Ecoeficiencia en el uso de energía en la industria de plásticos

Hace treinta años en la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo celebrada en Río de Janeiro, una de las Cumbres de la Tierra organizada por las Naciones Unidas,  se creó el World Business Council for Sustainable Development (WBCSD).  Ese mismo año (1992) en su publicación 'Changing Course' se introdujo el término “Ecoeficiencia” para referirse a todos aquellos esfuerzos que buscan producir más, con menos insumos y menores desechos, sin afectar negativamente la calidad de vida actual y la de futuras generaciones. Esto, además, se debe lograr simultáneamente sin afectar el desempeño empresarial de su actividad principal: la de generar riqueza para sus dueños. Decirlo es más fácil que hacerlo, pero no por ello se debe ceder en el empeño de lograr esa meta indiscutible de un mundo mejor. Hoy hablaremos de una forma de contribuir a ella mediante el uso eficiente de la energía eléctrica.

El consumo mundial de energía eléctrica ha mostrado en los últimos 10 años un crecimiento anual cercano a los 600 Terawatts-hora,  como se aprecia en la fig 1 Este incremento equivale, por ejemplo, a unas 10 veces el consumo total anual de energía eléctrica de un país como Colombia (57 TWh en 2011).  El incremento en el consumo de energía es insalvable en nuestros esquemas de vida, de desarrollo y crecimiento.  Se espera que para el año 2050 las necesidades de energía serán el doble de las actuales, y no se ve posible que éstas sean cubiertas, en su totalidad, a partir de fuentes renovables /1/.  Esta energía proviene mayoritariamente de la combustión de fuentes  primarias, como el petróleo, el carbón y el gas, que tiene como efecto inmediato la generación de CO2.  Estas fuentes representaron alrededor del 72% del total en 2011 /2/.  Les sigue en importancia la energía de origen hídrico, que aunque con grandes ventajas como la de ser renovable y limpia en cuando a generación de emisiones y residuos, no es suficientemente abundante y genera impactos ambientales en las zonas de las cuencas de que se nutren.  Otras fuentes como la energía nuclear y las alternativas (solar y eólica principalmente) están rodeadas de varios inconvenientes; las primeras por el peligro que representa ante desastres como el reciente en Fukushima, Japón, y el manejo tan controvertido de sus residuos;  las segundas, no sólo por su costo, sino por la intermitencia de su disponibilidad.  La posibilidad de disponer de suficientes y mejores fuentes de energía aún está pues muy lejana y es por eso imperioso recurrir más, con mayor intensidad y responsabilidad, a la mejor fuente alternativa:  El ahorro de energía.

Sector de transformación
El sector de transformación de plásticos es un consumidor intensivo de energía eléctrica.  Se estima que el costo de la energía representa entre el 4% y el 10% de los costos operacionales en una planta de transformación.  El ahorro en el consumo de energía es sin dudas un incentivo indiscutible adicional para emprender acciones al interior de cada compañía, que siempre tienen impacto positivo inmediato en sus costos y por lo tanto en su productividad.  Este factor cada vez se vuelve más importante en la medida en que se incrementa el costo de la energía en todo el mundo.

Una manera de estandarizar y cuantificar ahorros de energía en términos de ecoeficiencia es el cálculo de la cantidad equivalente de CO2 que se deja de emitir por el ahorro en energía.  Se estima que se dejan de producir 0.71 kg de CO2 por cada kWh ahorrado /2/.

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COTICE PRODUCTOS INDISPENSABLES EN TODA FÁBRICA: 

• LÍNEA DE PRODUCTOS PARA TRANSPORTE DE MATERIAL SECO A GRANEL EN SISTEMAS DE VACÍO, PRESIÓN Y GRAVEDAD
• SISTEMAS DE FIJACIÓN QMC
• MÁQUINAS DE EXTRUSIÓN
• MÁQUINAS AUTOMATIZADAS ELÉCTRICAS O HIDRÁULICAS 
• SISTEMAS DE CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

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La Ecoeficiencia en el uso de la energía eléctrica se ve afectado positivamente también, al reducir el consumo de materia prima en la elaboración de productos plásticos, pues representa material que no se procesa, no demanda consumo de energía ni entra en el ciclo de vida del producto.  Un cambio en material o una mejora en el diseño del producto son caminos que conducen a este tipo de ahorro.

Aunque parezca trivial y evidente es necesario enfatizar en que el ahorro de energía eléctrica que aporta a la mejora de la ecoeficiencia energética es un resultado de un menor consumo real de la energía.  Existen, por ejemplo, dispositivos en el mercado, conocidos como ahorradores de energía, pero lo que hacen en realidad es ayudar a reducir el monto de la factura del consumo de energía.  Estos dispositivos mejoran el factor de potencia del consumo (relación entre la potencia activa y la aparente); algunos modelos permiten disminuir los picos del mismo y mejoran la calidad del suministro.  El efecto de estos dispositivos va ligado entonces a las políticas tarifarias de la empresa prestadora del servicio de energía, ya que por lo general ambos factores son castigados en el precio de servicio.  El factor de potencia se castiga debido a la presencia de la componente reactiva que se traduce en energía que no se consume, y que simplemente viaja en la red, pero que debe ser suministrada al cliente.  Su eliminación no representa por lo tanto un ahorro de energía real.  Los picos por su lado exigen que la red de suministro tenga una capacidad extra para atenderlos, pero que conduce a una subutilización de ella, y por lo tanto se cobran.  El aporte de estas medidas a la ecoeficiencia energética es pues mínimo o nulo.

Posibilidades de ahorro e índices útiles
Las estrategias y acciones conducentes a lograr una mayor eficiencia en el consumo de energía se pueden agrupar en dos clases: las que apuntan a lograr un ahorro por reducción o eliminación de pérdidas y desperdicio de energía y aquellas que buscan incrementar la eficiencia de la transformación de la energía en producto. Las primeras generalmente traen como resultado un consumo global menor para el mismo volumen de producción. La fig 2 muestra un ejemplo para una planta de inyección /3 /.  Allí aparece el consumo de energía en función de la producción.  Este tipo de ahorro se visualiza por un desplazamiento hacia abajo de los puntos de la gráfica, a medida que se aplican medidas efectivas al consumo.  Por lo general estas medidas no requieren grandes inversiones y se enfocan principalmente a la disminución de los consumos fijos. Las segundas, apuntan a una mejora en la eficiencia en el consumo energético, expresado como un consumo específico por unidad de material procesado (CEE), e impactan principalmente los consumos variables, o sea aquellos atribuibles directamente a los equipos de producción. Estas últimas se logran por lo general mediante un juicioso análisis y modelamiento de los procesos para encontrar puntos óptimos de operación. Estos óptimos se entienden como un balance entre calidad y consumo energético. También por la migración a tecnologías más eficientes en sistemas de transformación de energía, por ejemplo motores y sistemas de calefacción y enfriamiento más eficientes, mejora en diseños de productos, cambio en materias primas entre otros /4/.  Este tipo de ahorro se visualiza como una disminución en la inclinación de la línea de regresión en la Fig. 2.

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PROVEEDOR RECOMENDADO PARA SOLUCIONES EN INYECTORAS, MOLDES, COMPUESTOS Y MÁS.

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El consumo específico de energía (CEE ó SEC del inglés) se calcula a partir de su definición:

**B2BIMGEMB**1**

Tanto el consumo como la producción se deben referir al mismo intervalo de tiempo.  El cálculo puede ser aplicado a un componente de un equipo, a toda una línea o a toda una planta o conjunto de ellas.  Esto dependerá de los valores utilizados para el numerador y el denominador de la expresión anterior.  Para efectos de comparación con valores en la literatura, es muy importante conocer a partir de qué valores fue calculado, pues las diferencias son apreciables si se mira el indicador para toda una planta y se compara por ejemplo con el indicador obtenido para una planta en particular (Ver Tabla 1).

El CEE permite además cuantificar el impacto energético del producto no conforme.  Para ello basta comparar  los valores de CEE que se obtienen, si primero se toma para el denominador los kilogramos de material procesado y luego los del producto conforme.  En la Figura 2 se muestra un ejemplo para una planta de inyección.  Allí se ha graficado el valor de CEE obtenido para cada dato de producción y el consumo atribuible al proceso (eliminando el consumo fijo promedio de la planta).  Como se puede observar, este coeficiente no es constante y su dispersión es un índice para evaluar la estabilidad del manejo del proceso.

El CEE es un indicador que depende de muchas variables, no todas ellas controlables directa e inmediatamente por el usuario.  El tipo de tecnología, de producto y de material son algunas de ellas.  Otras, como el volumen de producción y los consumos fijos tienen una alta incidencia en este indicador, y son influenciables de una u otra forma por acciones en la compañía, de acuerdo a un plan de gestión energética.

Procesos continuos como la extrusión poseen por lo general consumos específicos menores que los discontinuos como la inyección. Las estrategias para la mejora de consumos específicos es por lo tanto particular para cada proceso.  En extrusión por ejemplo, una mejora de este indicador se logra mayoritariamente por el uso de motores de alta eficiencia, que combinados con diseños optimizados de husillos se puede lograr una operación sin suministro significativo de energía a través del sistema de calefacción o de enfriamiento del cilindro.  En inyección, por ser un proceso muy dinámico, la estrategia para la mejora del consumo se dirige prioritariamente a aquellas etapas en donde el valor de la demanda de potencia multiplicado por el tiempo en que se aplica sean los más significativos.  Aquí caben por ejemplo los movimientos de las unidades de la máquina y la fase de plastificación.  También son de suma importancia el balance óptimo de los parámetros que determinan el enfriamiento en el molde, como son el flujo de refrigerante y su temperatura.

Un buen punto de partida para un plan de incremento de la eficiencia energética es la identificación de los principales consumidores en la planta, así como la obtención del CEE global de la misma (Site SEC).  Este último sirve de referencia para evaluar el desempeño de las medidas que se implementen y también para referenciarse con plantas similares.  En la Tabla 1 se muestra el resultado de un estudio /6/ realizado por el proyecto RECIPE (Reduced Energy Consumption in Plastics Engineering  www.eurecipe.com) de la comunidad europea en 2005.  Allí se aprecian valores CEE globales para plantas de transformación de diferentes procesos obtenidos de una muestra de 165 empresas en diferentes países europeos.  Como se observa en la columna de la derecha /4/ estos valores pueden diferir apreciablemente para casos individuales y de otros países.

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Conclusión
Las fuentes de energía actuales no podrán ser reemplazadas rápidamente.  Es necesario que las empresas asuman rápidamente y en forma responsable la instauración de procesos sostenibles viables.  El aumento de la eficiencia del uso de la energía eléctrica es uno de los aportes más significativos para el presente y el futuro de nuestras generaciones.  Adicionalmente este uso eficiente implica ahorro de energía que impacta positivamente los costos de producción y contribuye a la mejora de la competitividad y productividad de la empresa.

Existen varias formas de obtener ahorros, algunas no requieren inversiones importantes y su implementación puede servir para financiar acciones más efectivas y a largo plazo. Cada planta, cada línea de producción, cada equipo, es un caso particular que debe ser analizado y luego optimizado con base en una metodología y métrica común de evaluación.