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II SEMINARIO INTERNACIONAL DE USO INDUSTRIAL SOBRE EL USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA TÉRMICA EN LA INDUSTRIA UNA VISIÓN GLOBAL DE LA GESTIÓN ENERGÉTICA 1 26 de Marzo 2019 “Ejemplo real de la importancia de la monitorización y el análisis de datos en las medidas de eficiencia energética” Francisco Javier Morentin Gutiérrez [email protected] Fundacion CARTIF Apoya: Organiza:

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II SEMINARIO INTERNACIONAL DE USO INDUSTRIAL SOBRE EL USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA TÉRMICA EN LA INDUSTRIA – UNA VISIÓN

GLOBAL DE LA GESTIÓN ENERGÉTICA

126 de Marzo 2019

“Ejemplo real de la importancia de la monitorización y el análisis de datos en las medidas de eficiencia energética”

Francisco Javier Morentin Gutié[email protected] CARTIF

Apoya:Organiza:

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1.Introducción

2.Descripción del sistema y de la medida de eficiencia

3.Análisis de los datos de monitorización

4.Resultados de ahorros finales

5.Conclusiones

Agenda

226 de Marzo 2019

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Contar un caso real de una medida de eficiencia energética en una industria y la importancia del estudio de los datos de monitorización obtenidos.

OBJETIVO

326 de Marzo 2019

INTRODUCCIÓN

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La medida de eficiencia requiere temperaturas ambientes inferiores a 5°C La extrapolación a climas como Medellín será sólo válida

para otras temperaturas de trabajo.

El mensaje principal es la “importancia de monitorizar y estudiar los datos correspondientes” y no la medida en sí misma.

¡¡ DISCLAIMER !!

426 de Marzo 2019

INTRODUCCIÓN

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526 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN - CONTEXTO

ETAPAS FABRICACIÓN DE GALLETAS

RAW STORAGE

MIX & KNEAD

BISCUIT FORMING

BAKINGAIR

COOLING

PACKAGING Dry Biscuit

FINAL STORAGE

CREAM SANDWICH

APPLICATION TUNNEL COOLING

PACKAGING Cream Bis.

CHOCO COVERING

APPLICATION

CHOCO STORAGE

CREAM MIXING

CREAM COOLING

or

DryBiscuit

Choco/Cream Sandwich/Cover

Biscuits

Silos & Tanks

Horizontal Mixers

Rotary orLaminated

Ovens

ConveyorBelts

Non ControlledTemperature

ControlledTemperature

Air-WaterTunnels

Tanks

CreamMixers

Controlled Temp, Humidity

Chillers

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626 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN - CONTEXTO

ENERGÍAS EN FABRICACIÓN DE GALLETAS

RAW STORAGE

MIX & KNEAD

BISCUIT FORMING

BAKINGAIR

COOLING

PACKAGING Dry Biscuit

FINAL STORAGE

CREAM SANDWICH

APPLICATION TUNNEL COOLING

PACKAGING Cream Bis.

CHOCO COVERING

APPLICATION

CHOCO STORAGE

CREAM MIXING

CREAM COOLING

or

DryBiscuit

Choco/Cream Sandwich/Cover

Biscuits

Hot WaterElectricityPneum Air

ElectricityCold Water

Electricity

Natural Gas Electricity

Electricity

Electricity, Hot Water, Cold Water

ElectricityPneum Air

ElectricityHot Water

ElectricityHot Water

ElectricityCold Water

ElectricityCold Water

Electricity, Hot Water, Cold WaterPneum Air

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726 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN - CONTEXTO

FÁBRICA DE GALLETAS DE GULLÓN

335 m

320 m

Localidad de Aguilar de CampooA 900 metros de altitud Clima continental

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826 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN - CONTEXTO

FÁBRICA DE GALLETAS DE GULLÓN

1st) Raw material Storage (Liq. & Solid)

2nd) Mix & Knead(Upper Plant)

3rd) Biscuit Forming(Lower Plant)

4th) Bakery

5th) Cooling (Dry biscuit)

6th) SecondaryProcessing

7th) Cooling(Creamed Biscuit)

8th) Packaging

8th) Final Storage

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926 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN – SISTEMA DE GENERACIÓN DE FRÍO

ESQUEMA DESCRIPTIVO GLOBAL

SISTEMA PRIMARIO o DE GENERACIÓN2 bombas de velocidad constante por cada enfriadora (una en operación y otra en reserva)

SISTEMA SECUNDARIO o DE DISTRIBUCIÓN3 bombas (30 kW) con variador. Sólo funcionan 1 o 2 simultáneamente. La tercera bomba se deja en reserva.

· El “%” de modulación se regula para mantener constante la pérdida de presión.· Baja Demanda: Se modula con una sola bomba.· Alta Demanda: La primera bomba trabaja al 100% y la segunda modula en función de las pérdidas de presión. Mayormente entre el 50% y el 90%

· El sistema de control activa 1 o 2 enfriadoras en función de la demanda medida a través de la temperatura de retorno del agua y de los depósitos de inercia.

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1026 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN – SISTEMA DE GENERACIÓN DE FRÍO

NECESIDADES DE FRÍO (AGUA NO GLICOLADA A 5ºC)

Potencia Máxima Total: 2906,5 kW.

(*) Climatizadoras dotadas de Free-Cooling. No deberían estar “conectadas” con Tª Exterior < 5ºC

24x7

(*)

Al ser una maquinaria de producción de alimentos, se prefiere (siempre que sea posible) prescindir del glicol en los sistemas de refrigeración.

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1126 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN – SISTEMA DE GENERACIÓN DE FRÍO

DOS ENFRIADORAS EN CASCADA

Valores nominales:

Potencia frigorífica máxima: 1197 kW.

Potencia (kW) 1089

Potencia consumida (kW) 340

Numero de compresores 2

Tipo compresor Stepless

EER 3,16

ESEER 4,414

1ª ENFRIADORA: Climaveneta FOCS-CA/B 4802

Ubicada en sala técnica en el interior del edificio de la fábrica

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1226 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN – SISTEMA DE GENERACIÓN DE FRÍO

DOS ENFRIADORAS EN CASCADA

2ª ENFRIADORA: Climaveneta FOCS2/CA 6303

Potencia (kW) 1469

Potencia consumida (kW) 468

Numero de compresores 3

Tipo compresor Stepless

EER 3,14

ESEER 4,16

Valores nominales:

Potencia frigorífica máxima: 1606 kW.

Ubicada en sala técnica en el interior del edificio de la fábrica

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1326 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN – SISTEMA DE GENERACIÓN DE FRÍO

TANQUES DE INERCIA

Funciones principales: Evitar constantes arrancadas y paradas de las enfriadoras.Equilibrado hidráulico entre caudal fijo primario y caudal variable secundario

Bajar/Subir la temperatura 1°C del agua contenida (20m3) supone una energía térmica de 23.22 kWh empleados/recuperados

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1426 de Marzo 2019

2 enfriadoras (de potencia térmica 1MW y 1,4 MW) conectadas en cascada que proporcionan agua fría a 5°C

Conjunto de cargas muy variable ligadas a maquinaria de proceso y climatización y con distintos horarios de funcionamiento. Con una demanda teórica térmica máxima de 2,9 MW

Bombeo primario de caudal constante y secundario de caudal variable.

DESCRIPCIÓN – SISTEMA DE GENERACIÓN DE FRÍO

RESUMEN

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1526 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN – SISTEMA DE GENERACIÓN DE FRÍO

RESUMEN

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1626 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN – MEDIDA DE EFICIENCIA

IDEA GENERAL

FREE COOLING WATER-SIDE METHODOLOGYReducir el consumo eléctrico de un sistema existente de generación de agua fría mediante unintercambiador aire-agua que aproveche las bajas temperaturas ambientales. 2 enfoques:

Incorporación del intercambiador a la enfriadora Enfriadora en el exterior del edificio Enfriadora admita la modificación

Uso de un intercambiador externo a la enfriadora Enfriadora en el interior del edificio No requiere modificar la enfriadora

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1726 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN – MEDIDA DE EFICIENCIA

¿QUE SE NECESITA?

¿¿ LISTA DE EQUIPAMIENTO NECESARIO ??

Un intercambiador aire-agua situado en el exterior del edificio

Tuberías y mecanismo de interconexión

Un nuevo sistema de control (PLC y SCADA)

Un medidor de energía térmica y un medidor de energía eléctrica

¿Especificaciones? ¿Ubicación?

¿Ahorros?

Especificaciones Hidráulicas

¿Nuevas Reglas de Control?, ¿Estrategia?

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1826 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN – MEDIDA DE EFICIENCIA

IDEA GENERAL

PRE-ENFRIAMIENTO DEL AGUA DE RETORNO

Instalación de un intercambiador aire-agua enel circuito de retorno a las enfriadoras que ensituaciones de baja temperatura ambientalreduzca la temperatura del agua de retorno ypor tanto también reduzca el trabajorequerido por las enfriadoras.

Una válvula de bypass de 2-vias permite odeniega el paso del agua a través delaerotermo dependiendo de las temperaturasambiente y del agua de retorno.

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1926 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN – MEDIDA DE EFICIENCIA

INTERCAMBIADOR AEROTERMO (DRY-COOLER)

Modelo: SIERRA WGA-1122-CTS

12 Ventiladores con motores EC (Electronic Conmutated) de alta eficiencia y velocidad VARIABLE.

#1 #2 #3 #4

Parameter (unit) 66% of speed 100% of speed

Ambient Temp (°C) 0°C -5°C 0°C -5°C

Inlet liquid Temp (°C) 6.50

Outlet liquid Temp (°C) 5.24 4.24 4.86 3.55

Liquid Flow rate (m3/h) 248

Fan Speed (rpm) 540 820

Input Power (kW) 5.47 17.76

Capacity (kW) 363.67 653.10 475.79 854.97

Su Capacidad Térmica (potencia) es variable dependiendo de la Tª Exterior, la velocidad de los ventiladores y la Tª de entrada del agua.

Refer. de Potencia Térmica368 kW

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2026 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN – MEDIDA DE EFICIENCIA

INTERCAMBIADOR AEROTERMO (DRY-COOLER)

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2126 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN – MEDIDA DE EFICIENCIA

TUBERÍAS Y MECANISMO DE INTERCONEXIÓN

Desviación del flujo de retorno mediante válvula de 2-vías

El cierre de la válvula obliga al flujo de agua de retorno a desviarse por el aero-termo del exterior.

Cuando la válvula está abierta el agua de retorno pasa a través de ella ya que es el camino de mínima resistencia hidráulica frente a subir y atravesar el aerotermo situado en el tejado.

Importante el tiempo de posicionamiento (Pseudomodulante)

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2226 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN – MEDIDA DE EFICIENCIA

TUBERÍAS Y MECANISMO DE INTERCONEXIÓN

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2326 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN – MEDIDA DE EFICIENCIA

NUEVO SISTEMA DE CONTROL

Nuevas reglas de control que activen y desactiven el aero-termo

En “situación de frío” si el caudal supera los 300 m3/h, se debe realizar una apertura parcial para reducir sobre consumos en el bombeo secundario.

En “situaciones de calor” si el aero termo no se ha utilizado durante 15 días, se debe realizar una apertura parcial de la válvula para forzar un flujo reducido por el aero durante un par de minutos.

En caso de “deshabilitación manual del aero”, si la temperatura exterior baja por debajo de 1°C, se debe realizar una apertura parcial de la válvula para forzar un flujo reducido por el aero mientras la temperatura exterior se mantenga.

Aerotermo en

funciona-miento

Temperatura exterior MENOR que 5°C.

Cierre de Válvula de 2 vías

Diferencia entre la temperatura de retorno y la temperatura exterior

MAYOR que 5°C.

Encendido Ventiladores

Reglas de protección auxiliares

Habilitación y Deshabilitación en base a 2 temperaturas

Caudal Excesivo

Estancamiento

Congelación

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2426 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN – MEDIDA DE EFICIENCIA

NUEVO SISTEMA DE CONTROL

En este caso, se reemplazó el autómata de control

(automatización de sistemas HVAC en edificios)

SIEMENS PX SIEMENS S7-300

(automatización de sistemas industriales)

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2526 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN – MEDIDA DE EFICIENCIA

MEDIDORES DE ENERGÍA TÉRMICA Y ELÉCTRICA

Equipos necesarios para medir los ahorros producidos

Parameter Units Value

SITRANS FUE250 Energy Calculator

Cooling Temperature Range °C 0 – 105

Absolute Temperature Range °C -20 – 190

Temperature Difference Start K 0.1

Temperature Difference Min K 3

Temperature Difference Max K 177

Measurement cut-off K 0.125

Temperature Sensor Types -- Pt100 or Pt500

Medium temperature °C -10 … 120

SITRANS F M MAG 5100 W

Flow Meter

Measuring range m/s 0 - 10

Accuracy mm/s 0.2 % ±2.5

Max Operating Pressure bar 16

Medium Temperature °C -10 to 70

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2626 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN – MEDIDA DE EFICIENCIA

MEDIDORES DE ENERGÍA TÉRMICA Y ELÉCTRICA

Metodología de evaluación

Se considera el sistema como una “caja negra” donde la entrada es el consumo eléctrico y la demanda térmica (producción de frío) es la correspondiente salida. El sistema tiene dos posibles modos de operación y dos posibles eficiencias: Con el mecanismo de Free Cooling habilitado y con el mecanismo de Free Cooling deshabilitado.

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2726 de Marzo 2019

DESCRIPCIÓN – MEDIDA DE EFICIENCIA

SISTEMA DE MONITORIZACIÓN

Integrado dentro del propio sistema de control

Temp [F11.2]

Temp [F11.1]

Flow Presence [F6.12]

Temp [F11.17]

Temp [F11.16]

Temp [F11.20]

Temp [F11.19]

Flow Presence

[F6.9]

Temp [F11.3]

Temp [F11.4]

% Opening [F9.2]

% Opening [F9.1]

#1

#2

Pump On/Off

#1: [F6.14] #2: [F6.13]

Pump On/Off

#1: [F6.11] #2: [F6.10]

Outside Temp [F11.11]

#2 V3V Temp

[F11.16] Temp

[F11.15] Temp [F11.9]

Temp [F11.10]

Temp [F11.7]

Temp [F11.8]

Pump % Speed #1: [F9.3] #2: [F9.4] #3: [F9.5]

Temp [F4.3]

Flow Value [F4.1] Aero-

Refrigerador

Temp [F11.13]

Temp [F11.12]

Fan % Speed

[F1.2]

Differential Pressure [F11.14]

Flow Presence

[F6.5]

Temp [F4.4]

Pressure Switch [F6.18]

#1

Open End

[F6.4]

Close End

[F1.1]

V2

V

Frecuencia de Muestreo: 15 minutos.Lista de Temperaturas, Caudales, Potencias Eléctrica y Térmica, Energías, ….

Todas las variables monitorizadas se guardaban en 11 ficheros CSV en la memoria Flash de la pantalla hardware del SCADA. De forma periódica se procedía a descargar dichos ficheros y transferir la información (software específico) a una base de datos SQL

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2826 de Marzo 2019

ANÁLISIS DE LOS DATOS DE MONITORIZACIÓN

SISTEMA REAL vs SISTEMA NOMINAL

Sistema Nominal

El sistema original existente NO disponía de monitorización y registro. El primer paso es aprovechar el nuevo sistema de monitorización para desviar las desviaciones entre el comportamiento nominal del sistema y el comportamiento real del sistema.

Sistema de generación de frío con caudal variable y potencia térmicavariable pero con valores’±constantes’ de la temperatura de impulsión (frio) and retorno(caliente).

Forward Flow

Return Flow

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2926 de Marzo 2019

ANÁLISIS DE LOS DATOS DE MONITORIZACIÓN

SISTEMA REAL vs SISTEMA NOMINAL

Max Temp (ºC) 11

Min Temp (ºC) 5

Mean (ºC) 7,24

Standard Deviation 0,73

Number of values 28625

Forward Flow

Temperaturas de Impulsión y Retorno

Max Temp (ºC) 14,3

Min Temp (ºC) 4,5

Mean (ºC) 9,29

Standard Deviation 0,93

Number of values 28605

Return Flow

Los valores de la temperatura de impulsión (fría) and retorno (caliente) son muy variables e incluso sus valores medios son diferentes de los valores nominales.

Sistema Real

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3026 de Marzo 2019

ANÁLISIS DE LOS DATOS DE MONITORIZACIÓN

SISTEMA REAL vs SISTEMA NOMINAL

Salto Térmico

Primer aviso de que algo“extraño” está sucediendo con los valores de temperatura

Sistema Real

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3126 de Marzo 2019

ANÁLISIS DE LOS DATOS DE MONITORIZACIÓN

SISTEMA REAL vs SISTEMA NOMINAL

Demanda Térmica variable

Max Power (kW) 1476,61

Min Power (kW) 0

Mean value (kW) 462,468257

Standard Deviation 223,440017

Number of values 28342

Thermal Demand

El sistema real es claramente un sistemade potencia térmica variable como sudefinición nominal.

(*) Climatizadoras dotadas de Free-Cooling. No deberían estar “conectadas” con Tª Exterior < 5ºC

24x7

(*)

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3226 de Marzo 2019

ANÁLISIS DE LOS DATOS DE MONITORIZACIÓN

SISTEMA REAL vs SISTEMA NOMINAL

Demanda Térmica variable

(*) Climatizadoras dotadas de Free-Cooling. No deberían estar “conectadas” con Tª Exterior < 5ºC

24x7

(*)

Evolución razonable invierno -> verano de la demanda térmica del sistema debido a lossistemas de climatización de empaquetado

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3326 de Marzo 2019

ANÁLISIS DE LOS DATOS DE MONITORIZACIÓN

SISTEMA REAL vs SISTEMA NOMINAL

Caudal de bombeo secundarioFlow

Max Flow, m3/h 310,77

Min Flow, m3/h 120,25

Mean, m3/h 189,42

Standard deviation 29,93

Number of values 38560

El sistema real es claramente un sistema de caudal variable como sudefinición nominal.

SOLO hay CINCO valores de caudal superiores a 300m3/h, por lo que la protección del aero termofrente a caudales excesivos NO debería actuarprácticamente nunca.

Sistema Real

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3426 de Marzo 2019

ANÁLISIS DE LOS DATOS DE MONITORIZACIÓN

ANÁLISIS DE LAS CONDICIONES DE FREE COOLING

Definición de Free Cooling para el sistema

Temperatura Ambiente < 5°C

ANDTemperatura Retorno – Temperatura Ambiente > 5°C

Forward Flow

Return FlowFree-Cooling Situation

Free-Cooling no es COMPLETAMENTE FREE:- Los ventiladores del aero termo requieren electricidad.- El paso del agua a través del intercambiador implica un sobreconsumo eléctrico en bombeo

Requerimientos de temperatura que garantizan un mínimo de eficiencia en el intercambiador externo. Si no se dan dichos requisitos, el sistema de control NO DEBE activar el paso por el intercambiador

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3526 de Marzo 2019

ANÁLISIS DE LOS DATOS DE MONITORIZACIÓN

ANÁLISIS DE LAS CONDICIONES DE FREE COOLING

Efecto del aero en el consumo de las bombas

Sólo parece tener una cierta importancia encondiciones de “alto bombeo”. En cualquier caso, son valores pequeños frente a la potencia eléctrica de las enfriadoras.

Free-Cooling no es COMPLETAMENTE FREE:

- Los ventiladores del aero termo requieren electricidad.

- El paso del agua a través del intercambiador implica un sobreconsumo eléctrico en bombeo

Extra Pumping Work

Extra Pumping Work

17 kW at max speed

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3626 de Marzo 2019

ANÁLISIS DE LOS DATOS DE MONITORIZACIÓN

ANÁLISIS DE LAS HORAS DE OPERACIÓN

Horas en situación de Free Cooling

MONTH

HOURS WITH AMBIENT

TEMP < 5ºC

HOURS OF POSSIBLE FREECOOLING

AMBIENT TEMP < 5ºC, AND(RETURN TEMP – AMBIENT TEMP) >5ºC

HOURS OF REAL FREECOOLING

(WATER FULLY DIVERTED TO THE HE AND FANS OF THE HE TURNING)

APRIL 168 40 39

MAY 17 0 0

JUNE 1 0 0

JULY 0 0 0

AUGUST 0 0 0

SEPTEMBER 3 0 0

OCTOBER 56 16 13

NOVEMBER 316 157 40

DECEMBER 403 219 0

JANUARY 516 380 75

¡¡¡¡ Posible Problema con el sensor de temperaturaambiente !!!!

¡¡¡¡ Posible Problema con el Sistema de Control !!!!

1 Month≈

720 hours

??

??

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3726 de Marzo 2019

ANÁLISIS DE LOS DATOS DE MONITORIZACIÓN

ASUNTO DEL SENSOR DE TEMPERATURA AMBIENTE

Horas en situación de baja temperatura ambiente

MONTH

HOURS WITH AMBIENT

TEMP < 5ºC

HOURS OF POSSIBLE FREECOOLING

AMBIENT TEMP < 5ºC, AND(RETURN TEMP – AMBIENT TEMP) >5ºC

APRIL 168 40

MAY 17 0

JUNE 1 0

JULY 0 0

AUGUST 0 0

SEPTEMBER 3 0

OCTOBER 56 16

NOVEMBER 316 157

DECEMBER 403 219

JANUARY 516 380

La Instalación o la Ubicación del sensor de temperatura no es correcta.

El sensor está midiendo temperaturasmás altas que las temperaturas realesambientales

1 Month≈

720 hours

??

Este hecho, engaña al sistema de control que reduce el número de horas de utilización del aero termo. Por tanto, se está afectando de forma negativa a la eficiencia total y a su correspondiente payback.

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3826 de Marzo 2019

ANÁLISIS DE LOS DATOS DE MONITORIZACIÓN

ASUNTO DEL SENSOR DE TEMPERATURA AMBIENTE

Colocación del sensor de Temperatura exterior.

¡¡ “Defecto” (ausencia) en la pantalla anti-

radiación del sensor !!

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3926 de Marzo 2019

ANÁLISIS DE LOS DATOS DE MONITORIZACIÓN

ASUNTO DEL SISTEMA DE CONTROL

Aprovechamiento de las horas de Free Cooling

MONTH

HOURS OF POSSIBLE FREECOOLING

AMBIENT TEMP < 5ºC, AND(RETURN TEMP – AMBIENT TEMP) >5ºC

HOURS OF REAL FREECOOLING

(WATER FULLY DIVERTED TO THE HE AND FANS OF THE HE TURNING)

APRIL 40 39

MAY 0 0

JUNE 0 0

JULY 0 0

AUGUST 0 0

SEPTEMBER 0 0

OCTOBER 16 13

NOVEMBER 157 40

DECEMBER 219 0

JANUARY 380 75

¡¡ 2 posibles problemas relacionados con la programación del PLC !!

??

Durante 524 horas “buenas” de Diciembre y Enero, el flujo de retorno circuló integramente a través del aerotermo, pero los ventiladoresestaban APAGADOS.

Durante 117 horas “buenas” de Noviembre, el flujo de retorno fuedividido en dos ya que la válvula de Bypass se encontrabaparcialmente abierta en lugar de completamente cerrada.

1

1

2

2

1

2

Sin explicación, salvo que el comportamientoincorrecto desaparece al hacer cambio de versiónen la programación del PLC.

Algún empleado de mantenimiento cambióla velocidad del aerotermo desde“AUTO” a “VELOCIDAD MANUAL = 0”.

1 Month≈

720 hours

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4026 de Marzo 2019

ANÁLISIS DE LOS DATOS DE MONITORIZACIÓN

ASUNTO SONDAS DE TEMPERATURA DEL AGUA

Incoherencias en los valores de temperatura de los distintos caudales

∆T mean, °C

Chiller 1 - Outlet temperature difference 0,54

Chiller 2 - Outlet temperature difference 2,72

Chiller 1 - Inlet temperature difference 0,91

Chiller 2 - Inlet temperature difference 3,50

Defectos en los sensores de las tuberías ya existentes tan antiguoscomo la propia instalación. Al no disponer de monitorización, y NO SER DEFECTOS INHABILITANTES nunca habían sido diagnosticados.

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4126 de Marzo 2019

ANÁLISIS DE LOS DATOS DE MONITORIZACIÓN

CRITICIDAD AVERÍAS SONDA TEMPERATURA EXTERIOR

Semana del 9 al 15 de Marzo

La sonda de temperatura se avería

El sistema de control activa 24x7 el aerotermo, lo que produce un calentamiento del agua de retorno en las horas cálidas del día y por tanto un sobreconsumo de las enfriadoras.

Registra -50°C de forma continua

El sistema de control debería haberse “dado cuenta” de que -50°C no es una temperatura “razonablemente segura”.

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4226 de Marzo 2019

RESULTADOS DE AHORROS FINALES

EVALUACIÓN EN MODO “BLACK BOX”

Para la época de temperaturas ambiente bajas:

Bajo fabricación media-alta, lo normal será que a lo largo de un mismo día se pase por los modos de “Spring” y “Summer”.

Bajo fabricación baja, lo normal será que a lo largo de un mismo día se pase por los modos “Winter”, “Spring” y “Summer”.

With free cooling enabled and only working the heat exchanger (12h)

Start date 2017-01-26 00:13:06

End date 2017-01-26 13:57:57

Thermal energy (kWh) 5192η= 11,05

Electric energy (kWh) 470

Mean ambient temperature -3,71°C

With free cooling disabled (14h)

Start date 2017-01-19 21:59:49

End date 2017-01-20 11:59:40

Thermal energy (kWh) 6800η= 2,83

Electric energy (kWh) 2406

Mean ambient temperature -5,00°C

Comparación de dos periodos con valores similares de: duración, temperatura ambiente y demanda térmica.

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4326 de Marzo 2019

RESULTADOS DE AHORROS FINALES

EVALUACIÓN EN MODO “BLACK BOX”

Se han escogido como ejemplo dos semanas “sin fallos” en la programación del PLC ni el comportamiento del personal de mantenimiento.

Comparación de valores semanales de demanda térmica y eficiencia del sistema (ratio demanda térmica / consumo eléctrico).

Week

HE

work

hours

Electric energy

kWh

Thermal energy

kWh

Global

Efficiency

Electricity savings

versus Week 25

11 36,25 26226 70248,75 2,68 25%

4 80 20286 75340 3,71 42%

25 0 35095 73860 2,10 –

Obviamente, cuantas más horas de operación del intercambiador haya habido durante la semana, mejor será la eficiencia global del sistema.

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4426 de Marzo 2019

RESULTADOS DE AHORROS FINALES

EVALUACIÓN POR MODELO y MATRIZ DE DEMANDA

Valor del flujo de agua (m3/h) que pasa a través de el.

La diferencia de temperaturas, ΔT, entre la temperatura del agua de entrada y la temperatura ambiente. ΔT = Tin,HE - Tambiente

Software del fabricante del aerotermo

La capacidad o potencia térmica del aerotermo, si se fija la velocidad de sus ventiladores al máximo posible, sólo depende de dos parámetros:

Modelo del Aerotermo

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4526 de Marzo 2019

RESULTADOS DE AHORROS FINALES

EVALUACIÓN POR MODELO y MATRIZ DE DEMANDA

Matriz de Demanda (Datos de Monitorización)

YEARLY

MATRIX FACTORY

DEMAND

t1 t2 t3 ··· ··· ··· tn

Return Temp

Average Flow

Average Power

Ambient Temp

TimeAverage Thermal

Power, (kW)

Flow (mean)

(m3/h)

HE Inlet

temperature, (°C)

Ambient

temperature, (°C)

04.01.2016 0:25 387.60 195.76 9.76 0.30

04.01.2016 0:40 526.10 196.76 9,95 -0.20

04.01.2016 0:55 290.69 196.20 9.97 0.00

La potencia térmica media

El caudal de agua medio

La temperatura del agua de retorno

+ Temperatura Ambiente

El perfil de demanda o curva de demanda es una serie temporal que define la demanda térmica del sistema a lo largo de un año con 15 minutos de frecuencia de muestreo.

Matriz de Demanda

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4626 de Marzo 2019

RESULTADOS DE AHORROS FINALES

EVALUACIÓN POR MODELO y MATRIZ DE DEMANDA

Simulación de Modelo y Matriz de Demanda

Si el porcentaje de cobertura del aerotermo es mayor que 100%, significa que en ese periodo la capacidad del aero es mayor que la demanda de la planta.

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4726 de Marzo 2019

RESULTADOS DE AHORROS FINALES

EVALUACIÓN POR MODELO y MATRIZ DE DEMANDA

Calendario Anual Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun

1 2 3 1

4 5 6 7 8 9 10 2 3 4 5 6 7 8

11 12 13 14 15 16 17 9 10 11 12 13 14 15

18 19 20 21 22 23 24 16 17 18 19 20 21 22

25 26 27 28 29 30 23 24 25 26 27 28 29

30 31

Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun

1 2 3 4 5 1 2 3

6 7 8 9 10 11 12 4 5 6 7 8 9 10

13 14 15 16 17 18 19 11 12 13 14 15 16 17

20 21 22 23 24 25 26 18 19 20 21 22 23 24

27 28 29 30 25 26 27 28 29 30 31

Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun

1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4

8 9 10 11 12 13 14 5 6 7 8 9 10 11

15 16 17 18 19 20 21 12 13 14 15 16 17 18

22 23 24 25 26 27 28 19 20 21 22 23 24 25

29 30 31 26 27 28 29 30

Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun

1 2 1 2 3 4 5 6

3 4 5 6 7 8 9 7 8 9 10 11 12 13

10 11 12 13 14 15 16 14 15 16 17 18 19 20

17 18 19 20 21 22 23 21 22 23 24 25 26 27

24 25 26 27 28 29 30 28 29 30

31

Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun

1 2 3 4 1

5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8

12 13 14 15 16 17 18 9 10 11 12 13 14 15

19 20 21 22 23 24 25 16 17 18 19 20 21 22

26 27 28 29 30 31 23 24 25 26 27 28 29

30 31

Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

6 7 8 9 10 11 12 6 7 8 9 10 11 12

13 14 15 16 17 18 19 13 14 15 16 17 18 19

20 21 22 23 24 25 26 20 21 22 23 24 25 26

27 28 27 28 29 30 31

April-2016 May-2016

August-2016 September-2016

December-2016 January-2017

March-2017

June-2016 July-2016

November-2016October-2016

February-2017

Key colors 0% <= 33% <= 66% <= 99% <= 120% <= 150% > 150% No data

Factory Total

Thermal Demand

(kWhth)

Used Directly

Thermal Energy

(kWhth)

Non-Used

Thermal Energy

(kWhth)

Total HE

Thermal Energy

(kWhth)

3,827,425 514,774 347,288 862,063

22,5%

9%13,5%

Una parte importante de la hipotética capacidad de generación de frío del aerotermo no está sincronizada con la demanda de frío de la fábrica.

No hay parada en verano pero si en Navidad

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4826 de Marzo 2019

RESULTADOS DE AHORROS FINALES

EVALUACIÓN POR MODELO y MATRIZ DE DEMANDA

1 2 3 14 5 6 7 8 9 10 2 3 4 5 6 7 8

11 12 13 14 15 16 17 9 10 11 12 13 14 1518 19 20 21 22 23 24 16 17 18 19 20 21 2225 26 27 28 29 30 23 24 25 26 27 28 29

30 31

1 2 3 4 5 1 2 36 7 8 9 10 11 12 4 5 6 7 8 9 10

13 14 15 16 17 18 19 11 12 13 14 15 16 1720 21 22 23 24 25 26 18 19 20 21 22 23 2427 28 29 30 25 26 27 28 29 30 31

1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 48 9 10 11 12 13 14 5 6 7 8 9 10 11

15 16 17 18 19 20 21 12 13 14 15 16 17 1822 23 24 25 26 27 28 19 20 21 22 23 24 2529 30 31 26 27 28 29 30

1 2 1 2 3 4 5 63 4 5 6 7 8 9 7 8 9 10 11 12 13

10 11 12 13 14 15 16 14 15 16 17 18 19 2017 18 19 20 21 22 23 21 22 23 24 25 26 2724 25 26 27 28 29 30 28 29 3031

1 2 3 4 15 6 7 8 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8

12 13 14 15 16 17 18 9 10 11 12 13 14 1519 20 21 22 23 24 25 16 17 18 19 20 21 2226 27 28 29 30 31 23 24 25 26 27 28 29

30 31

1 2 3 4 5 1 2 3 4 56 7 8 9 10 11 12 6 7 8 9 10 11 12

13 14 15 16 17 18 19 13 14 15 16 17 18 1920 21 22 23 24 25 26 20 21 22 23 24 25 2627 28 27 28 29 30 31

March-2017

Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun

January-2017

Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun

Wed Thu Fri Sat Sun

February-2017

Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun

Sun

December-2016Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun

Tue Wed Thu Fri Sat

Mon Tue Wed Thu Fri Sat SunSeptember-2016

Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun

November-2016Mon Tue

October-2016Mon

July-2016Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun

June-2016Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun

August-2016

Fri Sat SunMon Tue Wed ThuMay-2016April-2016

Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun

Key colors 0% <= 33% <= 66% <= 99% <= 120% <= 150% > 150% No data

Obviamente el turno de noche es el “ganador”

Sólo tiene sentido si hay 3 turnos

Distribución por turnos de trabajo

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4926 de Marzo 2019

RESULTADOS DE AHORROS FINALES

EVALUACIÓN POR MODELO y MATRIZ DE DEMANDA

1700 horas anuales de free cooling

Ahorro anual de 235,000 kWh de electricidad (el 12% del consumo total).

Ahorros en electricidad y por periodos tarifarios

[A]

Total Yearly

Electricity

Consumption

Simulated without

HE

(kWhe)

[B]

Total Yearly

Electricity

Consumption

Simulated

with HE

(kWhe)

[A]-[B]

Total

Yearly

Simulated

Savings

(kWhe)

([A]-[B])/[A]

Relative

Yearly

Simulated

Savings

(%)

1,924,245 1,688,899 235,346 12

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Que un sistema esté funcionando, proporcionando el servicio que se espera de el, no significa que lo esté haciendo de forma “optima” respecto del consumo energético.

Funcionamiento ≠ Funcionamiento Óptimo

5026 de Marzo 2019

CONCLUSIONES

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Al igual que en las fábricas se documenta, analiza y revisa periódicamente los datos de producción, los datos de calidad, o los datos de averías de máquinas. También se debe realizar un seguimiento periódico de los consumos energéticos de los procesos productivos.

Incorporar el análisis y revisión periódica de los datos energéticos de los procesos productivos

5126 de Marzo 2019

CONCLUSIONES

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Frase frecuentemente atribuido al filósofo austriaco del siglo XX Peter Drucker.Pero fue el matemático y físico británico del siglo XIX William Thomson Kelvin (Lord Kelvin) quien la enunció de la siguiente forma: “Lo que no se define no se puede medir. Lo que no se mide, no se puede mejorar. Lo que no se mejora, se degrada siempre.”

¡Lo que no se mide no se puede mejorar!

5226 de Marzo 2019

CONCLUSIONES

Lord Kelvin(1824-1907)

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¡Gracias!

53

Apoya:Organiza:

26 de Marzo 2019