Optimización Energética De Procesos Industriales
Evaluación de los procesos industriales de una empresa para diagnosticar la eficiencia energética que tienen y determinar alternativas que logren reducir el desperdicio de energía y así reducir el consumo y costo de operación del cliente. Para esto se realiza un levantamiento y mediciones de todos los sistemas que son objeto del estudio y se modelan utilizando EnergyPlus®, con la información se hace un análisis de energético y exergético para determinar la eficiencia que tiene el proceso, la eficiencia que se puede alcanzar y la energía que se podría recuperar. Un proyecto de optimización energética sigue las siguientes etapas:
Instrumentación, medición y calibración de modelo energético
Para dar inicio al proyecto se realiza una reunión conocida como «Energy Charrette» por la norma ASHRAE 209-2018 con la que se determina el propósito de la modelación y las medidas de desempeño con la que se evaluará las alternativas planteadas de solución al proceso. Las medidas de desempeño requieren del registro de datos de funcionamiento de los sistemas del proceso por un periodo de al menos 3 meses o más dependiendo de la complejidad del mismo. Si un proceso depende mucho del clima se recomendará el uso de una estación metereológica que registre los datos ambientales y en lo posible tener una evaluación de un año completo para tener un archivo climático completo, pero si no es posible, o el proceso es muy pequeño, entonces se predecirá el comportamiento climático y estaciones metereológicas cercanas mediante estrategias de Machine Learning. Adicional, se realiza un levantamiento de todo el proceso para determinar cada equipo y sistema que formará el modelo energético con que se va a simular el comportamiento del proceso. Para esto es necesario hacer «ingeniería inversa» y con las mediciones realizadas determinar las curvas de desempeño de los elementos modelados tales como ventiladores, bombas, calderas, etc. Si el proceso no tiene los instrumentos para tomar estos datos, se hará un documento de especificaciones que indique cuáles instrumentos hacen falta y con qué características para que el cliente pueda implementarlos. Si bien esto es un costo previo a la optimización, una buena instrumentación es el primer paso para la reducción del consumo energético de un proceso ya que, sin necesidad del estudio, las solas mediciones muestran condiciones anormales en el proceso a las que se les puede dar solución rápidamente pagando la inversión realizada. Al final, cuando se tengan ya todas las mediciones se terminará de calibrar el modelo térmico para que se comporte tal como se comporta el proceso y de ahí partir para establecer las posibles mejoras que se pueden implementar. Cuando se tenga el modelo se realizará una nueva reunión con el cliente para explicar el comportamiento del proceso, los problemas que tiene y las posibles soluciones de manera que el cliente plantee las limitaciones, restricciones y expectativas en el documento conocido como OPR (Requerimientos del Propietario por sus siglas en inglés). Todo esto será entregado al cliente para dar por terminada esta etapa del proyecto.
Entregables instrumentación, medición y calibración de modelo energético
- Modelo energético con comportamiento inicial de los procesos
- Informe de mediciones, predicciones y resultados
- Documento con requerimientos del propietario (OPR)
Análisis de factibilidad
asados en el OPR y el modelo energético desarrollado, se determinarán tres alternativas para optimizar el proceso y se presentará un análisis multivariable para que el cliente pueda ver los beneficios y desventajas de cada una de acuerdo a parámetros como costo inicial, costo total, costo de operación, consumo energético, generación de carbono, retorno de inversión, entre otros; y así determinar cuál es la que más le conviene. Todo este proceso será registrado en el documento conocido como Acta de Constitución del Proyecto que se rige bajo los lineamientos del PMBOK-2018. Con la alternativa seleccionada y el Acta de Constitución del Proyecto aprobada se da inicio a la preparación de los documentos técnicos como las Bases del Diseño (con memorias y cálculos realizados para la evaluación energética) y OPR (que incluirá caracteristicas técnicas específicas que debe cumplir la ingeniería de detalle).
Entregables análisis de factibilidad
- Modelos energéticos de alternativas
- Acta de constitución del proyecto
- Bases de diseño (BOD)
- Actualicación requerimientos de propietario (OPR)
Ingeniería de detalle
Se desarrollará la alternativa aprobada por el cliente en el Acta de Constitución del proyecto, para esto se realizará un modelo 3D bajo la metodología BIM con los nuevos equipos y sistemas que formarán el proceso optimizado. El modelo incluirá las etapas de obra (desmontajes, traslados, temporales, reparaciones y nuevas instalaciones) y el presupuesto total del proyecto. Con el modelo se entregarán planos y especificaciones técnicas bajo el Nivel de Desarrollo (BOD) acordado con el cliente. Dentro del mismo modelo se incluirá las especificaciones del Sistema de Manejo de la Edificación (BMS por sus siglas en inglés) con las adecuaciones requeridas para automaticar mediante Internet de las cosas (IoT) todo el proceso.
Entregables ingeniería de detalle
- Plan de manejo del proyecto (PMP)
- Modelo 3D bajo metodología BIM
- Cronograma de obra
- Presupuesto estimado
- Planos de los sistemas a implementar
- Planos de coordinación de obra
- Especificaciones técnicas
Instalación y puesta en marcha
Con el modelo 3D aprobado en la fase de diseño del proyecto y bajo los requerimientos y condiciones establecidos en el PMP del proyecto se realiza el montaje de los sistemas. Las tareas de desmontaje y traslado se coordinan con el cliente para que no afecten el desarrollo normal de los demás procesos de la industria. Cuando se tengan todos los sistemas instalados se programarán sesiones de prueba con y sin carga para calibrar y corroborar que todos los equipos funcionan acorde a lo especificado. El BMS complementa la instrumentación instalada previamente, permitiendo ya no sólo la medición, sino el control total de operación de todos los equipos, válvulas y demás accesorios que forman los sistemas. Al igual que con los sensores, los actuadores son regidos por señales inalámbricas enviadas desde el servidor y pueden ser vistas o manipuladas desde celulares, computadores, o tableros de control mediante una plataforma IoT. Cuando se corrobore que todo funciona correctamente se realizará una capacitación al personal que lo va a operar, entregándoles los manuales de servicio y el acceso a las hojas de vida del equipo a través del servidor de la edificación unto con los submittals de los equipos instalados. Acorde a los cambios realizados durante el montaje, se actualizará el modelo 3D con planos as-built, el modelo energético y el OPR.
Entregables instalación y puesta en marcha
- Sistemas en correcto funcionamiento
- Modelo 3D bajo metodología BIM as-built
- BMS probado y calibrado
- Servidor con hojas de vida de equipos instalados
- Manuales de servicio de sistemas y equipos
- OPR actualizado
Servicio y mantenimiento
Esta etapa es aplicable cuando ya se tiene en operación el sistema. Adicional a las actividades programadas que mantienen las condiciones de operación en los valores determinados en el manual de servicio y el OPR. Con los datos medidos en la operación de los sistemas se hace una recalibración del modelo energético para que se comporte con los perfiles de carga reales de los procesos y así se pueda determinar si se realizan ajustes que mejoren los consumos bajo los valores reales y así, mediante estrategias de Machine Learning, el BMS adquiera información que le permita ajustarse a tiempo a cambios de carga sin necesidad de que se intervengan los equipos. Toda la información y estrategias son recopiladas para actualizar los documentos del proyecto como lo son los manuales y OPR.
Entregables comisionamiento energético
- Modelo energético con comportamiento real
- Reportes de servicio y mantenimiento de equipos
- Actualización de manuales de servicio
- Actualización de OPR