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o flDE. PROYECTOS DE AHORRO DE ENERGIA CASO: I-DV-212 EMPAQUES MODERNOS DE GUADALAJARA . OBJETIVO EmpaquesModernosde Guadalajaratuvo un gran interés por el mejoramiento de sus servicios, lo que derivó en una mejora opera- tiva y reducción importante de sus insumos eléctrrcos, y reflejó ahorros económicos, además de que logró reducir los efectos nocivos al ambiente. . ANTECEDENTES Empaques Modernos de Guadalajara se encuentraubicadaen el km 7.3 de la carretera a El Salto, en la ciudad de Guadalajara, Jalisco. Pertenece al Grupo Gondi, el cual integra la actividad económica de las compañías: Celulosa Mairo, Transportes Prisa, Flexo Pres, Empaques Guadalajara, Empaques United, Empaquesdel Norte, EmpaquesSan Pablo y Empaques Plegadizos. Pertenece al ramo de celulosa y sus derivados, está orientada a la fabricación de empaques y se encuentra organizada en las siguientes áreas: · Máquina de papel · Fabricación de cajas · Casa de fuerza · Tratamiento de aguas Grupo Gondi, con más de 50 años de expe- riencia en el ramo de la celulosa y sus derivados, está dirigido a proporcionar empaques y embalaje con la mejor tecno- logía de diseño de impresión, estructural y la calidad requerida, satisfaciendo oportu-

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o flDE.PROYECTOS DE AHORRO DE ENERGIA

CASO: I-DV-212

EMPAQUES MODERNOS DE GUADALAJARA

. OBJETIVO

EmpaquesModernosde Guadalajaratuvo ungran interés por el mejoramiento de susservicios, lo que derivó en una mejoraopera-tiva y reducción importante de sus insumoseléctrrcos, y reflejó ahorros económicos,además de que logró reducir los efectosnocivos al ambiente.

. ANTECEDENTES

Empaques Modernosde Guadalajara seencuentraubicadaenel km7.3de lacarreteraa El Salto, en la ciudad de Guadalajara,Jalisco.

Pertenece al Grupo Gondi, el cual integra laactividad económica de las compañías:Celulosa Mairo, Transportes Prisa, Flexo

Pres, Empaques Guadalajara, EmpaquesUnited,Empaquesdel Norte, EmpaquesSanPablo y Empaques Plegadizos.

Pertenece al ramo de celulosa y susderivados, está orientada a la fabricación deempaques y se encuentra organizada en lassiguientes áreas:

· Máquina de papel· Fabricación de cajas· Casa de fuerza· Tratamiento de aguas

Grupo Gondi, con más de 50 años de expe-riencia en el ramo de la celulosa y susderivados, está dirigido a proporcionarempaques y embalaje con la mejor tecno-logía de diseño de impresión, estructural yla calidad requerida, satisfaciendo oportu-

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flDE.namente los requerimientos de sus clientescon calidad, bajos costos y servicios.

Por otra parte, es patente su preocupaciónpor el perfeccionamiento continuo de susinstalaciones y equipos, mostrando un graninterés en mejorar el manejo del consumode energía eléctrica, hecho que queda demanifiesto con la ejecución del presentetrabajo, el cual arroja resultados importantesen materia de ahorro de energía eléctrica.

Desde el inicio de su operación, el serviciode energía eléctrica para la plantaEmpaques Modernos de Guadalajara, essuministrado por la Comisión Federal deElectricidad cuyo contrato observa lassiguientes características:

Región de facturación SurTarifa contratada HS

Los motores eléctricos son los usuarios demayor consumo de energía eléctrica enplantas industriales, pues aproximadamenteentre el 60 y 70% del consumo de energíaeléctrica de una industria, corresponde aequipos electromotrices tales como venti-ladores, bombas, compresores, etc.

Es evidente el gran impacto de los motoreseléctricós en el consumo de energía en elsector industrial,por lotanto, resaltala impor-tancia de identificary evaluar oportunidadesde ahorro de energía en ellos. También esnecesariodeterminarcon precisiónel estadoenergético actual de los mismos (factor decarga, eficiencia,factor de potencia,antigüe-dad, etc.) y conocer sistemas alternativoscomo son motores de alta eficiencia yvariadores de frecuencia entre otros.

Adicionalmente, se pueden analizar las áreasde control de lademanda, iluminación,airecom-primido, sistemas de bombeo, ventilación, etc.

La planta opera con un factor de demandapromedio de 32.7%. El máximo valor es de88% que corresponde a marzo de 2001,periodo en el que se registró un consumo deenergía de 3,475,927 kWh; en tanto lademandamáximafacturablefuede 5,291kW.

Por otra parte, el mínimo valor del factor dedemanda fue de 18%, correspondiente adiciembre de 2000.

. METODOLOGIA

SISTEMA DE BOMBEO

Esta planta cuenta con un gran sistema debombeo,en donde la mayoríade las bombasson para pastas, antiguas y mal dimensio-nadas. El estudio realizado arrojó que elprincipal problema es que no se tenía uncontrol preciso en la operación, tanto engastos como en presiones de los equiposinstalados, ya que no contaban con instru-mentos de medición instalados~

n

. AIRE COMPRIMIDO

La planta contaba con tres compresores parael suministro de aire comprimido, dos de 100HP Y uno de 75 HP, que trabajan con unapresión de 6.5 kg/cm2, donde se observó quelos compresores tenían una relación deeficiencia baja.

Dichos compresores trabajaban con unasobre carga del 101% en promedio;asimismo, la mayoría de aire comprimido seusaba para accionar las válvulas de controly era en éstas donde se registraban fugasde aire, tanto en las trayectorias de lastuberías como en los tanques. Se calcularon

.las pérdidas de aire y se obtuvo un 9.4% deltotal de la capacidad del sistema.

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fl DE.

. SISTEMA DE ILUMINACION

Tipo de tecnología: predominancia del usode lámparas de alta intensidad de descargade aditivos metálicos de 400 W,fluorescentes slim line de 75 W y 39 W (dearranque instantáneo), y las de luz mixta de500 W y 250 W autobalastradas. Este tipode lámparas ha quedado rezagado en eldesarrollo tecnológico de la iluminación, detal manera que su eficacia lumínica erarealmente baja.

. MOTORES

oLos motores eléctricos de corriente continua

tenían la gran ventaja de poder regular la velo-cidad, lo cual los hacía necesarios en algunasaplicaciones en las que se precisaba unajuste fino de la velocidad y par del motor.

Sin embargo, presentan los siguientesinconvenientes:

Alimentación

La generación y distribución de energía eléc-trica se efectúa en corriente alterna. Estos mo-

tores necesitan una alimentación especial me-diante equipos rectificadores de potencia, asícomo,-enocasiones, baterías de reserva, locualincrementa los costos de la instalación.La eficiencia de los rectificado res llegahastael 60%.

Contenido de armónicos

oUn motorde corrientedirecta,alimentadoporcorriente alterna trifásica a través de unrectificador de onda completa, cuyo controlde voltaje se logra variando el ángulo deencendido de tiristores, consume unacorriente que dista mucho de una senoide.Esta corriente puede causar problemas al

sistema, a los otros usuarios y a las transmi-siones telefónicas y radiofónicas. Se puededecir que estos consumidores contaminanel sistema con sus armónicas.

Mantenimiento

Precisan un mantenimiento mayor que losmotores de corriente alterna y son máscostosos. El colector y las escobillasnecesitan mucha atención y cuidados.

Los colectores deben tener una superficielisa y girar de forma completamente circular.Debeevitarsela apariciónde fuegoo chispasdebajo de las escobillas, que pueden serdebidas a marcha no circular del colector,vibraciones, escobillas gastadas, etc. Elcolector se debe tornear periódicamentedado que los granosde polvo pueden rayarloy afectarlo seriamente.

Variadores de corriente directa

Los variado res de velocidad de CD quetienen instalados,son equipos de tecnologíade hace 20 años, por lo que, su ajuste,programación, calibración, y serviciorequieren muchas horas-hombre de per-sonal especializado. Adicionalmente, lasrefacciones ya no se fabrican, y cualquierproblema en la transmisión significa tiempode paro de la máquina de papel.

. DESCRIPCION DEL PROCESO

Fabricación de pulpa

En esta etapa se inicia la fabricación delpapel. Para la obtención de la pulpa, seutiliza papel y cartón reciclado, el cual esmolidocon agua hasta lograr la consistenciaadecuada para su manejo a través desistemas de bombeo.

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FIDE.En este proceso se integra un sistema deseparación de materiales pesados que nose pueden moler, así como una separaciónde basura.

Posteriormente, esta pulpa de papel esenviada a contenedores en donde semantiene en constante movimiento pormedio de agitadores. Cabe mencionar queeste proceso se lleva a cabo en paralelo, esdecir,unode lossistemases llamadode caray el otro, sistema de relleno.

Refinación de pulpa

Una vez obtenida la pulpa de papel, sesomete a un proceso de refinación. Pormedio de los espesadores se selecciona lapasta con consistencia adecuada, despuésla pulpa se refina y las fibras de papel seseparan y dividen en lo posible para suutilización.

Fabricación de papel

La pasta se carga en forma de capas pormedio de un circuito de fieltros. Recordemos

que una parte de la consistencia del papelestá compuesta por el sistema de relleno yotra por el sistema de cara.

Dependiendo del número de capas que sehagan, se cargan en el fieltro para obtenerdistintos gramos en el papel.

Cargada la pulpa de papel en capas sobrelos fieltros, éstos son conducidos por unnuevocircuito guía hacia la etapade secado.

Secado de papel

En este proceso se hace circular el papelhúmedo por un circuito múltiple de rodilloscalentados con vapor, los cuales extraen lahumedad del papel.

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fl DE.

Inmediatamente despúes, pasa por un sistemade medición, el cual analiza las característicasde espesor del papel ya seco y satinado.

Cortado, embobinado y etiquetado

En este último bloque, el papel se corta alas dimensiones requeridas y nuevamentese enrolla y etiqueta segúnsus características engramos de papel, dimen-sionesy pesototal del rollo.

FABRICACIONDE ALMIDON

A continuación se muestra

un diagrama.CORTADORA

FABRICACIONDE LA PULPA

oSATINADODE PAPEL 1.. ANALIZADOR

J- DE ESPESOR

REFINACIONDE LA PULPA

SECADODE PAPEL

r CORTADO YEMBOBINADO REEMBOBINADO

. FABRICACION DE CAJAS

A partir de los rollos de papel, se fabrica elcartón que será utilizado para la elaboraciónde los empaques.

En el área de producción de cajas, se tienenlos procesos para la fabricación total de losempaques de cartón.

La materia prima utilizada, se da principal-mente en rollos de papel, los cuales sonprocesados para la fabricación de los distin-tos tipos de cartón:

o Cartón tipo fibra.Cartón tipo corrugado sencillo.Cartón tipo corrugado doble.

Así, al final, los empaques fabricados seadaptan a las características y necesidadesdel cliente (tipo de material, dimensiones,sellos y etiquetas).

El siguiente diagrama de bloques ilustra elproceso que se tiene para la elaboración delos empaques en el área de cajas.

FLAUTAS,CORRUGADO

y PEGADO

MESA CALIENTE(SECADO)

r IMPRESORAS 1. ENGRAPADORAS

J - y EMPAQUETADO

FABRICACIONDE PAPEL

Fabricación de almidón

En esta etapa se prepara elpegamento,el cual será utilizadoen la fabricación del cartón, elequipo principal es una mezcla-dora en la que se vierte almidóncon agua hasta obtener lascaracterísticas necesarias del

pegamento. Por último, se bombea a loscontenedores de cada una de las flautas.

PESADO YETIQUETADO

Flautas, corrugado y pegado

Esta parte del proceso se compone de losequipos llamados Flauta B y Flauta C.

En cada una de estas flautas se integra unjuego de portarrollos, los cuales proveen demateria prima a la maquinaria, así como aun contenedor de pegamento.

En estas flautas se fabrica el corrugado depapel y, con las dos flautas en combinación,se puede obtener una diversidad en lafabricación de cartón, como cartón-fibra;para su producción no opera la parte decorrugadoy sólo se pegan las hojasde papel

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flDE.(hasta un total de 10 capas), quedando uncartón sólido.

Fabricación de cartón corrugado sencillo

En este caso opera una de las flautas y sólose fabrica un corrugado, el cual se forra porlas dos caras; es resistente y más ligero queel anterior, lo que lo convierte en un cartónadecuado y económico para los empaques.

Fabricación de cartón corrugado doble

Para la fabricaciónde este material,se operauna de las dos flautas y se fabrican doscorrugados, que se forran por sus caras yse empalman para quedar como un solocartón. El corrugado doble tiene mejorresistencia que el sencillo y se justifica suuso en empaques para materiales pesados;por lo tanto, su elaboración, al igual que ladel cartón de tipo fibra, es en menor propor-ción que la del cartón de corrugado sencillo.

Mesa caliente

Aquí, el pegamento del cartón fabricado porlas flautas se secan a través de una mesacalentada por vapor, la cual también ejercepresión en las caras para un mejor pegado.

Cortadora

En este proceso se ajusta el cartón a lasdimensiones requeridas y simultáneamentese hace unconteo de los cartones listosparala fabricación del empaque.

Impresoras

Se tienen cuatro impresoras; en cada unase imprime el logotipo y características delproducto que será empacado. Adicional-mente, se hacen los dobleces, cortes y

pegados necesarios para armar unempaque. Para los empaques más sólidos,debido a su tipo de carga se realiza unengrapado en las caras.

Estas impresoras constan de un sistemaextractor de recortes y de una cámara devacío; su motor principal es de corrientecontinua y se controlan por medio devariadores de velocidad.

Observamos que el ajuste en la velocidadde impresión está en función del tipo decartón que se está trabajando, así como delárea de impresión y la rapidez de secado delas tintas.

La Impresora Lanston únicamente trabajacon cartón de tipo fibra, por lo tanto, rarasveces se modifica la velocidad de impresión. ()

Las impresoras Ward Saturno y Martín,trabajan con el cartón corrugado sencillo yel cartóncorrugadodoble. .

Los empaques ya terminados se cuentan ysujetan por medio de flejes para su venta ytransportación.

Triturado del material de segunday desperdicios

Este proceso se aplica al cartón y productoterminado que es clasificado por tenerimperfeccionesy defectos en su fabricación;por lo tanto, es triturado para manejarlomejor hacia el área de fabricación depulpa.

. ESTUDIO

Durante el desarrollo del presentediagnóstico, se encontraron medidas

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') FIDE.diferentes de ahorro de energía y sepresentaron siete propuestas:

Control de la demanda: consiste en sacarde operación en horario punta equipos noprioritarios, considerando la fabricación depapel delgado y grueso.

Convertidores de frecuencia: consiste enacoplar convertidores de frecuencia a equi-pos que operencon carga variable (Bombas,ventiladores, sopladores, etc.).

Motores eléctricos: esta aplicaciónconsiste en utilizar motores eléctricos de lacapacidadadecuada en cuanto a la potenciaque deben desarrollar, aprovechando,adicional mente, las características demanufacturade losmotoreseléctricosde altaeficiencia que redundan en un menor costo

o

de operación. La medida propuesta consisteen la sustitución de los motoresconvencionales por motores de altaeficiencia.

Motor de transmisión: consiste en sustituirel motor y el variador de CD de latransmisión de la máquina de papel, pormotor y variador de CA de alta eficiencia.

Iluminación: la medida de ahorro aquí pro-puesta, contempla como principal objetivo,la reducción de demanda y consumo entodos los sistemasde iluminación,siendo lasprincipales acciones de ahorro de energíalas siguientes:

Sustitución de sistemas de 2x75 W a 2x32W con reflectorespecular,y 4x32 W en línea.

Sustitución de sistemas de 4x32 W a 2x32W con reflector especular.

Sustitución de sistemas de 2x39 W a 2x32W y 1x32 W con reflector especular.

Sustitución de lámparas y luminarias de luzmixta de 500 y 250 W por aditivos metálicos250,100 Y 175 W respectivamente.

Oficinas: sustituciónde lámparasde aditivosmetálicos 250 W, por sistema fluorescente3x32 W.

Aire comprimido: sustitución de com-presores de aire obsoletos e ineficientes porcompresores de alta eficiencia tipo tornillo.

Sistema de bombeo: sustitución de bombas

actuales por equipos más eficientes y de lacapacidad adecuada.

La aplicación de todas las medidas pro-puestas como factibles se hará de acuerdo

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flDLcon el tiempo de recuperación asociado acada sistema, los cuales se encuentranclasificados por:

Tiempo de recuperación menor a dos años(corto plazo).

Tiempo de recuperación mayor ados años y menor a cuatro (medianoplazo).

Tiempo de recuperación mayor a cuatroaños (largo plazo).

Motores de corriente alterna

Por otro lado, los motores de CA jaula deardilla han evolucionado su tecnología yeficiencia,alcanzandovaloresde hasta96%;adicionalmente, cuentan con las siguientesventajas:

· No se requiere rectificador, motorgenerador ni ningún otro tipo de dispositivopara el suministro de energía eléctrica.

· Gran robustez.· Motor de diseño sencillo.· Bajo costo en mantenimiento.· Menor costo que uno de CD.· Operación confiable.· Rotor de construcción simple.· Requiere poco equipo de control.

Anteriormente no se tenían controlesprecisos en CA para regular la velocidady torque de estos motores, sin embargo,la tecnología de los controles haevolucionado y en la actualidad se cuentancon variado res de velocidad de CA muyeficientes,precisosy accesibles;por lo tanto,los motores de CA pueden utilizarseprácticamente en cualquier aplicación,inclusive para la sustitución de motores deCD.

Sustitución de motores estándar por motoresde alta eficiencia.

Aplicación de motores eléctricos de altaeficiencia. .

Sistema eléctrico

Los resultados globales del diagnósticoenergético realizado en la planta deEmpaques Modernos de Guadalajara,muestran un potencial de ahorro de energíaeléctrica del orden del 20%, siendoel sistema de aplicación de converti-dores de frecuencia y el control de lademanda, los de mayores posibilidades deahorro. Le siguen la aplicación demotores eléctricos de alta eficiencia, lasustitución de compresores de aire por otrosmás eficientes y por último los sistemas deiluminación.

oEn todos los casos de sustitución, setomaron las condiciones de arranque y tipode motor requerido. Por otro lado, lasustitución fue avalada por un estudiominucioso de las condiciones de operacióndel motor, en el que se investigaron todoslos parámetros eléctricos que lo alimentan,teniendo especial cuidado en medir el factorde potencia por cada fase, ya que unamedición simple de corrientes puede llevara resultados inadecuados.

Otras alternativas de ahorro en motores,fueron las siguientes:

La reubicación de éstos aprovechando almáximo la eficiencia y el factor de cargaóptimo para motores estándar.

Se mejoraron las condiciones de alimen-tación eléctrica, como es el desbalanceo defases, lasvariacionesde voltaje, lossistemas

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sin tierra o mal aterrizados y el bajo factorde potencia.

estática, ya que el sistema no tiene quetrabajar constantemente con alta presión en

Tabla No. 1

Estamedidapara ahorrode energíaconsisteen acoplar convertidores de frecuenciavariable-a algunos motores eléctricos quetrabajan con carga variable; o bien, cuandose opera estrangulando las válvulas, tantode succión como de descarga de algunasbombas acopladas a éstos.

Al utilizar los convertidores de frecuenciavariable (CFV) como método de control, sepuede" eliminar la inversión inicial decualquier tipo de arrancadory proteccióndelmotor, ya que éstos hacen la función dearranque y protección, mejorando laoperación, y evitando los picos en elarranque, el cual se realiza de forma suave;por consiguiente, se pueden eliminar laspresiones excesivas y golpes de ariete entuberías.

o" Otra de las ventajas es la disminución enlos costos de mantenimiento al emplear losCFV. Los equipos acoplados se someten aun menor desgaste, y se reduce la carga

ductos y tuberías, como en el caso del usode válvulas, y la carga dinámica esmenor comparada con un controlintermitente de arranque y paro. En algunoscasos se puede llegar a duplicar la vida útilde los equipos.

8 CONTROL DE LA DEMANDA

La demanda máxima puede controlarsemanualmente o con la ayuda de dispositivosautomáticos. La medida de ahorro aquípropuesta contempla controlar la operaciónde equipos que pueden parar su operaciónen horario punta. Esto se hizo junto conpersonal de mantenimiento y ayuda de lagente de producción.

Se puede observar que la demanda máximaen periodo punta es muy cercana a lademanda en periodo intermedio y base,debido a que la planta opera las 24 horas.Asimismo,el comportamientode la demandaproporciona la posibilidad de controlar o

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Ahorros

Equipo Potencia del Potencia Consumo $/año Inversión P.R.

variador (HP) (kW) (kWh/año) (C/IVA) ($ CIIVA) (años)50-026 125 47.50 413,250 $276,088.00 $167,058.20 0.6150-014 100 32.90 286,230 $191,227.00 $135,527.50 0.7150-010 125 30.90 286,830 $179,601.00. $165,541.40 0.9250-032 75 15.45 134,415 $89,801.00 $121,925.30 1.36

50-024 A Y B 300 73.54 639,815 $427,441.00 $503,530.90 1.1850-030 40 11.60 100,920 $67,423.00 $71,229.90 1.06

80-058 Y 59 75 11.55 100,920 $67,423.00 $71,229.90 1.06

50-023 A Y B 200 40.97 35,639 $23,833.00 $364,844.40 1.5350-060 A 50 7.11 61,857 $41,326.00 $79,616.50 1.93

50-021 A Y B 50 3.43 29,841 $19,949.00 $72,392.50 3.63Total 275.0 2,089,717 $1,384,112.00 $1,752,896.50 1.27