energía en México:
¿Qué es el FIDE? Fideicomiso privado, sin fines de lucro, constituido el 14 de agosto de 1990, por iniciativa de la Comisión Federal de Electricidad (CFE), en apoyo al Programa de Ahorro de Energía Eléctrica; para coadyuvar en las acciones de ahorro y uso eficiente
Fiduciaria: Nacional Financiera, S.N.C., quien otorga facultades a un delegado fiduciario que se ostenta como apoderado de la Fiduciaria, quien a su vez delega facultades al Director General del FIDE y éste a su vez a los Subdirectores en el área de su competencia. Fideicomisarios: CFE y consumidores de energía eléctrica que r esulten beneficiarios de los servicios que imparta el Fideicomiso.
¿Cuáles son sus objetivos?
Realizar acciones que permitan inducir y promover el ahorro y uso eficiente de la energía eléctrica en industrias, comercios y servicios, MIPyMES, municipios, sector residencial y agrícola. El FIDE presta servicios de asistencia técnica a los consumidores, para mejorar la productividad, contribuir al desarrollo económico, social y a la preservación del medio ambiente. ¿Cuáles son sus metas?
El ahorro y el uso eficiente de energía eléctrica en los sectores de la sociedad, a través de proyectos que fomenten el desarrollo tecnológico y, con ello, disminuir el uso de combustibles fósiles en la generación de electricidad, para reducir las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI). De ahorro y mejora de la eficiencia Eficiencia Energética: su fin es promover e inducir el uso eficiente de la energía
eléctrica, a través de proyectos que brinden asistencia técnica y/o financiamiento, para la aplicación de tecnologías eficientes que demuestren el ahorro y rentabilidad en sistemas y procesos de producción, iluminación, fuerza motriz (motores), aire acondicionado, y refrigeración, entre otros. Eco-Crédito Empresarial: está diseñado para apoyar al sector empresarial y
productivo, mediante financiamientos preferenciales, para la sustitución de equipos obsoletos por aquellos de alta eficiencia aprobados por el FIDE como: aire acondicionado de 1 a 5 TR; iluminación con lámparas fluorescentes (T5, T8 entre otras), lámparas de inducción magnética o diodos de iluminación (Led); motores eléctricos; subestaciones eléctricas y refrigeradores, que cumplan con los requisitos de sustentabilidad económica y energética que exige el FIDE.
2.3 NORMATIVIDAD NACIONAL E INTERNACIONAL
2.4 EJEMPLOS DE NORMAS NACIONALES. NOM-001-ENER-2014 (PDF) Eficiencia energética de bombas verticales tipo turbina
con motor externo eléctrico vertical. Límites y método de prueba. NOM-002-SEDE/ENER-2014 (PDF) Requisitos de seguridad y eficiencia energética
para transformadores de distribución. NOM-003-ENER-2011 (PDF) Eficiencia térmica de calentadores de agua para uso
doméstico y comercial. Límites, método de prueba y etiquetado. NOM-004-ENER-2014 (PDF) Eficiencia energética para el conjunto motor-bomba,
para bombeo de agua limpia de uso doméstico, en potencias de 0,180 kW (¼ HP) hasta 0,750 kW (1 HP).- Límites, métodos de prueba y etiquetado. energética de electrodomésticas. Límites, método de prueba y etiquetado. NOM-005-ENER-2016
(PDF) Eficiencia
lavadoras
de
ropa
(PDF) Eficiencia
lavadoras
de
ropa
energética de electrodomésticas. Límites, método de prueba y etiquetado. NOM-005-ENER-2012
NOM-006-ENER-2015 (PDF) Eficiencia energética electromecánica en sistemas de
bombeo para pozo profundo en operación.- Límites y mét odo de prueba. NOM-007-ENER-2014 (PDF) Eficiencia energética para sistemas de alumbrado en
edificios no residenciales. NOM-008-ENER-2001 (PDF) Eficiencia energética en edificaciones, envolvente de
edificios no residenciales. NOM-009-ENER-2014 (PDF) Eficiencia energética en sistemas de aislamientos
térmicos industriales. NOM-010-ENER-2004 (PDF) Eficiencia energética del conjunto motor bomba
sumergible tipo pozo profundo. Límites y método de prueba. NOM-011-ENER-2006 (PDF) Eficiencia energética en acondicionadores de aire tipo
central, paquete o dividido. Límites, métodos de prueba y etiquetado. NOM-013-ENER-2013 (PDF) Eficiencia energética para sistemas de alumbrado en
vialidades. NOTA Aclaratoria a la Norma Oficial Mexicana NOM-013-ENER-2013 (PDF),
Eficiencia energética para sistemas de alumbrado en vialidades. NOM-014-ENER-2004 (PDF) Eficiencia energética de motores de corriente alterna,
monofásicos, de inducción, tipo jaula de ardilla, enfriados con aire, en potencia nominal de 0,180 a 1,500 kW. Límites, método de prueba y marcado.
UNIDAD 3 MÉTODOS DE AUDITORIA ENERGÉTICA 3.1 ESTRATEGIAS PARA LA ADMINISTRACIÓN DE ENERGÍA. Las empresas pueden usar diferentes formas de acercamiento a la administración de la energía. Esto tiene que ver con las siguientes preguntas: ¿en qué punto se encuentra la administración de la energía, ¿cómo está organizada la empresa y cómo se relaciona con la energía? Estas son preguntas que dan margen a un amplio abanico de respuestas. Por ello, la estrategia a seguir debe considerar la situación real y específica de la empresa. Secuencias de la administración de la energía Existe una secuencia clara en el proceso que debe desarr ollarse para lograr una adecuada administración de la energía y es recomendable cubrir los pasos necesar ios, ya sea que la empresa esté implantando por primera vez la administración de la energía o esté mejorando algún aspecto de la misma. Esta secuencia se divide en tres fases: o o o
Fase 1. Tomar el control del consumo de la energía Fase 2. Invertir en medidas para ahorrar energía Fase 3. Mantener el control sobre el consumo
Fase 1 El primer paso para lograr una adecuada administración de la energía, es tomar el control del uso de la misma en la empresa, identificando dónde, cuándo y cuál es el consumo actual e implantando medidas de bajo o nulo costo para evitar su desperdicio. Estrategias de compra Revise si el tipo de combustible y la tarifa eléctrica de la empresa son los más adecuados para el consumo de la misma. Prácticas de operación Revise las estrategias de control para el cuarto de calderas, los hornos, la iluminación y la ventilación, y verifique que los equipos de la planta operan a su máxima eficiencia. Prácticas de medición de consumo de energía. Mida de manera periódica los consumos, así podrá detectar situaciones anormales. Compare el nivel de consumo con el de producción. Prácticas de motivación y capacitación Revise que las campañas de concientización y de capacitación sean adecuadas para las necesidades de su empresa; el material de capacitación debe adaptarse a las necesidades de cada área. Recuerde que llevar a cabo lo que dictan las buenas prácticas permite obtener ahorros considerables.
Fase 2 Una vez que ha tomado control del uso de la energía en la empresa y ha implantado las medidas de bajo costo para evitar el desperdicio, puede empezar a dirigir su atención a medidas de ahorro que requieran de mayor inversión. Prácticas de inversión Haga una lista de las oportunidades de inversión que incrementen la eficiencia energética y ordénelas en función de la cantidad de dinero requerida para ponerlas en práctica; no olvide incluir la tasa estimada de retorno en cada caso. Diseñe un plan de inversiones en el cual considere la reinversión de los ahorros obtenidos. Una vez que se han implantado las medidas de bajo costo, es necesario comenzar a presionar para implantar medidas de costo medio. Luego de cubrir estos puntos, conviene evaluar detenidamente las inversiones de costo alto. Fase 3 Tan pronto se haya tomado control de las fases 1 y 2, es necesario implantar un sistema de administración y control efectivo; en algunos casos puede ser recomendable instalar un sistema automático de medición y control de la energía. Información sobre la administración de la energía Revise la información que se recopile y asegúrese de contar con una retroalimentación efectiva; cerciórese de que la información se entregue, en tiempo y forma, a los encargados de tomar decisiones a fin de que: o o o
Se mantenga un control sobre el consumo Los ahorros de energía sean sostenibles Se protejan las inversiones de los proyectos de ahorro de energía
3.2 ANÁLISIS DE LOS CONSUMOS ENERGÉTICOS ¿Qué actividades consumen más energía en su proceso productivo? ¿Qué productos energéticos son los de mayor consumo? ¿Qué productos energéticos son prioritarios en las distintas ramas industriales? El estudio de los consumos energéticos es una componente esencial del análisis global de los procesos de producción industrial, el conocimiento de los distintos tipos de combustibles y carburantes utilizados en la industria, y el orden de magnitud del consumo de cada uno de ellos, es un aspecto clave del análisis industrial, no sólo por la importancia de la utilización de los productos energéticos en los procesos de producción, sino también por lo que supone, desde un punto de vista energético, para el conocimiento de la demanda final de energía y de sus posibles implicaciones medioambientales. Gráfico de consumo y producción en el tiempo
El gráfico de consumo y producción en el tiempo muestra la relación entre la variación simultánea del consumo de energía con la producción realizada en el tiempo. Se puede realizar un gráfico para cada suministro energético considerable en la empresa y hacerse a nivel de equipos, área o empresa.
Los gráficos E-P vs. T son útiles puesto que muestran los períodos en los que se producen comportamientos anormales de la variación del consumo energético con relación a la variación de la producción. De esta manera podemos reconocer las causas o factores que producen variaciones significativas de los consumos respecto de la energía. Normalmente el consumo debe ir proporcional a la producción, en caso de que existen desviaciones se deberán analizar las causas. Para realizar un gráfico de consumo y producción en el tiempo, se debe de realizar una tabla que muestre los valores de consumo de energía y de producción relacionada con dichos valores en períodos de tiempos homogéneos (día, mes, año, etc.). Se mostrará en un gráfico x,y, la curva de variación en el tiempo de la producción y del consumo. Así se pueden comparar las tendencias de variación de la producción en cada período de tiempo homogéneo con las tendencias de variación del consumo e identificar los períodos con variaciones fuera de lo común. Diagramas de consumo – producción Realizar un gráfico de la energía usada por mes u otro período de tiempo con respecto a la producción realizada o los servicios prestados durante ese mismo período, en una industria o empresa de servicios, muestra una información importante sobre la eficiencia del proceso. Se puede realizar este diagrama por tipo de suministrador energético, y por áreas, considerando en cada caso la producción asociada al suministrador en cuestión. Por ejemplo: una fábrica de helados graficará el consumo de combustible o electricidad versus las toneladas de helados producidas, mientras que en un hotel turístico se puede graficar el consumo de electricidad o de gas versus los cuartos-noches ocupados.
La utilidad de los Diagramas E vs. P, es: Relacionar las variaciones de la producción con la variación de los consumos energéticos y su influencia. Mostrar si los componentes de un indicador de consumo de energía están correlacionados entre sí, y por tanto, si el indicador es válido o no.
En una empresa, la energía consumida no asociada al proceso productivo puede deberse a: Pérdidas por radiación y convección en calderas. Climatización de áreas, tanto de calefacción como de aire acondicionado. Energía utilizada en servicios de mantenimiento. Precalentamiento de equipos y sistemas de tuberías. Trabajo en vacío de equipos eléctricos o térmicos. Energía perdida en salideros de vapor, aire comprimido, deficiente aislamiento térmico, etc. Pérdidas eléctricas por potencia reactiva. Iluminación de plantas, electricidad para equipos de oficinas, ventilación. Para realizar el gráfico indicado, se debe de hacer una tabla con los datos de consumo energéticos y de producción asociada a los mismos para un período de tiempo homogéneo (día, mes, año, etc.). A continuación en una gráfica x,y, se deben mostrar los pares de valores Energía y Producción. Usando el método de los mínimos cuadrados hay que obtener el coeficiente de correlación entre energía y producción y dibujar una línea recta que se ajuste a los puntos del gráfico. Calcular la pendiente y el intercepto de la recta con la f órmula: E=mP+Eo
Dónde: E: energía consumida en un período de tiempo m: pendiente de la recta P: producción asociada a la energía consumida en el mismo período de tiempo Eo: intercepto de la línea en el eje “y” (energía no asociada a la producción)
3.3 PLANEACIÓN Y FORMULACIÓN DE UN PROGRAMA DE USO RACIONAL DE LA ENERGÍA Programa de Uso Eficiente de la Energía en inmuebles En apoyo al cumplimiento de la meta de sus inmuebles, las dependencias y entidades deberán considerar dentro de su programa, los siguientes elementos: 1. Diagnóstico energético integral:
Es un estudio que incluye la evaluación del desempeño energético del inmueble, así como las oportunidades para ahorrar energía. Todo inmueble participante en el Programa, con un índice de consumo de energía eléctrica mayor a 80 kWh/m2-año, debe de contar con un diagnóstico energético integral, el cual incluirá los siguientes puntos: Antecedentes. Son los datos básicos del inmueble, como el área construida, la antigüedad, así como los datos de consumo de energía eléctrica de un año completo. Censo de equipos instalados Monitoreo de parámetros eléctricos. Debe incluir gráficas de potencia [W] (Demanda), consumo [kWh] y factor de potencia, como mínimo. Se deberá realizar por un lapso de, al menos, una semana, con un periodo de muestreo no mayor a 10 minutos en punto(s) de acometida(s) y transformadores derivados. Cuando el consumo de los equipos o transformadores sea constante, el lapso de monitoreo debe ser suficiente para establecer el comportamiento típico de éste. Eficiencia energética en los sistemas y equipos, considerar fichas técnicas. Potenciales de Ahorro en kWh y en porcentaje. Total de consumos en kWh (Línea base). Potencial de ahorro por sistema en kWh y en porcentaje. Año base de los consumos tomados en cuenta para evaluar el potencial de ahorro. Catálogo de medidas a implementar para alcanzar la meta de ahorro.
propuestas, mediante una tabla comparativa de los sistemas optimizados, el antes y el después. Inversión total requerida. Tiempo estimado de recuperación de la inversión. Estrategia de medidas (Plan de Trabajo) para los siguientes cinco años. Bases técnicas. Documentación primordial sobre los equipos, materiales, procedimientos e información para la implantación y desarrollo de las medidas de ahorro de energía; se podrán anexar catálogos e información de proveedores. Evaluación económica. Cumplimiento con la normatividad aplicable a inmuebles (ver apartado VIII). Índices de eficiencia energética [kWh/año], [kWh/m2], [kWh/persona], Densidad de Potencia Eléctrica de Alumbrado, DPEA [W/m2], Relación de Eficiencia Energética, REE. Tabla resumen con la descripción de las áreas de oportunidad identificadas y el cálculo de los ahorros anuales en kWh y pesos, así como la inversión requerida y el tiempo esperado de recuperación. 2. Meta de ahorro
Únicamente aquellos inmuebles de uso de oficina que hayan consumido más de 50,000 kWh durante el año 2012, cuyo ICEE sea mayor o igual a 80kWh/m2año y cuya facturación eléctrica no esté compartida, deberán reducir en, al menos, 3% su ICEE durante el ejercicio fiscal 2013. Si el inmueble cuenta con un diagnóstico energético integral, la meta de ahorro anual será alcanzar el índice de consumo de energía eléctrica de referencia , derivado del mismo, el cual debe ser atendido en un periodo de 5 años posteriores a la fecha de elaboración del diagnóstico. Una vez alcanzado el consumo óptimo, tendrá que mantenerse por debajo del índice de referencia correspondiente. 3. Acciones para generar ahorros
Deberán definirse anualmente, derivadas del diagnóstico energético integral, buscando alcanzar en el periodo de 5 años, el potencial de ahorro identif icado, y considerando para su elección cuando menos una acción de las siguient es: Sustitución de sistemas de iluminación ineficientes por eficientes. Sustitución de equipos acondicionadores de aire. Análisis y corrección de fallas en las instalaciones eléctricas.
Proyecto de sustitución de las instalaciones eléctricas. Estudio de evaluación para corregir el factor de potencia. Instalación de bancos de capacitores. Instalación de sistemas de control en iluminación. Instalación de sistemas de control en acondicionadores de aire. Separación de circuitos. Sustitución de luminarios obsoletos. Aislamiento térmico del inmueble. Promover el ahorro de energía con carteles alusivos. Utilización de energías renovables. Implementación de sistemas más eficientes en elevadores. Implementación de sistemas de cogeneración. 4. Recursos.
En cuanto a recursos humanos, se definirá el número de personas que participan en este Programa Anual de Trabajo y a qué área pertenecen; también se identificarán los recursos financieros y materiales con los que se cuenta, estos últimos ejemplificados en el siguiente listado: Material eléctrico para las adecuaciones, remodelaciones o proyectos de ahorro de energía. Lámparas eficientes. Balastros. Herramienta adecuada para realizar las adecuaciones o proyectos. Equipo de medición portátil calibrado. Los recursos financieros se determinarán a partir de la suma del monto económico asignado a cada una de las acciones seleccionadas para generar los ahorros. 5. Sistemas de control y seguimiento.
Se establecerá un sistema de control y seguimiento de las acciones propuestas para cumplir con la meta indicada, considerando el siguiente listado: Análisis de las facturaciones eléctricas.
Gráficas e interpretación de las mismas. Mediciones eléctricas. Mediciones de niveles de iluminación. Mediciones de temperatura, humedad y velocidad del aire interior. Seguimiento a las medidas operativas. Monitoreo del índice de consumo de energía eléctrica. Reporte de las actividades realizadas y resultados.
3.4 CONTROL DE LA GESTIÓN ENERGÉTICA La gestión energética es un procedimiento organizado de previsión y control del consumo de energía. Su finalidad es obtener la mayor eficiencia en el suministro, conversión y utilización de la energía, sin disminuir las prestaciones necesarias para obtener niveles de confort adecuados. Al crecer los costes de la energía y su consumo, se hace necesario un sistema de gestión energética con la finalidad de poder conocer los consumos y usos d e las distintas fuentes energéticas, no sólo al nivel de valores globales, sino de modo particularizado aplicado a los distintos procesos y consumos internos. Este conocimiento permite predecir los incrementos de energía usada que se producirán al aumentar la actividad, o es posible fijar las medidas de contención del coste a través de un programa inteligente de ahorro. La Empresa, como en cualquier otro proceso administrativo, deberá implantar procedimientos para hacer un seguimiento y medición periódica de los principales procesos que pueden tener un impacto significativo en el uso de la energía. Para ello, se debe establecer el dato a controlar, el tipo de control, su periodicidad, el motivo del control, el método de control (tipo de medición) y el indicador. Los procedimientos deben incluir la documentación de la información para hacer el seguimiento del desempeño, de los controles operacionales y de la conformidad con los objetivos y metas energéticas de la organización. La empresa debe asegurarse de que los equipos de medida y control de medición sean los adecuados, se mantengan calibrados o verificados y se conserven los registros asociados a estas mediciones. Evaluación del cumplimiento legal En coherencia con su compromiso de cumplimiento, la empresa deberá implantar procedimientos para evaluar periódicamente el cumplimiento de los requisitos legales aplicables. La empresa debe evaluar el cumplimiento con otros requisitos que suscriba. La empresa puede
establecer uno o varios procedimientos separados. La empresa debe mantener los registros de los resultados de las evaluaciones periódicas. No conformidad, acción correctiva y acción preventiva. La empresa debe realizar un control de los servicios o productos no conformes a lo largo del proceso productivo, en lo referente a la gestión energética. El término “No Conformidad” (NC) hace alusión al incumplimiento de algún requisito
estipulado, bien sea por especificaciones generales del proyecto o servicios o a lo establecido en el Sistema de Gestión Energética. El proceso de control del servicio o proyecto d eberá documentarse adecuadamente y contar con unos canales de difusión previstos. Cada NC deberá registrarse con la siguiente información: Identificación del servicio o proyecto no conforme. Descripción de la NC. Fecha de detección. Tratamiento / disposición.
Aprobación de la autoridad responsable de la decisión.
Las posibles fuentes para detectar NC susceptibles de un posible análisis son: Auditorías internas o externas. Las detectadas en la actividad habitual de la organización por su gravedad o por su repetición. Las comentadas en el Comité Energético. La dirección ante el análisis de las NC puede adoptar las siguientesmedidas: Acciones correctoras: son medidas encaminadas a eliminar las causas de las NC detectadas. Acciones preventivas: son medidas cuyo objeto es prevenir que se produzca una NC potencial. La implantación de este tipo de acciones es una herramienta de mejora continua que contribuye de forma importante, a la validez del sistema elegido ya que elimina las posibles disfunciones. Para que la gestión de acciones correctoras pueda documentarse deben registrarla siguiente información: Identificación de la NC que intenta prevenir o corregir. Análisis de la causa de la NC. Propuestas de las diferentes acciones correctoras posibles. Elección de la Acción correctora con referencia a la fecha de su aprobación. Designación de responsable.
Determinación de plazos estimada para implantar la acción correctora y su seguimiento. Responsable de valorar la eficacia de la acción correctora, y, en su caso, fecha cierre de la misma. Control de los registros Los registros son un instrumento muy importante para la implantación del Sistema de Gestión Energética de la empresa, al exponer de forma clara la información sobre la gestión energética, y el grado de eficiencia del sistema, permiten detectar los problemas e investigar en sus causas, así como proponer correcciones. Por tanto, en última instancia el control de los registros informa sobre el grado de consecución de los objetivos del Sistema de Gestión Energética. La gestión correcta de registros tiene claros beneficios para la implantación del Sistema de Gestión Energética por la que debe cumplir los siguientes requisitos: Garantizar su seguridad, por lo que es importante generar recursos para crear los soportes físicos y telemáticos según las necesidades de cada empresa, para asegurar su permanencia íntegra. Los registros deben al menos permanecer 3 años físicamente en la empresa. Cada registro debe especificar las personas que lo han elaborado y en su caso revisado. Deben ser accesibles e identificables con el proyecto o servicio para facilitar su consulta. Deben exponer la forma clara que el Sistema de Gestión Energética implantado cumple con los objetivos requeridos y el grado de eficacia del sistema. El conjunto de los registros deben tratar como mínimos estas cuestiones: Revisiones del Sistema de Gestión Energética por la Dirección. La comunicación al cliente de productos no conformes suministrados por el mismo. Resultados de control de los procesos. Informes de inspección. Control de los equipos de inspección, medición y ensayo (registros de calibración de equipos). Control de productos no conformes. Informes de acciones correctoras y preventivas. Informes de auditorías internas de gestión energética. Informes de planificación de la gestión energética. Auditorías internas de los Sistemas de Gestión Energética Las auditorías internas son instrumento básico para la evaluación del Sistema de Gestión Energética. Investigan cómo se están desarrollando las actividades de gestión energética, los resultados obtenidos, y las cuestiones susceptibles de mejora para una mayor adecuación a los objetivos preestablecidos. El personal que elabore las auditorías debe ser independiente y objetivo en su análisis, nunca tener responsabilidad directa sobre las acciones auditadas.
La formulación de auditorías debe seguir un esquema organizado y sistemático de las cuestiones más importantes y exclusivas del Sistema de Gestión Energética, recogido en un procedimiento del sistema de forma independiente. Cada empresa diseñará su propio modelo según sus necesidades pero en todos deben regularse los siguientes aspectos: Frecuencia de realización de las Auditorías y actividades susceptibles de la misma. Requisitos de los auditores. En empresas pequeñas la condición de independencia es muy difícil conseguirla por lo que estas labores las desempeña la dirección que se entiende que estará menos implicada en la gestión diaria del sistema. Registro de resultado de las auditorías a los responsables de cada actividad y comunicación de las no conformidades detectadas en el sistema. Implantación de acciones correctoras para las no conformidades detectadas. Seguimientos de auditorías: plazos de seguimiento y evaluación de los resultados de las acciones correctoras. Cabe la posibilidad de contratar servicios de auditorías externas donde se realice el trabajo de este procedimiento por personal calificado externo a la empresa. Esta medida suele ser empleada por la empresa, principalmente durante el proceso de implantación cuando todavía no existe personal propio formado. Es deseable que las Auditorías sean realizadas por personal interno. Revisión por la dirección El Sistema de Gestión Energética debe contemplar la práctica metódica y continúa que recoja las rectificaciones necesarias detectadas en su aplicación que permita una mayor consecución de las metas del sistema. La periodicidad de estas revisiones suele ser anual, y los responsables normalmente son la Dirección o el Comité Energético según sea el tamaño de la empresa y el personal implicado en la misma. Las revisiones analizarán y expondrán básicam ente estos aspectos:
Grado de adecuación de los resultados obtenidos a: o Las metas establecidas en el sistema. o Los requisitos legales exigidos en la materia. o Objetivos generales de la empresa. Carencias detectadas en el sistema. Se estudiará su número y alcance para cuestionar la efectividad del sistema. Eficacia de las acciones correctoras y preventivas implantadas. Capacidad de adaptación del sistema de los cambios externos e internos que afecten directamente a las cuestiones medioambientales. Recomendaciones para una mejora en la gestión del sistema.
3.5 METODOLOGÍA GENERAL PARA EL DIAGNÓSTICO ENERGÉTICO El Diagnóstico Energético proporciona un análisis completo de toda la parte energética de la dependencia, tanto de equipos y aparatos como de sistemas auxiliares, así como los d etalles operativos de cada uno de ellos y de manera integral. En un diagnóstico energético integral la medición de los parámetros térmicos y eléctricos de los principales equipos consumidores de energía es fundamental, en el tiempo y de forma integral. El estudio tiene como propósito: Identificar el consumo por usos finales de energía térmica y eléctrica en las instalaciones Establecer el nivel de eficiencia de su utilización por equipos, aparat os, sistemas y procesos, en términos de índices energéticos, y Proponer las medidas de uso eficiente de la energía de forma integral; determinar los beneficios energéticos, económicos, ambientales, así como establecer la inversión requerida para su aplicación Principales actividades a realizar en un diagnóstico energético Para llevar a cabo con éxito un diagnóstico energético se deben de realizar al menos las siguientes acciones:
i. ii. iii. iv.
Planear los recursos y el tiempo para su realización Recopilar información (en el sitio) Realizar mediciones puntuales Análisis de datos
A continuación se detallan las principales actividades en las diferentes acciones. Planear los recursos y el tiempo para su realización. Revisión de la información de las condiciones de operación del diseño actualizado de los equipos consumidores de energía térmica y eléctrica. Identificación y selección de la instrumentación que será utilizada en las mediciones, asegurándose que operen adecuadamente (proporcionan la información requerida y cuentan con la precisión y exactitud requerida) Elaborar un cronograma de trabajo en el que se indiquen las fechas en que se reportarán avances al responsable. Descripción del Proceso Incluir un esquema de energéticos que muestre las corrientes de energía y los principales equipos. Consumo, generación, porteo de energía. En el límite de baterías. Describir brevemente el proceso o servicio de la instalación, incluyendo todos los
Incluir los casos de operación que pueden influir en la Eficiencia Energética de la planta. (Paro no programados, baja producción, falta de mantenimiento mayor, catalizador gastado, etc.). Situación Energética Incluir en una tabla, la lista de los energéticos empleados, incluyend o energéticos residuales, el total de consumo de energía del año anterior que utilizó la planta, e n unidades de masa/volumen/electricidad y su equivalente en energía, expresando el porcentaje de energía que representa cada uno. Obtener el consumo de energía térmico y eléctrico en porcentaje. Incluir el costo total anual de cada uno y el global. Incluir una lista los productos / servicio que se tiene en la planta, y su producción /manejo/venta global para el año anterior, en las unidades que determine la instalación. Incluir los indicadores del consumo de energía ICE por sistema térmico, eléctrico y total, desde el año 2008. Incluir las gráficas del ICE, para el año anterior, por los sistemas de energía que debe reportar la instalación, con años anteriores. Con base en la gráfica describir los casos de operación que pueden influir en la eficiencia energética de la planta. (Paro no programados, baja producción, falta de mantenimiento, catalizadores agotados, cambio en las especificaciones del producto). Incluir en una tabla, la lista de los energéticos que utiliza la planta, incluyendo energéticos, residuales, el total de consumo de energía del año anterior, en unidades de masa/volumen/electricidad y su equivalente en energía, y económico, expresando el porcentaje de energía que representa cada uno. Incluir una lista los productos / servicio que se tiene en la planta, y su producción /manejo/venta global para el año anterior, en las unidades que determine la instalación. Incluir los indicadores del consumo de energía ICE por sistema t érmico, eléctrico y total. Incluir la gráfica del ICE, para el año anterior, por los sistemas de energía que debe reportar la instalación, con años anteriores. Realizar mediciones puntuales. Se deberán realizar mediciones que permitan conocer los consumos de energía térmica y electricidad, de la instalación. Para el análisis de las mediciones, deberán contar con equipo adecuado para la medición de los siguientes parámetros: o Se debe de contar con la composición del combustible.
o o
o
Consumo de energía térmica yeléctrica de los equipos consumidores de energía. Medición de gases de combustión: Temperatura, % de oxígeno, % de Monóxido de Carbono, % de Bióxido de carbono. Comprobar la operación de equipos importantes, logrando una mejor base para las estimaciones de ahorros potenciales y proporcionando una idea objetiva de la eficiencia de la planta
Analizar los datos recabados. Definición, en función de la información obtenida, de un conjunto de medidas de ahorro de energía Preparar índices de consumo de energía Evaluación económica de las medidas propuestas Jerarquización de proyectos y alternativas resultantes de los estudios Determinación de los potenciales de ahorro energético, ambiental y económico Determinación de los índices energéticos de la instalación Recomendaciones y Medidas de Ahorro
3.6 MANEJO DE LA INFORMACIÓN Al término del diagnóstico energético, la dependencia o entidad deberá contar con un informe que le proporcione al menos la siguiente información: Potencial de Ahorro Incluir el potencial de ahorro de energía de la instalación, separado por sistema: térmico y eléctrico. El potencial de ahorro de energía debe d e considerar la operación de la planta como: Paros programados, paros no programados, producción, mantenimiento, catalizadores, etc. Eficiencia de Equipo Incluir en una tabla, el equipo consumidor de energía. Incluyendo la eficiencia de diseño y la de operación. Medidas de Ahorro Describir por equipo cada medida de ahorro de energía, incluyendo : o Descripción breve de la medida o Ahorro energético o Eficiencia posterior del equipo o Inversión o Beneficio costo o Valor presente neto o Tasa Interno de retorno o Tiempo de recuperación o Plan de trabajo y plan de acción
Estrategia de implementación de medidas Anexos
Cotización del equipo por parte de los fabricantes. Censo detallado de equipo Principal. (Hoja de Datos Electrónica) Costos de energéticos, gas, combustóleo, diesel, carbón, vapor, electricidad. Mediciones Herramientas de Evaluación Costo del diagnóstico energético, así como por quién fue realizado, por la Instalación o por un consultó
Referencias:
http://www.conae.gob.mx/work/sites/CONAE/resources/LocalContent/7406/1/R_GUI A3_Diagnostico_Instalacion.pdf http://www.madrid.es/UnidadesDescentralizadas/MadridEmprende/ficheros_doc_adj unta/Guias_de_Innovaci%C3%B3n/GuiaImplantacionGesti%C3%B3nEnerg%C3%A9tica.
pdf http://www.madrid.es/UnidadesDescentralizadas/MadridEmprende/ficheros_doc_adj unta/Guias_de_Innovaci%C3%B3n/GuiaImplantacionGesti%C3%B3nEnerg%C3%A9tica.
pdf http://www.conuee.gob.mx/wb/CONAE/programa_
UNIDAD 4 TÉCNICAS DE AHORRO DE ENERGÍA EN SISTEMAS TÉRMICOS Existen muchos métodos para la evaluación de proyectos, aunque los más difundidos en la actualidad, y los más confiables, son aquellos que toman en consideración el valor del diner o en el tiempo al analizar los beneficios y costos esperados durante la vida útil del equipamiento. Los métodos que toman en consideración el valor del dinero en el tiempo se conocen como Métodos de Descuento o Técnicas de Valor Descontado. Desarrollar y aplicar las técnicas económicas de evaluación de proyectos de ahorro de Energía, balances de materia, energía y realizar cálculos de la eficiencia energética en equipamiento térmico, calcular los potenciales de ahorro de energía en todo de tipo máquinas térmicas para optimizar los sistemas productores de energía y aplicar técnicas de ahorro.
4.1 TÉCNICAS ECONÓMICAS DE EVALUACIÓN DE PROYECTOS DE AHORRO DE ENERGÍA Existen varias técnicas económicas de evaluación de proyectos de ahorro de energía, como:
Evaluación económica de proyectos de ahorro de energía. Valor del dinero en el tiempo. Métodos para la evaluación económica de proyectos de inversión. Evaluación del valor del dinero a través del tiempo. Valor presente neto (vpn). Tasa interna de retorno (tir). Periodo de recuperación de la inversión (pri). Relación costo-beneficio (rcb).
Evaluación económica de proyectos de ahorro de energía: Existen muchos métodos para la evaluación de proyectos, aunque los más infundidos en la actualidad, y los más confiables, son aquellos que toman en consideración el valor del diner o en el tiempo al analizar los beneficios y costos esperados durante la vida útil del equipamiento. Los métodos que toman en consideración el valor del dinero en el tiempo se conocen como métodos de descuento o técnicas de valor descontado.
Valor del dinero en el tiempo: El valor del dinero en el tiempo significa que un determinado capital que se tiene en la actualidad va incrementando su valor en el futuro a determinada tasa de interés fijada. Dicho de otra forma, una cantidad de dinero en la actualidad tiene más valor que otra a recibir en el futuro, debido a que la primera ganará cierto interés o rendimiento al ser invertida. Métodos para la evaluación económica de proyectos de inversión: Existen diversas técnicas de valor descontado, aunque todas ellas se basan en el descuento a valor presente de las cantidades futuras o flujos de caja. Los flujos de caja son la diferencia neta entre beneficios y costos en cada uno de los años, refleja el dinero real en caja. Para su determinación se toma como convenio que las entradas a caja (ingresos) son positivas, y las salidas (gastos) son negativas, lo cual quiere decir que los signos de los flujos de caja resultan del balance anual entre costos y beneficios. Evaluación del valor del dinero a través del tiempo: F = (P)(1 + r)i
Dónde: F- valor futuro de una cantidad presente (p) de dinero, $. Rtasa de interés fijada, fracción. I - año para el cual se desea determinar el valor futuro de la cantidad presente. El proceso de actualización a valor presente se realiza de la siguiente manera: P=
F (1 + r)i
La tasa r generalmente se denomina como tasa de interés cuando se trata de hallar el valor futuro o capitalizado de una cantidad, y tasa de descuento cuando se realiza el proceso inverso o de actualización, por lo que la representaremos en este último caso como d. Valor presente neto (vpn): Esta técnica se basa en calcular el valor presente neto de los flujos de caja proyectados para todos los años durante el período de evaluación del proyecto. Es una medida de las ganancias que puede reportar el proyecto, siendo positivo si el
saldo entre beneficios y gastos es favorable, y negativo en caso contrario. se determina como: n
Fci VPN = −K0 + ∑
(1 + D)i
i=1
Dónde: K0- inversión o capital inicial. Fci- flujo de caja en el año i. D- tasa de descuento real utilizada. De forma general, el flujo de caja se puede calcular como: t Fci = (Ii − Gi − Dep) (1 −
) + Dep 100
Dónde: I- ingresos en el año i, $ Ggastos en el año i, $. T- tasa de impuestos sobre ganancia, %. Dep- depreciación del equipamiento o amortización de la inversión, $. Tasa interna de retorno (tir): Se define como aquella tasa de descuento que reduce a cero el valor presente neto. en términos económicos, la tir representa el porcentaje o tasa de interés que se gana sobre el saldo no recuperado de una inversión, de forma tal que al finalizar el período de evaluación o vida útil, el saldo no recuperado sea igual a cero. el saldo no recuperado de la inversión en cualquier punto del tiempo de la vida del proyecto es la fracción de la inversión original que aún permanece sin recuperar en ese momento. Analíticamente la tir se determina como: n
Fci
0 = −K0 + ∑
(1 + TIR)i
i=1
Como se puede observar, esta ecuación no se puede resolver directamente, sino que se requiere de un análisis iterativo para obtener el valor de la tir.
4.2 BALANCES DE MATERIA, ENERGÍA Y EXERGÍA . Energía y exergia: Muchas formas de energía y transformaciones de energía intervienen en un proceso. Aunque todas obedecen a la primera ley de la termodinámica, diferencias se asoman en el tratamiento práctico y teórico de varios tipos de energía y trasformaciones de energía debido a la segunda ley de la termodinámica. La segunda ley es importante para la definición de eficiencia así como la correcta cuantificación de las diferentes formas de energía que pueden ser transformadas en trabajo. Los tipos de energía se dividen en dos grupos de acuerdo a la posibilidad de ser convertida en otros tipos. La clasificación de formas de energía es un problema físico, aquí se hace en base a la entropía, utilizada como una medida de las transformaciones de energía. El primer grupo se compone de las formas de energía que pueden transformarse en otras sin ningún límite El segundo grupo es de aquellas que no pueden transformarse completamente. Las entropías del primer grupo son iguales a cero. Y este tipo de energía es considerada como “energía ordenada”. La entrada o salida de calor a un cuerpo no cambia este tipo de
energía. La energía del segundo grupo no tiene entropía cero, y se conoce como “energía desordenada”. La energía desordenada a diferencia d e la ordenada es alterada con entradas
o salidas de calor. La segunda ley de la termodinámica permite transfo rmaciones donde haya incremento de entropía o no haya cambio (reversibilidad). Por ello todas las formas de energía ordenadas se pueden convertir en otra por tener entropía cero, mientras que las energías desordenadas no se pueden convertir en otra formas que tengan menor entropía, y en particular no pueden transformarse en energía ordenadas. Las energías ordenadas poseen una habilidad ilimitada para transformarse, con ello quiere decir que son de mejor calidad. Y son universales porque se pueden convertir en cualquier otra forma del segundo grupo. Exergia: Es la cantidad de trabajo que puede ser extraído por un consumidor de energía externo durante una interacción reversible entre el sistema y sus alrededores hasta que un completo equilibrio es alcanzado. La exergia deben de los estados relativos de un sistema y sus alrededores, al ser definidos por cualquier conjunto relevante de parámetros. Bajo completo equilibrio, la exergia es cero.
Ambiente: Es caracterizado porque sus parámetros permanecen sin cambios durante la interacción con el sistema bajo consideración. Esto quiere decir, que el ambiente es muy grande en comparación al sistema y puede amortiguar toda la energía dada a él por el sistema, de tal forma que su propio balance de energía permanece sin cambio. También existe completo equilibrio termodinámico entre todos sus componentes. No se debe olvidar que la exergia de un sistema es definida no solamente por sus acciones, sino simultáneamente por un efecto de parte del ambiente en ello. Tal vez existan situaciones en las cuales, sin dar energía, un sistema puede producir trabajo a expensas del ambiente. Un gas en una vasija con presión menor que la atmosférica es un ejemplo. Cuando hay completo equilibrio entre un sistema y el ambiente, la exergia es igual a cero. Ese estado de un sistema es llamado cero o estado muerto. Los objetos externos que son encontrados en el ambiente, que constituyen con el los alrededores de un sistema, pueden ser fuentes de energía o absorbedores de energía o ambos. Ellos están caracterizados por el hecho de que al menos uno de los parámetros intensivos dominantes es diferente de aquellos del ambiente. Por lo tanto, los objetos externos pueden ser una fuente de energía para alimentar al sistema y asegurar su funcionamiento. La exergia está sujeta a la ley de la conservación solamente en procesos reversibles; en todos los otros casos puede desaparecer parcial o completamente como resultado de la disipación de energía, la cual es consecuencia de irreversibilidades. Entre menor sea la perdida de exergia más perfecto es el proceso. La exergia de un sistema que interactúa con el ambiente, se mantiene invariable durante las transformaciones reversibles dentro del sistema o durante su interacción con el ambiente. La exergia del sistema decrece si cualquiera de las transformaciones interiores o interactivas son irreversibles. Por ende los procesos de interacción con el ambiente pueden estar conectados con entradas y salidas de calor pero no con entradas o salidas de exergia. Las ecuaciones de balance de exergia para un sistema son universales y por completo aplicables a cualquier sistema termodinámico, independientemente de los tipos de energía que toman parte en los procesos.
El balance de energía no puede reflejar por sí mismo las pérdidas por irreversibilidad, mientras que el balance de exergia muestra el valor de las pérdidas por irreversibilidad en el sistema en todos los casos. El coeficiente de eficiencia energética, es definido como:
La energía perdida y la exergia perdida (d) son diferentes. La energía no se pierde, sino que simplemente es la pérdida de un sistema dado o energía no disponible para un propósito dado debido a sus formas o parámetros. Por el contrario la perdida de exergia es una desaparición total la cual está conectada con la disipación de energía.
4.3 CALCULO DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA. (VAPOR, AGUA, GAS, NITRÓGENO, ACEITE TÉRMICO, AIRE, ETILENGLICOL). ¿Es lo mismo el ahorro que la eficiencia energética? Ahorro de energía: evitar un consumo mayor de energía mediante cambios en las pautas de uso. Ejemplo: apagar la luz cuando se sale de una habitación. Eficiencia energética: consumir menos energía para obtener un mismo servicio (“hacer lo mismo con menos”). Para reducir al máximo el consumo energético habría que aunar medidas de ahorro y eficiencia
energética
Ejemplo: Utilizar una lavadora “clase energética A” y usar los
programas cortos de lavado, lavadora llena y con agua fría (todas estas medidas permiten ahorrar energía al utilizar las lavadoras). ¿Por qué es necesario ahorrar energía?
•
•
Crisis energética: agotamiento y encarecimiento de los combustibles fósiles. Reducción de emisiones contaminantes de CO2.
Disminución del grado de contaminación, riesgo de lluvia ácida, mareas negras y destrucción de bosques y espacios naturales. •
Ahorro económico
•
Eficiencia energética en iluminación
1. Utilizar la mejor tecnología para ahorrar energía en la iluminación: el interruptor. Comprueba que están visibles y accesibles.
2. Nombrar a un responsable de apagar las luces: en aulas y en pasillos. 3. ¡Apagar los fluorescentes siempre! Nada de dejarlos si van a estar apagado s menos de media hora. 4. Pintar las paredes y techos de colores claros. 5. Limpiar lámparas y pantallas: la suciedad disminuye la luminosidad. 6. Aprovecha la luz natural. 7. Desconectar o quitar las lámparas que no hacen falta o de donde hay más luz de la necesaria. En fluorescentes de doble lámpara, quitar una de ellas. 4.4 CALCULO DE LOS POTENCIALES DE AHORRO DE ENERGÍA. Se define potencial de ahorro como la “diferencia entre la evolución del consumo de energía
sin la introducción de medidas de ahorro y el caso en que todas las medidas del uso eficiente de la energía y gestión de la demanda (UEGD) estén incluidas en el patrón del consumo”.
El potencial de ahorro, brinda una medida de cuánta energía podría ahorrarse de llevar adelante una política de uso eficiente. Los potenciales de ahorro se calculan en base a ciertos supuestos:
a) en ningún caso contemplan una disminución del servicio brindado por la electricidad o sea no implican «sacrificio» alguno; b) se basan en tecnologías actualmente disponibles en el mercado (aunque en algunos casos no necesariamente en el nacional) y; c) sólo incorpora los ahorros producidos en aquellas aplicaciones donde éstas son económicamente rentables. El potencial de ahorro varía con el tiempo, fundamentalmente por tres razones:
1. Pues crece la demanda de servicios energéticos (por ejemplo por el crecimiento de la población) creciendo también la demanda con eficiencia congelada —y proporcionalmente— el potencial del ahorro. 2. Debido al paulatino reemplazo de los artefactos actualmente en uso —al fin de su vida útil—por nuevo equipamiento más eficiente. 3. Ya que se desarrollan nuevas tecnologías de uso eficiente de la energía (esta razón no está considerada en nuestros cálculos). Por eso, para el cálculo del potencial de ahorro se parte de un año “base”, O (año base) y se llega hasta un determinado año límite, N (año horizonte). Este lapso debe ser comparable con —o mayor a— la vida útil de la mayoría de los artefactos
permitiendo una introducción substancial de los artefactos eficientes. Más allá de ese horizonte, las estimaciones se complicarían por varios factores: la introducción de nuevas tecnologías con capacidad de ampliar el potencial de ahorro, cambios estructurales en la economía que afectan la participación de distintas actividades en el producto nacional y la introducción de nuevos usos energéticos para los consumidores. El potencial de ahorro implica, en primer término, un menor consumo energético debido a la utilización de una tecnología más eficiente o a la modificación en la forma de utilización de un uso final estipulado. Pero la disminución del consumo energético produce además, una menor demanda de potencia (instalaciones eléctricas) y también una disminución en las emisiones de dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera por menor utilización de combustibles en la generación de electricidad. La puesta en marcha de un plan de eficiencia energética puede tener como objetivos la reducción de cualquiera de los ítems mencionados en forma aislada o en cualquiera de las combinaciones posibles. Para poder proceder con el cálculo se deberá primeramente construir los dos escenarios alternativos como se desarrolla a continuación. El potencial de ahorro de energía —la diferencia entre los dos escenarios — depende entonces de la evolución futura de éstos, y permite conocer con aproximación la magnitud de los ahorros así como el beneficio económico o rentabilidad de la aplicación de las medidas. Se describirán entonces las presunciones básicas sobre las cuales se construyen cada uno de los escenarios. Eficiencia congelada (EC) La suposición fundamental de este escenario es que el crecimiento de la demanda energética sólo responde al crecimiento de la demanda por servicios energéticos. Este incremento puede depender de distintos factores tales como el aumento poblacional, cambios en la demanda del servicio, etc. La intensidad energética de los usos finales se mantiene constante en este escenario. Futuro eficiente (FE) La evolución de la demanda por servicios energéticos en este escenario es la misma que en el escenario de eficiencia congelada, pero a diferencia del anterior incorpora las alternativas tecnológicas de mayor eficiencia siempre y cuando éstas sean rentables. O sea en este escenario la intensidad energética es menor que en el de eficiencia congelada.
4.5 AHORRO DE ENERGÍA EN MÁQUINAS TÉRMICAS. (CALDERAS, TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS, INTERCAMBIADORES DE CALOR, REDES TÉRMICAS, DUCTOS, COMPRESORES Y MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Y SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN.)
En una planta es posible lograr ahorros en todo punto donde se la use. La experiencia dice que en toda planta se puede ahorrar energía. Los principales puntos donde se puede ahorrar energía son: •
Calderas de vapor y aceite térmico.
•
Redes de vapor y condensado.
•
Hornos.
•
•
Secadores. Procesos.
Existen mas de 30 formas de ahorrar energía en calderas, las más importantes son:
1. Reducir el exceso de aire (hasta 20% ahorro) Esta es la forma más efectiva de mejorar la eficiencia y ahorrar energía en calderas. 2. Reducir la presión de vapor (< 2%) 3. Reducir la formación de depósitos (< 8%) 4. Reducir la potencia del quemador (< 2%) 5. Administrar la carga de las calderas (< 3%) 6. Usar economizadores (< 5%) 7. Control automático de purgas (< 3%) 8. Reemplazar quemadores ON-OFF por modulantes (< 2%) Ahorro en redes de vapor Las principales medidas para ahorrar energía son:
1. 2. 3. 4. 5.
Reparar fugas de vapor. Reparar o cambiar trampas de vapor. Aislar tuberías de vapor y condensado. Recuperar condensados. Usar vapor a la menor presión posible.
Ahorro de energía en hornos:
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Reducir el exceso de aire. Eliminar infiltraciones de aire. Reparar aislamientos. Recuperar calor para precalentamiento de aire o material. Controlar la presión interna. Operar en forma continua.
En el caso de secadores, las medidas son similares.
4.6 AHORRO DE ENERGÍA PARA GENERADOR DE ACEITE TÉRMICO. Se utiliza en instalaciones industriales. Se utilizan cuando se necesitan temperaturas elevadas sin necesidad de alcanzar presiones también elevadas. Su elevada viscosidad hace que los costes de bombeo sean mayores que con el agua.
4.7 AHORRO DE ENERGÍA PARA TORRES DE ENFRIAMIENTO. Las torres de enfriamiento regulan el proceso de enfriamiento mediante la evaporación controlada, reduciendo así la cantidad de agua consumida. Esto se logra cuando a la gota que se pone en contacto con el aire, se le evapora la película exterior, requiriendo para este proceso de absorber calor, el cual se toma de la propia gota, enfriándola consecuentemente. Es decir, el enfriamiento se realiza tanto por calor sensible (cambio de temperatura) como por calor latente (cambio de estado físico). El objeto que se persigue en la torre es que la gota este el mayor tiempo posible en contacto con el aire, lo cuál se logra con la altura de la misma y además interponiendo obstáculos (el relleno), que la van deteniendo y al mismo tiempo la van fragmentando facilitando más el proceso evaporativo. En los nuevos sistemas los obstáculos en lugar de romper la gota, hacen que se forme una película muy delgada en donde se lleva a cabo el mismo proceso. En términos generales, podemos decir que la capacidad de enfriamiento de una torre es una combinación de todas las variables involucradas en el diseño y selección de la misma y nos indica la cantidad de agua que enfría en condiciones de operación comparada con las condiciones de diseño, esto es entonces, el equivalente de la eficiencia térmica. La mayor parte de la información disponible para las torres de enfriamiento es de selección, no de diseño y el cliente no puede nunca determinar "a priori" si una torre está bien o mal diseñada y si a esto se le agrega que en mayor o menor grado las torres siempre enfrían, entendemos el por que la dificultad para evaluar éstos equipos.
4.8 AHORRO DE ENERGÍA EN COMPRESORES DE REFRIGERACIÓN. La refrigeración representa 40% -50% del costo total con energía eléctrica en una cervecería. La eficiencia de la refrigeración es altamente dependiente de las temperaturas de evaporación y condensación 1 El incremento de 1ºC en la temperatura de evaporación puede mejorar la eficiencia en 2-3%. Por ejemplo un chiller evaporando a + 3ºC es 6% más Eficiente que uno evaporando a + 1ºC.
4.9 AHORRO DE ENERGÍA PARA PLANTAS DE NITRÓGENO. El hidrógeno no se encuentra en la naturaleza en su estado elemental, sino que tiene que ser producido a partir de otras fuentes como pueden ser el agua y el gas natural, y con la aportación de energía. Idealmente, la energía aportada sería igual a la energía contenida en el gas sintetizado. Sin embargo, la producción de hidrógeno a partir de cualquier proceso implica una transformación de energía. Y desgraciadamente, las transformaciones de energía siempre tienen asociada pérdidas de energía. - Reformado de Vapor de Gas Natural: por cada MJ de combustible fósil consumido por el sistema, se producen 0.66MJ de hidrógeno. - Electrolisis + Energía Eólica: por cada MJ de combustible fósil consumido por el sistema, se producen 13.2MJ de hidrógeno. En el caso del sistema Electrolisis + Energía Eólica se obtiene veinte veces más de hidrógeno por cada unidad energética de combustible fósil consumido en el caso del Reformado de Vapor de Gas Natural.
4.10 OPTIMIZACIÓN DE SISTEMAS PRODUCTORES DE ENERGÍA . Las soluciones de optimización de plantas y de eficiencia energética permiten que las compañías eléctricas maximicen el rendimiento de sus centrales generadoras y logren importantes beneficios y ahorros en todo tipo de situaciones: respuesta dinámica, carga base e integración de renovables. Debido a que las centrales térmicas tienen que hacer varios arranques y paradas al día, los operadores necesitan conocer el tiempo que transcurre desde el comienzo del proceso de arranque hasta que se produce la sincronización, con objeto de poder cumplir el programa de carga requerido. Necesitan también mantener tan bajo como sea posible el coste de estos arranques, que puede afectar negativamente al presupuesto. En las centrales que operan en carga básica, la forma más rápida y barata de mejorar la producción y reducir los costes operativos, es mejorando la eficiencia energética. No sólo es que se genere más electricidad y una mayor facturación, sino que también se reduce el consumo de combustible y las emisiones de gases de efecto invernadero.
4.11 APLICACIÓN DE TÉCNICAS DE AHORRO. EL FACTOR HUMANO, LA CAPACITACIÓN Y CONCIENTIZACIÓN). Tradicionalmente, la energía siempre ha sido considerada un costo, una factura que se debe pagar y un gasto que se debe controlar. No obstante, quienes están preparados para el futuro han madurado con una nueva perspectiva respecto a la energía y están cambiando sus operaciones, especialmente en el área de
Unidad 5 INTRODUCCIÓN. En la actualidad y desde ya hace muchos años la electricidad ha sido un elemento fundamental para llevar a cabo gran parte de nuestras actividades diarias, ya sea domésticas, laborales, industriales, comerciales o recreativas y gracias a este tipo de energía, en gran medida hoy tenemos una mejor calidad de vida que hace décadas y siglos, pues nos es suficiente con presionar un botón o interruptor para conseguir luz, calor, aire fresco y limpio, imagen, sonido o una línea de comunicación. El uso de la electricidad es indispensable hoy en día para todos nosotros, sin embargo, pocas veces reflexionamos y consideramos de manera seria su importancia, lo que nos lleva a utilizar este recurso de manera indiscriminada, descontrolada e ineficiente. Por lo anterior, el ahorro de energía eléctrica se ha convertido en una práctica cada vez más importante, más difundida entre la sociedad y es un elemento fundamental para lograr un aprovechamiento ideal de los recursos energéticos con los que contamos actualmente, pues ahorrar electricidad no solo implica un beneficio económico sino ambiental, ya que se disminuye el consumo de combustibles, la emisión de gases contaminantes hacia la atmósfera y se reduce la generación de calor. En el mundo se utilizan diferentes recursos para generar electricidad y gracias a la riqueza natural del territorio de nuestro país, en México hay una gran cantidad de fuentes de energía, sin embargo, la generación de electricidad se realiza en su mayor parte utilizando petróleo, carbón y gas natural, lo que tiene grandes implicaciones para el medio ambiente, pues el uso de estos recursos no renovables, principalmente los combustibles fósiles, impacta considerablemente el entorno natural. Las consecuencias de esto son bien conocidas en nuestra época: emisión de gases contaminantes, efecto invernadero, calentamiento global y las consecuencias que estos fenómenos tienen y pueden llegar a tener en el futuro. Y es precisamente por todo lo anterior, por la importancia que tiene la electricidad para el ser humano en nuestros días y por las consecuencias negativas que todos podemos sufrir por el uso inadecuado y descontrolado de este recurso, y en consecuencia de otras fuentes energéticas, que es de suma importancia para todos que aprendamos a utilizar de manera eficiente la electricidad. Uno de los grandes inconvenientes que se tiene actualmente para lograr hacer consciencia en la población general es la idea que muchos tienen, que el ahorro de energía eléctrica y de cualquier otro recurso, implica invariablemente un sacrificio, como disminuir nuestra calidad de vida, eliminar varias de nuestras comodidades o no satisfacer por completo nuestras necesidades. Por ello es menester aclarar que utilizar de manera eficiente la electricidad, y con esto conseguir un ahorro considerable, es complicado, desde luego, pero no es sinónimo de sacrificio. Ahorrar energía implica más bien un cambio importante de hábitos y actitudes con el objetivo de incrementar la eficiencia energética, utilizar racionalmente los recursos energéticos, proteger y mejorar la economía personal y familiar y principalmente preservar y proteger el medio ambiente.
5.1 AUDITORIA ENERGÉTICA : Una auditoría energética es una inspección, estudio y análisis de los flujos de energía en un edificio, proceso o sistema con el objetivo de comprender la energía dinámica del sistema bajo estudio. Normalmente una auditoría energética se lleva a cabo para buscar oportunidades para reducir la cantidad de energía de entrada en el sistema sin afectar negativamente la salida. Cuando el objeto de estudio es un edificio ocupado se busca reducir
el consumo de energía, manteniendo y mejorando al mismo tiempo el confort higrotérmico, la salubridad y la seguridad. Más allá de la simple identificación de las fuentes de energía, una auditoría energética tiene por objeto dar prioridad a los usos energéticos de acuerdo con el mayor a menor costo efectivo de oportunidades para el ahorro de energía.
Cada vez con más frecuencia en las últimas décadas, las auditorías energéticas han permitido reducir la demanda de energía, cada día más costosa, los gastos y avanzar hacia un desarrollo sostenible. Esto ha hecho que las auditorías energéticas sean cada vez más populares. Con estas auditorías se ha tratado de reducir los consumos energéticos en el sector industrial a través de Guías de ahorro y Eficiencia Energética, los programas de auditorías energéticas han demostrado su eficacia a escala mundial para mejorar el Rendimiento energético de las instalaciones industriales. En este sector las auditorías energéticas persiguen un triple objetivo: Adecuar los consumos reales de la planta a los consumos nominales, garantizando un buen mantenimiento de las instalaciones. Reducir los consumos nominales con nuevas Tecnologías que aumenten la eficiencia del consumo energético. Minimizar la demanda del proceso optimizando la operación de los servicios energéticos.
5.2 ESTUDIO DE TARIFAS ELÉCTRICAS Existen dos procesos en principio independientes pero que finalmente están asociados en la búsqueda de eficiencia:
La determinación de las tarifas objetivo eficientes,
La planificación de las inversiones en el sector eléctrico.
En los esquemas donde la planificación es centralizada, como en el caso de México, donde los planes de inversión son aprobados por la Secretaría de Energía, quien debe asegurar la eficiencia de los mismos, las metas de mejora de eficiencia no están incluidas en el cálculo tarifario inicial. En los esquemas donde la planificación de las inversiones no es centralizada, la definición de las mismas es un proceso de decisión de cada empresa y controlado en última instancia por el ingreso tarifario (el cual debe ser suficiente para permitir que la empresa realice las inversiones necesarias para operar) y la regulación de la calidad. De acuerdo con lo señalado en los TdR, el Consultor debe plantear la metodología para estimar los impactos que tendrían en los costos actuales determinados en la tarea 3, el logro de las metas de eficiencia y productividad y calidad determinadas en la actividad 5.1 (informes N° 51, 52, 53 y 54). Las metas de eficiencia y productividad determinadas en los citados informes se sintetizan a continuación: Metas de eficiencia y productividad en los costos de operación y mantenimiento de generación: De acuerdo a los resultados obtenidos en la Tarea 5.1.1 - Informes N° 51 y 52, (Parte A – Centrales Generadoras), el costo de explotación asociado a las actividades de operación y mantenimiento del parque de generación de CFE, promedio ponderado, expresado como costo monómico global, presenta una ineficiencia de 10% o bien una eficiencia de 0,90, lo cual implica que los costos de OyM de CFE admiten una rebaja de 10% para ser calificados como eficientes. Metas de eficiencia y productividad en la administración, operación y mantenimiento de transmisión y subtransmisión: De acuerdo a los resultados obtenidos en la Tarea 5.1.2 - Informes N° 51 y 52, (Parte B – Transmisión y Subtransmisión), el costo de operación y mantenimiento del segmento de transmisión de CFE se encuentra en el rango de 3.2% a 3.5% del VNR de las instalaciones de transmisión, siendo un indicador eficiente recomendado el 3.0% del VNR; ello implica que los costos de OyM de transmisión de CFE admiten una rebaja de un 10% para ser calificados de eficientes. En el caso del segmento de subtransmisión, el mismo informe citado en el párrafo anterior entrega el resultado de un benchmarking internacional, sobre la ba se del cual el Consultor recomendó adoptar un 4% del VNR de las instalaciones de subtransmisión de CFE, como valor representativo de costos de OyM eficientes. Este resultado implica una rebaja de 10% en los costos de OyM de subtransmisión de CFE para ser calificados de eficientes.
Metas de eficiencia y productividad en la administración, operación y mantenimiento de la distribución: De acuerdo a los resultados obtenidos en la Tarea 5.1.3 - Informes N° 53 y 54, los costos operativos totales de CFE en el segmento de distribución, incluyendo OyM de redes, costos comerciales y administrativos, presentan una ineficiencia estimada en 18%. Esto implica que los costos operativos totales de distribución de CFE deberían bajar en al menos 18% para ser calificados de eficientes. Lo anteriormente indicado puede observarse en la siguiente tabla donde se detallan los costos de explotación y los ahorros que introduce la eficiencia.
Se define un sendero de transición lineal, entre los años 2014 y 2018 para alcanzar los objetivos de eficiencia de los procesos de suministro. Como se muestra en el cuadro, la reducción total de los costos de explotación OyM debe alcanzar un valor de 14% en el año 2018, por lo tanto se determina un factor de ajuste igual a 2.59%1 anual acumulativo sobre los costos de explotación OyM del año 2003. Determinación de los costos eficientes: De acuerdo con los TdR, el Consultor debe plantear la metodología para el cálculo y determinar los costos relacionados con una operación eficiente de CFE, considerando las metas de eficiencia, productividad y calidad. Costos eficientes por metas de eficiencia en costos de explotación de transmisión, subtransmisión y distribución Al igual que la obtención de los costos eficientes de explotación de generación, en los segmentos de transmisión, subtransmisión y distribución, los costos eficientes de explotación se obtienen de aplicar las metas de eficiencia en la explotación señaladas en los acápites 2.1.1 b) para transmisión y subtransmisión y 2.1.1 c) para distribución, a los costos totales de explotación de los segmentos, respectivamente. Costo eficiente de OyM de transmisión = Costo de OyM de transmisión base * Nivel de eficiencia de transmisión. Costo eficiente de OyM de subtransmisión = Costo de OyM de subtransmisión base * Nivel de eficiencia de subtransmisión.
Costo eficiente de OyM de distribución = Costo de OyM de distribución base * Nivel de eficiencia de distribución. A partir de los costos totales de servicio de CFE se le aplica la reducción en costos en los procesos determinados en los puntos anteriores obteniéndose así los costos totales eficientes en el largo plazo.
5.3 ADMINISTRACIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA El estudio del Factor de carga se realiza para determinar el consumo de energía, así mismo como las pérdidas de la misma, esto se debe a que los equipos eléctricos no tienen un consumo uniforme de potencia y corriente, es por e stos factores que se tiene que llevar a cabo un estudio del factor de carga de las pérdidas que se generan dentro de un sistema, esto ayuda a tomar decisiones y alternativas para un mejor aprovechamiento de la energía eléctrica.
El uso del factor de potencia se tiene que llevar de una forma adecuada para el aprovechamiento de la energía eléctrica, lo más considerable es tener el valor de dicho factor lo más cercano a 1, para considerar que tiene un funcionamiento adecuado, así mismo tener eficiencia en el consumo de energía eléctrica, ya que si no se cuenta con un factor de potencia adecuado lo más probable es que tengamos un consumo más elevado y con menor aprovechamiento, de igual forma reduciendo la eficiencia en el consumo y ahorro energético. La investigación de las tarifas eléctricas conlleva a tomar en cuenta artículos institucionales basados en el aprovechamiento y consumo de la energía eléctrica, por lo cual es un largo proceso poder adecuar tarifas que resulten adecuadas para cada tipo de usuario, esto se debe al tipo de uso que se le da a dicha energía, además tomando en cuenta los canales por los que se conduce la electricidad: Generación. Transmisión. Subtransmisión. Distribución. Por lo cual, se buscan planificaciones estratégicas para las inversiones en el sector eléctrico que permita una mejor eficiencia, así mismo obteniendo ahorros significativos.
5.4 ESTUDIO DEL FACTOR DE CARGA: Todos los sistemas eléctricos son afectados, en mayor o menor medida, por pérdidas de energía, las cuales causan diversos perjuicios al medio ambiente en general, requiriendo mayor consumo de recursos no renovables debido a que se debe disponer mayor generación conforme aumentan las pérdidas; y al sistema eléctrico en particular, limitando la capacidad técnica y aumentando la solicitación de las instalaciones. En general las pérdidas de energía pueden clasificarse en dos grupos: Pérdidas técnicas y no técnicas. Las empresas de distribución de energía adoptan variadas metodologías para el cálculo de las pérdidas técnicas, que se nutren de la información proveniente directamente de mediciones y de datos que se desprenden de algoritmos de cálculo. Es común, que los procedimientos empleados para el cálculo utilicen un factor denominado: factor de carga de pérdidas. Actualmente, para obtener un valor aproximado de dicho factor que permita agilizar los cálculos, se utiliza típicamente una ecuación empírica. Es objeto del presente trabajo mostrar un método alternativo para obtener un valor del factor de carga de perdida con un grado mayor de aproximación. Para ello se aplica un algoritmo de inteligencia artificial, particularmente una red neuronal, que luego de un apropiado entrenamiento permite obtener resultados satisfactorios. Los sistemas eléctricos de potencia están compuestos por una variada cantidad de elementos, los cuales no presentan un comportamiento ideal de funcionamiento en régimen nominal de trabajo (transformadores, líneas, etc.), motivo por el cual, los mismos presentan pérdidas de energía que se encuadran dentro de las denominadas pérdidas técnicas y se calculan a través de diferentes metodologías. Las pérdidas técnicas de energía vinculadas con un alimentador de media tensión típico están relacionadas principalmente con el valor de la resistencia eléctrica de los conductores, la magnitud cuadrática de la corriente eléctrica que por ellos circula y el tiempo de exposición de dichos conductores a la circulación de la mencionada corriente. Considerando que la corriente eléctrica en un alimentador de media tensión típico no permanece constante conforme transcurre el paso del tiempo, el valor de pérdida técnica de energía, asociada con dicho alimentador, para un determinado periodo de tiempo queda expresado a través de la siguiente expresión:
Con el objeto de obtener los valores de las pérdidas de potencia Pp(t) correspondientes a un periodo de tiempo, se realizan sucesivas simulaciones de flujos de cargas a lo largo del lapso de tiempo considerado. En redes con numerosa cantidad de alimentadores, resulta extremadamente laborioso y poco práctico calcular el valor de pérdida técnica de energía de este modo, debido al elevado tiempo de procesamiento y cálculo que demanda.
Para disminuir considerablemente la cantidad de flujos de cargas necesarios y facilitar la resolución de la ecuación (1), es una práctica habitual la utilizac ión del valor de corriente eficaz máxima correspondiente al periodo de análisis, por ser éste un valor característico y fácil de obtener de los alimentadores. Contemplando lo dicho, la expresión (2) permit e obtener el valor de la energía de perdida Ep correspondiente a un alimentador a través de la utilización de la corriente eficaz máxima para calcular la potencia de perdida máxima Pp max , la cual multiplicada por el tiempo arrojará un valor de energía, que afectado por el Factor de carga de perdida Fcp permitirá obtener el valor de energía de perdida correspondiente al periodo de tiempo que se esté considerando.
Mediante la aplicación de la ecuación (2) es posible calcular la energía perdida en cada alimentador de media tensión que compone el sistema eléctrico, utilizando como dato su demanda máxima. El cálculo del factor de carga de perdida Fcp , se efectúa a través de una relación empírica de uso generalizado en los estudios de planificación de redes de distribución, dada por la expresión (3), la cual permite determinar el Fcp cuando el factor de carga Fc del alimentador bajo análisis es conocido [10]. Entendiendo como factor de carga Fc a la relación entre el consumo durante un período determinado de tiempo y el consumo que habría resultado de la utilización permanente de la potencia máxima observada durante dicho período, como se desprende de la ecuación (4).
Con el objeto de disminuir los errores que se introducen en el cálculo de la perdida de energía Ep debido a la utilización del factor de carga de perdida, el presente trabajo muestra una forma alternativa de cálculo de dicho factor Fcp.
Metodología alternativa para cálculo del Factor de carga de pérdida.
La pérdida de energía en un alimentador se modifica de acuerdo a las variaciones de la carga de dicho alimentador, una curva típica de variación de la demanda diaria de un alimentador puede tomar una forma como la mostrada en la Figura 1.
El valor del factor de carga de pérdida permite calcular con una aproximación aceptable la perdida de energía de un alimentador de distribución y es una práctica común obtenerlo actualmente utilizando una relación empírica dada por la ecuación (3). Para poder obtener un Fcp que permita arrojar valores m ás aproximados de la perdida de energía Ep, se propone la utilización de un algoritmo de inteligencia artificial, particularmente una arquitectura de red neuronal. Los datos que ingresan a la red neuronal para obtener como resultado el valor del Fcp, y que comúnmente se encuentran disponibles, son valores de corriente eficaz correspondiente al alimentador de media tensión considerado. En distintos momentos del día durante diferentes días representativos. 5.5 ESTUDIO DEL FACTOR DE POTENCIA ¿Qué es el Factor de Potencia?
Es un indicador sobre el correcto aprovechamiento de la energía, de forma general es la cantidad de energía que se ha convertido en trabajo. El factor de potencia puede tomar valores entre 0 y 1, lo que significa que:
Beneficios al corregir el factor de potencia.
-Disminución de pérdidas en los conductores. -Reducción de las pérdidas de las caídas de tensión. -Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores y líneas. -Incremento de la vida útil de las instalaciones eléctricas. -Reducción del costo de su facturación de energía eléctrica.
El valor ideal del factor de potencia es 1, esto indica que toda la energía consumida por los aparatos ha sido transformada en trabajo. Por el contrario, un factor de potencia menor a la unidad significa mayor consumo de energía necesaria para producir un trabajo útil. Considerando lo anterior el factor de potencia por debajo del 90% significa energía desperdiciada por su empresa y en consecuencia un incremento innecesario en el importe de su facturación por este concepto. De acuerdo al comportamiento del factor de potencia se aplica una penalización cuando el f.p. es < al 90% o bonificación cuando el f.p. es > al 90% conforme a lo siguiente:
Origen del bajo Factor de Potencia.
La mayoría de los equipos eléctricos utilizan potencia a ctiva o real que es la que hace el trabajo real y utilizan también la potencia reactiva, la cual no produce un trabajo físico directo en los equipos. Un alto consumo de energía reactiva puede producirse como consecuencia principalmente de: -Un gran número de motores. -Presencia de equipos de refrigeración y aire acondicionado. -Una sub-utilización de la capacidad instalada en equipos electromecánicos, por una mala planificación y operación en el sistema eléctrico de la industria. -Un mal estado físico de la red eléctrica y de los equipos de la industria. Además del incremento en el importe de la facturación, un bajo factor de potencia también deriva en los siguientes problemas: -Mayor consumo de corriente. -Aumento de las pérdidas en conductores. -Desgaste prematuro de los conductores. -Sobrecarga de transformadores y líneas de distribución. -Incremento en caídas de voltaje. Ya que el bajo factor de potencia se origina por la carga inductiva, que algunos equipos requieren para su funcionamiento, es necesario compensar este consumo
reactivo mediante bancos de capacitores y/o filtros de armónicas (Carga lineal y no lineal). Se pueden manejar tres arreglos para la aplicación de capacitores, los cuales pueden combinarse entre sí según el arreglo que más beneficie en cada caso.
Compensación individual: Únicamente estaría en servicio cuando opere la carga a
controlar.
Compensación en grupo: Varias cargas de igual capacidad y periodo de trabajo, se
pueden compensar con un capacitor en común, en un punto único como un centro de carga.
Compensación central: Cargas distintas que operan a diferentes períodos pueden
ser compensadas, con un banco único de capacitores, conectado usualmente a la entrada de la instalación, el cual mejora el nivel de voltaje pero no reduce las pérdidas.
5.6 ESTUDIO DE LA NORMATIVIDAD VIGENTE En la actualidad y desde ya hace muchos años la electricidad ha sido un elemento fundamental para llevar a cabo gran parte de nuestras actividades diarias, ya sea domésticas, laborales, industriales, comerciales o recreativas y gracias a este tipo de energía, en gran medida hoy tenemos una mejor calidad de vida que hace décadas y siglos, pues nos es suficiente con presionar un botón o interruptor para conseguir luz, calor, aire fresco y limpio, imagen, sonido o una línea de comunicación. El uso de la electricidad es indispensable hoy en día para todos nosotros, sin embargo, pocas veces reflexionamos y consideramos de manera seria su importancia, lo que nos lleva a utilizar este recurso de manera indiscriminada, descontrolada e ineficiente. Por lo anterior, el ahorro de energía eléctrica se ha convertido en una práctica cada vez más importante, más difundida entre la sociedad y es un elemento fundamental para lograr un aprovechamiento ideal de los recursos energéticos con los que contamos actualmente, pues ahorrar electricidad no solo implica un beneficio económico sino ambiental, ya que se disminuye el consumo de combustibles, la emisión de gases contaminantes hacia la atmósfera y se reduce la generación de calor. En el mundo se utilizan diferentes recursos para generar electricidad y gracias a la riqueza natural del territorio de nuestro país, en México hay una gran cantidad de fuentes de energía, sin embargo, la generación de electricidad se realiza en su mayor parte utilizando petróleo, carbón y gas natural, lo que tiene grandes implicaciones para el medio ambiente, pues el uso de estos recursos no renovables, principalmente los combustibles fósiles, impacta considerablemente el entorno natural. Las consecuencias de esto son bien conocidas en nuestra época: emisión de gases contaminantes, efecto invernadero, calentamiento global y las consecuencias que estos fenómenos tienen y pueden llegar a tener en el futuro. Y es precisamente por todo lo anterior, por la importancia que tiene la electricidad para el ser humano en nuestros días y por las consecuencias negativas que todos podemos sufrir por el uso inadecuado y descontrolado de este recurso, y en consecuencia de otras fuentes energéticas, que es de suma importancia para todos que aprendamos a utilizar de manera eficiente la electricidad. Uno de los grandes inconvenientes que se tiene actualmente para lograr hacer consciencia en la población general es la idea que muchos tienen, que el ahorro de energía eléctrica y de cualquier otro recurso, implica invariablemente un sacrificio, como disminuir nuestra calidad de vida, eliminar varias de nuestras comodidades o no satisfacer por completo nuestras necesidades. Por ello es menester aclarar que utilizar de manera eficiente la electricidad, y con esto conseguir un ahorro considerable, es complicado, desde luego, pero no es sinónimo de sacrificio. Ahorrar energía implica más bien un cambio importante de hábitos y actitudes con el objetivo de incrementar la eficiencia energética, utilizar racionalmente los recursos energéticos, proteger y mejorar la economía personal y familiar y principalmente preservar y proteger el medio ambiente.
UNIDAD 6. FUENTES RENOVABLES DE ENERGÍA Y APLICACIONES. 6.1
CONCEPTOS GENERALES DE ENERGÍA SOLAR. Autoconsumo eléctrico:
Consiste en generar electricidad para ser consumida por el mismo productor. En el caso de que el productor consiga cubrir el 100% de su consumo eléctrico mediante la energía por él mismo generada, estaríamos ante un caso de independencia eléctrica.
Balance neto:
Es la posibilidad legal/regulada de compensar la electricidad que consume y la que genera. De esta forma, si produce más electricidad de la que consume, genera un crédito eléctrico a su favor para poder utilizar electricidad en el futuro sin tener que pagarla. Si, por el contrario, consume más de lo que genera, sólo comprará la diferencia a las compañías eléctricas. Inversor:
Componente que transforma la energía producida por los módulos fotovoltaicos (corriente continua) en energía idéntica a la que hay en la red eléctrica (corriente alterna).
Panel solar fotovoltaico:
Placas compuestas de células solares, que a su vez lo están de obleas finas de silicio. El silicio es un elemento químico que por sus características naturales se activa cuando recibe radiación solar. Esto es, los electrones del átomo de silicio, la parte que rodea el núcleo, comienzan a moverse y dicho movimiento genera la energía fotovoltaica en forma de electricidad de corriente continua.
Potencia eléctrica:
Es el ritmo al que se usa o genera la energía, medida en vatios (W). La capacidad o potencia de una planta se mide en vatios, pero la energía generada o producida anualmente se mide en vatios-hora (Wh) o kilovatios-hora (Kwh) entre otros.
Consumo eléctrico:
La energía consumida durante un tiempo determinado y medida en vatios-hora (Wh), o en kilovatios-hora (Kwh).
6.2
CELDAS FOTOVOLTAICAS.
Los paneles o módulos fotovoltaicos —llamados comúnmente paneles solares, aunque esta denominación abarca además otros dispositivos — están formados por un conjunto de células fotovoltaicas que producen electricidad a partir de la luz que incide sobre ellos mediante el efecto fotoeléctrico.
Los paneles fotovoltaicos, en función del tipo de célula que los forman, se dividen en:
Cristalinas Monocristalinas : se componen de secciones de un único cristal de silicio (Si)
(reconocibles por su forma circular u octogonal, donde lo s 4 lados cortos, si se puede apreciar en la imagen, se aprecia que son curvos, debido a que es una célula circular recortada). Policristalinas : cuando están formadas por pequeñas partículas cristalizadas. Amorfas: cuando el silicio no se ha cristalizado. Su efectividad es mayor cuanto mayor son los cristales, pero también su peso, grosor y costo. El rendimiento de las primeras puede alcanzar el 22 % 1 mientras que el de las últimas puede no llegar al 10 %, sin embargo su costo y peso es muy inferior. El costo de los paneles fotovoltaicos se ha reducido de forma constante desde que se fabricaron las primeras células solares comerciales 2 y su coste medio de generación eléctrica ya es competitivo con las fuentes de energía convencionales en un cr eciente número de regiones geográficas, alcanzando la paridad de red.
Las cuatro generaciones de células fotovoltaicas;
La primera generación de células fotovoltaicas consistía en una gran superficie de cristal simple. Una simple capa con unión diodo p-n, capaz de generar energía eléctrica a partir de fuentes de luz con longitudes de onda similares a las que llegan a la superficie de la Tierra provenientes del Sol. Estas células están fabricadas, usualmente, usando un proceso de difusión con obleas de silicio. Esta primera generación (conocida también como células solares basadas en oblea) son, actualmente, (2007) la tecnología dominante en la producción comercial y constituyen, aproximadamente, el 86 % del mercado de células solares terrestres. La segunda generación de materiales fotovoltaicos se basa en el uso de depósitos epitaxiales muy delgados de semiconductores sobre obleas con concentradores. Hay dos clases de células fotovoltaicas epitaxiales: las espaciales y las terrestres. Las células espaciales, usualmente, tienen eficiencias AM0 (Air Mass Zero) más altas (2830 %), pero tienen un costo por vatio más alto. En las terrestres la película delgada se ha desarrollado usando procesos de bajo coste, pero tienen una eficiencia AM0 (7-9 %), más baja, y, por razones evidentes, se cuestionan para aplicaciones espaciales.
Las predicciones antes de la llegada de la tecnología de película delgada apuntaban a una considerable reducción de costos para células solares de película delgada. Reducción que ya se ha producido. Actualmente (2007) hay un gran número de tecnologías de materiales semiconductores bajo investigación para la producción en masa. Se pueden mencionar, entre estos materiales, al silicio amorfo, silicio monocristalino, silicio policristalino, telururo de cadmio y sulfuros y seleniuros de indio. Teóricamente, una ventaja de la tecnología de película delgada es su mas a reducida, muy apropiada para paneles sobre materiales muy ligeros o flexibles. Incluso materiales de origen textil. La llegada de películas delgadas de Ga y As para aplicaciones espaciales (denominadas células delgadas) con potenciales de eficiencia AM0 por encima del 37 % están, actualmente, en estado de desarrollo para aplicaciones de elevada po tencia específica. La segunda generación de células solares constituye un pequeño segmento del mercado fotovoltaico terrestre, y aproximadamente e l 90 % del mercado espacial. La tercera generación de células fotovoltaicas que se están proponiendo en la actualidad (2007) son muy diferentes de los dispositivos semiconductores de las generaciones anteriores, ya que realmente no presentan la tradicional unión p-n para separar los portadores de carga fotogenerados. Para aplicaciones espaciales, se están estudiando dispositivos de huecos cuánticos (puntos cuánticos, cuerdas cuánticas, etc.) y dispositivos que incorporan nanotubos de carbono, con un potencial de más del 45 % de eficiencia AM0. Para aplicaciones terrestres, se encuentran en fase de investigación dispositivos que incluyen células fotoelectroquímicas, células solares de polímeros, células solares de nanocristales y células solares de tintas sensibilizadas. Una hipotética cuarta generación de células solares consistiría en una tecnología fotovoltaica compuesta en las que se mezclan, conjuntamente, nanopartículas con polímeros para fabricar una capa simple multiespectral. Posteriormente, varias capas delgadas multiespectrales se podrían apilar para fabricar las células solares multiespectrales definitivas. Células que son más eficientes, y baratas. Basadas en esta idea, y la tecnología multiunión, se han usado en las misiones de Marte que ha llevado a cabo la NASA. La primera capa es la que convierte los diferentes tipos de luz, la segunda es para la conversión de energía y la última es una capa para el espectro infrarrojo. De esta manera se convierte algo del calor en energía aprovechable. El resultado es una excelente célula solar compuesta. La investigación de base para esta generación se está supervisando y dirigiendo por parte de la DARPA para determinar si esta tecnología es viable o no. Entre las compañías que se encuentran trabajando en esta cuarta generación se encuentran Xsunx, Konarka Technologies, Inc., Nanosolar, Dyesol y Nanosys. Principios teóricos de funcionamiento;
1. Algunos de los fotones, que provienen de la radiación solar, impactan sobre la primera superficie del panel, penetrando en este y siendo absorbidos por materiales semiconductores, tales como el silicio o el arseniuro de galio. 2. Los electrones, partículas subatómicas que forman parte del exterior de los átomos, y que se alojan en orbitales de energía cuantizada, son golpeados por los fotones (interaccionan) liberándose de los átomos a los que estaban originalmente confinados. Esto les permite, posteriormente, circular a través del material y producir electricidad. Las cargas positivas complementarias que se crean en los átomos que pierden los electrones, (parecidas a burbujas de carga positiva) se denominan huecos y fluyen en el sentido opuesto al de los electrones, en el panel solar. Se ha de comentar que, así como el flujo de electrones corresponde a cargas reales, es decir, cargas que están asociadas a desplazamiento real de masa, los huecos, en realidad, son cargas que se pueden considerar virtuales puesto que no implican desplazamiento de masa real. Un conjunto de paneles solares transforma la energía solar (energía en forma de radiación y que depende de la frecuen cia de los fotones) en una determinada cantidad de corriente continua, también denominada DC (acrónimo del inglés Direct Current y que corresponde a un tipo de corriente eléctrica que se describe como un movimiento de cargas en una dirección y un solo sentido, a través de un circuito. Los electrones se mueven de los potenciales más bajos a los más altos).
6.3
APLICACIONES DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA.
Energía solar térmica, muchos habrán oído hablar de ella y visto instalaciones con paneles solares y acumuladores de agua en las cubiertas de edificios, hoteles, viviendas familiares, etc. Pues bien, con este artículo podrás aclarar tus dudas de cómo funcionan los diferentes sistemas que existen y sus a plicaciones, los elementos que las componen y las ventajas de este tipo de energía en cuanto a su rentabilidad y eficiencia energética. La Energía solar térmica también conocida como energía termoso lar es otra forma del aprovechamiento de la energía contenida en la radiación solar como lo es la energía solar fotovoltaica en el que se produce electricidad, pues bien, en la energía solar térmica se aprovecha para producir calor, el cual puede utilizarse para la producción de agua caliente (ACS). También puede utilizarse el ca lor para producir frío y así poder acondicionar el aire de edificios, locales, viviendas, etc. Existen varios tipos de sistemas para aprovechar la energía solar térmica que van desde el simple calentamiento de agua potable, o los sistemas combi (combinados) que se utilizan adicionalmente para la calefacción de edificios, hasta sistemas termosolares de refrigeración y producción de calor de proceso. Los sistemas más utilizados para uso en viviendas, las cuales vemos a diario son las dos primeras.
Sistemas para calentamiento de agua potable Estos sistemas se utilizan regularmente para calentar el agua de uso res idencial en el período de verano. Durante el período de invierno este sistema pasa a cumplir una tarea de apoyo al sistema de calor principal (caldera, que puede funcionar con electricidad, gas petróleo, madera o con una bomba de calor) en los días soleados. La energía solar térmica en estos sistemas ahorra un 60 % de energía térmica necesaria para calentar el agua. En estos sistemas, la superficie o tipo de colector solar depende de las condiciones climáticas de la zona. Sistemas Combi También llamados sistemas combinados estos sistemas se utilizan para p roporcionar calefacción adicional a edificios en primavera y otoño. Estas instalaciones cubren mediante energía solar térmica entre un 20 a 30 por ciento de la demanda de calor del edificio, dependiendo del aislamiento y necesidades de calefacción. Existen casas solares especiales como las llamadas Casa pasiva (Pasiv House) en las cuales estos sistemas cubren entre un 50% hasta un 100% de la demanda total de calor. Aquí la superficie de los colectores solares es mayor.
Sistemas termosolares de refrigeración La energía solar térmica también puede utilizarse para la refrigeración de edificios (climatización) o en procesos industriales (refrigeración). El proceso de enfriamiento utilizado por estos sistemas es por evaporación y condensación. Hay dos clases de sistemas termosolares de refrigeración abiertos y cerrados. En los sistemas abiertos se utilizan materiales de absorción líquidos y sólidos, los sistemas cerrados integran en el mismo dos máquinas una de adsorción y otra de absorción incorporando también procesos de refrigeración y deshumidificación. Los sistemas cerrados son los más utilizados. Las aplicaciones más comunes de los sistemas combi son procesos de refrigeración, deshumidificación y la climatización basada en absorción.
Sistemas de producción de calor de proceso En los sistemas de producción de calor de proceso se alimenta calor solar a nivel de suministro (red industrial de agua caliente o de vapor) o a nivel de proceso. El rendimiento de estos sistemas es considerablemente superior al de los anteriores sistemas. Si tenemos en cuenta que el 30% de la demanda de calor industrial está en un rango de temperatura por debajo de 100 ºC es enorme el potencial de esta tecnología. Existen tres clases de colectores aplicados en sistemas de producción de calor de proceso: Colectores sin concentración, colectores de ligera concentración sin seguimiento y colectores enfocados con seguimiento. De acuerdo al tipo de colector utilizado se puede calentar el aire o el agua con la que se alimentan los procesos. Rentabilidad económica de la energía solar térmica La rentabilidad económica de las instalaciones termosolares es más difícil de cuantificar que en las instalaciones fotovoltaicas. La rentabilidad se calcula a partir de los costes del sistema, el rendimiento y la vida útil de la instalación comparándolos con los costes de generación convencional de calor y refrigeración. El rendimiento y la vida útil varían considerablemente según el campo de aplicación y la complejidad
técnica de la instalación termosolar. Es muy importante la intensidad de la radiación solar. Las instalaciones para calentar el agua potable y para la calefacción de los ambientes se amortizan, mucho más rápido en países con altos costes de las energías convencionales, que en los países con un nivel de precio más bajo.
6.4
ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE DE LA ENERGÍA TÉRMICA.
En las centrales solares termoeléctricas, existen varias posibilidades de almacenamiento, pero siempre como energía térmica, el paso anterior a la producción de electricidad. Aunque se están estudiando otras posibilidades, la tecnología que se considera madura y que ha sido probada con éxito en algunas de las actuales centrales termosolares es el almacenamiento utilizando sales inorgánicas fundidas. LA GESTIONABILIDAD DE LA GENERACIÓN: GENERACIÓN Y DEMANDA Uno de los grandes problemas de la generación eléctrica que utiliza técnicas que dependen en gran medida de las condiciones climatológicas es la dificultad para disponer de energía cuando se necesita. La generación se produce cuando existen condiciones favorables, no cuando existe un consumo. Hay que recordar que una vez la energía eléctrica se encuentra en la red debe ser consumida, ya que no existe ninguna posibilidad de almacenamiento de energía eléctrica como tal, y por tanto, la generación y el consumo deben coincidir. Este hecho tiene dos consecuencias: es necesario poder prever con exactitud la energía eléctrica que generará una determinada instalación y por otro, hay que generar energía cuando hay demanda. Ambos problemas podrían solventarse si la energía pudiera generarse cuando las condiciones son favorables, y consumirse cuando se requiriera. Eso supone interponer un ’almacén’ pulmón de energía, que permita acompasar los ritmos de
producción y demanda. Como el almacenamiento en forma de energía eléctrica en grandes cantidades presenta una serie de problemas que la técnica aún no ha resuelto, tradicionalmente se han buscado otras formas de almacenamiento, siempre almacenando la energía en otras formas, para transformarla en electricidad en el momento exacto que se precisa.
Así, en las centrales hidroeléctricas se ha recurrido al almacenamiento de agua embalsada, para desembalsarla y turbinarla en el momento más adecuado; incluso, el agua se bombea de nuevo a la parte superior del embalse en los momentos de bajo consumo eléctrico, de manera que pueda volver a disponerse de ella. Este proceso, aunque desde el punto de vista energético es absurdo (siempre se perderá energía en el proceso), desde el punto de vista económico y práctico no lo es, ya que el agua se bombea en los momentos de exceso de energía eléctrica y por tanto, cuando el coste de esta es muy bajo. POSIBILIDADES DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA EN TERMOSOLARES
CENTRALES
En las centrales solares termoeléctricas, existen varias posibilidades de almacenamiento, pero siempre como energía térmica, el paso anterior a la produ cción de electricidad. Aunque se están estudiando otras posibilidades, la tecnología que se considera madura y que ha sido probada con éxito en algunas de las actuales centrales termosolares es el almacenamiento utilizando sales inorgánicas fundidas. El esquema del circuito puede verse en la figura adjunta. Otras posibilidades para el almacenamiento térmico de energía son las siguientes: Almacenamiento de HTF caliente. Este sistema se probó en la central SEGS I, con un gran tanque que almacenaba HTF procedente del campo solar. Tras un gran incendio que destruyó prácticamente la central, se concluyó que resultaba poco práctico el almacenamiento de una sustancia combustible a gran temperatura. Además, el coste del HTF es muy superior al de las sales inorgánicas Se ha probado con éxito el almacenamiento en forma de calor sensible en hormigón, de manera que un fluido pueda calentar una gran masa de hormigón solidificado a través de unos conductos practicados al efecto. Cuando se necesita este calor, se hace circular un fluido frío, agua, vapor o HTF, a través de los mismos conductos, para que la energía térmica almacenada en el hormigón se trasvase al fluido. Almacenamiento en forma de calor latente de solidificación de sales inorgánicas. La gran ventaja que presenta este sistema es que las sales no deben circular, ahorrándose coste de bombeo. Además, la cantidad de sales necesaria para almacenar la misma cantidad de energía es mucho menor. El sistema está actualmente en desarrollo, y habrá que esperar para con ocer los resultados definitivos de las pruebas que se están realizando Almacenamiento en forma de calor sensible de una masa de sales fundidas en solo tanque, de forma que las sales frías y las calientes se separan simplemente por diferencia de densidad. Igual que en el caso anterior, el sistema está en periodo de prueba.
6.5 BIOCOMBUSTIBLES. Las perspectivas respecto a los biocombustibles en los otros países de la Región son muy diferentes, tanto en lo que se refiere al tamaño del mercado potencial como respecto a la dotación de recursos naturales. Sin embargo –y más allá de la diversidad de situaciones nacionales y subregionales con relación a los merca dos potenciales de bioetanol y biodiésel – es importante examinar la significación de los biocombustibles con respecto al consumo de energía en el sector de transporte y dentro del consumo final total de la región de América Latina y el Caribe.
Tomando como referencia mezclas de 10% para ambos biocombustibles (E10 y B10) y relacionándolas con los consumos en transporte y final total de la Región para el año 2005, el presente trabajo demuestra que la introducción de estos últimos tendría escasa significación dentro del balance energético regional. Los biocombustibles representan una oportunidad importante para la diversificación productiva de la región. Sin embargo, el presente estudio muestra que el aumento de la producción de biocombustibles podría tener efectos adversos de no ser acompañado por un paquete adecuado de políticas. En particular, el aumento en la demanda por biocombustibles podría resultar en una mayor concentración de la producción y la tenencia de la tierra. Por otra parte, es probable que una fuerte expansión en la producción de biocombustibles a nivel mundial genere alzas en los precios de los productos agrícolas, al menos en el corto plazo. La ganadería y la silvicultura podrían verse también afectadas; la ganadería a través de los precios del alimento para animales y de la tierra disponible para el ganado, la silvicultura a través de la expansión de la tierra cultivable que resulte en una reducción de las áreas destinadas a esta actividad. la decisión de usar cultivos energéticos para producir biocombustibles es importante considerar el costo de oportunidad para la sociedad en su conjunto. Mientras que puede existir un efecto positivo en la cadena de valor y en el productor al percibir un mayor ingreso, el mercado de alimentos podría experimentar un a lza generalizada de precios, que a la vez podría traducirse en una caída del ingreso real de los consumidores. Esta situación es sensible especialmente en el caso de los países de la Región, donde las clases medias y bajas destinan una parte significativa de sus ingresos al consumo de alimentos. Otros efectos negativos pueden darse en términos de seguridad alimentaria y nutrición. La ganadería y la silvicultura no estarían exentas de ser afectadas por los biocombustibles. El efecto en el sector ganadero puede manifestarse a través de cambios en los precios del alimento para animales; mientras que el precio de los productos derivados del proceso de producción de
biocombustibles se reduce, otros como el del maíz aumenta, lo que resulta en cambios en los precios y la oferta de carne. Por otro lado, el aumento de la demanda por biocombustibles puede llevar a una expansión de la tierra cultivable que resulte en una reducción en las áreas destinadas a la ganadería y silvicultura. 6.6 HIDRÓGENO. El hidrógeno es el elemento químico de número atómico 1, representado por el símbolo H. Con una masa atómica de 1,00794 (7) u, es el más ligero de la tabla de los elementos. Por lo general, se presenta en su forma molecular, formando el gas diatómico H2 en condiciones normales. Este gas es inflamable, incoloro, inodoro, no metálico e insoluble en agua.
Debido a sus distintas propiedades, el hidrógeno no se puede encuadrar claramente en ningún grupo de la tabla periódica, aunque muchas veces se sitúa en el grupo 1 (o familia 1A) por poseer un solo electrón en la capa de valencia o capa superior. El hidrógeno es el elemento químico más abundante, al constituir aproximadamente el 75 % de la materia visible del universo. En su secuencia principal, las estrellas están compuestas principalmente por hidrógeno en estado de plasma. El hidrógeno elemental es relativamente raro en la Tierra y es producido industrialmente a partir de hidrocarburos como, por ejemplo, el metano. La mayor parte del hidrógeno elemental se obtiene in situ, es decir, en el lugar y en el momento en que se necesita. Los mayores mercados del mundo disfrutan de la utilización del hidrógeno para el mejoramiento de combustibles fósiles (en el proceso de hidrocraqueo) y en la producción de amoníaco (principalmente para el mercado de fertilizantes). El hidrógeno puede obtenerse a partir del agua por un proceso de electrólisis, pero resulta un método mucho más caro que la obtención a partir del gas natural. El isótopo del hidrógeno más común es el protio, cuyo núcleo está formado por un único protón y ningún neutrón. En los compuestos iónicos, puede tener una carga positiva (convirtiéndose en un catión llamado hidrón, H+, compuesto únicamente por un protón, a veces en presencia de 1 o 2 neutrones); o carga negativa (convirtiéndose en un anión conocido como hidruro, H-). También se pueden formar otros isótopos, como el deuterio, con un neutrón, y el tritio, con dos neutrones. En 2001, fue creado en laboratorio el isótopo 4H y, a partir de 2003, se sintetizaron los isótopos 5H hasta 7H.45 El hidrógeno forma compuestos con la mayoría de los elementos y está presente en el agua y en la mayoría de los compuestos orgánicos. Tiene un papel particularmente importante en la química ácido-base, en la que muchas reacciones implican el intercambio de protones (iones hidrógeno, H +) entre moléculas solubles. Puesto que es el único átomo neutro para el que se puede resolver analíticamente la ecuación de Schrödinger , el estudio de la energía y del enlace del átomo de hidrógeno ha sido fundamental hasta el punto de haber desempeñado un papel principal en el desarrollo de la cuántica. Las características de este elemento y su solubilidad en diversos metales son muy importantes en la metalurgia, puesto que muchos metales pueden sufrir fragilidad en su presencia,6 y en el desarrollo de formas seguras de almacenarlo para su uso como combustible. Es altamente soluble en diversos compuestos que poseen tierras raras y metales de transición, y puede ser disuelto tanto en metales cristalinos como amorfos. La solubilidad del hidrógeno en los metales está influenciada por las distorsiones locales o impurezas en la estructura cristalina del metal.
