Metodología y desarrollo aplicativo para la gestión de la eficiencia energética en la industria de fabricación

Resumen

En 2.006 la eficiencia energética era una disciplina desconocida, poco sistematizada y rodeada de numerosos tópicos; muchos de los cuales bastante alejados de la realidad. Buscar la eficiencia energética estaba más cercano al ecologismo que a la búsqueda de una mayor productividad. Sin embargo, algo cambió durante el año 2.008. La fuerte demanda de petróleo hizo que alcanzará valores nunca vistos (149 dólares el barril en julio) con una pendiente alcista igualmente desconocida, máxime cuando las causas no se circunscribían dentro de la inestabilidad geopolítica. Durante ese año el mundo vio cómo la energía en la cual se basa la prosperidad occidental (el petróleo) tenía un fin inminente, esta vez visible. El problema no iba ser que no hubiese petróleo, sino que su escasez provocara precios tales que lo convirtiesen en un producto de lujo. A mediados de 2.008 se hablaba de una triple crisis mundial: hipotecaria, financiera y energética. El problema parecía enormemente complejo y sin solución aparente. Sin embargo, en diciembre de 2.008 bajó drásticamente la demanda de energía, causado por la crisis económica, lo cual retrotrajo los precios del petróleo a 32 dólares por barril. La crisis energética había quedado, momentáneamente, aletargada. No obstante, el mensaje había quedado muy claro: no hay suficiente energía. Así que dos caminos, antes secundarios, se convierten en prioritarios: hay que obtener nuevas fuentes de energía no basadas en el petróleo y hay que reducir el consumo energético. La eficiencia energética se enmarca dentro de esta segunda vía. Serán eliminados de los antecedentes todos aquellos prejuicios sobre la eficiencia energética que estaban instaurados dentro de la industria de fabricación (como el axioma falso que sentencia que la industria ha mantenido siempre una preocupación constante por su consumo energético) y se abordará la posibilidad de establecer una metodología general de análisis de la eficiencia energética en las plantas existentes y futuras. La eficiencia energética es una disciplina sumamente transversal, que implica áreas tecnológicas y organizativas de muy diversa índole. Esto, sumado al hecho de que los agentes que intervienen de forma determinante a lo largo de la vida útil de la planta son distintos e inconexos, dota a la problemática de una metodología general para la eficiencia energética de una dificultad mucho más metodológica que técnica. Un primer paso en el establecimiento de esa metodología general es hallar el enfoque más adecuado para abordarla. Un proceso de fabricación puede definirse en función a diversos criterios: bienes de equipo, organización del trabajo, cualificación de la mano de obra, sistema de calidad, materias primas, intensidad energética, tratamiento de residuos, relación con proveedores, acceso al mercado, etc. Son tantas las variables que nunca existirán dos procesos exactamente iguales. Se realiza un recorrido panorámico de la eficiencia energética en los procesos de fabricación. Partiendo de cómo se ha tratado hasta la fecha a través de las distintas publicaciones, se abordará la problemática de la eficiencia desde dos puntos de vista: el enfocado al proceso, que analizará las claves intrínsecas a las tecnologías del proceso de fabricación concreto; y el punto de vista enfocado a los sistemas, entendiendo como tales los equipos estándares que conforman el proceso. Este análisis mostrará cuál es la perspectiva adecuada para establecer una metodología trasversal en el estudio del rendimiento energético de las plantas de fabricación. Esta metodología permitirá sistematizar la gestión de la eficiencia energética en la industria y posibilitará un estudio fundamentado en datos abundantes y útiles, así como el establecimiento de modelos, protocolos, estructuras organizativas, etc. El enfoque a través de los sistemas mostrará además un aporte esencial: la importante vinculación que existe entre la ingeniería de fabricación y la eficiencia energética. En el capítulo 3 se avanza un segundo paso: habida cuenta de las barreras que existen para la eficiencia energética, es necesario identificar la influencia que puede llegar a tener la eficiencia energética en parámetros estratégicos y fundamentales para la industria de fabricación, como lo son la productividad y la competitividad. La eficiencia energética ha sido siempre identificada con el ahorro. Sin embargo el ahorro tiene su mayor influencia en el corto plazo y la eficiencia energética presenta sus mayores efectos diferenciadores en el medio y largo plazo. Es decir, la eficiencia energética, mucho más allá de ser una táctica para la gestión de la planta, proporciona un criterio estratégico para generar ventaja competitiva Se analizará qué percepción ha tenido la gestión energética en la industria de fabricación, cómo ha evolucionado la eficiencia energética a lo largo de los años y cómo se han paliado los efectos que tiene una mala gestión energética sobre la competitividad. Posteriormente se formulará cómo la eficiencia energética afectará a la productividad, generando efectos catalizadores sobre el global del proceso productivo. A través de ese modelo se podrán definir claramente prioridades en las actuaciones de eficiencia energética y los estándares de diseño, especificaciones de compra y protocolos de mantenimiento. Una vez determinado el enfoque necesario para abordar la eficiencia energética, así como demostrado el carácter estratégico de la misma, es necesario desarrollar la metodología de gestión de la eficiencia energética. La metodología desarrollada en el capítulo 4 pretende dar las pautas generales que sirvan para sistematizar la forma en la que se aborda la gestión de la eficiencia energética. El objetivo es definir una metodología específica de la gestión energética pero fácilmente integrable con la gestión del proceso. Se define con el nombre de Gestión del Ciclo de Vida Energético, Energy Lifecycle Management (ELM). Por Energy Life-cycle Management se definen un conjunto de herramientas de análisis y gestión que se aplican a los procesos de fabricación, conformando una metodología general para la implementación de sistemas de gestión energética en las plantas de fabricación. Estas herramientas de gestión se pueden agrupar en cuatro bloques distintos: - Gestión energética orientada al ciclo de vida del proceso: la evolución del proceso, a lo largo de su ciclo de vida, muestra claves que un análisis puntual en el tiempo no puede ofrecer. - Gestión fundamentada en el análisis de datos: la sistematización de la metodología debe sustentarse en índices fiables, viables y verificables. - Gestión coordinada del ciclo de vida del proceso: al ser una disciplina tan trasversal, la gestión de la eficiencia energética debe estar coordinada por un gestor energético a lo largo de la vida útil de la planta. - Gestión de la cultura y política energética: la cultura energética y la sensibilización del personal, a todos los niveles de la empresa, determinarán en gran medida las posibilidades de éxito de la implantación de un sistema de gestión energético. Tras este recorrido, se estará en condiciones óptimas de aplicar todo este desarrollo a un ejemplo concreto y simular lo desarrollado, el cual se desarrolla en el capítulo 5. De todas las disciplinas en las cuales realizar actuaciones de eficiencia energética, la que más ahorro puede proporcionar es la que respecta a los sistemas motores. Dos son los aspectos fundamentales que hacen a los sistemas motores clave en cualquier programa de fabricación energéticamente eficientes: - Suponen entre el 60% y el 75% del consumo eléctrico en la industria de fabricación. Representan, por tanto, una gran cantidad de energía. - Están presentes en cualquier tipo de industria, y las acciones a realizar son bastante elásticas (grandes instalaciones requerirán grandes equipos y grandes actuaciones, pequeñas instalaciones requerirán pequeñas acciones y pequeñas inversiones). En conclusión, cualquier tipo de industria de fabricación puede realizar acciones de fabricación sostenible. Evidentemente es necesario conocer cada elemento por separado, dado que el modo en el cual varía la eficiencia energética de cada uno de ellos determina la eficiencia energética del sistema, y por tanto del proceso. Además, según las condiciones concretas en las que se va a operar existirá una tecnología óptima para cada uno de esos elementos. Igualmente se identificarán las fuentes de ineficiencia inherentes a los equipos, a los sistemas y a las tecnologías de regulación. Dichas fuentes tendrán un impacto diferente, el cual habrá que cuantificar para discriminar aquellas fuentes de ineficiencia con mayor repercusión. Se simularán los sistemas de motores convencionales en las plantas de fabricación, compuestos por bombas centrífugas y motor eléctrico de inducción, así como los sistemas de regulación más comunes frente a los más eficientes; cuantificando una medida del ahorro potencial y su repercusión en el coste energético. Posteriormente se calculará qué efecto tiene cada una de las soluciones sobre la productividad, con especial atención a los efectos de degradación y sinergia. Por último se desarrollará, a modo de ejemplo, la metodología ELM para el diseño y selección de los equipos para una aplicación determinada.