Comportamiento de indicadores energéticos en una fábrica de motores eléctricos destinados a la agricultura

INTRODUCCIÓN

La disminución de los costos de producciones es uno de los tópicos que más preocupa en el sector agrícola donde el consumo de energía al mismo tiempo constituye un elemento de preocupación. Por ello, la eficiencia energética en la agroindustria y lograr disminuir los gastos económicos son los principales desafíos para el sector, ya que permite que la labor productiva sea mucho más competitiva y más sostenible.

En el sector agrícola no puede hablarse de eficiencia energética en los procesos de riego, debido a que los sistemas de bombeo no están bien dimensionados; por ende, no se alcanzan los parámetros óptimos que se demanda por el sector. Incluso se utilizan sistemas de regadío que son ineficientes en sí mismos; por ejemplo, el riego por inundación en lugar del riego tecnificado (Agenciase- Chile, 2019 Agenciase- Chile. (2019). La importancia de la eficiencia energética para una agricultura más competitiva. Agencia de sostenibilidad energética, Chile. https://www.agenciase.org/2019/05/27/la-importancia-de-la-eficiencia-energetica-para-una-agricultura-mas-competitiva ; Camarda, 2017Camarda, M. (2017). Eficiencia energética y competitividad industrial: Análisis del sistema de incentivos en torno al programa provincial energía eficiente (propee). Administración Pública y Sociedad (APyS), 3, 62-70, ISSN: 2524-9568.).

Para lograr una eficiencia energética es recomendable considerar el rediseño de los sistemas, evaluar los requerimientos que quieren los cultivos en términos de agua, y en consecuencia diseñar cuál es el mejor equipamiento para el bombeo, teniendo en cuenta el programa de desarrollo local.

Los motores de alta eficiencia y los variadores de frecuencia pueden desempeñar un rol decisivo en la reducción de consumo de energía la sustitución, por ejemplo, bombas o sistemas de bombeos obsoletos o antiguos por bombas de alta eficiencia, con motores de alta eficiencia, va a impactar positivamente en materia de eficiencia energética, más aún cuando los variadores de frecuencia están presentes dentro de ese sistema. Ahora, es preciso considerar que no por el hecho de instalar un motor de alta eficiencia o una bomba de alta eficiencia vamos a asegurar bajar consumos energéticos; también es preciso asegurar que las condiciones de trabajo y de operación de ese motor sean eficientes y aseguren los resultados, pero, efectivamente, son muy importantes (Carretero-Peña & García-Sánchez, 2012 Carretero-Peña, A. A. M., & García-Sánchez, J. M. (2012). Gestión de la eficiencia energética: Cálculo del consumo, indicadores y mejora. Aenor Ediciones, ISBN: 84-8143-752-2. ).

Los motores representan alrededor de un 65% del consumo de la energía eléctrica para aplicaciones industriales. El ahorro de energía depende de la potencia del motor, la carga y las horas de funcionamiento. Por lo tanto, los motores con un alto nivel de rendimiento pueden desarrollar un papel muy significativo en la reducción de emisiones de CO2 (ABB Automation Power Products, 2019 ABB Automation Power Products. (2019). Guía del motor: Información técnica básica de motores de inducción de baja tensión. Agenciase, Chile. ; Agenciase- Chile, 2019 Agenciase- Chile. (2019). La importancia de la eficiencia energética para una agricultura más competitiva. Agencia de sostenibilidad energética, Chile. https://www.agenciase.org/2019/05/27/la-importancia-de-la-eficiencia-energetica-para-una-agricultura-mas-competitiva ; Camarda, 2017Camarda, M. (2017). Eficiencia energética y competitividad industrial: Análisis del sistema de incentivos en torno al programa provincial energía eficiente (propee). Administración Pública y Sociedad (APyS), 3, 62-70, ISSN: 2524-9568.).

La disminución del consumo energético, pudiéramos decir el ahorro de energía, va a depender de qué tan eficiente sea el equipo instalado, de cómo esté controlada la operación y del diseño en general del sistema de riego. En la actualidad, no basta con tener un sistema tecnificado si está funcionando de manera ineficiente y sin considerar otros factores para una correcta operación. Hoy día, por mencionar ejemplos, se domina en que momento del día se ha de efectuar el riego y en términos de requerimientos de los cultivos y de condiciones ambientales, a su vez se determina el agua que efectivamente necesitará la planta.

Los procedimientos que se utilizan en el presente estudio permiten establecer en una empresa o unidad presupuestada nuevos hábitos de dirección, control, diagnóstico y uso de la energía, están dirigidos al aprovechamiento de todas las oportunidades de ahorro y conservación de la energía, a la reducción de los costos energéticos y la contaminación ambiental asociada.

El caso de estudio es la producción de motores de diferentes capacidades destinados a la agricultura de una empresa radicada en Cuba la disminución del costo de producción de los mismos significa un impacto económico favorable para la agricultura.

MATERIALES Y MÉTODOS

La norma NC-IS0 50001 (2011) NC -IS0 50001: 2011. (2011). Energy management systems-Requeriments with guidance for use. International Standart Organization ISO. Oficina Nacional de Normalización (ONN). , es una norma internacional voluntaria desarrollada por la Organización Internacional de Normalización (ISO) para proporcionar a las organizaciones un marco internacionalmente reconocido para gestionar y mejorar su desempeño energético sus fundamentos son los utilizados en este estudio.

El desempeño energético es un elemento clave, integrado dentro de los conceptos introducidos en este documento, de manera de asegurar resultados eficaces y medibles a lo largo del tiempo. El desempeño energético es un concepto que está relacionado con la eficiencia energética, el uso de los recursos y el consumo de energía.

Se utilizan además las herramientas del sistema establecidos en la Tecnología de Gestión Total y Eficiente de la Energía que consiste en un paquete de procedimientos, herramientas y software especializado aplicadas de forma continua, con la filosofía y principios de la gestión total de la calidad. (Borroto-Nordelo et al., 2005Borroto-Nordelo, A., Lapido-Rodríguez, M., Monteagudo-Yanes, J., de Armas-Teyra, M. A., Montesinos-Pérez, M., Delgado-Castillo, J., Padron, A., Viego-Felipe, P., & González-Pérez, F. (2005). La gestión energética: Una alternativa eficaz para mejorar la competitividad empresarial. Energética, 33, 65-69, ISSN: 0120-9833, Publisher: Universidad Nacional de Colombia.; Colectivo de Autores, 2002 Colectivo de Autores. (2002). Gestión Energética Empresarial (Bajo la Redacción de Aníbal E. Borroto Nordelo ed., Cienfuegos, Cuba). Editorial Universidad de Cienfuegos, ISBN 959-257-040-X. , 2006 Colectivo de Autores. (2006). Gestión y Economía Energética. Centro de estudio de Energía y Medio ambiente, Universidad de Cienfuegos, provincia de Cienfuegos Cuba. ) .Se utiliza el análisis de método de la regresión lineal que permite establecer un valor en el que oscila la energía no asociada directamente al proceso productivo. Para obtener este valor se realiza la prolongación de la recta resultante que corta el eje de los consumos de energía y el intercepto define esta cantidad.

Se realiza el análisis de facturación eléctrica, acápite que forma parte del Diagnóstico Energético e integra la Tecnología de Gestión Total y Eficiente de la Energía. Se toma como base jurídica la Resolución 435 del 2017 (MFP-Cuba, 2017MFP-Cuba. (2017). Resolución 435 Tarifas eléctricas. Ministerio de Finanzas Precios, La Habana, Cuba.) que establece el Sistema Tarifario vigente en el país. Esta resolución regula el costo de la energía con el fin de revisar los parámetros que aportan penalizaciones al pago de la electricidad.

Para realizar el análisis de facturación se tiene en cuenta varios aspectos que se relacionan a continuación:

Estas acciones se re realizan acorde a lo establecido en la Resolución No. 152/2018 (GOC-2018-657-EX61) Ministerio de finanzas y precios y Ministerio de Energía y Minas (Capitulo III sección primera inciso d). El análisis de la afectación económica está plasmado en la Sección segunda articulo 27.1 incisos a, b, c (MFP-MINEM 2018MFP-MINEN-Cuba (2018). Resolución No. 152/2018 (GOC-2018-657-EX61), La Habana, Cuba.).

Estos dos aspectos tanto el factor de potencia eléctrico y la demanda máxima contratada en kW, tienen un peso decisivo en el monto mensual a abonar e influyen directamente en el costo mensual del kWh, que también es un indicador de desempeño energético.

Ambos acápites son monitoreados de forma sistemática con frecuencia mensual en las entidades productivas en general porque constituyen una oportunidad de ahorro que debe tenerse en cuenta.

Se enuncia el modo de establecer un indicador equivalente ante la variedad de surtidos que se producen en la entidad acorde a lo establecido en la Tecnología de Gestión Total y Eficiente de la Energía.

Como aspecto importante se evidencia la necesidad de suministrar a los motores eléctricos el mantenimiento adecuado acorde a los estándares establecidos en la actualidad. mediante la planificación del mantenimiento preventivo. en este caso como el motor eléctrico está asociado al bombeo del riego debe buscarse una solución de compromiso para lograr un buen periodo de puesta en marcha del equipo y una adecuada vida útil acore de los parámetros de fábrica.

El Ministerio de la Agricultura y la Unidad Empresarial Base “Motores Tauba” de Holguín, perteneciente a la Empresa Héroes del 26 de Julio, subordinada al Grupo Empresarial GESIME y los talleres “Manuel Piti Fajardo”, de Manzanillo, y de servicios agrícolas, de San Ramón, lograron la fundición y maquinado de la primera electrobomba de fabricación nacional (Tauba R-ML).

El equipo, de 3 kilowatts, succiona a 26 pies de profundidad y propulsiona a 30 de altura, capaz de regar más de cinco hectáreas, tiene un 94% de componentes de origen nacional, lo que permitiría una soberanía tecnológica y su costo es inferior a las existentes en el mercado internacional. Tales características le permiten dar cobertura a áreas bajo riego por aspersión o gravedad, y trabajar con volúmenes de agua a presión o por caudal, según sea la solicitud.

Su correcto uso puede generar rendimientos que superen las siete mil toneladas de alimentos.

Los primeros diseños funcionan en las áreas de Cuchillo, La Platica, Mota, Los Guayos, con más de un año de explotación y resultados similares a las importadas, territorios pertenecientes a la zona oriental del país.

Además se producen motores destinados a sistemas de riegos en diferentes partes del territorio nacional y de diversas características técnicas, por ejemplo, motores trifásicos cuyas capacidades oscilan entre 1,5 y 3kW, de 60 HZ de frecuencia entre otras, destinadas a la Empresa de producciones para el riego específicamente para la Unidad empresarial productora de bombas, equipos que serán destinados al riego de cultivos varios m hortalizas, viandas, etc., en las dependencias de sector agrícola (Figura 1.)

Tiene gran importancia para el rescate y fabricación de motores eléctricos, principalmente, los desarrollados específicamente para las máquinas forrajeras Plus 2000, importadas por la agricultura. Esta solución que puede sustituir cuantiosas importaciones mediante futuras producciones de estas máquinas en el país contribuyendo a la sostenibilidad de esta actividad.

RESULTADOS Y DISCUSION

La producción que se ha mantenido dicha Unidad Empresarial de Base no ha sido estable, menos en esta etapa donde la enfermedad COVID-19 (por sus siglas en inglés) arribase al país caribeño.

Los gráficos que se muestran a continuación se precisan el ritmo productivo mensualmente considerando el primer semestre del año antes de que se tomaran las medidas de cierre de las instituciones productivas. Ante las medidas que se tomaron como medio de contención del avance de la epidemia y se evidencia el trabajo que se estaba realizando con el fin de lograr la certificación del producto por las normas de Calidad ISO 9001 y NC-IS0 50001 (2011) NC -IS0 50001: 2011. (2011). Energy management systems-Requeriments with guidance for use. International Standart Organization ISO. Oficina Nacional de Normalización (ONN). , establecidas en todo el sector empresarial del país, labor que ha sido retomada ante la necesidad de recuperar las producciones.

Como se observa en la Figura 2, la energía eléctrica está controlada dentro de un rango predeterminado

En cuanto al coeficiente de determinación (Figura 3), evidencia que la correlación existente. y entre las unidades producidas y el gasto energético no es aun adecuada a los parámetros aceptable (R² =0,67), Pero se acerca al rango establecido, en la escala 3 como una correlación lineal regular, que a continuación se muestra. (Pértega-Díaz & Pita-Fernández, 2002 Pértega-Díaz, S., & Pita-Fernández, S. (2002). Determinación del tamaño muestral para calcular la significación del coeficiente de correlación lineal. Cuadernos de atención primaria, 9(4), 209-211, ISSN: 1134-3583, Publisher: Fundación Atención Primaria de Galicia. ; Prias-Caicedo et al., 2019Prias-Caicedo, O. F., Rojas-Rodríguez, D. B., & Palencia-Salas, A. (2019). Implementación de un Sistema de Gestión de la Energia, Guía con base en la NORMA ISO 50001 (Segunda edición). Universidad Nacional de Colombia.).

Escala 3:

En el análisis del gráfico se muestra que el mayor valor de consumo total toma un valor de 6159kWh la energía no asociada el proceso productivo alcanza valor aproximado de 5000 kWh, un valor elevado con respecto al consumo total ,lo cual constituye una reserva para el proceso de mejora continua establecido en la norma NC-IS0 50001 (2011) NC -IS0 50001: 2011. (2011). Energy management systems-Requeriments with guidance for use. International Standart Organization ISO. Oficina Nacional de Normalización (ONN). , y da paso a la siguiente acción que establece identificar las oportunidades para la mejora del desempeño energético de la entidad.

Uno de los aspectos que se impone en el análisis de los indicadores energéticos es el costo mensual del kWh facturado. Este análisis se debe analizar con frecuencia mensual valorando el comportamiento real de la demanda máxima contratada a la Unión Eléctrica, y el valor del factor de potencia en el mes considerando lo establecido en el sistema tarifario vigente que establece:

Penalizaciones por Factor de Potencia: Si es inferior a 0,90, el cliente será penalizado. La penalización será el importe que resulte de multiplicar la facturación normal (sin incluir penalizaciones por incumplimiento de la demanda contratada), por 0.90 y dividir este producto por el Factor de Potencia real del período (MFP-Cuba, 2014MFP-Cuba. (2014). Resolución 277 Tarifas Eléctricas, no. PI-1-107, Ministerio de Finanzas y Precios [Resolución 277]. Ministerio de Finanzas y Precios, La Habana, Cuba.).

En este caso se realiza la revisión de la muestra correspondiente a 8 meses valorándose que acorde a lo facturado las penalizaciones por bajo factor de potencia representan el 17% del pago de la electricidad mensual. Esta deficiencia puede erradicarse con medios compensadores de reactivo, y se lograría una reducción de factura en corto plazo en concordancia con el porciento anterior.

En cuanto a la demanda contratada que actualmente es de 100 kWh se tiene que realmente esta oscila en 50 KW como promedio mensual El sistema tarifario nacional establece que el precio de la demanda en 7 CUP (Moneda nacional), por tanto, si se realiza un reajuste del contrato anual con la agencia suministradora ajustando la demanda a 60 kWh, se logra un ahorro mensual de 280 CUP y anual de 3360 CUP. Combinando ambas acciones se logra reducir el costo del indicador costo del kWh un 18% del valor antes de realizar los análisis, Esta reducción se refleja en la disminución de la ficha de costo de producción de los motores eléctricos.

Verificando las restantes actividades productivas y de servicios se observa que en el consumo eléctrico facturado se incluyen operaciones que no están asociadas específicamente a la producción de los motores eléctricos. Se hace necesario establecer un sistema de medición de los consumos eléctricos por áreas que permita el cálculo de un índice de consumo equivalente representativo de la variedad de surtidos que son producidos y delimitar las actividades no vinculadas directamente a la producción.

Para la ejecución del método de la producción equivalente en una entidad desde el punto de vista energético (conocidas las características de la empresa en cuestión y las distintas actividades productivas que en la misma se desarrollan) se necesita procesar una gran cantidad de información. Esta información primaria se debe obtener del departamento de producción de la empresa, el cual posee la carta tecnológica de cada una de las maquinarias y el consumo de electricidad para cada uno de los procesos productivos.

Posteriormente se define la variable de control en este caso la electricidad y se fija un período base para normar los productos de mayor consumo refiriendo los restantes procesos productivos al mismo (Borroto & Monteagudo, 2006Borroto, A., & Monteagudo, J. (2006). Gestión y economía energética. Editorial Universidad de Cienfuegos, 1(104), 6-16.; Borroto-Nordelo et al., 2005Borroto-Nordelo, A., Lapido-Rodríguez, M., Monteagudo-Yanes, J., de Armas-Teyra, M. A., Montesinos-Pérez, M., Delgado-Castillo, J., Padron, A., Viego-Felipe, P., & González-Pérez, F. (2005). La gestión energética: Una alternativa eficaz para mejorar la competitividad empresarial. Energética, 33, 65-69, ISSN: 0120-9833, Publisher: Universidad Nacional de Colombia.; Colectivo de Autores, 2002 Colectivo de Autores. (2002). Gestión Energética Empresarial (Bajo la Redacción de Aníbal E. Borroto Nordelo ed., Cienfuegos, Cuba). Editorial Universidad de Cienfuegos, ISBN 959-257-040-X. ; Machado, 2010Machado, C. A. (2010). Gestión energética empresarial una metodología para la reducción de consumo de energía. Producción+ Limpia, 5(2), 107-126, ISSN: 1909-0455, Publisher: Área Metropolitana del Valle de Aburra.; NC -IS0 50001: 2011, 2011 NC -IS0 50001: 2011. (2011). Energy management systems-Requeriments with guidance for use. International Standart Organization ISO. Oficina Nacional de Normalización (ONN). )

También se controla la producción de rechazo (no certificada por el sistema de calidad establecido), porque es una energía eléctrica utilizada sin un respaldo en venta y que constituye un costo variable que puede ser reducido al identificar las causas que lo originan. (Molina, 2002Molina, O. (2002). Guía teórico práctica de contabilidad de costos I. 2^a . Mérida, Venezuela: Universidad de los Andes. Facultad de Ciencias Económicas.).

La ejecución sistemática de ambas acciones, el análisis de facturación eléctrica y el establecimiento de un índice de específico de consumo equivalente entiéndase kWh /unidades físicas equivalentes forma parte del ciclo de mejora continua establecido por la Norma NC-IS0 50001 (2011) NC -IS0 50001: 2011. (2011). Energy management systems-Requeriments with guidance for use. International Standart Organization ISO. Oficina Nacional de Normalización (ONN). , que enuncia:

La aplicación de la norma se personaliza para adaptarse a los requisitos de la organización, incluida la complejidad del sistema, grado de documentación y recursos que se dispone y se aplica a las actividades bajo el control de una organización.

Esta norma internacional se basa en el marco de un ciclo de mejora continua (Planificar, Hacer, Verificar, Actuar) e incorpora la gestión de la energía en las prácticas de la organización cotidiana (Prias-Caicedo et al., 2019Prias-Caicedo, O. F., Rojas-Rodríguez, D. B., & Palencia-Salas, A. (2019). Implementación de un Sistema de Gestión de la Energia, Guía con base en la NORMA ISO 50001 (Segunda edición). Universidad Nacional de Colombia.).

Un aspecto importante que también se tiene en cuenta para el proceso de pos venta es el mantenimiento de los equipos que se considera debe ser adecuado considerando que ¨un mantenimiento preventivo de manera habitual ayuda a alargar la vida del sistema evitando inconvenientes (Olvera-Lobo, 2023Olvera-Lobo, S. (2023). Programación y control del riego y fertilización del césped. AGAJ0308. IC Editorial, ISBN: 84-11-03317-1.).

Para esto se hace necesario identificar criterios de mantenimiento:

En los sistemas de riego por ejemplo pueden tomarse acciones que contribuyan a lograr una mejor eficiencia brindándole un mejor desempeño a las máquinas eléctricas asociadas al sistema y prolongando su vida útil. Ejemplo estas acciones son las siguientes:

El ritmo de aplicación instantánea no es la aplicación total planificada (unos 25 mm por sesión de riego), sino la aplicación que usted percibiría si estuviera parado bajo el sistema (1.25 mm/min o menos). Al principio sentiría como una neblina, pero se empaparía de agua rápidamente. Lo, mismo ocurre con los suelos. El ritmo de absorción del suelo es más alto si éste está seco. A medida que la superficie se humedece durante la sesión de riego, la absorción se reduce drásticamente. Si la aplicación continúa por encima del ritmo de absorción, se produce escorrentía. (Rizo, 2020 Rizo, E. (2020). Irrigation Best Management Practices (Seis recomendaciones que harán más eficiente su sistema de riego). NESPAL, University of Georgia, USA. http://www.nespal.org/SIRP/IWC/all_prob/5.asp ; Shock et al., 2007Shock, C. C., Pereira, A. B., & Eldredge, E. P. (2007). Irrigation best management practices for potato. American Journal of Potato Research, 84, 29-37, ISSN: 1099-209X, Publisher: Springer.; Stubbs, 2016 Stubbs, M. (2016). Irrigation in US agriculture: On-farm technologies and best management practices. ).

CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES