Cómo calcular el ahorro conseguido en un programa de eficiencia de motores

Los ingenieros que proponen al cliente proyectos de eficiencia energética se habrán percatado que no resulta fácil conseguir convencer a la propiedad embarcarse en un proyecto de eficiencia energética. Muchos asesoramientos con poco sentido realizados en el pasado tienen en cierta medida la culpa de este rechazo. Pero además, entramos en el mundo de los beneficios intangibles, los más difíciles de entender y de ejecutar. Solamente una metodología rigurosa, detallada y una propuesta convincente servirán para conseguir nuestro objetivo.

¿Cómo convencer al que tiene que pagar?

El ahorro que se consigue en una planta industrial de gran tamaño es espectacular, pero las inversiones no son desdeñables; es por ello que estos proyectos requieren una cuidadosa planificación de ingeniería.

Los gestores de planta buscan proyectos que proporcionen un retorno favorable, ya que normalmente se enfrentan a oportunidades de inversión múltiples.

El primer pacto es determinar el impacto en dólar de una medida (ver Los costes en el ciclo de vida de los proyectos energéticos). Para realizar el análisis los costes que deben valorarse son los siguientes:

• Investigación de costes de selección por una firma de implementación de ingeniería.

• Costes iniciales de capital, incluyendo los costes de compra e instalación de equipos y el coste de pedir prestado dinero para financiar el proyecto.

• Costes de mantenimiento.

• Costes de suministro y consumibles.

• Costes de energía en la vida económica del equipo.

• Costes de eliminación al fin de la vida útil del equipo.

• Impacto en la producción.

Este tipo de análisis a menudo muestran que los costes de electricidad representan tanto como el 96 % del LCC, el coste de capital representa solamente el 3 % y los costes de mantenimiento el 1 %. Claramente, cualquier medida que reduzca el consumo de electricidad sin reducir la fiabilidad y productividad tendrán un impacto financiero en la compañía.

Presentando las finanzas de la eficiencia

Hay muchas formas de medir el impacto financiero de las inversiones en eficiencia. Algunos métodos de análisis son más complejos que otros, y una propuesta puede basarse en varios.

Uno de los métodos más simples es el cálculo del payback, o tiempo requerido para amortizar un proyecto.

Pero disminuir los costes de la electricidad puede verse como una nueva fuente de capital para la compañía. Las inversiones de eficiencia energética producirán un ahorro económico cada año.

Cálculo del coste de la electricidad

La forma más exacta de conocer los costes de la electricidad es medir directamente la corriente o uso de la energía. Con cualquiera de estos métodos, los datos representan las condiciones de operación del sistema para ser útiles.

Para conocer el consumo de energía debemos medir con un vatímetro, o utilizar de manera simultánea un voltímetro y un amperímetro. Calcularemos así los kW que consume realmente el motor mientras se está utilizando y multiplicaremos este valor por las horas de operación durante el periodo en el que queremos calcular los costes de la electricidad (un mes o un año).

Debemos conocer algunos conceptos más para entender los costes de la electricidad consumida por los motores industriales.

Si hay posibilidad que la carga del motor esté por debajo de la capacidad nominal, entonces los cálculos usando medición directa de amperios y voltios no proporcionará resultados útiles.

Tampoco es práctico medir la corriente en los motores de alta potencia por el riesgo que ello entraña, ni en ambientes industriales donde las conexiones estén expuestas a humedad o contaminantes.

La mayoría de los motores industriales tienen un factor de servicio de 1.15. Esto significa que un motor con una potencia en placa de 100 hp en realidad operará intermitentemente a potencias de hasta 115 hp. Sin embargo, la eficiencia del motor puede caer ligeramente cuando el motor opera por encima de la carga nominal, lo cual significativamente hace que disminuya la vida del aislamiento.

Actualmente existen formas más sofisticadas y útiles para medir el consumo de los motores eléctricos, pero entrando en el mundo de los sensores y sistemas de captura de datos automatizados. No trataremos esos métodos en este artículo.

Ejemplo de consumo de un motor eléctrico

Supongamos un motor trifásico con factor de potencia 0.85 y un coste de la electricidad de 0.05 $/kWh. El motor trabaja 8760 horas al año (tres turnos).

Si obtenemos 77.88 kWh en la lectura del vatímetro, multiplicando por 0,05 y por 8750 horas y nos daría un coste anual de $ 34 111. Una cantidad importante para un solo motor.

Estos resultados serían aproximados porque las compañías eléctricas cargan al usuario unas estructuras más complicadas que deben analizarse. Típicamente las compañías incluyen un coste por energía ($/kWh) y cargos por demanda ($/kW). Diferentes costes tiene también la energía a lo largo del año y del día. Otros componentes de la factura eléctrica como las penalizaciones por factor de potencia pueden afectar a los motores. Por ejemplo, el uso de motores de inducción ligeramente cargados puede afectar adversamente al factor de potencia de una planta y hacer subir la factura eléctrica.

Una comisión del Departamento de Energía de Estados Unidos estimó que optimizando los sistemas de motores industriales del país aplicando técnicas de eficiencia energética puede reducirse el consumo eléctrico en 75-122.000 millones de kWh al año, o lo que es lo mismo $5.800 millones de dólares al año. Estas estimaciones contemplan sólo el ahorro energético conseguido, y no otros beneficios adicionales que se obtienen tales como la mejora de los procesos de producción o el mantenimiento reducido.

El ahorro que puede conseguirse como % de los márgenes de operación por grupos industriales son los siguientes:

• Industria papelera: 5 %

• Refino del petróleo: 1 %

• Industria química inorgánica: 6 %

• Papeleras: 5 %

• Acerías: 2 %

• Industria química orgánica: 1 %

• Gases industriales: 13 %

• Materiales plásticos y resinas: 1 %

• Cemento, hidráulica: 4 %

En este tipo de plantas el coste del sistema de energía de los motores típicamente excede un millón de dólares. En algunas industrias como las acerías el coste puede ser de seis millones de dólares al año.

¿Qué ahorro energético podemos conseguir en cada motor?

Como vemos en muchos de los artículos de TODOPRODUCTIVIDAD, las estrategias para reducir el consumo energético de los motores son muchas y dependen de cada aplicación. Pero para hacernos una idea básica de las magnitudes de las que estamos hablando en cualquier industria indicamos a continuación el ahorro conseguido simplemente sustituyendo un motor convencional por otro Premium. Los motores Premium son particularmente efectivos en motores cuyas horas de operación anual superan las 2000, donde los costes de la energía son altos y donde los costes de reparación de motores son altos. De modo orientativo, indicamos que estos motores cuestan en torno a un 10 - 15 % más que los convencionales. Los ahorros que pueden conseguirse son los siguientes:

• En 10 HP el ahorro sería de unos $60 al año.

• En 25 HP sería de $78 al año

• En 50 HP sería de $191 al año.

• En 100 HP sería de $223 al año.

• En 200 HP sería de $588 al año.

Bibliografía: Improving Motor and Drive System Performance. A sourcebook for Industry. Industrial Technologies Program. U.S. Department of Energy