NUEVA HERRAMIENTA PARA LA MEDICIÓN Y EL CONTROL DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LA GESTIÓN DE PROCESOS EMPRESARIALES

Resumen

Los distintos modelos de gestión en las empresas, especialmente los relacionados con las normas ISO, han venido demandando herramientas que permitan identificar los valores agregados de su aplicación y la forma de vincularlos directamente a la estrategia organizacional.

Una de las mayores dificultades en este sentido son los indicadores de medición de la eficiencia energética de los procesos, bien sean productivos o de servicios. Los indicadores comúnmente utilizados para este efecto: índice de consumo energético (energía consumida/cantidad de producción ) o facturación del consumo energético en el tiempo, con frecuencia conducen a conclusiones erróneas que se ven reflejadas en decisiones no efectivas de inversión para actividades de mantenimiento o reconversión tecnológica, que afectan la rentabilidad de la empresa al no alcanzar los resultados esperados. Por otra parte, la imposibilidad de medir la eficiencia energética con que se produce, obliga a las empresas a actuar sobre la reducción de los costos energéticos únicamente a través de los costosos cambios tecnológicos, dejando de lado el alto potencial existente mediante el seguimiento, la medición, el análisis y la mejora de la eficiencia energética en todos sus procesos productivos.

El trabajo presenta una nueva herramienta desarrollada y aplicada a nivel empresarial por los Grupos de Investigación Gestión Eficiente de la Energía de la Universidad del Atlántico, investigadores de la Universidad de Cienfuegos, Cuba, y el Grupo de Investigación en Energías GIEN de la Universidad Autónoma de Occidente, para medir y controlar el nivel de eficiencia energética en la gestión de los procesos a nivel operacional y gerencial, y, consecuentemente, lograr la reducción de los costos energéticos y elevar el nivel de competitividad de sus productos.

Introducción

Los indicadores de eficiencia energética cumplen una variedad de funciones que van desde el monitoreo de la eficiencia energética, el análisis y la evaluación de políticas energéticas hasta la valoración de nuevas tecnologías.

Sin una indicación de la eficiencia con que se usa la energía, una instalación podrá avanzar muy poco en un programa de gestión de la energía, debido a que no permite:

Determinar su estado actual y establecer una línea base.

Determinar su éxito comparando el cambio con respecto a la línea base.

Establecer metas realistas de mejora.

Establecer presupuestos realistas de gastos energéticos.

Asegurar fondos para inversión demostrando el éxito pasado y/o los ahorros anticipados de energía en futuros proyectos.

Generar la participación eficaz del personal de la instalación en el programa de gestión energética dado que sus desempeños particulares no pueden ser medidos.

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Convertir los procedimientos operacionales y de mantenimiento para mantenerse en los niveles de eficiencia meta, en hábitos y por ende en cultura organizacional.

Gastos y consumos energéticos

Los indicadores relacionados con gastos y consumos energéticos son losmás usados actualmente en el sector para medir el desempeño energético. La principal limitación de estos indicadores es que no pueden ser usados para gestionar la eficiencia energética por la vía de cambio de hábitos operacionales, de mantenimiento o de gestión del servicio, ya que dependen de factores no relacionados con estos como son: costos externos de los energéticos, precios del servicio, nivel tecnológico del equipamiento instalado, ubicación y tipo de instalación, capacidad de la instalación, entre otros).

Este hecho condiciona a que la gestión energética sea orientada fundamentalmente hacia cambios tecnológicos o cambios evidentes de hábitos, pero sin indicadores base que permitan hacer seguimiento de la variación de la eficiencia por el cambio de estos hábitos.

Un indicador de consumo para evaluar la eficiencia energética de una instalación puede ser poco confiable para adoptar a partir de él decisiones o iniciativas de gestión energética. Veamos la siguiente gráfica que corresponde a datos reales del comportamiento de un hotel de 120 habitaciones. (Álvarez 2004)1

ENERO FE-BRERO

MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

12.00

12.50

13.00

13.50

14.00

14.50

15.00

Indices energéticos mes Hotel

Consumo KWH/MES Costo USD/MES Indice de consumo KWH/HDO

Meses

Co

sto

s y

co

ns

um

os

en

erg

éti

co

s,

KW

H/M

ES

,US

D/M

ES

Indice de consumo KWH/HDO

Como muestrala gráfica de control de indicadores energéticos del hotel en el tiempo, los meses de mayor consumo son los de mayor costo energético pero no necesariamente los de menor eficiencia, o sea, de menor valor del indicador KWH/HDO.

Se puede apreciar que en el mes de febrero existió mayor consumo y costos de energía que en enero; sin embargo, la eficiencia o el valor del consumo y el costo por habitación día ocupada fue menor. Situación idéntica ocurre con marzo y abril, junio y julio, donde es inverso el comportamiento de los costos y consumos con el del índice de consumo.

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En el mes de junio, por ejemplo, se observa menor consumo y costo de la energía que en el mes de mayo, mientras el valor del consumo unitario KWH/HDO fue superior; por tanto, disminuye la eficiencia del uso de la energía.

En conclusión, no es posible utilizar los indicadores de costo y consumo de energía en el tiempo como un indicador de desempeño de la eficiencia energética de la instalación.

Indicador de consumo de energía eléctrica como indicador de eficiencia.

Independientemente de que se logre un indicador consistente en el índice de consumo, al alcanzar un alto nivel de correlación entre los kWh consumidos y las habitaciones equivalentes ocupadas en el hotel, también debe tenerse en cuenta que el índice de consumo es un indicador que varía con el nivel de ocupación del hotel. Veamos esto en la gráfica publicada en el trabajo (Álvarez 2004)2.

En la medida en que el nivel de ocupación se incrementa este índice baja y viceversa. Esto significa que el indicador puede cambiar no por la eficiencia con que se administre o se use la energía en el hotel sino únicamente por el nivel de ocupación del mismo, que no tiene relación alguna con el mejoramiento o la desmejora de los hábitos de eficiencia energética.

Este aspecto también se puede apreciar matemáticamente al obtener el índice de consumo a partir de la expresión general:

E = a*HDO eq + b,

IC = a + b / HDO eq., IC- índice de consumo de energía eléctrica.

Cada vez que aumenta HDOeq se reduce el valor de IC y:

Lim IC = a, cuando HDOeq tiende a infinito, por lo que el menor valor que puede tomar IC será el valor de “a”.

Notemos, además, que este índice de consumo puede inducir a la toma de decisiones equivocadas si es utilizado como indicador de eficiencia:

2

3

IC

HDOHDO HDO 2

Línea base de de IC vs HDOeq para el Hotel

IC1

IC 2

(Variación del índice de consumo con los cuarto noche ocupados.

El gráfico anterior representa una línea base de comportamiento en un hotel del IC vs. HDO eq y los desempeños de dos días o dos meses en los que existieron diferentes valores de HDO eq y de IC. Puede apreciarse que el par de valores correspondiente al mes 1 genera un punto en la gráfico que se encuentra por debajo de la línea base y el par de valores correspondientes al mes 2 genera un punto que se encuentra por encima de la línea base. Sin embargo, el IC1>IC2.

Debido a que IC1 se encuentra por debajo de la línea base del hotel, este mes fue más eficiente que el comportamiento promedio base para un número de habitaciones ocupadas HDOeq1 y debido a que IC2 se encuentra por encima de la línea base del hotel, el mes 2 fue menos eficiente que el comportamiento promedio base para un número de habitaciones ocupadas HDO2. Sin embargo, por ser IC1>IC2 deberíamos haber concluido lo contrario, es decir, que el mes 1 fue menos eficiente que el mes 2.

En caso de que la dirección de un hotel realice seguimiento en el tiempo del valor del IC mensual llegará a la conclusión de que el mes 1 fue más ineficiente que el mes 2 y consecuentemente adoptará medidas para controlar la eficiencia energética, cuando en realidad lo que ocurrió fue lo contrario.

Metodología para el establecimiento y el seguimiento del indicador de eficiencia energética.

La propuesta de indicador de eficiencia se fundamenta en establecer un modelo lineal o línea base del comportamiento típico del consumo de energía para los procesos de operacionales del hotel y comparar el desempeño real del consumo con el esperado.

Existen varios métodos para establecer la línea base, fundamentados en la premisa de que el año actual marca el inicio de la implementación del sistema de monitoreo y control del indicador de eficiencia energética. Para nuestro caso hemos conformado el siguiente método que consideramos se ajusta más a las condiciones de los procesos de la industria hotelera:

1. Elección del periodo de toma de la muestra de datos.

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2. Filtrado de datos de la muestra.

3. Determinación de la ecuación de la línea base del comportamiento del consumo energético mediante el modelo lineal (por método de los mínimos cuadrados) de variación del consumo energético con respecto a la causa asociada del mismo (producción o servicio realizado).

En este punto asumimos que el modelo de variación del consumo de energía es lineal al igual que varios trabajos que nos han antecedido (GERIAP 2001)3, (Neil 2002)4

El sentido físico del modelo lineal de variación del consumo de energía propuesto se basa en el supuesto de que el gasto total de energía de un proceso tiene un componente variable y uno fijo. El componente variable es aquel gasto que depende directamente de la cantidad de servicio o producto realizado y la cantidad fija es aquella que no depende directamente de esto. Esta concepción resulta muy útil teniendo en cuenta que la parte fija se puede reducir por eficiencia energética del consumo de energía total y la parte variable por la disminución del nivel de producción o servicio realizado.

4. Verificación del coeficiente de determinación del modelo R2.

El valor del coeficiente de determinación de la muestra ajustada a una ecuación de regresión lineal por el método de los mínimos cuadrados nos indica que el porcentaje del consumo total de la energía cambia con las variaciones de la producción o el servicio realizado y asociado al consumo. Físicamente, en la medida que este porcentaje sea mayor significa que existe menos gasto de energía no asociada a la realización del producto o el proceso y que las variaciones del consumo energético son explicadas primordialmente por las variaciones en la producción y no por otros eventos.

5. Determinación de la línea base de los mejores desempeños del consumo energético de la muestra a través del modelo lineal (método de los mínimos cuadrados) de variación del consumo energético con la producción o servicio asociado, utilizando solo los datos de la muestra cuyo consumo es inferior al consumo calculado según la ecuación de la línea base obtenida para todos los datos de la muestra.

6. Establecimiento del indicador de eficiencia energética.

Una vez establecidas las líneas base de consumo es posible determinar el indicador de eficiencia consistente en la relación que existe entre el valor de consumo estándar para una producción o un servicio realizado y el valor consumido real para la misma producción o servicio realizado.

La expresión matemática del indicador es:

(Consumo estándar (CE))* 100/Consumo real (CR) =IE

Los casos que pueden presentarse son:

Si CR > CE, IE, < 100. El valor por debajo de 100 significa el porcentaje en que el consumo real ha superado el consumo estándar.

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4

5

Si CR < CE, IE > 100. El valor por encima de 100 significa el porcentaje que el consumo real ha disminuido respecto al estándar.

El consumo estándar se determina por la ecuación obtenida para las líneas base y para la entidad existen dos posibilidades de evaluar su eficiencia, una con respecto al desempeño operacional promedio histórico y otra con respecto a las mejores operaciones del desempeño operacional promedio histórico. La ecuación de cualquiera de las dos líneas base será la misma :

CE = a * P + b,

a: Pendiente de la línea base, unidades de energía/unidades de producción o servicio

b: Intercepción de la línea base, unidades de energía/tiempo

P: Cantidad de la producción o el servicio realizado asociado al consumo de energía, unidades de producción o servicio/tiempo.

7. Seguimiento del indicador de eficiencia energética

Es posible graficar el indicador de eficiencia en el tiempo. El gráfico tendrá una línea central en el valor 100 que representa el estándar de eficiencia. Por encima de este valor estará la zona de sobrecumplimiento y por debajo la zona de incumplimiento

El valor en porcentaje determinado como (IE-100) representa cuánto se ha superado el indicador (si el valor es positivo) o cuánto falta para llegar al valor de la línea base (si es negativo).

8. Tendencia de la eficiencia energética5.

Además de registrar y monitorear el valor del indicador de eficiencia en el tiempo, es muy útil también monitorear y registrar el valor de su tendencia, porque esta nos indica si el comportamiento del desempeño en el uso eficiente de la energía se ha convertido en hábito o es variable. Así mismo, un cambio de dirección o de sentido de la tendencia es causa de un cambio de alguna variable no asociada al nivel de producción que debe ser investigado para que pueda ser controlada.

La tendencia del indicador se determina por la herramienta conocida de gráfico de tendencia, la cual está conformada, como el registro en el tiempo, de la suma acumulativa del valor de la diferencia del consumo real energético para una producción o un servicio dado y del consumo estándar para el mismo valor de producción o servicio. Su expresión matemática es la siguiente:

Sumatoria (CRi – CEi) = Sumatoria (CRi – a * Pi + b)

El gráfico se construye sobre una línea de valor 0 registrando en el eje “Y” el valor de la sumatoria acumulada hasta la fecha del registro y en el eje “X” la fecha del registro.

Una tendencia hacia arriba de pendiente positiva indica un incremento acumulado de la diferencia del consumo real respecto al consumo estándar y, por tanto, el mantenimiento de una tendencia a la pérdida de eficiencia. Una tendencia hacia abajo de pendiente negativa indica una disminución acumulada de la diferencia del consumo real respecto al estándar y, por tanto, una tendencia hacia el mantenimiento del incremento de la eficiencia. Una línea de tendencia

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que se mueva alrededor del eje “X” significa estabilidad en el desempeño de la eficiencia alrededor de la línea base. Los cambios sostenidos en las pendientes de la línea de tendencia, sean hacia arriba o hacia abajo, indican mejoras o desmejoras de la eficiencia de la fecha en que se registra con respecto a la tendencia acumulada.

El valor último de registro de la línea de tendencia expresa cuantitativamente el valor de la cantidad de energía ahorrada o dejada de ahorrar por la empresa desde que se comenzó el monitoreo del indicador de eficiencia.

La línea de tendencia tiene una aplicación muy importante, como es en la determinación del impacto en la eficiencia de las medidas aplicadas para la reducción del consumo energético. Una vez aplicada la medida, si realmente tuvo impacto en el consumo se refleja en un cambio sostenido de la pendiente de la línea de tendencia en el tiempo.

Conclusiones

Como se observa el método propuesto permite establecer indicadores de eficiencia tanto en el manejo de la energía como en el del agua,

Debido a que la línea base se establece para similares condiciones que el tiempo actual, los factores climáticos, tipo de turismo, tipo de instalación, entre otros, quedarán implícitos en la ecuación si se toma una muestra significativa, lo que reduce la complejidad de la determinación del indicador de eficiencia. En caso de que existan condiciones completamente diferentes en dos periodos del año que no puedan modelarse en una sola ecuación (clima, tipo de turismo etc…), es posible establecer dos líneas base, una para cada periodo de evaluación.

El método permite un proceso de mejora continua de la eficiencia de la instalación ya que en el primer periodo de monitoreo se puede tomar como línea base la promedio del periodo de la muestra, pero al concluir un periodo de trabajo (por ejemplo, un año) seguramente se han perfeccionado los procesos y las operaciones desde el punto de vista energético y al volver a realizar otra línea base esta se habrá desplazado hacia la zona de mejores operaciones con el planteamiento de nuevas metas.

De esta forma, consecutivamente al cabo de varios periodos de mejora se puede haber llegado al potencial de reducción del consumo identificado por la línea base de las mejores operaciones. Al llegar a este punto el trabajo, se debe mantener el resultado y para mejorar será necesario invertir en cambios tecnológicos.

Referencias

[1,2,] Álvarez Muñiz, Jorge Luís, “Caracterización energético – productiva en la empresa Hotel Puerta del Sol S.A. ” Barranquilla, 2004. 56 pp.

[3]Neil, Franklin Tyres, Brian, Guía Ambiental ARPEL. Monitoreo y Seguimiento del Uso de Energía 2002.69 pp

[4]National Productivity Council, “Cleaner Production-Energy Efficiency Manual for GERIAP, UNEP.” 2001.135 pp.

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[5] Campos J, Carmona G. y López D. Caracterización Energética de Empresas Industriales. Memorias I Congreso Internacional sobre Uso Racional y Eficiente de la Energía. CIUREE 2004. pp.314-318, ISBN.958-33-7132-7. Cali, Colombia 2004.

Sobre los autores:

Juan Carlos Campos Avella. Universidad del Atlántico. Colombia. Director Grupo Gestión Eficiente de la Energía. Ingeniero Termoenergético. Doctor en Ciencias Térmicas.

Carlos Eymel Campos Rodríguez. Universidad de Cienfuegos. Cuba. Ingeniero Mecánico.MSc en Energía y Medio Ambiente.

Enrique Ciro Quispe Oqueña. Universidad Autónoma de Occidente.Colombia. Director Grupo de Investigación GIEN. Ingeniero Eléctrico. MSc.

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