Programa de uso eficiente y racionalización de la energía en el procesamiento de plásticos

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La industria de procesamiento de plásticos, al igual que todas las demás industrias, requiere una estandarización que mejore su competitividad y contribuya con su propia sostenibilidad y crecimiento en el tiempo. Es necesario un estándar en manejo energético que compile las mejores prácticas conocidas hasta la fecha provenientes de diferentes sectores empresariales. La organización internacional de estandarización (ISO) ha reconocido esta oportunidad y ha iniciado el trabajo sobre la “ISO 50001-Energy Management”. Este estándar busca proveer la misma cultura del mejoramiento continuo de la calidad y de la seguridad para el manejo energético industrial. Los beneficios para las empresas serían económicos, porque conduciría a una reducción razonable de costos y a una confiabilidad en los procesos productivos, lo cual contribuiría con una mayor productividad y competitividad.

Algunos de los impactos de la implementación de un programa de uso eficiente y racional de la energía en las empresas de procesamiento de plásticos serían, entre otros:

  • El incremento de las utilidades y la competitividad empresarial: Se estima, por ejemplo, que en la industria de transformación y procesamiento de materiales plásticos, el costo de la energía representa entre el 4% y el 10% de los costos operacionales en las plantas de producción, por lo que una reducción en los consumos de energía del 20% puede conducir a un incremento aproximado en las utilidades de la empresa entre el 0.8% y el 2% /1, 2/.
  • El impacto ambiental: Para el año 2010 se estimó la emisión de 30.000 millones de toneladas de CO2 a la atmósfera, de las cuales, la industria de plásticos y cauchos aportó un estimado de 30 millones de toneladas por año. Para el año 2050 se espera, de acuerdo con el crecimiento proyectado de la población y el uso actual de los recursos energéticos, la generación de 62.000 millones de toneladas de CO2, las cuales pueden ser reducidas a sólo 14.000 millones de toneladas (por debajo de los actuales niveles de emisiones), con el aporte entre otros, del uso eficiente de la energía eléctrica (que se estima aportaría una reducción global de 5.760 millones de toneladas de CO2, equivalente al 12% de la reducción total), el uso eficiente de los combustibles (que aportaría el 24% de la reducción total, o sea 11.520 millones de toneladas de CO2), acompañado del uso de fuentes renovables de energía, la energía nuclear y la captura y secuestro de CO2 (ver Figura 1)  /3, 4 ,5, 6/. Los ecosistemas terrestres y marinos tienen una capacidad de absorción de CO2 de solo 5.000 millones de toneladas al año.
  • La responsabilidad social: El consejo para las energías renovables en Europa EREC prevé un consumo de energía para el 2050 de 800.000 millones de GJ, 300.000 millones de GJ más que en el 2010, los cuales podrían ser suministrados principalmente a través del uso eficiente y racional de la energía, por lo cual ha sido nombrado como el quinto combustible /3/. Esto implica que se pueden reducir drásticamente las inversiones en generación de energía para los próximos años y redistribuir las mismas para programas de bienestar social.

La gran motivación para iniciar programas de uso eficiente y racional de la energía en el procesamiento de plásticos es que se ha convertido en una necesidad actual y futura buscando la economía, competitividad y sostenibilidad de las empresas.

Politicas estatales alrededor del uso eficiente y racional de la energía
La preocupación por el uso eficiente de la energía es de carácter mundial. El departamento de energía de los Estados Unidos ha creado la Oficina de Eficiencia Energética y Energías Renovables (EEER). Dentro de sus programas, vale la pena destacar el llamado “Save Energy Now” (Ahorra Energía Ahora), direccionado a prestar asistencia gratuita a las empresas para identificar formas, medios y tecnologías para generar ahorros significativos de energía. Existen dos tipos de empresas que pueden acceder al servicio: en primer lugar se encuentran aquellas que declaran el compromiso voluntario de trabajar por alcanzar ahorros de energía superiores al 25% en los siguientes 10 años y que por ende, aplican metodologías para lograr el ahorro sistemático de energía, como la implementación de sistemas de gestión energética. Estas empresas son conocidas como líderes, “Save Energy Now Leaders”. El segundo tipo de empresas son aquellas que no explicitan esa voluntad pero  poseen altos consumos de energía y tienen un comprobado potencial para reducirlos /7/. También existen diferentes tipos de incentivos para el ahorro de energía. Connecticut está implementando un sistema de incentivos muy utilizado en algunos Países de Europa conocido como las “etiquetas blancas”.  La idea es que las compañías de servicios públicos tienen que reducir sus ventas en un porcentaje equivalente a cierto número de etiquetas blancas.  Una etiqueta blanca equivale a una cantidad establecida de antemano, de ventas de energía reducidas. Las compañías de servicios públicos pueden comprar esa etiqueta a una compañía que ha reducido su uso de energía y que ha verificado dicha reducción. Este sistema es un mecanismo de cumplimiento, ya que el servicio público tiene que poseer suficientes etiquetas blancas para satisfacer sus requisitos de eficiencia, y una fuente de ingresos para las empresas que han invertido en eficiencia energética /8/.

La Unión Europea (UE) ha adoptado un marco relativo a la eficiencia en el uso final de la energía y los servicios energéticos. Este marco incluye, entre otros elementos, un objetivo orientativo de ahorro de energía aplicable a los Estados miembros, obligaciones para las autoridades públicas en materia de ahorro de energía y de contratación con criterios de eficiencia energética, así como medidas de promoción de la eficiencia energética y de los servicios energéticos, a través de la Directiva 2006/32/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, del 5 de abril de 2006. Los Estados miembros deben fijar y cumplir un objetivo de ahorro de energía de un 9 % de aquí al año 2016, en el contexto de un Plan Nacional de Acción para la Eficiencia Energética (PNAEE). Adicionalmente, por esta directiva Los Estados miembros deben velar porque los distribuidores de energía, los gestores de redes de distribución y las empresas minoristas que vendan electricidad, gas natural, gasóleo (para calefacción) y calefacción urbana se abstengan de cualquier actividad que pudiera impedir la prestación de servicios energéticos, programas y medidas para el mejoramiento de la eficiencia energética y proporcionen la información necesaria sobre sus clientes finales para poder diseñar y aplicar adecuadamente los programas /9/.

Entre los años 1994 y 1995, 194 países ratificaron la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre Cambio Climático. Por Latinoamérica lo hicieron varios países, entre otros, Argentina, Chile, Brasil, Perú, Ecuador, Colombia (Ley 164 de 1994), Venezuela, Costa Rica, Guatemala y México. Varios de estos países declararon el tema del uso racional y eficiente de la energía como asunto de interés  social, público y de conveniencia nacional.

Estudios en el sector de procesamiento de plásticos
El uso eficiente y racional de la energía tiene particularidades propias asociadas a cada uno de los sectores industriales. Para el sector de procesamiento de polímeros en la Comunidad Europea, se ha adelantado un proyecto apoyado por el programa Europeo para la Energía Inteligente, denominado RECIPE-Reduced Energy Consumption in Plastics Engineering. Este proyecto busca dotar a la industria de transformación de plásticos con la información y las herramientas necesarias para tomar decisiones inteligentes conducentes al uso eficiente y racional de la energía, tales como fichas de seguimiento, herramientas de comparación, estudios de casos y guías de las mejores prácticas disponibles, elaboradas específicamente para las empresas transformadoras de plásticos /10/.

De otro lado, la organización CIPEC-Canadian Industry Program for Energy Conservation ha publicado la guía de regulación y normalización, para mejorar la eficiencia energética en el sector del plástico en Canadá, en el año 2007 /11/, mientras que “Carbon Trust” es una organización inglesa sin ánimo de lucro líder en planes para la reducción de emisiones contaminantes, para empresas del sector público y privado, que a través de un acuerdo gubernamental ha expedido en 1999 una guía de buenas prácticas para el uso eficiente de la energía en los procesos de transformación del plástico /12/.

Todas las iniciativas propenden por incentivar la implementación de sistemas de gestión energética en la industria con la finalidad que el uso eficiente y racional de la energía responda a un proceso de mejoramiento metódico, planificado, con responsables y recursos dentro de las empresas.

Sistemas de gestión energética
Para asegurar el uso eficiente y racional de la energía en las empresas, se requiere un sistema de gestión energética que adecue la estructura organizacional y le permita manejar eficientemente sus recursos energéticos, basados en las siguientes premisas:

  • Permitir un cambio en la forma como la energía es y debe ser conceptualizada, dejando de ser un gasto obligatorio, necesario y costoso, para verla como un recurso capaz de ser gestionado.
  • Exigir a los administradores y gerentes de empresas de producción, cambios sustanciales en las dinámicas y estructuras organizacionales, así como en asuntos propios de la reconversión industrial, para la utilización de tecnologías desarrolladas con criterios de eficiencia energética.
  • Que la gestión del recurso energético pase a ser un problema de todos los integrantes de la organización.
  • Que el uso eficiente de la energía se eleve a un factor estratégico de la empresa.

En la actualidad no existe normatividad internacional para la implementación de sistemas de gestión energética. Sólo existen esfuerzos locales como la norma española de Sistemas de Gestión de la Energía (UNE 216301). En Irlanda la norma IS 393:2005 que presenta las especificaciones de los sistemas de gestión de la energía acompañada de una guía para su uso y una guía técnica. De manera análoga se dispone en Dinamarca la  norma DS 2403:2001 de especificaciones de los sistemas de gestión energética, en sincronía con el documento informativo DS/INF 136:2001 Guía para la gestión de la energía. En Suecia se dispone de la norma SS 627750:2003 y en Estados Unidos la norma ANSI/MSE 2000:2005 para regular la implementación de sistemas de gestión energética /13/. De manera similar tienen sus propias normas: Australia, Japón, Canadá, China. Alemania, Corea, Reino Unido y Holanda entre otros.

En febrero de 2008, el Consejo de Gestión Técnica de ISO aprobó la constitución de un nuevo comité de proyecto, el ISO/PC 242, Gestión energética, con el objetivo de desarrollar la futura norma ISO 50001 de sistemas de gestión de la energía, que se espera esté lista para el año 2011 o 2012, /14/ La futura Norma ISO 50001 establecerá un marco internacional para la gestión de todos los aspectos relacionados con la energía, incluidos su uso y adquisición, por parte de las instalaciones industriales y comerciales o de las compañías en su totalidad. La norma proporcionará a las organizaciones y empresas las estrategias técnicas y de gestión con las que incrementar su eficiencia energética, reducir costos y mejorar su desempeño ambiental, sobre la base que la norma refuerce los mismos principios de los sistemas de gestión empleados en las normas ISO 9001 e ISO 14001.

Existen cientos de casos exitosos de gestión energética para el uso eficiente y racional de la energía que pueden ser consultados en las páginas web de Carbon Trust, Energy Efficiency and Renewable Energy del departamento de energía de los Estados Unidos, Intelligent Energy Europe, entre otros.

Caso real de eficiencia energética en una inyectora
Este caso real se implementó en una inyectora Arburg Allrounder 420 C de 100 toneladas de fuerza de cierre, con bomba hidráulica regulada y motor eléctrico de velocidad constante. Se produjo una pieza inyectada en un polipropileno Ref. 12R88 de la empresa Propilco.

La condición inicial de operación de la máquina con respecto al consumo de energía se analiza con base en las mediciones del Consumo de Energía Específico (CEE), el cual se define de la siguiente manera: **B2BIMG**6**

El CEE es un indicador que puede ser determinado para un componente de maquinaria, para toda una línea de producción o para toda la planta.

La Figura 3 muestra los porcentajes de consumo de energía específico (CEE) sobre una base de 100 % correspondiente a 2.1 kWh/kg. El tiempo de ciclo alcanzado fue de 14.62 segundos.

En la figura se puede observar que las etapas del ciclo de inyección de mayor consumo de energía específico fueron:

  1. Cierre del molde
  2. Enfriamiento restante
  3. Plastificación del PP
  4. Movimiento de la unidad de plastificación, y la
  5. Pospresión
Lo anterior originó la búsqueda de una nueva condición de operación para mejorar el indicador CEE.

La Figura 4 ilustra los porcentajes de consumo de energía específico (CEE) de la segunda corrida con condición de operación mejorada sobre una base de 100 % correspondiente a 1.9 kWh/kg, que equivale a una reducción eficiente en el consumo energético de 9.5 %. El tiempo de ciclo obtenido fue de 12.9 segundos que condujo a una mejora de productividad.

De esta figura se concluye de manera preliminar que disminuir los tiempos requeridos para los movimientos de la máquina tiene un gran impacto en el consumo de energía, pero es posible buscar todavía una condición óptima.

La Figura 5 ilustra los porcentajes de consumo de energía específico (CEE) de la tercera corrida con condición de operación optimizada sobre una base de 100 % correspondiente a 1.6 kWh/kg, que equivale a una reducción eficiente en el consumo energético de 24 %. El tiempo de ciclo obtenido fue de 10.9 segundos que condujo a una mejora relevante y atractiva de productividad.

En este caso particular fue posible el logro de aumentar la productividad de la inyectora en un 22 % (ver tiempos de ciclo) con una disminución sostenible en el consumo de energía del 24 % (ver indicador de eficiencia energética, CEE: Consumo de energía específico).

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