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Mejoramiento De Los Indices Energeticos Y Ambientales Del Comedor De La Ciudad
Universitaria De Peru Implementando La Eficiencia Energetica
Improvement Of Energy Indices And Environmental Of The Dining Room Of The University
City Of Peru Implementing Energy Efficiency
Manuel Jesús Luna Hernández
Maestro en Gestión Ambiental, Universidad Nacional Mayor de San Marcos,
Lima, Perú, mjesuslunah@yahoo.com, ORCID: 0000-0001-7487-8543,
https://scholar.google.com/citations?user=R7fjbncAAAAJ
Luna Sono Jaime
Maestro en Gestión Pública y Gobernabilidad
Universidad César Vallejo – jalunal@ucvvirtual.edu.pe
Correo: jaimelunasono1@gmail.com, ORCID: 0000-0001-7374-8149,
https://scholar.google.es/scholar?hl=es&as_sdt=0%2C5&q=jaime+luna+son
o&btnG=
Milagros Jeanette Abanto Zorrilla
Maestro en Gestión de Servicios de la Salud, Universidad César Vallejo,
Lima, Perú
aabantozo1@ucvvirtual.edu.pe, ORCID: 0000-0001-6092-8626
https://scholar.google.es/scholar?hl=es&as_sdt=0%as_sdt=0%2C5&q=mila
gros+janette+Abanto+Zorrilla&btnG=
Maribel Rosales Armas
Maestro en Gestión de Servicios de la Salud, Universidad César Vallejo,
Lima, Perú
rrosalesar@ucvvirtual.edu.pe, ORCID: 0000-0002-9194-1388
https://scholar.ggogle.escitations?view_op=search_authors&mauthors=Mari
bel+Rosales+Armas&hl=es&oi=ao
Revista Iberoamericana de la Educación
Vol – Especial 1 2021
e-ISSN: 2737-632x
Abstract: The purpose of the research work is to analyze the level of the
energy and environmental indices of the dining room of the university city
(CU) of the UNMSM, and to implement measures for its reduction. As part
of the service provided by the CU, 140000 rations are offered per year, which
Article
generates an annual fluid energy consumption of 14000 gallons of liquefied
petroleum gas (LPG), 11250 gallons of diesel-2 (D-2) and an estimated
107627 kWh of electricity. As a result of the analysis, a set of measures has
been proposed to improve the energy and environmental indices of the CU.
In this way, it will be possible to reduce fuel consumption by 2425 gal/year
(18.5%) and electricity at 28380 kWh/year (26.37%); which means an annual
economic saving of US$ 13547 and a reduction in CO2 emissions of 32.33
tons/year; these improvements will be achieved with an investment of US $
14984, recovering the same in about a year.
Key Words: Energy efficiency, energy indices, UNMSM university dining
room.
Resumen: El propósito del trabajo de investigación es analizar el nivel de los
índices energéticos y ambientales del comedor de la ciudad universitaria (CU)
de la UNMSM, y de implementar medidas para su reducción. Como parte del
servicio que brinda el CU, se ofertan 140000 raciones anuales, lo que genera
un consumo de fluidos energéticos anual de 14000 gal de gas licuado de
petróleo (GLP), 11250 gal de diésel-2 (D-2) y una cantidad estimada de
107627 kWh de electricidad. Como resultado del análisis se ha planteado un
conjunto de medidas para mejorar los índices energéticos y ambientales del
CU. De esa manera se logrará reducir el consumo de combustibles en 2425
gal/año (18.5%) y de electricidad en 28380 kWh/año (26.36%); lo que
significa un ahorro económico anual de US$ 13546 y una reducción de las
emisiones de CO2 de 32.15 ton/año; estas mejoras se lograrán con una
inversión de US$ 14984, recuperándose la misma en aproximadamente un
año.
Palabras claves: Eficiencia energética, índices energéticos, comedor
universitario UNMSM.
Article
INTRODUCTION
Los altos costos productivos de las organizaciones en la manufactura de sus
productos y servicios finales, han obligado a las mismas a implementar
nuevas técnicas productivas, donde se destaca la eficiencia energética, que
permite reducir la inversión en costos de energía, menores impactos
ambientales negativos, mayor seguridad y salud en el trabajo; cumpliendo las
organizaciones de esta manera con sus compromisos socio-ambientales y
logrando ser más competitivas en el mercado nacional e internacional, como
afirma Cicone (2007).
El presente trabajo de investigación permite visualizar, según Campos,
Quispe y Vidal (2008), una metodología de cálculo para la reducción de los
índices energéticos y ambientales de los gases de efecto invernadero que se
generan en el comedor de la ciudad universitaria (CU) de la UNMSM,
teniendo como marco de referencia la norma internacional ISO 50001:2001
“Sistema de Gestión de la Energía”.
Las Energías Primarias, son formas de energía provistas por la naturaleza de
manera directa, y se utilizan en su estado natural; entre las principales fuentes
de energía primarias están: la hidroenergía, el petróleo crudo, el gas natural,
el carbón mineral, la biomasa, la energía solar y la eólica. Energías
secundarias, son aquellas que provienen de diferentes centros de
transformación, como la energía eléctrica de las centrales de generación, o el
diesel de las refinerías de petróleo. Tienen como principal característica su
uso directo en los diferentes sectores de consumo (industrial, comercial o
doméstico) o en otros centros de transformación (como el caso del diesel que
es obtenido de la refinería para su empleo en una central térmica, para la
generación de electricidad).
Article
De acuerdo con Russell (2003), la eficiencia energética es una técnica que
permite reducir la inversión en costos de energía, menores impactos
ambientales negativos, mayor seguridad y salud en el trabajo; cumpliendo las
organizaciones con su responsabilidad socio-ambiental y logrando ser más
competitivas en el mercado nacional e internacional (Figura Nº 1).
Figura N° 1: Tecnologías para reducir las emisiones de gases de GEI
Fuente: Ministerio de Energía y Minas, 2017
La eficiencia energética es una estrategia de competitividad, por lo que
fuentes secundarias y expertos aseguran que, al implementarla, las empresas
han logrado disminuir sus costos, reducir los riesgos de sus actividades, hacer
mejor uso de sus bienes, producir más con menos recursos energéticos,
mejorar su posición competitiva y aumentar los márgenes de ganancia, según
afirman Campos, Quispe y Vidal (2008).
Article
A continuación, presentamos las categorías y sub categorías que se
desarrollaran en la presente investigación:
La energía térmica está referida al consumo de diésel-2 en las calderas y de
las cocinas industriales que operan con gas licuado de petróleo.
La energía eléctrica es utilizada para la operación de motores e iluminación
de las principales áreas consumidoras.
De acuerdo a los trabajos realizados en planta, se ha observado bajas
eficiencias, las que se deben principalmente a los siguientes motivos:
En el caso de la energía térmica, se ha observado que la unidad de calderas
no está operando eficientemente, debido a la antigüedad de las calderas y al
elevado exceso de aire detectado de acuerdo a las mediciones realizadas, lo
que ocasiona un aumento de pérdidas de calor por los gases de chimenea y
aumento del consumo de combustible.
Referente a las cocinas industriales, estas operan con un tipo de combustión
abierta y cuasi-atmosférica, estando los quemadores expuestos al aire
ambiente del área de cocción, por lo que existe perdidas de calor a través de
sus entornos, al no estar provistos de tabiquería aislante; llevándose este calor
los extractores de aire viciado; debido a estas condiciones de trabajo
relacionadas con la temperaturas y presión, las pérdidas de calor en el
quemador de las cocinas se acentúan.
Las deficiencias observadas en el sistema de energía eléctrica, se deben a la
antigüedad de las instalaciones y a la tecnología no eficiente utilizada en
iluminación y en motores de potencia.
Article
A este respecto también Hernández, Fernández y Baptista (2003), se
preguntan y responden “¿Qué es plantear el problema de investigación?... En
realidad, plantear el problema no es sino afinar y estructurar más formalmente
la idea de investigación.
A continuación, planteamos el problema general: ¿De qué manera se
mejorarán los índices energéticos y ambientales del comedor de la ciudad
universitaria, implementando la eficiencia energética?
La justificación es que, se pueden reducir los costos de los servicios en la
elaboración de las raciones alimenticias, implementando nuevas técnicas
productivas, donde se destaca la eficiencia energética, que permite reducir la
inversión en costos de energía, menores impactos ambientales negativos,
mayor seguridad y salud en el trabajo, como afirman Fraguela, Carral, e
Iglesias (2011); cumpliendo las organizaciones de esta manera sus
compromisos socio-ambientales y logrando ser más competitivas en el
mercado nacional e internacional.
Por tanto los objetivo del siguiente trabajo de investigación, fue analizar los
índices energéticos y ambientales del comedor universitario y proponer
medidas que contribuyan a la reducción del uso de combustibles fósiles y
reducción de las emisiones de CO2 hacia la atmósfera, permitiendo el uso
racional de los recursos energéticos y atenuando el impacto ambiental
negativo que produce los gases de efecto invernadero.
2.0 Materiales y métodos
Descripción de las instalaciones
Article
El comedor de la ciudad universitaria produce en total 3500 raciones entre
desayuno, almuerzo y comida, durante 6 días/semana de lunes a sábado. El
consumo estimado de fluidos energéticos mensual es de 1400 gal de gas
licuado de petróleo (GLP), 1125 gal de diésel-2 (D-2), y una cantidad no
determinada de energía eléctrica y agua. De acuerdo a la visita técnica
realizada por el Grupo de Investigación (GI) el 25 de marzo del 2017 y los
trabajos de planta realizados en el mes de febrero y marzo del 2018 se ha
encontrado que las instalaciones y servicios de los fluidos energéticos
presentan el siguiente estado situacional:
Energía térmica
• Unidad de calderas
Posee 02 calderas de 50 BHP del año 1974, de marca Metal Empresa,
operando alternadamente una por mes, a una presión de 90 PSI; asimismo,
hay un calentador de agua que opera a 50 PSI. La salida de vapor de la caldera
es de 90 PSI, la cual pasa por un reductor de presión, llegando el vapor a
reducirse hasta 10.5 PSI. La caldera es alimentada por un tanque diario de 90
gal de diésel-2, el mismo que a su vez es alimentado por un tanque de
almacenamiento de 3000 gal. El mantenimiento de la caldera se realiza cada
6 meses y en el mismo periodo se registra la eficiencia de combustión.
También, en esta unidad existe una planta para el tratamiento de agua de
calderas.
• Redes y equipos de vapor
El vapor de caldera reducido (10.5 PSI) alimenta a 12 marmitas cuya presión
de trabajo es de 7 a 8 PSI; operando durante el desayuno, almuerzo y comida.
El agua caliente producida con vapor de 50 PSI se emplea en eliminar la grasa
durante la operación de lavado de vajillas.
• Cocinas industriales
Article
Las cocinas industriales se utilizan para el proceso de freído y en la
preparación previa de algunos alimentos. Estos equipos operan con GLP y
con un tipo de combustión abierta y cuasi-atmosférica, al estar los
quemadores expuestos al aire ambiente del área de cocina.
Energía eléctrica
• Tabolas
Operan con resistencia eléctrica, prestando un servicio parecido al baño maría
(para mantener los alimentos atemperados mientras se van
distribuyendo), y actualmente existe carencia de algunas de estas
unidades, según información de los operarios.
• Ascensor
La sala de máquinas del ascensor es pequeña y no tiene ventanas de
ventilación, produciéndose recalentamiento del sistema; asimismo,
su tablero de control eléctrico no cuenta con línea a tierra.
• Refrigeración
El tablero de control eléctrico y motores del sistema de refrigeración no
cuentan con línea a tierra, y son de tecnología antigua.
• Iluminación
En general existen luminarias de 36w ó T8, sin embargo algunas áreas del
comedor cuenta con iluminación del tipo T12 ó de 40w; asimismo las
luminarias están pavonadas por grasa y polvo. En horas de la noche la
iluminación se percibe inadecuada para el tipo de servicios.
El estudio se enfocó en analizar la problemática de la energía térmica
referida específicamente a la eficiencia de calderas y cocinas industriales, y
Article
en el caso de la energía eléctrica se refirió al consumo de motores e
iluminación.
3.0 Resultados
Conforme a lo observado en planta durante los días de trabajo de campo y los
cálculos justificativos realizados en gabinete durante el desarrollo del
presente estudio de investigación, se ha observado que el rendimiento costo-
producto(servicio) de la organización puede ser mejorada. Por tanto,
considerando lo anterior, se plantea implementar proyectos de mejora que
permitan reducir, según sea el caso, la facturación y/o el consumo de energía
térmica y eléctrica, para producir la misma cantidad y calidad de raciones
alimenticias finales.
Mejoramiento de los índices energéticos y ambientales implementando la
eficiencia energética
En base al análisis de la información proporcionada (consumos de
combustibles, potencia eléctrica, características técnicas y estado de los
equipos); se han realizado los siguientes cálculos:
A. Ahorro de combustible
Ahorro de diésel-2 por optimización de la combustión en la caldera
Descripción: En base a las mediciones realizadas del estado actual de la
caldera (ver Cuadro Nº 3), se tiene una eficiencia de combustión
representativa de 87.6% y teniendo en cuenta el nivel máximo de eficiencia
de combustión de 93% (caldera pirotubular de tres pasos sin economizador)
que se puede conseguir, la aplicación de las medidas antes mencionadas
permitirán un ahorro por caldera de:
Ahorro en la caldera = (1 – 87.6/93) x 100 = 5.8%
Article
Debido a que el control del exceso de aire no está corregido por oxígeno en
forma permanente (tal como en el sistema automatizado) ocurre que entre los
períodos de ajuste hay una ligera reducción de la eficiencia de la caldera, por
lo que se estima que el ahorro de energía puede alcanzar en promedio un 6%
del consumo actual de diésel-2 en la caldera.
Ahorros:
Ahorro de diesel-2 = 0.06 x 11250 gal/año = 675 gal/año
Ahorro económico = 675 gal/año x 10.34 Sol/gal
Ahorro económico = 6980 Sol/año (2147 US$/año)
Inversión: Para lograr el ahorro previsto, se requiere realizar una inversión
en manómetros en la línea de ingreso a los quemadores y termómetros de
gases calibrados en las chimeneas, lo cual se estima en unos US$ 360.
Por otro lado habrá gastos periódicos en mantenimiento del sistema de
combustión de cada caldera, lo cual es muy importante para el control y ajuste
periódico del exceso de aire, estimándose en unos 600 US$/año; pero esto es
parte del costo operativo de la caldera.
Por último es necesario contratar a una empresa o profesional especializado
en combustión que cuente con un analizador de gases calibrado, quien
realizará los ajustes necesarios del quemador como parte del mantenimiento
periódico de las calderas. El costo del servicio anual (4 ajustes anuales) es de
unos US$ 400 para la caldera.
Reducción de emisiones de CO2 por ahorro de diésel-2:
A continuación se calculará las emisiones de CO2 que se evitaría como
consecuencia de los ahorros de energía gracias a las mejoras de eficiencia
energética en la caldera planteadas anteriormente.
Para el cálculo correspondiente se ha tomado el factor de emisión calculado
por la consultora DEUMAN, basada en datos del IPCC para la quema de
diésel-2:
Article
Factor emisión eficaz = 0.01 ton/gal
Emisión CO2 = Ahorro diesel-2 x Factor emisión eficaz
Emisión CO2 = 675 gal/año x 0.01 ton/gal
Emisión CO2 = 6.75 ton/año
Ahorro de GLP por reducción del exceso de aire y perdidas de calor en
las cocinas industriales
Descripción: En base a estimaciones y comparaciones realizados del tipo de
cocinas industriales, se tiene una eficiencia actual promedio de 35% y
teniendo en cuenta un nivel alcanzable de eficiencia de 40% (cocina
mejorada) que se puede conseguir, la aplicación de las medidas antes
mencionadas permitirán ahorros de GLP.
Ahorros:
Ahorro en la cocina = (1 – 35/40) x 100 = 12.5%
Ahorro de GLP = 0.125 x 14000 gal/año = 1750 gal/año
Ahorro económico = 1750 gal/año x 8.00 Sol/gal
Ahorro económico = 14000 Sol/año (4307 US$/año)
Inversión: Para lograr el ahorro previsto, se requiere realizar una inversión
en instalación de tabiquerías metálicas con aislante en el entorno del
quemador de las dos cocinas industriales, lo cual se estima en unos US$ 600.
Por último es necesario contratar a una empresa o profesional especializado
en combustión que cuente con un analizador de gases calibrado, quien
realizará los ajustes necesarios del quemador como parte del mantenimiento
periódico de las cocinas industriales. El costo del servicio anual para las dos
cocinas (2 ajustes anuales) es de unos US$ 400 para las cocinas industriales.
Reducción de emisiones de CO2 por ahorro de GLP:
Article
Para el cálculo correspondiente se han tomado los factores de emisión del
IPCC (0.005649 ton CO2/gal) para la quema de GLP:
Factor emisión eficaz (inferior) = 63600 kg/TJ
Se considera también el Valor Calorífico Neto (VCN) del GLP:
VCN (límite inferior) = 46.2 GJ/ton
Considerando que el GLP tiene una densidad de 510 kg/m3 (a 15°C),
entonces:
VCN = 23.5 x 10-3 TJ/m3
Emisión CO2 = Ahorro GLP x VCN x Factor emisión eficaz
Emisión CO2 = 1750 gal/año x 23.5 x 10-3 TJ/m3 x 63600 kg/TJ x 0.00378
m3/gal
Emisión CO2 = 9886 kg/año (9.88 ton/año)
B. Ahorro de eléctricidad
Respecto a la electricidad, el consumo ha ido ganando terreno en el ámbito
energético global y las proyecciones elaboradas por fuentes expertas
consideran que representará en 2030 una cuarta parte de la demanda
final (actualmente está en torno al 15%), según Míguez (2013),
Por cambio a motores de alta eficiencia
Descripción: Existen dos extractores cuyos motores son de 6 HP c/u (ver
Cuadro Nº 5) que consumen aproximadamente 38.66% de energía (22500
kWh/año) respecto del total estimado para motores (58187.5 kWh/año). La
implementación de esta mejora permitiría ahorrar un 30% del consumo de
energía eléctrica de esos dos motores.
Ahorros:
0.30 x 22500 kWh/año = 6750 kWh/año
Article
Ahorro % de energía del total anual
( 6750 / 107627 ) x 100 = 6.27 %
Ahorro económico anual
6750 kWh/año x S/ 0.4583/kWh = S/ 3093/año (952 US$/año)
Inversión: La implementación de esta mejora, considera inversiones de 1500
US$, por reemplazar dos motores defectuosos de mayor
operatividad, por otros motores de alta eficiencia.
Ahorro de electricidad por cambio a lámparas ahorradoras tipo LED
Ramirez, Ricoy y Sánchez (2011) consideran que es necesario optimizar el
sistema de iluminación, ya que su consumo representa un gasto
significativo de electricidad en las empresas.
Descripción: Consumo actual de energía con lámparas fluorescentes de 32W
618 x 32W x 10h/día x 25día/mes = 4944 kWh/mes
Consumo propuesto de energía con lámparas tipo LED de 18W
618 x 18W x 10h/día x 25día/mes = 2781 kWh/mes
Ahorro del consumo anual de energía
(4944 – 2781) kWh/mes x 10 mes/año = 21630 kWh/año
Ahorro económico anual de energía
21630 kWh/año x S/ 0.4583/kWh = S/ 9913/año (3050 US$/año)
Ahorro total del consumo anual de energía
6750 kWh/año + 21630 kWh/año = 28380 kWh/año
Article
Ahorro económico por compra de equipos
Las lámparas tipo LED duran seis (6) veces comparados con los fluorescentes
comunes; por tanto, en seis años se invertiría 29664 US$ en adquirir las
lámparas comunes. Asimismo, la implementación de esta mejora, considera
inversiones de 11124 US$, por reemplazar 618 lámparas fluorescentes de
32W por 618 lámparas tipo LED de 18W, de acuerdo a los cálculos:
6 x 618 x 8 US$ = 29664 US$ (fluorescente común)
618 x 18 US$ = 11124 US$ (lámpara tipo LED)
-----------------------------------------------------------------------------------
Ahorro en seis años = 18540 US$ (3090 US$/año)
Reducción de emisiones de CO2 por ahorro de electricidad:
Para el cálculo correspondiente se toma como factor de conversión 0.547 kg
CO2/kWh factor correspondiente a la generación del Sistema Eléctrico
Interconectado Nacional del Perú – SEIN.
Emisión CO2 (kg) = Ahorro EE x 0.547 = 28380 kWh/año x 0.547 kg
CO2/kWh
= 15523.86 kg/año
En el Cuadro Nº 1 se muestra el resumen de las mejoras energéticas,
ambientales y económicas logradas en el comedor de la ciudad universitaria,
por implementarse las mejoras de eficiencia energética identificadas en el
estudio de investigación.
Cuadro Nº 1: Resumen de mejoras energéticas, ambientales y
económicas en el CU-UNMSM (2018)
Article
Mejora
Ahorros
Inversión / Gastos anuales en
mantenimiento
gal/año
%
US$/año
CO2
ton/año
Concepto
US$
US$/año
Optimización de
combustión en la
caldera (diésel-2)
675
6.0
2147
6.75
Manómetros,
termómetros y
ajustes de
combustión
760
600
Reducción del
exceso de aire y
perdidas de calor en
las cocinas (GLP)
1750
12.5
4307
9.88
Instalación y
puesta de
tabiquería
metálica con
aislante
600
400
Total
2425
18.5
6454
16.63
1360
1000
Electricidad
kWh/año
%
US$/año
CO2
ton/año
Concepto
US$
US$/año
Implementación de
variadores de
velocidad
6750
6.27
952
3.69
Instalación y
puesta a punto
de los equipos
1500
Reemplazo de
lámpara fluorescente
de 32W por lámpara
ahorradora tipo LED
de 18W
21630
20.09
3050
11.83
Adquisición e
instalación de
lámparas
ahorradoras
11124
Ahorro económico
por compra de LED,
en seis años 18540
US$
3090
Total
28380
26.36
7092
15.52
12624
Article
Ahorro en porcentaje referido a un consumo anual (2017) de diesel-2: 11250
gal/año (costo: S/ 10.34/gal, con un factor de emisión: 0.01 ton CO2/gal), de
GLP: 14000 gal/año (costo: S/ 8.00/gal, con un factor de emisión: 0.005649
ton CO2/gal), y con tipo de cambio:1US$=S/3.25. Para el caso de la
electricidad, el consumo referido es:107627 kWh/año, costo de la energía: S/
0.4583/kWh, con un factor de emisión: 0.547 Kg CO2/kWh.
4.0 Discusión
A. Energía Térmica:
Análisis de la Combustión
Para efectos de cálculo de los ahorros de energía y económicos por las
mejoras propuestas en este apartado, se ha considerado los siguientes
consumos y costos de energéticos (ver Cuadro Nº 2).
Cuadro Nº 2: Consumos y costos energéticos del CU-UNMSM (2018)
Tipo de actividad
Unidades
Consumo de diésel-
2
11250 gal/año
Consumo de GLP
14000 gal/año
Consumo de
electricidad
(calculado)
107627 kWh/año
Costo de diésel-2
10.34 Sol/gal
Costo de GLP
8.00 Sol/gal
Costo de
electricidad
S/ 0.4583/kWh
Horas de operación
2500 h/año
Article
Cambio de moneda
1 US$ = 3.25 Sol
Operación de
calderas
250 día/año
Cantidad de
raciones
140000 rac/año
Costo por ración
S/ 5.00/rac
Fuente: Elaboración propia en base a data del personal de CU-UNMSM
Mejora por control del exceso de aire en la caldera
Según los resultados de la observación de la combustión efectuada durante
los trabajos de planta se ha notado que la caldera presenta excesos de aire
(especialmente en llama baja, por la coloración y simetría de modulación de
la llama), corroborado este exceso de aire con datos de mediciones realizadas
con el analizador de gases marca TESTO 320 (ver Cuadro Nº 3),
registrándose una eficiencia de combustión actual representativa en la caldera
de 87.6% (máxima eficiencia de combustión 93%, para calderas pirotubular
de tres pasos sin economizador). Ello significa que no se está realizando un
buen ajuste en los sistemas de combustión o que los quemadores se desajustan
con facilidad, lo que no es muy común.
Un elevado exceso de aire, o lo que es lo mismo un alto contenido de oxígeno
(O2) en los gases de chimenea, disminuye la temperatura de llama de los gases
de combustión en el quemador, debido a la captación de calor por parte del
exceso de aire para elevar su temperatura, dando como resultado una menor
transferencia de calor por radiación en el hogar de la caldera y un aumento de
la temperatura del gas de escape, con el consiguiente aumento de las pérdidas
de calor por la chimenea y consumo de combustible, según afirman Beltran,
Rafael (1982).
Si el exceso de aire es reducido por debajo de cierto nivel, que suele ser del
10 al 15% (caso de quemar gas natural) se produce inquemados gaseosos,
Article
como CO, lo cual también trae consigo un incremento en el consumo de
combustible.
La presión de inyección del combustible y la turbulencia del aire de
combustión son muy importantes para lograr una buena mezcla aire-
combustible y una combustión eficiente.
Una mezcla aire-combustible pobre da también como resultado una llama
inestable; lo cual a su vez origina una transferencia de calor variable e
incontrolada en el hogar de la caldera. Esto último resulta finalmente en una
producción inestable de vapor, variación de la presión del mismo y un elevado
consumo de combustible.
En la actualidad el control del exceso de aire en las calderas es realizado en
forma automática por el quemador mediante un sistema mecánico de varillas
y levas que regulan en paralelo la posición de la válvula de ingreso de
combustible y la compuerta de aire de combustión en el quemador, mediante
un modutrol gobernado por el presuretrol de la caldera.
Cuadro Nº 3: Medición de Gases en Caldera METAL EMPRESA de la
CU-UNMSM
Parámetros
Mediciones
Lectura N° 1
Alta
Lectura N° 2
media
Lectura N° 3
baja
Promedio
Hora
10:34:05
11:54:00
12:30:15
Temperatura ambiental (°C)
29.1
29.5
31.1
29.9
Temperatura del gas (°C)
246.3
230.2
204.1
226.86
%CO2
9.08
10.13
4.07
7.76
% O2
6.0
4.1
15.8
8.63
Article
Parámetros
Mediciones
Lectura N° 1
Alta
Lectura N° 2
media
Lectura N° 3
baja
Promedio
CO (ppm)
5.0
10
50
21.66
Exceso de aire (%)
61
30.4
192.1
94.5
Eficiencia de combustión (%)
85.9
87.6
79.1
84.2
Fuente: Elaboración propia
Cada 6 meses un técnico externo a la planta realiza ajustes del sistema de
combustión del quemador de la caldera con la finalidad de lograr un
mínimo de exceso de aire.
Mejorar el control de exceso de aire actual:
Según Termodinámica (2018), las medidas a adoptar serán las siguientes:
1) Mantenimiento del quemador poniendo especial énfasis en los siguientes
puntos:
▪ Limpieza y buen estado del difusor de aire, pues éste elemento garantiza
una adecuada turbulencia y distribución del aire de combustión y su
mezcla con el combustible.
▪ Limpiar regularmente la tobera del quemador de combustible.
▪ Inspeccionar las puntas de los electrodos y ajustarlas cuando sea
necesario.
▪ Mantener limpia la fotocelda.
▪ Mantener en buen estado el cono refractario, ello incluye su integridad y
ángulo para dar forma a la llama.
▪ Las varillas deben estar correctamente ajustadas y lubricadas (no deben
tener “juego”).
Article
▪ Las levas deben funcionar correctamente en todo el rango de modulación.
2) Dotar a las calderas de instrumentación adecuada para realizar ajustes de
la combustión, tales como:
▪ Manómetro calibrado en la línea de entrada de combustible al quemador
▪ Termómetro calibrado en la chimenea de gases
3) Una vez que el mantenimiento del quemador ha sido realizado
completamente, recién podrá efectuarse ajustes del exceso de aire. Esto
consiste en regular los flujos de aire y combustible mediante el ajuste del
mecanismo de varillas y levas que regulan la apertura del damper del
ventilador y la válvula de ingreso de gas al quemador respectivamente, y
de ser necesario la presión de combustible al ingreso al quemador; de tal
manera que se mantenga una relación aire-combustible que logre un
mínimo de exceso de aire, (reflejado por la concentración de O2 en
chimenea), en todo el rango de fogueo del quemador. El ajuste del exceso
de aire debe ser realizado por una persona calificada con la ayuda de un
analizador de gases electrónico (capacidad de medir O2, CO, temperatura)
debidamente calibrado. Se debe reportar análisis de gases antes y después
del ajuste de combustión.
4) Los ajustes de combustión se deben realizar cada 3 meses por caldera. Los
valores objetivo a alcanzar para el quemado de combustible en la caldera
serán:
▪ Exceso de aire: 25 a 30%
▪ O2 = 5 a 6%
▪ CO = 200 ppm máximo
▪ Opacidad con Indice Bacharach =3 (tres de opacidad)
Article
▪ Temperatura de gases en chimenea: alrededor de 220 °C en llama alta
(tubos de la caldera limpios).
▪ Llama uniforme y azulada.
Mejora por reducción del exceso de aire en las cocinas industriales
Las cocinas industriales operan con un tipo de combustión abierta y cuasi-
atmosférica, por lo que existe excesos de aire primario de combustión y
pérdidas de calor por los entornos del quemador; aunado a esto, el exceso de
calor que se aplica al proceso de fritura de algunos alimentos; todo este calor
es removido por los extractores de aire viciado, los cuales eyectan mayor
cantidad de aire caliente, induciendo por tanto el ingreso de mayor cantidad
de aire fresco de reposición para compensar la temperatura del entorno de
trabajo; asimismo, este entorno tiene que estar a menor presión que la
atmosférica, para evitar la salida al exterior de particular de grasa y aromas
de los alimentos; debido a estas condiciones de trabajo relacionadas con la
temperaturas y presión, las pérdidas de calor en el quemador de las cocinas
se acentúan, según Freddy R. (2019) y Alicia D. (2017). Dichos excesos de
aire primario y perdidas de calor se pueden corregir instalando tabiquerías
alrededor del quemador de las cocinas industriales; asimismo, el exceso de
calor suministrado a las frituras, se puede controlar graduando las válvulas de
GLP de las propias cocinas, cuando los alimentos llegan a una temperatura
determinada.
Instalación de nuevas calderas
En el periodo que estábamos realizando los trabajos de planta (14-03-2018)
en la unidad de calderas del comedor de la ciudad universitaria, y mientras
ejecutábamos las mediciones de gases de chimenea en las calderas marca
Metal Empresa con nuestro equipo portátil TESTO, pudimos observar que
Article
habían adquirido dos nuevas calderas marca EFAMEIN tipo dual de 60 BHP
cada una, para que luego sirvan como reemplazo de las dos calderas antiguas
en las que veníamos trabando.
B. Energía Eléctrica:
No se conoce la demanda real del sistema eléctrico del comedor de la ciudad
universitaria por no contar con medidor específico; por tanto, se ha estimado
la demanda en base a cálculos de las principales cargas eléctricas referidas a
iluminación y motores, como se muestran en los Cuadros del Nº 4, al Nº 6.
Cuadro Nº 4: Potencias en iluminación en el CU-UNMSM (2018)
Item
Equipo/ubicación
Cantidad
Potencia
(W)
Potencia
(kW)
1
Lámparas/sótano
105x2
32
6.720
2
Lámparas/1º piso
32x2
32
2.048
3
Lámparas/2º piso
172x2
32
11.008
Total
19.776
Fuente: Elaboración propia
Energía en iluminación
19.776 kW x 10 h/día x 25 día/mes x 10 mes/año = 49440 kWh/año
Cuadro Nº 5: Potencias en motores en el CU-UNMSM (2018)
Item
Equipo
Cantidad
Potencia
(HP)
Potencia
(kW)
1
Extractores
2
6.0
8.952
2
Compresores
2
3.0
4.476
3
Compresor
1
6.0
4.476
4
Otros
Varios
7.2
5.371
Article
Total
23.275
Fuente: Elaboración propia
Energía en motores
23.275 kW x 10 h/día x 25 día/mes x 10 mes/año = 58187.5 kWh/año
Cuadro Nº 6: Consumo de energía en el CU-UNMSM (2018)
Item
Equipo
Consumo (kWh/año)
1
Iluminación
49440.0
2
Motores
58187.5
Total
107 627.5
Fuente: Elaboración propia
Incidencia de los Costos de Energía en los Costos de los Servicios del
Comedor de la Ciudad Universitaria
El comedor durante el periodo 2017 tuvo un consumo de diésel-2 de 11250
gal/año con una facturación de US$ 35792 al año; el consumo de
GLP fue de 14000 gal/año con una facturación de US$ 34461 al año.
Asimismo, el consumo calculado de electricidad fue de 107627
kWh/año, con una facturación en el orden de US$ 15177 al año. La
Cantidad de raciones anual es de 140000, con un costo promedio de
S/ 5.00/rac, haciendo que el costo de los servicios ascienda a la suma
de US$ 215385 anualmente.
Cálculos: Factor de incidencia de los costos de energía en los costos de los
servicios
= Costos de energía x 100 / costos de servicios anual
= (35792 + 34461 + 15177) x 100 / (215385) = 39.66
El factor de incidencia de los costos del consumo de energía eléctrica y
térmica con referencia a los costos de los servicios está en el orden del 40 %.
Indices Energéticos y Ambientales
Article
Según Campos, Quispe y Lora (2009), los índices nos permiten monitorear
los consumos de energía eléctrica y combustibles por unidades de raciones,
durante un periodo de tiempo, y fundamentar las causas de esa variación
conforme se puede observar en el Cuadro Nº 7 y Cuadro Nº 8.
Cuadro Nº 7: Indices energéticos de electricidad y combustibles por
unidades de raciones (2018)
Anual
Ración
(Und)
Electr.
(kWh)
GLP
(gal)
Diésel 2
(gal)
Ind. Electr.
(kWh/Und)
Ind. GLP
(gal/Und)
Ind. D-2
(gal/Und)
Inicial
140000
107627
14000
11250
0,7687
0,1000
0,0803
Mejorado
140000
79245
12250
10575
0,5660
0,0875
0,0755
Diferencia
28382
1750
675
0,2027
0,0125
0,0048
Fuente: Elaboración propia
El Cuadro Nº 7 muestra que entre los índices energéticos iniciales y
mejorados de electricidad, GLP y diésel 2 existe una reducción de 26.37%,
12.5% y 6% respectivamente (ver Cuadro Nº 1), debido a la implementación
de las recomendaciones de eficiencia energética identificadas en el estudio.
Cuadro Nº 8: Indices ambientales de electricidad y combustibles por
unidades de raciones (2018)
Anual
Racion
(Und)
Electr.
(kg CO2)
GLP
(kg CO2)
D-2
(kg CO2)
Ind. Electr.
(kgCO2/Und)
Ind. GLP
(kgCO2/Und)
Ind. D-2
(kgCO2/Und)
Inicial
140000
58872
79086
112500
0,4205
0,5649
0,8035
Mejorado
140000
43347
69200
105750
0,3096
0,4943
0,7553
Diferencia
15525
9886
6750
0,1109
0,0706
0,0482
Fuente: Elaboración propia
El Cuadro Nº 8 muestra que entre los índices ambientales iniciales y
mejorados de electricidad, GLP y diésel 2 existe una reducción de 26.37%,
12.5% y 6% respectivamente (ver Cuadro Nº 1), debido a la implementación
de las recomendaciones de eficiencia energética identificadas en el estudio.
Article
En base a datos de producción, consumos de energéticos del año 2018 (ver
Cuadro N° 2) y los costos de energía antes mencionados, se determina que el
costo unitario de la energía consumida por producto es como se muestra en el
Cuadro N° 9.
Cuadro N° 9: Costo unitario de la energía por unidad de ración (2018)
Diésel 2
(sol/Und)
GLP
(sol/Und)
Electricidad
(sol/Und)
0.83
0.80
0.35
Fuente: Elaboración propia
Como se puede deducir del Cuadro Nº 9, el costo total de energía para
elaborar una ración de alimento es de S/ 1.98, representando el 40% de ese
costo que es de S/ 5.00/rac.
5.0 Conclusiones
• Se ha establecido una metodología de cálculo para mejorar los índices
energéticos y ambientales del comedor universitario.
• Se logrará reducir el consumo de combustibles en 2425 gal/año
(18.5%), lo que significa un ahorro económico anual de US$ 6454, y
una reducción de las emisiones de CO2 de 16.63 ton/año; estas
mejoras se lograrán con una inversión de US$ 2360, recuperándose la
inversión en menos de cinco meses.
• Se reducirá el consumo de electricidad en 28380 kWh/año (26.36%),
lo que significa un ahorro económico anual de US$ 7092, y una
reducción de las emisiones de CO2 de 15.52 ton/año; estas mejoras se
lograrán con una inversión de US$ 12624, recuperándose la inversión
en menos de veintidós meses.
Article
• El factor de incidencia de los costos del consumo de energía eléctrica
y térmica con referencia al costo de una ración de alimento está en el
orden del 40 % del costo total (S/5.00), lo que significa que el costo
de los energéticos por cada ración está en el orden de S/ 2.00.
Referencias
Beltrán, Rafael (1982). “Notas sobre combustión”. Seminario sobre Gestión
Energética Empresarial. Facultad de Economía, Universidad de los
Andes.
Campos, J.C., Quispe, E.C., Vidal, J.R., Lora, E. (2008) EL MGIE. Sistema
de Gestión Integral de la Energía. Guía para la implementación.
Campos, J.C., Quispe, E.C., Vidal, J.R., Lora, E. (2008). EL MGIE, un
modelo de gestión energética para el sector productivo nacional.
Campos, J.C., Quispe, E.C., Lora, E. (2009). Nueva herramienta para la
medición y el control de la eficiencia energética en la gestión de
procesos empresariales.
Cicone, D., Correa, F., Morales. M. (2007). Atratividade financeira e tomada
de decisão em projetos de eficiência energética.
Fraguela, J. A., Carral, L., Iglesias, G., Castro, A., Rodríguez, M. J. (2011).
La integración de los sistemas de gestión. Necesidad de una nueva
cultura empresarial.
Hernández, R., Fernández, C. y Baptista, L. (2010). Metodología de la
investigación, 5ª Edición, Editorial Mc Grawn Hill, México.
Míguez, C. D. (2013). La Eficiencia Energética en el uso de la biomasa para
la generación de energía eléctrica: optimización energética y
exergética. Tesis doctoral. Madrid: Universidad Complutense de
Madrid.
Article
Ramirez, Ricoy y Sánchez (2011). Proyecto de eficiencia energética en el
sistema de alumbrado en el Centro de Ciencias Aplicadas y
Desarrollo Tecnológico, en la Universidad Nacional Autónoma de
México.
Russell, C (203). Strategic industrial energy efficiency: reduce expenses,
build revenues and control risk. Alliance to Save Energy.
Termodinámica (2018). Ingeniería Proyectos y Servicios. Mejorando la
eficiencia de la caldera a través de un control de combustión
automático.
Freddy R., Fernando J., Jasmine S. (2019). Análisis Teórico y Experimental
de la Potencia, Eficiencia Térmica y Emisiones de Cocinas
Industriales que usan Gas Licuado de Petróleo.
Alicia D. M. (2017). Estudio Comparativo de la Eficiencia Térmica y de las
Emisiones de Cocinas de Biomasa en Senegal.