Siempre he estado interesado en la conexión que existe entre la gestión de la confiabilidad y algunas otras responsabilidades funcionales dentro de una empresa de manufactura, como la calidad y la seguridad. Ciertamente, un proceso confiable de manufactura mejora la calidad, uno de los 3 elementos primarios de la Eficiencia Total del Equipo/Negocio (OEE/OBE, por sus siglas en inglés). De la misma manera, cuando los procesos de manufactura son confiables y predecibles, hay menos riesgos de accidentes. Últimamente he estado pensando mucho en la relación entre la gestión de la confiabilidad y la energía. En mi opinión, hay una conexión estrecha, la cual vale la pena explorar.

Monitorear y administrar el consumo de energía es bueno para las empresas y para el medio ambiente. Es benéfico desde cualquier ángulo. ¡Entre un 30 y 40 por ciento de la energía que se genera en los Estados Unidos es consumida en la industria por sus motores eléctricos! Una pequeña mejora en la eficiencia puede reducir significativamente la demanda de energía, disminuyendo el gasto de capital para construir más plantas de generación y reduciendo el consumo de combustibles fósiles y las emisiones asociadas con estos. Para su compañía, gastar menos en energía se traduce en verdaderos ahorros. Además, reduciendo la carga de trabajo, el desgaste y las fallas en sus activos, se mejora la confiabilidad de su planta, creando aún más valor para su organización.

cálculo de ahorros de energía

Esquema de beneficios

Durante el tiempo de vida de un activo dentro del proceso de manufactura, el consumo de energía generalmente es el gasto más grande. Algunos aspectos del costo de energizar un equipo no pueden ser controlados, pero otros sí.

Revisemos los costos de energía de un motor eléctrico de 200HP.  Asumiendo un factor de carga del 80 por ciento y un modesto costo de energía de $0.060 dólares por kilowatt hora (kWh), se requerirá de más de $57,000 dólares al año para operar el motor, asumiendo un ciclo de operación de 8,000 horas al año (figura 1). Un rápido vistazo en varias páginas Web nos indica que un motor trifásico de 460 voltios está en un rango de costo de $5,000 a $8,000 dólares. Estoy seguro de que hay motores que pueden costar más, o menos, pero el punto es que el costo de la energía que consume un motor eléctrico es aproximadamente 100 veces el precio de compra del mismo, asumiendo un ciclo de vida de 10 años. Eliminar 5 a 10 por ciento de este costo puede afectar profundamente al resultado financiero final.

En mi ejemplo, un 10 por ciento de mejora en eficiencia de energía trae $5,700 dólares extras al resultado financiero final ¡y esto es tan solo para un simple motor eléctrico de 200 HP! ¿Cómo se consiguen estos ahorros? He desarrollado un listado de varios conceptos para que los considere. Algunos tienen efectos positivos y directos sobre la confiabilidad operacional, adicionales a los ahorros obvios en el costo de la energía.

1) Seleccione motores de alta eficiencia – compare el desempeño de una marca a otra. Los motores con alta eficiencia tienen un mayor costo inicial. No se deje llevar por los descuentos que se ofrecen inicialmente. Asumiendo que un motor eléctrico de una eficiencia promedio cuesta $5,000 dólares y usa un 10 por ciento más de energía que un motor de alta eficiencia, usted podría gastar hasta $60,000 dólares en un motor de alta eficiencia y aun así habría dinero por delante en términos de la tasa interna de retorno en los 10 años del ciclo de vida del activo (asumiendo 8,000 horas de operación en un año). Pagando una prima adicional de 50 por ciento por un motor eléctrico de alta eficiencia, se obtiene una tasa interna de retorno del 229 por ciento. Esto equivale a encontrar un banco que le pague un 229 por ciento de interés anual por sus depósitos. Un 5 por ciento de eficiencia en la energía por la cual usted debe pagar una prima de 50 por ciento le da una tasa interna de retorno de 115 por ciento. Usted se verá en apuros por no justificar esta inversión si está empleando herramientas de toma de decisiones basadas en el costo del ciclo de vida.

2) Diseñe las transmisiones mecánicas para ahorrar energía. No considerar las pérdidas de energía al diseñar las transmisiones mecánicas puede afectar significativamente la facturación de energía de su activo. Con seguridad, queremos motores que sean eficientes, pero mejorando la eficiencia del impulsor tenemos ganada sólo la mitad de la batalla. También debemos administrar la eficiencia de los componentes impulsados. Por ejemplo, seleccionando un diseño de caja de engranajes y acoplamiento eficiente en el consumo de energía, se puede afectar sustancialmente la facturación del consumo. Aplique a todo el tren balanceo de precisión, alineación, holgura, resonancia y principios de lubricación que se discutirán en los puntos 6 y 7.

3) Administre la integridad eléctrica del sistema. Si su centro de control de motores (MCC, por sus siglas en inglés) tiene malas conexiones, cableado degradado, corto, o de menor capacidad, entonces se verá comprometida la eficiencia en la energía. Si los circuitos trabajan a temperaturas altas o se calientan, no habrá una conducción eficiente de la energía. Más aún, puede comprometerse la confiabilidad del MCC y (en algunos casos) del motor. En el caso de descargas eléctricas, puede causar erosión, un mecanismo de desgaste conocido comúnmente como “estriado”. Una vez más, la pérdida de energía compromete la confiabilidad.

4) Opere en rango de carga ideal. Usando nuestro ejemplo anterior del motor eléctrico, operar por arriba o por debajo del rango de carga nominal produce una pobre eficiencia de la energía y disminuye la confiabilidad. Para la mayoría de los motores eléctricos, la eficiencia de la energía se degrada precipitadamente cuando el motor es operado a menos de un 40 por ciento de su carga nominal.

5) Tome decisiones optimizadas de reemplazo/reconstrucción. Cuando un activo se desgasta, comienza a haber holguras y a volverse lento, lo cual por supuesto da como resultado desperdicio de energía. Llegar a esos últimos días, semanas o meses de servicio, puede costarle muy caro, en términos de eficiencia de energía.

6) Aplique balanceo, alineación, holgura y resonancia. Desbalanceo, desalineamiento, holgura y resonancia, todas generan fricción mecánica. Se requiere energía para generar fricción – lo que convierte a la energía eléctrica en energía térmica – y usted tiene que pagar por ella. En algunos casos, la fricción es deseable. Cuando esta es causada por falta de precisión al balancear, desalineamiento, holgura y resonancia, usted literalmente está pagando por energía usada para generar desgaste y reducir la confiabilidad en sus equipos. El mantenimiento se paga solo, tanto en términos de confiabilidad como de administración de la energía.

7) Emplee lubricación de precisión. La selección inapropiada de la viscosidad del lubricante puede afectar significativamente el consumo de energía y la confiabilidad. Si la viscosidad es muy baja, hay fricción entre las superficies. Si la viscosidad es muy alta, resulta en un arrastre por viscosidad. Ambas desperdician energía. Un error común es emplear una grasa multipropósitos en los motores eléctricos. La viscosidad de esta grasa típicamente está alrededor de 320 centiStokes (cSt) a 40°C. La mayoría de los motores eléctricos requieren una grasa formulada usando un aceite básico con viscosidad de 100 a 150 cSt a 40°C. El exceso de viscosidad reduce la eficiencia de energía y compromete la confiabilidad del motor. De igual manera, frecuentemente los motores son engrasados en exceso, comprometiendo posteriormente la eficiencia de energía y la confiabilidad.

8) Monitoree el consumo de energía. Los cambios en las condiciones de los activos frecuente son reveladas con el monitoreo de energía. Tradicionalmente empleamos el análisis de vibraciones, termografía y otras herramientas de monitoreo de condición para identificar y solucionar condiciones anormales de los activos. Por definición, si un equipo comienza a vibrar o a calentarse, está usando más energía o convirtiendo energía con reducción de su eficiencia, por lo que monitorear la eficiencia de energía es una actividad natural del monitoreo de condición. Aún más, es comparativamente más sencillo de hacer y puede realizarse de forma periódica. El monitoreo de la energía también le permitirá comparar la eficiencia de diferentes equipos y diseño de componentes, ayudándole a tomar mejores decisiones de diseño y compra, que minimizarán el costo de ciclo de vida de sus activos y maximizarán el retorno sobre los activos netos (RONA).

Monitorear la energía vale la pena

Monitorear y gestionar los consumos de energía es una gran decisión. Obteniendo una mejora de apenas un 5 por ciento se pueden obtener ahorros considerables para su organización. Si usted está administrando mal algunos de los factores aquí mencionados, es posible lograr mejoras de un 10 por ciento, 15 por ciento, o más. Dado que esta pérdida de energía se convierte frecuentemente en calor y/o desplazamiento mecánico (vibraciones), una buena política de gestión de energía y de confiabilidad son generalmente buenos aliados naturales. Para hacer más atractivo el tema, hay varios programas gubernamentales destinados a motivarlo a generar consciencia en temas de energía, que con frecuencia cubren toda o una buena parte de la inversión requerida para mejorar la eficiencia de energía.

Recapitulando: reducción de la facturación de energía, mejora de la confiabilidad, apoyos económicos del gobierno y una buena ciudadanía ambiental. ¿Qué lo detiene? Comience hoy a monitorear y gestionar los consumos de energía para minimizar el costo de ciclo de vida de sus activos.

Drew Troyer. Traducido por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América