ponencia completa acofi.campos-quispe

8/7/2019 Ponencia Completa ACOFI.Campos-Quispe

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Reunin Nacional y Expoingeniera ACOFI 2009 Santa Marta Colombia. Septiembre 2009

Articulo TI-041

NUEVA HERRAMIENTA PARA LA MEDICIN Y EL CONTROL DE LA EFICIENCIA

ENERGTICA EN LA GESTIN DE PROCESOS EMPRESARIALES.

Juan C. Campos Avella *; Carlos E. Campos Rodriguez **; Enrique C. Quispe Oquea***;Rosaura Castrillon***

* Universidad del Atlntico, Colombia;** Universidad de Cienfuegos, Cuba; ***UniversidadAutnoma de Occidente, Colombia.

Resumen

La aplicacin de los distintos modelos de gestin en las empresas, especialmente los ISO, ha

venido demandando herramientas que permitan ver los valores agregados de su aplicacin ycmo vincularlos directamente a la estrategia organizacional.

Una de las mayores dificultades en este sentido son los indicadores de medicin de la eficienciaenergtica de los procesos, ya sean productivos o de servicios. Los indicadores comnmenteutilizados para este efecto: ndice de consumo energtico (energa consumida/produccinrealizada) o facturacin de el consumo energtico en el tiempo, con frecuencia conducen aconclusiones errneas que se ven reflejadas en malas decisiones de inversin para actividadesde mantenimiento o reconversin tecnolgica que afectan la rentabilidad de la empresa al noalcanzar los resultados esperados. Por otra parte, no poder medir la eficiencia energtica conque se produce, obliga a las empresas a no poder actuar sobre la reduccin de los costosenergticos si no es a travs de los costosos cambios tecnolgicos, dejando a un lado el altopotencial existente a travs del seguimiento, medicin, anlisis y mejora de la eficiencia

energtica en todos sus procesos productivos.El trabajo presenta una nueva herramienta desarrollada y aplicada a nivel empresarial por losGrupos de Investigacin Gestin Eficiente de la Energa de la Universidad del Atlntico,investigadores de la Universidad de Cienfuegos, Cuba y el Grupo de Investigacin en EnergasGIEN de la Universidad Autnoma de Occidente, para poder medir y controlar el nivel deeficiencia energtica en la gestin de los procesos a nivel operacional y gerencial, con el objetode lograr la reduccin de los costos energticos y elevar el nivel de competitividad de susproductos.

Palabras clave: Gestin energtica, eficiencia energtica, uso racional de la energa.

Abstract

The work shows a new tool applied to business to measure and to control the energy efficiencyin the management of the processes, with the purpose to achieve the reduction of the energycosts and to elevate the level of competitiveness of its products.

Keywords:Energy management, energy efficiency, rational use of the energy.


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1. Introduccin

Los indicadores de eficiencia energtica cumplen una variedad de funciones que van desde elmonitoreo de la eficiencia energtica, el anlisis y la evaluacin de polticas energticas hasta lavaloracin de nuevas tecnologas.

Sin una indicacin de la eficiencia con que se usa la energa una instalacin podr avanzar muypoco en un programa de gestin de la energa ya que no puede:

Determinar su estado actual y establecer una lnea base

Determinar su xito comparando el cambio con respecto a la lnea base

Establecer metas realistas de mejora.

Establecer presupuestos realistas de gastos energticos

Asegurar fondos para inversin demostrando el xito pasado y/o los ahorros anticipadosde energa en futuros proyectos.

Generar la participacin eficaz del personal de la instalacin en el programa de gestinenergtica ya que sus desempeos particulares no pueden ser medidos.

Convertir los procedimientos operacionales y de mantenimiento para mantenerse en losniveles de eficiencia metas, en hbitos y cultura organizacional.

2. Gastos energticos y consumos energticos

Los indicadores relacionados con gastos energticos y consumos energticos son los msusados en la actualidad en el sector para medir el desempeo energtico. La principal limitacinde estos indicadores es que no pueden ser usados para gestionar la eficiencia energtica por lava de cambio de hbitos operacionales, de mantenimiento o de gestin del servicio, ya quedependen de factores no relacionados con estos como son: los costos externos de losenergticos, los precios del servicio, el nivel tecnolgico del equipamiento instalado, laubicacin y tipo de instalacin, la capacidad de la instalacin etc...)

Este hecho condiciona a que la gestin energtica sea desarrollada fundamentalmente haciacambios tecnolgicos o cambios evidentes de hbitos pero sin indicadores bases que permitanhacer seguimiento de la variacin de la eficiencia por el cambio de estos hbitos.

Un indicador de consumo para evaluar la eficiencia energtica de una instalacin puede sermuy peligroso para adoptar a partir de l decisiones o iniciativas de gestin energtica. Veamoslas siguiente grfica que corresponde a datos reales del comportamiento de un Hotel de 120habitaciones. (lvarez 2004)1


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Como observamos de la grfica de control de indicadores energticos del hotel en el tiempo losmeses de mayor consumo son los meses de mayor costo energtico pero no sonnecesariamente los meses de menor eficiencia, o sea, de menor valor del indicador KWH/HDO.

Se puede apreciar que el mes de febrero existi mayor consumo y costos de energa que enerosin embargo la eficiencia o el valor del consumo y costo por habitacin da ocupada fue menor.Situacin idntica ocurre con marzo y abril, junio-julio, donde es inverso el comportamiento delos costos y consumos con el del ndice de consumo

En el mes de junio, por ejemplo, se observa menor consumo y costo de la energa que el mesde mayo mientras el valor del consumo unitario KWH/HDO fue superior, por tanto baja laeficiencia del uso de la energa.

En conclusin no es posible utilizar los indicadores de costo y consumo de energa en el tiempocomo un indicador de desempeo de la eficiencia energtica de la instalacin.

3. Indicador de consumo de energa elctrica como indicador de eficiencia.

Independientemente de que se logre un indicador consistente en el ndice de consumo, al lograrun alto nivel de correlacin entre los kWh consumidos y las habitaciones equivalentes ocupadasen el hotel, tambin debe tenerse en cuenta que el ndice de consumo es un indicador que variacon el nivel de ocupacin del hotel. Observemos esto en la grfica publicada en el trabajo(lvarez 2004)2.


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En la medida que el nivel de ocupacin se incrementa este ndice baja y viceversa. Estosignifica que el indicador puede cambiar no por la eficiencia con que se administre o se use laenerga en el hotel sino solo por el nivel de ocupacin del mismo, que no tiene ninguna relacincon el mejoramiento o empeoramiento de los hbitos de eficiencia energtica.

Este aspecto tambin se puede observar matemticamente al obtener el ndice de consumo apartir de la expresin general:

E = a*HDO eq + b,

IC = a + b / HDO eq., IC- ndice de consumo de energa elctrica.

En la medida que aumenta HDOeq se reduce el valor de IC y:

Lim IC = a, cuando HDOeq tiende a infinito, por tanto el menor valor que puede tomar IC ser elvalor de a.

Observemos adems que este ndice de consumo puede inducir a la toma de decisionesequivocadas si es utilizado como indicador de eficiencia:

IC

HDOHDO HDO 2

Lnea base de de IC vs HDOeq para elHotel

IC1

IC 2


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El grfico anterior representa una lnea base de comportamiento de un Hotel del IC vs HDO eqy dos desempeos de dos das o dos meses donde existieron diferentes valores de HDO eq yde IC. Puede observarse que el par de valores correspondiente al mes 1 genera un punto en lagrfica que se encuentra por debajo de la lnea base y el par de valores correspondiente al mes2 genera un punto que se encuentra por encima de la lnea base. Sin embargo, el IC1>IC2.

Debido a que IC1 se encuentra por debajo de la lnea base del Hotel este mes se fue mseficiente que el comportamiento promedio base para un nmero de habitaciones ocupadasHDOeq1 y debido a que IC2 se encuentra por encima de la lnea base del Hotel, el mes 2 se fuemenos eficiente que el comportamiento promedio base para un nmero de habitacionesocupadas HDO2. Sin embargo, debido a que IC1>IC2 debiramos haber concluido lo contrario,que el mes 1 fue menos eficiente que el mes 2.

En el caso que la direccin de un Hotel realice seguimiento en el tiempo del valor del ICmensual llegar a la conclusin de que el mes 1 fue ms ineficiente que el mes 2 y enconsecuencia adoptar medidas para controlar la eficiencia energtica, cuando en realidad loque ocurri fue lo contrario.

4. Metodologa para el establecimiento y seguimiento del indicador de eficiencia

energtica.La propuesta de indicador de eficiencia se fundamenta en establecer un modelo lineal o lneabase del comportamiento tpico del consumo de energa para los niveles de operaciones delhotel y comparar el desempeo real del consumo con el esperado.

Existen varios mtodos para establecer la lnea base, los cuales estn basados en la premisade que el ao actual marca el inicio de la implementacin del sistema de monitoreo y control delindicador de eficiencia energtica. Para nuestro caso hemos conformado el siguiente mtodoque consideramos se ajusta mejor a las condiciones de los procesos de la industria hotelera:

1. Eleccin del perodo de toma de la muestra de datos.

2. Filtrado de datos de la muestra.

3. Determinar la ecuacin de la lnea base del comportamiento del consumo energticomediante el modelo lineal (por mtodo de los mnimos cuadrados), de variacin delconsumo energtico con respecto a la causa asociada del mismo (produccin realizadao servicio realizado).

En este punto asumimos que el modelo de variacin del consumo de energa eslineal al igual que varios trabajos que nos han antecedido (GERIAP 2001) 3, (Neil2002)4

El sentido fsico del modelo lineal de variacin del consumo de energa propuestose basa en el supuesto de que el gasto total de energa de un proceso tiene unacomponente variable y una fija. La componente variable es aquel gasto que

depende directamente de la cantidad de servicio o producto realizado y lacantidad fija es aquella que no depende directamente de esto. Esta concepcinresulta muy til ya que en la parte fija esta cuanto se puede reducir por eficienciaenergtica del consumo de energa total ya que para reducir la parte variablehabra que reducir el nivel de produccin o servicio realizado.

4. Verificacin del coeficiente de determinacin del modelo R2.


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El valor del coeficiente de determinacin de la muestra ajustada a una ecuacinde regresin lineal por el mtodo de los mnimos cuadrados nos indica; que porciento del consumo total de la energa vara con las variaciones de la produccino servicio realizado y asociado al consumo. Fsicamente, en la medida que estepor ciento sea mayor significa que existe menos gasto de energa no asociada ala realizacin del producto o proceso y que las variaciones del consumo

energtico son explicadas mayoritariamente por las variaciones en la producciny no por otros eventos.

5. Determinar la lnea base de los mejores desempeos del consumo energtico de lamuestra a travs del modelo lineal (por el mtodo de los mnimos cuadrados) devariacin del consumo energtico con la produccin o servicio asociado, utilizando sololos datos de la muestra cuyo consumo es inferior al consumo calculado segn laecuacin de la lnea base obtenida para todos los datos de la muestra.

6. Establecimiento del Indicador de eficiencia energtica.

Una vez establecidas las lneas base de consumo es posible establecer elindicador de eficiencia que consiste en la relacin que existe entre el valor de

consumo estndar para una produccin o servicio realizado y el valor consumidoreal para la misma produccin o servicio realizado.

La expresin matemtica del indicador es:

(Consumo estndar (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 por ciento en que elconsumo real ha superado del consumo estndar.

Si CR < CE, IE > 100. El valor por encima de 100 significa el por ciento que elconsumo real ha disminuido respecto al estndar.

El consumo estndar se determina por la ecuacin obtenida para las lneas basey existen para la entidad dos posibilidades de evaluar su eficiencia, una conrespecto al desempeo operacional promedio histrico y otra con respecto a lasmejores operaciones del desempeo operacional promedio histrico. Laecuacin de cualquiera de las dos lneas base tendr la misma forma:

CE = a * P + b,

a- Pendiente de la lnea base, unidades de energa / unidades de produccin oservicio

b- Intercepto de la lnea base, unidades de energa/ tiempo

P cantidad de la produccin o servicio realizado asociado al consumo deenerga, unidades de produccin o servicio / tiempo.

7. Seguimiento del indicador de eficiencia energtica

Es posible graficar el indicador de eficiencia en el tiempo. El grfico tendr unalnea central en el valor 100. Por encima de 100 ser la zona desobrecumplimiento del estndar de eficiencia y por debajo la zona deincumplimiento del estndar de eficiencia. En la lnea central el valor de 100, estala lnea de cumplimiento del estndar de eficiencia.


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El valor en por ciento determinado como (IE-100) representa cuanto se hasuperado el indicador (si el valor es positivo) o cuanto falta para llegar al valor dela lnea base (si es negativo).

8. Tendencia de la eficiencia energtica5.

Adems de registrar y monitorear el valor del indicador de eficiencia en el tiempo

es muy til tambin monitorear y registrar el valor de la tendencia de esteindicador, ya que la misma nos indica si el comportamiento del desempeo en eluso eficiente de la energa se ha convertido en hbito o es variable. Tambin uncambio de direccin o de sentido de la tendencia es causa de un cambio dealguna variable no asociada al nivel de produccin que debe ser investigado paraque pueda ser controlada.

La tendencia del indicador se determina por la herramienta conocida de grficode tendencia. El grfico de tendencia se conforma como el registro en el tiempode la suma acumulativa del valor de la diferencia del consumo real energticopara una produccin o servicio dado, del consumo estndar para el mismo valorde produccin o servicio. Su expresin matemtica puede ser la siguiente:

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

El grfico se conforma sobre una lnea de valor 0 registrando en el eje Y elvalor de la sumatoria acumulada hasta la fecha del registro y en el eje X lafecha del registro.

Una tendencia hacia arriba de pendiente positiva indica un incrementoacumulado de la diferencia del consumo real respecto al consumo estndar y portanto el mantenimiento de una tendencia a la prdida de eficiencia. Unatendencia hacia debajo de pendiente negativa indica una disminucin acumuladade la diferencia del consumo real respecto al estndar y por tanto una tendenciahacia el mantenimiento del incremento de la eficiencia. Una lnea de tendenciaque se mueva alrededor del eje X significa una estabilidad en el desempeo dela eficiencia alrededor de la lnea base. Los cambios sostenidos en laspendientes de la lnea de tendencia sean hacia arriba o hacia abajo indicanmejoras o empeoramientos de la eficiencia de la fecha en que se registra conrespecto a la tendencia acumulada.

El valor ltimo de registro de la lnea de tendencia expresa cuantitativamente elvalor de la cantidad de energa ahorrada o dejada de ahorrar por la empresadesde que se comenz el monitoreo del indicador de eficiencia

La lnea de tendencia tiene una aplicacin muy importante y es en ladeterminacin del impacto en la eficiencia de las medidas aplicadas para lareduccin del consumo energtico. Una vez aplicada la medida, si

realmente tuvo impacto en el consumo se refleja en un cambio sostenido de lapendiente de la lnea de tendencia en el tiempo.

5. Conclusiones

Como se observa el mtodo propuesto permite establecer indicadores de eficiencia no solo enel manejo de la energa sino tambin por ejemplo en el manejo del agua del hotel.

Debido a que la lnea base se establece para similares condiciones que el tiempo actual, losfactores climticos, tipo de turismo, tipo de instalacin etc quedarn implcitos en la ecuacin


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si se toma una muestra adecuadamente significativa. Esto reduce la complejidad de ladeterminacin del indicador de eficiencia. En caso de que existan condiciones completamentediferentes en dos periodos del ao que no puedan modelarse en una sola ecuacin, (clima, tipode turismo etc.) es posible establecer dos lneas bases, una para cada periodo de evaluacin.

El mtodo permite un proceso de mejora continua de la eficiencia de la instalacin ya que en el

primer periodo de monitoreo se puede tomar como lnea base la promedio del perodo de lamuestra, pero al concluir un perodo de trabajo (por ejemplo, un ao) seguramente se hanperfeccionado los procesos y las operaciones desde el punto de vista energtico y al volver arealizar otra lnea base esta se habr desplazado hacia la zona de mejores operaciones con elplanteamiento de nuevas metas.

De esta forma consecutivamente al cabo de varios perodos de mejora se puede haber llegadoal potencial de reduccin del consumo identificado por la lnea base de las mejoresoperaciones. Al llegar a este punto el trabajo se debe mantener el resultado y entonces paramejorar ser necesario invertir en cambios tecnolgicos.

6. Referencias

[1,2] lvarez Muiz, Jorge Lus, Caracterizacin energtico productiva en la empresa hotel

Puerta del Sol S.A. Barranquilla, 2004. 56 pp.

[3] Neil, Franklin Tyres, Brian, Gua Ambiental ARPEL. Monitoreo y Seguimiento del Uso deEnerga 2002.69 pp

[4] National Productivity Council, Cleaner production-Energy Efficiency manual for GERIAP,UNEP. 2001.135 pp.

[5] Campos J, Carmona G. y Lpez D. Caracterizacin Energtica de Empresas Industriales.Memorias I Congreso Internacional sobre Uso Racional y Eficiente de la Energa. CIUREE2004. pp.314-318, ISBN.958-33-7132-7. Cali, Colombia 2004.

Sobre los autores:

Juan Carlos Campos Avella. Universidad del Atlntico. Colombia. Director Grupo GestinEficiente de la Energa. Ingeniero Termoenergtico. Doctor en Ciencias Trmicas.

Carlos Eymel Campos Rodriguez . Universidad de Cienfuegos. Cuba. IngenieroMecnico.MSc en Energa y Medio Ambiente.

Enrique Ciro Quispe Oquea. Universidad Autnoma de Occidente. Colombia. Director delGrupo de Investigacin en Energas GIEN. Ingeniero Electricista, MSc. Ing Elctrica.

Rosaura Castrillon Mendoza. Universidad Autnoma de Occidente. Colombia. Investigadoradel Grupo de Investigacin en Energas GIEN. Ingeniero Electricista, Especialista enAutomatizacin de Equipos..


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