Artículo original / Original article / Artigo original DOI: 10.22507/pml.v15n1a4 49 REVISTA PRODUCCIÓN + LIMPIA–Vol. 15 No 1–2020–R. Portillo Ramos. ANÁLISIS DE CONSUMOS Y COSTOS ELÉCTRICOS DE PRODUCCIÓN... 1 Artículo original del trabajo de investigación “Cuantificación del consumo eléctrico de producción por producto con técnicas de modelado de procesos y de auditoría energética. Industria Licorera del Cauca” realizado entre el 4 de Julio de 2018 y el 1 de febrero de 2019 en el Departamento del Cauca financiado por la Universidad del Cauca y la Industria Licorera del Cauca. 2 Ingeniera en automática industrial de la Universidad del Cauca. Correo: [email protected]ORCID: 0000-0002-8348-9424. 3 Ingeniero en automática industrial de la Universidad del Cauca. Jefe de mantenimiento de la industria licorera del Cauca y Docente de la Fundación Universitaria de Popayán. Correo: [email protected]. ORCID: 0000-0002-8648-7635. 4 Mg. en Electrónica y Telecomunicaciones de la Universidad del Cauca, Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones; Especialista en Informática Industrial; Especialista en Redes y Servicios Telemáticos; docente de planta en el departamento de electrónica, instrumentación y control de la facultad de ingeniería electrónica y telecomunicaciones de la Universidad del Cauca. Correo: jfl[email protected]. ORCID: 0000-0003-1646-4419 Autor para correspondencia: Juan Fernando Flórez Marulanda, correo: jfl[email protected]Recibido: 20/11/2019 Aceptado: 21/07/2020 Análisis de consumos y costos eléctricos de producción por producto en una industria licorera1 Rosa Estefany Portillo Ramos2, Juan Manuel Segura3, Juan Fernando Flórez Marulanda4 Resumen. Introducción. Este articulo desarrolla un método para estimar costos eléctricos por unidades de producción en una industria, basada en la norma ISO 50002 y estándares ISA 5.1 e ISA 88.1. Objetivo. Encontrar indicadores que relacionen el consumo de energía con los niveles de producción. Materiales y métodos. El método consta de ocho pasos: definición de objetivos, recolección de datos históricos, definición de áreas de interés, realización del censo de carga, ejecución de medición, trabajo de campo, cálculos y resultados y análisis. Siendo aplicada en una industria licorera en Popayán Colombia, dónde se estimaba el costo eléctrico por producto asignando el 80% del total consumido al área de producción. Resultados. Con la aplicación del método se encontró la cantidad de energía necesaria para producir una unidad de aguardiente en distintas presentaciones; en el área de producción el consumo de energía es fluctuante cada mes, pero su promedio es del 22% del total facturado durante el periodo estudiado. Conclusiones. La estimación de energía teórica tiene un error del 2,4% en comparación con los equipos de medición, por lo que el método desarrollado es apropiado para la implementación práctica. Palabras clave: ISO 50002, industria eléctrica, recursos energéticos, ISA5.1, ISA88.1.
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DOI: 10.22507/pml.v15n1a4 Análisis de consumos y costos …repository.lasallista.edu.co/dspace/bitstream/10567/2792... · 2021. 1. 22. · rtículo original Original article rtigo
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Artículo original / Original article / Artigo original
DOI: 10.22507/pml.v15n1a4
49REVISTA PRODUCCIÓN + LIMPIA–Vol. 15 No 1–2020–R. Portillo Ramos.ANÁLISIS DE CONSUMOS Y COSTOS ELÉCTRICOS DE PRODUCCIÓN...
4 Mg.enElectrónicayTelecomunicacionesdelaUniversidaddelCauca,IngenieroenElectrónicayTelecomunicaciones;EspecialistaenInformáticaIndustrial;EspecialistaenRedesyServiciosTelemáticos;docentedeplantaeneldepartamentodeelectrónica,instrumentaciónycontroldelafacultaddeingenieríaelectrónicaytelecomunicacionesdelaUniversidaddelCauca.Correo:[email protected]:0000-0003-1646-4419Autor para correspondencia:JuanFernandoFlórezMarulanda,correo:[email protected]:20/11/2019Aceptado:21/07/2020
Análisis de consumos y costos eléctricos de producción por producto en una industria licorera1
Rosa Estefany Portillo Ramos2, Juan Manuel Segura3, Juan Fernando Flórez Marulanda4
Resumen.
Introducción. Estearticulodesarrollaun método para estimar costos eléctricos porunidadesdeproducciónenunaindustria,basadaenlanormaISO50002yestándaresISA5.1eISA88.1.Objetivo. Encontrarindicadoresquerelacionenelconsumodeenergíaconlosnivelesdeproducción.Materiales y métodos.Elmétodoconstadeochopasos:definicióndeobjetivos,recoleccióndedatoshistóricos,definicióndeáreasdeinterés,realizacióndelcensodecarga,ejecucióndemedición,trabajodecampo,cálculosy resultadosyanálisis. SiendoaplicadaenunaindustrialicoreraenPopayán Colombia, dónde se estimaba el
Palabras clave: ISO 50002, industriaeléctrica,recursosenergéticos,ISA5.1,ISA88.1.
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Analysis of consumption and electric cost of production for product in a liquor industry
Abstract
Introduction. This article develops amethod to estimate electricity costs perproductionunitsinanindustry,basedonISO50002andISA5.1andISA88.1standards.Objective.Findingindicatorstorelateenergyconsumptionwithproductionlevels.Materials and methods.Themethodconsistsofeightsteps:definitionofobjectives,collectionofhistoricaldata,definitionofareasofinterest,performanceofthecensusofload,executionofmeasurement,fieldwork,calculationsandresultsandanalysis.Itwasappliedinaliquorindustry in PopayánColombia,where theelectricity cost per productwas estimatedassigning80%ofthetotalconsumedtotheproductionarea.Results. Withtheapplicationofthemethodtheamountofenergyneededtoproduceabrandyunitindifferentpresentationswas found; in theproductionarea, energyconsumption is fluctuating every month,butitsaverageis22%ofthetotalinvoicedduringtheperiodstudied.Conclusions. Thetheoreticalenergyestimationhasanerrorof2.4%comparedtothemeasuringequipment,sothemethoddevelopedisappropriateforpracticalimplementation.
Análise do consumo e custo elétrico de produção de produto
em uma indústria de licor
Resumo
Introdução. Este artigo desenvolve ummétodoparaestimaroscustosdeeletricidadeporunidadesdeproduçãoemumsetor,combasenospadrõesISO50002eISA5.1eISA88.1.Objetivo.Encontrar indicadores pararelacionaroconsumodeenergiacomosníveisdeprodução.Materiais e métodos.Ométodoconsisteemoitoetapas:definiçãodeobjetivos,coletadedadoshistóricos,definiçãodeáreasdeinteresse,desempenhodocensodecarga,execução de medição, trabalho de campo,cálculoseresultadoseanálise.FoiaplicadoemumaindústriadebebidasemPopayánColômbia,ondeocustodeeletricidadeporprodutofoiestimadoatribuindo80%dototalconsumidoàáreadeprodução.Resultados.Comaaplicaçãodométodo, foi encontrada a quantidade deenergianecessáriaparaproduzirumaunidadedeconhaqueemdiferentesapresentações;naáreadeprodução,oconsumodeenergiaestáflutuandotodososmeses,massuamédiaéde22%dototalfaturadonoperíodoestudado.Conclusões.Aestimativateóricadeenergiaapresentaumerrode2,4%emrelaçãoaoequipamentodemedição,portantoométododesenvolvidoéadequadoparaimplementaçãoprática.
Palavras-chave: ISO 50002, indústriaelétrica,recursosenergéticos,ISA5.1,ISA88.1.
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Introducción
Laenergíadesempeñaunpapelfundamentaleneldesarrollodelossectoresproductivoscuyautilizacióndeberíarealizarseconelevadaeficiencia, bajo impactomedioambiental ymenorcostoposible; estoescadavezmásimportante,yaqueelconsumoenergéticosehaincrementadoconlaproduccióndebienesyservicios(Larraz,2011).UnusoeficientedelaenergíareduceloscostosasociadosylasemisionesdeCO2(Boharbetal.,2017).Sinembargo,sepresentaunatendenciaenlaaltagerenciadequelarelacióncosto–beneficiode las inversiones eneficiencia energética,afectanlaproductividadylarentabilidaddelaempresa(Triannietal.,2013).Enlaactualidad,laexigenciadelmercadoobligaalasempresasaprecisarymedirlosrequerimientosdelosusuarios, bajar los costos, reducir tiemposde producción ymejorar la calidad de susproductos(Tinoco,2018).Asímismo,siunaorganizaciónconoceelconsumodeenergíaylosequiposusadosensuprocesoproductivo,realizaráunamejorgestiónintegralentodaslasáreas;lograndoconocerlaeficienciaenergéticadelprocesoensusdiferentesetapas,brindandounavisióndelcompromisoambientalmedianteelindicadordehuelladecarbóndelaempresa(Estévez,2012);entreotrospararealizarunaevaluaciónintegraldeprocesos(Galarza,2012).Laimplementacióndeunsistemadegestiónintegral de energía (SGIE–ISO 50001) enunaorganizaciónbrindaunamejoracontinuade la eficiencia energética con un enfoquesistemático,enparticularcuandoseabordanauditoríasenergéticassoportadasenISO50002(InternationalOrganizationforStandardization,2011).Actualmenteloscostosdeproducciónenunaempresasecalculanmediantelasumadeloscostosfijosmásloscostosvariables(Mowen,2006),estoscálculossondecarácterglobalparatodaorganización;sinunadiscriminacióndetalladaporáreas,siendoestoimportanteyaque una industria debe considerar las variaciones
Existenmétodosparadeterminarelusodelaenergíaenunaindustriarealizandoauditoríasenergéticas.En(Casals,2014)seanalizaelconsumoeléctricoutilizandoISO50002enunaestacióndemetroenEspaña, tomandoaccionesenlagestiónenergéticadelosequiposysistemas.En(Fresneretal.,2016)serealizaunaseriedeauditoríasenergéticasa280PYMEenEuropa,paraconocereltipodeconsumoenergéticoymejorarsueficienciaenergética.En(Dongellini,Marinosci,&Morini,2014)seefectúaunaauditoríaenergéticaenochoedificiosdeunaindustriaautomotrizitaliana,para realizar:análisisenergéticocompleto,identificación del desperdicio de energía,definicióndelplandeadaptaciónparareducirconsumos,implementacióndelplansistemáticodeproyectosdeahorrodeenergíaymonitoreode resultados.Así mismo, en (A.Aranda-Usón, 2012) se proporciona informacióncuantitativadelconsumoenergéticodecuatrosectores industriales (Alimento y bebida,Textil,QuímicoyMineralesnometálicos)enEspaña,conunanálisisdeenergíaresultantede auditorías energéticas en los sitios einformación complementaria. Auditoríasrealizadas en Taiwan (Ma, Chen, & Gui-Bing,2012), (Suet al, 2013), describenelpotencialahorroenergéticode76empresasyunaauditoríaenergéticaalaindustriadelcemento,siguiendounametodologíabasadaenlas tendenciashistóricasdeconsumodeenergía y la información tecnológicade laplanta.Igualmente,en(Boharbetal,2016),serealizaunaauditoríaenergéticaaunaempresadedicadaalaproducciónycomercializacióndealimentosparaganadoenMarruecos,analizandoelusodelaenergíaporpartedelaempresa,realizandorecomendacionescorrespondientes.Enlaliteratura(Linetal,2014),seresumeelpotencialdeahorrodeenergíaentre168.3–762.1Terajuliosde118empresasdePulpay
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PapelenTaiwán.Finalmente,en(Kongetal,2013),sedescribeunaauditoríaenergéticadeunafábricadepapelenChina,paraidentificaroportunidadesdeconservacióndeenergíaymitigacióndeCO2,conunpotencialdeahorrodeenergíade967,8Terajuliosyde93.453toneladas de CO2.
Losmétodosdescritosbuscandeterminarelconsumodeenergíaanivelglobaldeunsectorproductivo,ynodiscriminanporáreasdeunaindustria.Estoes,nodeterminanlainfluenciadelconsumodeenergíaenloscostos,fijosyvariables,quesepresentanenlasindustriasrespectoalosnivelesdeproducción.Porestarazón en el presente artículo, sedesarrollaunmétodobasadoenlanormaISO50002y
ConsumoEléctricoporUnidad=Consumo eléctrico de la sección de producción
# unidades de producto elaborados(Ecuación1)
PartiendodelanormaISO50002(InternationalOrganizationforStandardization,2011)(García,2019)ylosestándaresISA5.1(AmericaNationalStandard, 1992) (Trippel, 2017) e ISA 88.1(International Society ofAutomation, 2006)(Hawkins,2010),seproponeunmétododeochofasesparacuantificarelconsumoeléctricoporunidaddeproductoenunaindustria:
Definición de Objetivos: Determina laproblemáticaasolucionar,fijandoloslímitesyfronterasdesolución.Paraelcasodeestudio,sepretendeconocerlacantidaddeEEparaproducirAguardiente (tradicional –Ty sinazúcar-SAz),ensuspresentacionesdemediabotella (M)(375cc.), botella (B)(750cc.), ygarrafa(G)(1750cc),ydeterminarelconsumodeEE real en producción y los costos porunidadesproducidas.
Recolección de Datos históricos: Registra elconsumodeEEdelprocesocomoreferencia.Enestecaso,serecolectólainformacióndeproducciónyconsumoenergéticodeenerodel2017aagostodel2018.
Definición de áreas de interés: Identificalas áreasyequiposdelprocesoproductivo.Enestecaso,secentróeneláreadeproducción,conformada por las células preparación yenvasado,levantandoelmodelofísicodeláreadeproducción(Tabla1).Siendorelevanteslosmotoresenelprocesoproductivo,porsualtoconsumoenergéticoanivelindustrial(Mantilla,2005); en las dos células hay 45 motoreseléctricostrifásicos,10motoresenlacéluladepreparacióny35enenvasado.
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Tabla 1.ModelofísicoIndustriaLicoreradelCauca–ILC.
Área Célula Unidad Módulo equipo Módulo control
Producción
Preparación
UnidadTratamientodeagua
33módulosdeequipo
221módulosdecontrol
UnidadAlmacenamientodealcohol
Unidadpreparacióndeaguardiente
Unidadalmacenamientodeaguardiente
EnvasadoUnidadLíneadeenvasado 6módulosde
equipo40módulosde
controlUnidadAireparaequipos
Fuente:Elaboradoporlosautores.
Realización del Censo de carga: Se recolecta lainformaciónquepresentanlosequiposen
Consumo Eléctrico = I * V * √3 * FP * h (Ecuación2)
Ejecución de Medición: Secalculaconsumoseléctricos,yvariablesrelevantesparaconocerlacantidaddeEEusadaporunidadproducida.Enestecasoelconsumoenergéticoyelniveldeproducción.
Cálculos y Resultados: Se propone elindicadordeseadopararelacionarelconsumoeléctricoconlaproducción.LaEEtotalparaobtenerunproductoseráigualalasumadelaEEdelasdiferentescélulasdondesetransformalamateriaprima(Ec.3):
EE por unidad = EE célula 1 + ... + EE célula n (Ecuación3)
Análisis: Verifica que la informaciónobtenidadentrodelprocesodecensodecargaydemediciónsealógicaydecalidad.ConelloseanalizaelconsumodeEEenlasdiferentescélulasqueconformaneláreadeproducción,yserelacionaconlasdemásáreasdelaempresa.
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Figura 1. Comportamientohistóricodevariablesrelevantes.
Meses
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Bot
ella
s
10 5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5Producción en botellas
Meses
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
kWh
10 4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2Consumo de energía
Niveldeproducciónenbotellas. ConsumodeEEILC.
Fuente: elaboradoporlosautores.
Realización del censo de carga
Enlacéluladepreparaciónseproducenlotesde10.000Ldeaguardiente(para13.333,33botellas,26.666,66mediaso5.714,28garrafas),utilizando 3.000 litros de alcohol y 7.000
litrosdeagua,involucrando8equipos(Tabla2).ConestoseestimaelconsumodeEEparaunapreparaciónde10.000Ldeaguardiente,sumando la multiplicación de la potenciadecadaequipoporlashorasdeutilización;empleandountotalde13,68kWh.
Tabla 2.Censodecargadelos8equiposdelacéluladepreparación.
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Para la célula de envasado se recolectóinformaciónde35equipos,deloscualessetieneunapotenciainstaladade45,23kW;elequipodemayorconsumoeselcompresordelaunidadaireparaequipos,conun49%delapotenciatotalinstalada.Enlalíneadeenvasadoestán34delos35equipos,dóndelaoperacióndelosmotoresnoescontinua,generandoerroresenlamedicióndeltiempo.
En el tablero de distribución de EEse instalan equipos de sub-medición,adicionalmente se calcula el consumo deEEdelaluminariadeláreadeproducción.Elperiododeestudioesamplio,porqueelcronogramadeproduccióndelaILCdependedelascaracterísticasdelmercado.
Recolección de variables relevantes
Enlacéluladepreparaciónlaproducciónse asocia al número de preparaciones deaguardiente,yenenvasadoalacantidaddecajasproducidas.Enlaprimeraserealizandosprocesos,ladescargadealcoholcadatresocuatromesesylapreparacióndeaguardientediaria(Tabla4).
Tabla 4.ConsumodeEEynivelesdeproduccióncéluladepreparación.
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Se registró cinco descargas de 40.000litrosdealcoholutilizando86,8kWh(17,36kWh/descarga),cadaunaseutilizaen13,33preparaciones(1,30kWh/lotedeaguardiente).SiendoelconsumoenergéticorealparaunapreparaciónlasumadelaEEdepreparación
Tabla 6. RegistrohorasdefuncionamientodelCompresor.
Día Horas de carga
Horas normales Total
1 6 7 132 5 8 133 4 7 114 6 6 12
Promedio 5,25 7 12,25
Fuente:elaboradoporlosautores.
57REVISTA PRODUCCIÓN + LIMPIA–Vol. 15 No 1–2020–R. Portillo Ramos.ANÁLISIS DE CONSUMOS Y COSTOS ELÉCTRICOS DE PRODUCCIÓN...
ParalaluminariaseestimólaEEconlosconsumoseléctricosdelaslucesinstaladas,obteniendo que en una jornada laboral de 12,25horasseconsumen28,602kWh.Laluminariasporunidadproducidaconsume:1,10Wh/BotellaT,1,03Wh/MediaSAzy3,60Wh/GarrafaSAz.
Actualmente en la unidad de línea deenvasado el rendimiento de producción(unidades envasadas) es un 10% mayoren aguardiente Tradicional respecto alaguardienteSinazúcar,yaqueelenvasedelaguardientesinazúcartieneuntratamientodeopalizado,presentándosemásfallasentodalalínea,conestainformaciónserealizanloscálculosdeconsumoseléctricosyproducciónen la célula de envasado (en la célula depreparaciónnohaydependenciadeltipodeproducto),obteniendo:
Con el estudio realizado, se logrócomprobarquelosvaloresobtenidosmediantelaestimacióndeconsumoenergéticoconcensodecarga(13,68kWh)yelmétododesarrolladoenlacéluladepreparación(13,35kWh)soncercanos,conunerrorde2,4%entrelosdosvalores,esdecir,quelaestimaciónrealizadaseencuentraentreelrangodereferencia(García,2016).Ademássecomprobóconelcensodecarga,queelequipodemayorconsumodeEEenlacéluladepreparacióneselcompresor.Seresaltaque:
-ElpromediodeconsumodeEEeneláreadeproducciónesde2.799,23duranteelperiodoestudiado, con una desviación estándar de1.590,47(yaqueenalgunosmeseslaproducciónesaltayenotroses0);peronosuperael43%deltotaldelafactura.
-Enlapresenteinvestigaciónsedesarrollóunmétodoconochofasesparalacuantificacióndeconsumoeléctricoporproductoencualquierempresa.Elmétodoiniciaconlaidentificacióndelosproductosyáreasinvolucradasjuntocon la adquisición de datos históricos delconsumoenergéticoenlaempresa,hastaladescripcióndetalladadelaenergíaempleadaporproducto.Estoselograconlaimplementaciónde indicadores, las mediciones en campo,ycálculosdeconsumoeléctricode toda lamaquinariainvolucrada.
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-Secomprobóqueelindicadorenergéticoactual de ILC para el área de producción(80%deltotalfacturado)noesadecuado,yaqueenelanálisisdelosdatosencontradosseobservaquedichoconsumonoexcedeel43%delconsumototal,sinembargo,porlavariacióndevalordelkWhpormes,noesfactibleasignarunpreciofijo,peroesposiblehacerunseguimientoasucosto.
Referencias
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