METODOLOGÍA PARA LA PLANIFICACIÓN ENERGÉTICA A PARTIR DE LA NORMA ISO 50001

Autores:

Rosaura del Pilar Castrillón Mendoza

Adriana Janeth González Hinestroza

ISBN : 978-958-8994-59-8

Primera Edición, 2018

Gestión editorial

Dirección de Investigaciones y Desarrollo Tecnológico

Alexander García Dávalos

Jefe Programa editorial

José Julián Serrano Quimbaya

jjserrano@uao.edu.co

Coordinación editorial

Jennifer Juliet García Saldarriaga

jjgarcia@uao.edu.co

Comunicadora

Luisa Fernanda Panteves

Corrección de estilo

Eduardo Franco

Diagramación y portada

Pablo Andrés Sánchez Gil

Diseño epub:

Netizen Digital Solutions

© Universidad Autónoma de Occidente

Km. 2 vía Cali-Jamundí, A.A. 2790, Cali, Valle del Cauca, Colombia

La fotografía empleada en la cubierta de este libro corresponde al archivo fotográfico del Ingenio La Cabaña S.A.

El contenido de esta publicación no compromete el pensamiento de la Institución, es responsabilidad absoluta de su autor.

Este libro no podrá ser reproducido por ningún medio impreso o de reproducción sin permiso escrito de las titulares del Copyright.

Personería jurídica, Res. No. 0618, de la Gobernación del Valle del Cauca, del 20 de febrero de 1970. Universidad Autónoma de Occidente, Res. No. 2766, del Ministerio de Educación Nacional, del 13 de noviembre de 2003.

Acreditación Institucional de Alta Calidad, Res. No. 16740, del 24 de agosto de 2017, con vigencia hasta el 2021. Vigilada MinEducacion.

CONTENIDO

PRESENTACION

INTRODUCCIÓN

1. REQUISITOS LEGALES Y OTROS REQUISITOS

1.1 Metodología para la identificación de requisitos legales y otros requisitos

1.1.1 Identificación de fuentes oficiales de información aplicable

1.1.2 Identificación de los requisitos legales y otros aplicables

1.1.3 Consulta y actualización de los requisitos legales

1.1.4 Comunicación de los requisitos legales y otros

1.1.5 Evaluación del cumplimiento legal

1.1.6 Disposición final de los requisitos legales y otros

2. REVISIÓN ENERGÉTICA

2.1 Fundamentos de la revisión energética

2.2 Alcances y límites de la revisión energética

2.3 Herramientas y técnicas usadas para la revisión energética

2.3.1 Técnicas y herramientas utilizadas para el análisis de los usos y consumos de energía

2.3.2 Técnicas y herramientas utilizadas para la identificación de las áreas de usos significativo de la energía (USE)

2.3.3 Técnicas y herramientas utilizadas para la identificación y priorización de oportunidades para el mejoramiento del desempeño energético

2.4 Metodología para realizar la revisión energética

2.4.1 Recolectar la información necesaria para la revisión energética

2.4.2 Análisis cuantitativo de los usos y consumos de energía y otras variables

2.4.3 Identificación de usos significativos de energía

2.4.4 Identificación de oportunidades de mejoramiento

2.4.5 Plan de acción para el SGE

3. LÍNEA DE BASE ENERGÉTICA

3.1 Selección de una linea de base energética

3.2 Metodología para el establecimiento de una línea de base energética

3.2.1 Definir los límites de la línea de base energética

3.2.2 Descripción de las fuentes de energía

3.2.3 Definir el período base

3.2.4 Definir variables significativas

3.2.5 Estimar línea de base energética

3.2.6 Ajustes en la línea de base energética

3.3 Normalización de la línea de base energética

3.3.1 El método de producción equivalente para la normalización de la línea de base energética

3.4 Utilidad de la linea de base energética

3.4.1 Uso de la Línea de Base Energética para la estimación de potenciales de ahorro y metas energéticas

3.4.2 Uso de la Línea de Base Energética como referencia para realizar el presupuesto de energía

3.4.3 Uso de la Línea de Base Energética como referencia para la evaluación de los Indicadores de Desempeño Energético

4. INDICADORES DE DESEMPEÑO ENERGÉTICO

4.1 Selección de indicadores de desempeño energético

4.1.1 Propósito de los indicadores de desempeño energético

4.1.2 Usuarios de los IDE

4.1.3 Información requerida

4.2 Metodologia para el calculo de indicadores de desempeño energético

4.2.1 Indicador de Consumo especifico de energía, IC

4.2.2 Indicador de Eficiencia Energética (IEE)

4.2.3 Indicador gráfico de tendencia o de sumas acumulado CUSUM

4.3 Segumiento y verificación del desempeño energético

5. OBJETIVOS ENERGÉTICOS, METAS ENERGÉTICAS Y PLANES DE ACCIÓN

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Legislación aplicable en términos energéticos en Colombia

Tabla 2. Formato para el registro de los requisitos legales y otros identificados

Tabla 3. Ejemplo de informe de requisitos legales relacionados a la norma ISO para una empresa

Tabla 4. Matriz para el registro y control de los requisitos legales aplicables al SGE en un ingenio azucarero

Tabla 5. Consumos de energía eléctrica mensual de una institución educativa

Tabla 6. Reglas para el análisis del grafico de control X-R

Tabla 7. Datos para la elaboración de un gráfico de control en una industria

Tabla 8. Formato de información requerida para la elaboración de una matriz energética

Tabla 9. Fuentes energéticas primarias

Tabla 10. Fuentes energéticas secundarias

Tabla 11. Poder Calorífico (valores aproximados de referencia)

Tabla 12. Formato para evaluar el consumo de energía final en una organización

Tabla 13. Matriz energética de fuentes primarias en un ingenio azucarero

Tabla 14. Matriz energética de fuentes secundarias en un ingenio azucarero

Tabla 15. Formato para documentar los criterios y métodos para el análisis de los usos y consumos de energía

Tabla 16. Formato para documentar el método para la identificación de los usos significativos de energía

Tabla 17. Consumos y efluentes energéticos

Tabla 18. Consumos y efluentes energéticos del proceso del área de generación de vapor en un ingenio azucarero

Tabla 19. Formato para realizar censo de carga

Tabla 20. Censo de carga de una planta de tratamiento de agua potable

Tabla 21. Tipos de diagramas de Pareto energéticos

Tabla 22. Personal de uso significativo de energía en una planta de producción de alimento concentrado para animales

Tabla 23. Formato para documentar el método para la identificación de oportunidades de mejoramiento

Tabla 24. Variables que impactan en el consumo de energía eléctrica en el área de clinkerización

Tabla 25. Etapas para la ejecución de una auditoria energética

Tabla 26. Resumen de oportunidades de mejoramiento identificadas en una auditoria energética en una edificación

Tabla 27. Identificación de oportunidades de mejoramiento por aspectos operacionales en el proceso de fabricación de bebidas

Tabla 28. Identificación de oportunidades de mejoramiento por aspectos tecnológicos en el proceso de fabricación de bebidas

Tabla 29. Plan de acción recomendado para la gestión energética

Tabla 30. Tipo de Líneas de Base Energéticas, LBE, que las organizaciones pueden utilizar según la norma ISO 5006

Tabla 31. Tipos de límites para establecer una LBE

Tabla 32. Período de base para la estimación de una LBE

Tabla 33. Matriz para la selección de un método para la estimación de la LBE de acuerdo con el tipo de instalación

Tabla 34. Datos de producción y consumo de energía en un proceso de extracción de jugo de caña

Tabla 35. Clasificación de datos atípicos

Tabla 36. Calculo de producción equivalente para el proceso de fabricación de varillas de acero

Tabla 37. Datos de consumo de energía y producción diarios

Tabla 38. Días de operación de mayor eficiencia

Tabla 39. Consumos de energía y producción realizada para un proceso productivo en el año 2012

Tabla 40. Presupuesto de energía 2013 para un proceso productivo

Tabla 41. Análisis de las variaciones del presupuesto de energía para el proceso evaluado

Tabla 42. Formato para documentar el método y los criterios para el establecimiento de la línea de base energética

Tabla 43. Tipos de IDE

Tabla 44. Usuarios internos de los indicadores de desempeño energético

Tabla 45. Evaluación del indicador de eficiencia energética

Tabla 46. Evaluación del indicador de eficiencia energética

Tabla 47. Datos para seguimiento

Tabla 48. Aspectos relacionados con los niveles de evaluación del desempeño energético

Tabla 49. Formato para documentar el método y los criterios para el establecimiento de los indicadores de desempeño energético

Tabla 50. Formato para el registro de objetivos y metas energéticas

Tabla 51. Política energética de la siderúrgica ABC

Tabla 52. Líneas de base energéticas para las áreas de uso significativo de la Siderúrgica ABC

Tabla 53. Potencial de ahorro energético estimado

Tabla 54. Objetivo y metas energéticas para la siderúrgica ABC para el año 2014

Tabla 55. Plan de acción para la gestión energética en la siderúrgica ABC

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Ciclo de Mejora Continua PHVA para la norma ISO 50001

Figura 2. Diagrama de flujo del proceso de Planificación Energética

Figura 3. Metodología para la identificación de requisitos legales y otros requisitos

Figura 4. Alcance de la revisión energética

Figura 5. Técnicas y/o herramientas utilizadas para la revisión energética

Figura 6. Tipos de Gráficos de tendencia lineal en Excel ®

Figura 7. Gráfico de tendencia del consumo de energía eléctrica en una institución educativa (en kWh/mes)

Figura 8. Año característico energéticamente para la institución educativa

Figura 9. Gráfico de tendencia del consumo de energía (kWh/dia) y producción (Ton./dia) en una maquina extrusora

Figura 10. Distribución normal de los datos en un gráfico de control

Figura 11. Análisis del gráfico de control X-R (en %)

Figura 12. Gráfico para el control mensual de consumo de energía en una industria (en kWh)

Figura 13. Matriz energética de fuentes primarias en un ingenio azucarero

Figura 14. Matriz energética de fuentes secundarias en un ingenio azucarero

Figura 15. Diagrama energético-productivo para un proceso de fabricación de cemento por vía húmeda

Figura 16. Diagrama energético–productivo para un proceso de generación de vapor de un ingenio azucarero

Figura 17. Diagrama Sankey de una caldera bagacera

Figura 18. Diagrama de Pareto de costos energéticos para el área de servicios industriales

Figura 19. Comparación por pares

Figura 20. Comparación por pares de las variables de impacto en el consumo de energía identificadas en un proceso de clinkerización

Figura 21. Plan de auditoría para una caldera

Figura 22. Metodología para la ejecución de la revisión energética

Figura 23. Identificación de los costos energéticos en la operación de la organización

Figura 24. Matriz energética

Figura 25. Gráfico de tendencia del consumo de energía eléctrica para el año 2013 (en kWh/mes)

Figura 26. Gráfico de tendencia del consumo de ACPM para el año 2013 (en MBTU/Mes)

Figura 27. Gráfico de tendencia del consumo de gas natural para el año 2013 (en MBTU/Mes)

Figura 28. Diagrama energético-productivo del proceso de fabricación de bebidas

Figura 29. Diagrama de Pareto del proceso de fabricación de bebidas

Figura 30. Propuesta de primera fase de medición energética para el SGE

Figura 31. Pasos para el establecimiento de una línea de base energética

Figura 32. Ejemplo de diagrama para la identificación de fuentes energéticas

Figura 33. Línea de base energética estimada como un modelo de regresión lineal

Figura 34. Diagrama de dispersión del consumo de energía frente a la extracción de jugo en un tren de molienda de caña

Figura 35. Análisis de regresión lineal para el establecimiento de la LBE del proceso de extracción de jugo de caña

Figura 36. Diagrama de dispersión del consumo de energía frente a la producción de mesas en una máquina de inyección de plástico

Figura 37. Ecuación de regresión lineal con filtrado de datos caso 1 y 2 para la producción de mesas en una máquina de inyección de plásticos

Figura 38. Gráfico de residuales estandarizados para el proceso de fabricación de mesas en una máquina de inyección de plástico

Figura 39. Línea de base energética filtrada para el proceso de fabricación de mesas en una máquina de inyección de plástico

Figura 40. Variables significas que pueden afectar una instalación

Figura 41. Diagrama de dispersión de consumo de energía vs. Producción en un proceso con inventario de producto en proceso

Figura 42. Esquema de producción simple con acumulación de material

Figura 43. Diagrama de dispersión de consumo de E vs P para producción múltiple procedente de una sola materia prima

Figura 44. Esquema de producción múltiple procedente de una sola materia prima

Figura 45. Diagrama energético-productivo del proceso de fabricación de varillas de acero

Figura 46. Estimación de la LBE en el proceso de fabricación de varillas de acero, tomando como producto las varillas al final del proceso

Figura 47. Estimación de la línea de base de energía en el proceso de fabricación de varillas de acero – producción equivalente

Figura 48. Diagrama del proceso de inyección de plástico en una máquina

Figura 49. Requerimientos energéticos para la producción de diferentes referencias en una máquina de inyección de plásticos

Figura 50. Línea de base energética para una máquina de inyección de plástico

Figura 51. Línea de base energética normalizada para una máquina de inyección de plástico – método de producción equivalente

Figura 52. Identificación de puntos de máxima eficiencia de un diagrama de dispersión

Figura 53. Identificación de la línea meta en diagrama de dispersión de consumo de energía versus producción

Figura 54. Línea de base energética para un proceso productivo

Figura 55. Estimación de la línea de meta energética

Figura 56. Análisis de regresión lineal para el establecimiento de la LBE de un proceso productivo

Figura 57. Gráfica de análisis de variaciones del presupuesto de energía para el proceso evaluado

Figura 58. Aspectos para tener en cuenta en el establecimiento de indicadores de desempeño energético

Figura 59. Metodología para el cálculo de los indicadores de desempeño energético

Figura 60. Definición del indicador de consumo fijo IC

Figura 61. Definición del indicador de consumo en función del nivel de producción

Figura 62. Comparación del indicador de consumo base y meta en función de la producción

Figura 63. Seguimiento al indicador de consumo

Figura 64. Requerimientos indicador de eficiencia

Figura 65. Evaluación del indicador de eficiencia energética

Figura 66. Evaluación del indicador de eficiencia energética en un molino de cemento para el primer trimestre de 2014

Figura 67. Línea de base energética para un proceso de fabricación de una máquina de inyección de plástico

Figura 68. Seguimiento mensual al indicador de eficiencia energética

Figura 69. El gráfico CUSUM como IDE

Figura 70. Gráfico CUSUM para el seguimiento del desempeño energético en un proceso

Figura 71. Proceso para el seguimiento y verificación de los indicadores de desempeño energético

Figura 72. Modelo de reporte de IDE en un árbol de indicadores

Figura 73. Propuesta de formato para el seguimiento diario del desempeño energético a través de los IDE

Figura 74. Propuesta de formato para el seguimiento mensual del desempeño energético a través de los IDE

Figura 75. Propuesta de formato para el seguimiento anual del desempeño energético a través de los IDE

Figura 76. Diagrama de Pareto para la identificación de áreas de uso significativo de energía en la Siderúrgica ABC

Figura 77. Línea de base energética a nivel general de la Siderúrgica ABC

LISTA DE ANEXOS

Anexo A. Lista de elementos a considerar en una auditoría energética en instalaciones industriales

Anexo B. Lista de elementos a considerar en una auditoría energética en edificaciones

PRESENTACIÓN

Esta publicación es el resultado del apoyo institucional de la Universidad Autónoma de Occidente, en especial, nuestro agradecimiento al respaldo brindado por parte de la Doctora Magdalena Urhán (Q.E.P.D. 2018).

En este libro se expone una propuesta para la ejecución de la etapa de planificación energética en la implementación de un Sistema de Gestión Energética (SGE), acorde con los requisitos de la norma ISO 50001. Específicamente se desarrolla el apartado 4.4 de esta norma que contempla, dentro de dicha fase, un conjunto de actividades para mejorar de forma continua el desempeño energético en cualquier tipo de organización.

El documento se divide en cinco capítulos: Requisitos legales y otros requisitos; Revisión energética; Línea de base energética, indicadores de desempeño energético y objetivos energéticos; Metas energéticas; y, Planes de acción para la gestión de la energía.

El abordaje de las diferentes postulaciones mencionadas a lo largo de los capítulos del libro, así como el desarrollo de los diversos casos demostrativos en donde se aplican las metodologías y herramientas propuestas, son producto de la investigación y experiencia de los autores e integrantes del Grupo de Investigación en Energías de la Universidad Autónoma de Occidente (GIEN).

Cabe resaltar que, en Colombia, la gestión energética se ha desarrollado como resultado de la sinergia Estado-Universidad-Empresa, iniciando con el marco legal apoyado en políticas gubernamentales, así como con el soporte a iniciativas de universidades y otras instituciones en actividades de investigación y desarrollo de la eficiencia energética, las cuales, finalmente, han concluido en el desarrollo de modelos y programas de gestión energética para el sector productivo.

Entre los principales resultados se destacan el Programa de Gestión Integral de la Energía para el Sector Productivo Nacional, desarrollado en 2006-2007, donde se generó un Modelo de Gestión Integrado de la Energía (MGIE), y su respectiva Guía para la Implementación Paso a Paso de un Sistema de Gestión Energético en el Sector Industrial.

Igualmente, el Programa Estratégico Nacional de Sistemas de Gestión de la Energía, 2010-2013, formó 450 personas en gestión energética y ejecutó la caracterización energética e implementación del SGIE en, aproximadamente, 65 empresas de cinco regiones del país.

El Programa de Redes de Conocimiento en Eficiencia Energética, aprobado en la convocatoria Colciencias-UPME, contempla siete proyectos, trece grupos de investigación del país y la integración con el sector industrial, el cual se ejecutará entre 2014 y-2017.

Cada una de los capítulos de la planificación energética, se desarrolla a través de una propuesta metodológica y el uso de herramientas aplicadas en casos demostrativos, lo cual permite a las organizaciones contar con una referencia técnica para la implementación de esta etapa en un Sistema de Gestión Energética.

En el capítulo 1 se presenta la metodología para la identificación de requisitos legales y otros requisitos con relación al uso, consumo de energía o eficiencia energética de una organización. La técnica propuesta se adapta a la utilizada por otros sistemas como la ISO 9001 y la ISO 14001, lo que facilita su identificación y documentación en formatos diseñados y expuestos para tal fin.

El capítulo 2 corresponde a la revisión energética que representa la parte analítica del proceso de planeación. En esta se evalúa la tendencia de los consumos y usos de energía, se identifican las áreas, instalaciones o sistemas que representan los usos significativos de energía y, finalmente, se detectan y registran oportunidades para el mejoramiento del desempeño energético.

Para abordar cada una de las actividades se proponen herramientas y técnicas, las cuales se explican mediante el desarrollo de casos aplicados en diversas organizaciones.

El capítulo 3 concierne al ítem de la norma Línea de Base Energética (LBE). Aquí se propone una metodología basada en cinco pasos para el establecimiento de una LBE en cualquier tipo de organización, sin importar la complejidad de sus instalaciones. Asimismo, se desarrolla el tema de normalización de la LBE y su aplicación en situaciones típicas en instalaciones industriales; y, por último, a través de ejemplos, se expone la utilidad de una LBE para la elaboración del presupuesto de energía, la estimación de potenciales de ahorro por variabilidad operacional y el establecimiento de Indicadores de Desempeño Energético (IDE).

En el capítulo 4 se desarrolla justamente el tema de los IDE, en donde se pretende guiar al usuario para su selección adecuada, su estimación y seguimiento para verificación del desempeño energético. En este sentido, se elaboran formatos y se describe el análisis de la evaluación de los niveles de desempeño energético, de acuerdo con los resultados del seguimiento de tres indicadores propuestos.

Por último en el capítulo 5, por medio de un caso que parte desde la política energética, se explica como una organización puede plantear objetivos y metas energéticas realistas, enmarcadas dentro de los objetivos generales del SGE, y alcanzables gracias a planes de acción definidos.

INTRODUCCIÓN

La norma internacional ISO 50001 define los requisitos generales para la estructura operativa y organizativa de Sistema de Gestión Energética en las empresas, lo cual parte de la identificación de la situación actual del consumo energético de los equipos, sistemas o procesos de una organización, en relación con la producción o los servicios realizados. Ello se obtiene mediante la implementación de una línea de base energética e indicadores de desempeño energético en los usos significativos de la energía, así como el análisis de las variables de control que deben ser monitoreadas para lograr la mejora en la eficiencia energética.

Esta norma ha sido desarrollada sobre la base de los elementos comunes que se encuentran en todas las normas de gestión ISO, tales como la gestión de la calidad (ISO 9001), o la gestión ambiental (ISO 14001); por tanto, es posible implementarla en cualquier tipo de organización, independientemente de su tamaño, su función o la ubicación geográfica.

La ISO 50001 requiere de la definición de políticas y planes de acción; la introducción de requisitos de eficiencia energética, en cuanto al diseño, la compra y la instalación de equipos; el conocimiento y monitoreo del marco legal y regulatorio energético vigente aplicable a la organización, además del control operacional de la eficiencia energética y la incorporación de todos estos elementos en el modelo de gestión empresarial.

La estructura misma de la norma se complementa e integra a todos los procesos y sistemas de gestión de la organización, para obtener una mejora continua en el uso de la energía, un consumo eficiente y una reducción en los costos financiero asociados. Lo anterior, con el fin de lograr las metas de incremento de productividad y reducción del impacto ambiental de la organización.

La Norma ISO 50001 se basa en el ciclo de mejoramiento continuo, Planear-Hacer-Verificar-Actuar (PHVA), e incorpora la gestión energética a las prácticas habituales (Figura 1).

Dicho enfoque del modelo de la norma se puede describir de la siguiente manera:

• Planear: