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Informe de la iniciativa CEEPA 2014 Resultados de conjunto - Benchmarking Perspectivas de mejora continua
México, Noviembre 2014
Versión preliminar
Autores: Director General de ANEAS Ing. Roberto Olivares Coordinadora del Grupo de Eficiencia Energética de ANEAS Ing. Rita Cavaleiro de Ferreira Coordinación científica del ejercicio de benchmarking Dr. Víctor Alcocer-Yamanaka Dirección ejecutiva por parte del IMTA M.I. Patricia Hansen Rodríguez Se agradece los comentarios y el apoyo Ing. Luis López Ortiz, Coordinador de Electromecánica, Comisión Nacional del Agua Ing. Héctor Leynes, Ing. Carlos Enrique García Díaz, Bombas Suárez Ing. Fabián Papa, Hydratek Canada Asociación Nacional de Empresas de Agua y Saneamiento de México A.C. (ANEAS) E-mail: [email protected] Palenque no. 287, col. Narvarte, 03020, Cd. de México Tels./ Fax: + 52 (55) 5543 66 00, 5543 66 05 y 5682 30 05. www.aneas.com.mx Instituto Mexicano De Tecnología Del Agua (IMTA) Paseo Cuauhnáhuac 8532, Col. Progreso, C.P. 62550 Jiutepec, Morelos, México Tel.: +52 (777) 329 3600 © Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH Dag-Hammerskjöld-Weg 1-5 65760 Eschborn/Alemania www.giz.de Oficina de Representación de la GIZ en México Torre Hemicor, Piso 11, Av. Insurgentes Sur No. 826, Col. Del Valle, Del. Benito Juárez, C.P. 03100, México, D.F. T +52 55 55 36 23 44, F +52 55 55 36 23 44, E [email protected], I www.giz.de / www.gtz.de/mexico
Tabla de Contenido
Nota previa ................................................................................................................................. 7
Resumen Ejecutivo ................................................................................................................... 8
1 Introducción ...................................................................................................................... 11
2 Ciclo anual y productos del CEEPA ................................................................................ 13
3 Eficiencia electromecánica .............................................................................................. 15
3.1 Metodología ................................................................................................................ 15
3.1.1 Indicadores para el monitoreo de consumos específicos ................................. 15
3.1.2 Indicadores para el monitoreo de eficiencia electromecánica .......................... 15
3.1.3 Ejemplo práctico .............................................................................................. 17
3.1.4 Datos usados .................................................................................................. 17
3.1.5 Rangos de valores válidos ............................................................................... 18
3.1.6 Rangos de eficiencia energética en organismos operadores ........................... 19
3.2 Resultados de los organismos operadores .................................................................. 19
3.2.1 Eficiencia por dimensión de potencia .............................................................. 20
3.2.2 Registro y calidad de los datos ........................................................................ 21
3.2.3 Benchmarking – Eficiencia energética ............................................................. 22
3.2.4 Benchmarking - Potencial de ahorro en la componente electromecánica ........ 23
4 Tarifarios de energía eléctrica ......................................................................................... 26
4.1 Consideraciones generales sobre los tarifarios CFE ................................................... 26
4.2 Resultados de los organismos operadores .................................................................. 27
4.2.1 Potencial de ahorro económico a través del componente tarifario ................... 27
4.2.2 Benchmarking en potencial de ahorro económico a través de cambio tarifario ............................................................................................................ 28
5 Certificación de personal – Estándares de competencia ............................................... 29
5.1.1 EC0317 Control de la eficiencia energética ..................................................... 29
5.1.2 EC0318 Mantenimiento electromecánico ........................................................ 30
5.1.3 EC0319 Vigilancia de la operación .................................................................. 30
6 Relevancia de participar en el CEEPA 2015 .................................................................... 31
7 Bibliografía disponible ..................................................................................................... 32
8 Anexo A – Tabla de conversión de valores e indicación del nivel de desempeño ....... 33
9 Anexo B – Análisis del tarifario CFE ............................................................................... 36
Tarifa O-M ................................................................................................................... 37
Tarifa H-M ................................................................................................................... 37
Tarifa 6 ........................................................................................................................ 39
Bonificaciones y recargos debido al factor de potencia ............................................... 40
Otros cargos fijos ........................................................................................................ 40
10 Anexo C – Metodología para definición de los rangos de operación ............................ 41
Rangos de valores válidos .......................................................................................... 41
Rangos de eficiencia para bombas ............................................................................. 43
Lista de Tablas
Tabla 2 – Ejemplo de un cálculo y evaluación de eficiencia energética ..................................... 17
Tabla 5 – Niveles de eficiencias de organismos operadores ..................................................... 19
Tabla 7 – Universo de organismos operadores y equipos de bombeo del CEEPA 2014 ........... 20
Tabla 16 - Tabla de recomendación del tarifario adecuado y del ahorro alcanzable .................. 27
Tabla 8 - Comparación de la componente variable de las tarifas CFE ....................................... 36
Tabla 9 – Tarifa O-M aplicada entre enero y septiembre 2014 por regiones. ............................. 37
Tabla 10 - Tarifa O-M aplicada entre enero y septiembre 2014 por regiones. ........................... 37
Tabla 11 - Tarifa H-M aplicada en septiembre 2014 por regiones – Cargo por demanda facturable y cargo por consumo ............................................................................... 38
Tabla 12 - Tarifa H-M media anual 2014 por regiones ............................................................... 38
Tabla 13 – Cargo por kilowatt de demanda facturable, de la demanda facturable de la tarifa H-M (septiembre 2014) ................................................................................... 38
Tabla 14 – Factores de reducción para el periodo intermedio y base previstos en la Tarifa H-M .......................................................................................................................... 39
Tabla 15 – Cargo unitario y cargo fijo en la Tarifa 6 en 2014 ..................................................... 39
Tabla 3 - Límites para valores considerados válidos en el ejercicio ........................................... 42
Tabla 6 - Eficiencia objetivo y alcanzable para campo en función de la potencia del motor ....... 43
Tabla 4 - Valores mínimos de eficiencia para sistemas de bombeo para pozo profundo en operación ................................................................................................................. 43
Tabla 7 – Arancel de evaluación del desempeño de bombas .................................................... 44
Lista de Gráficas
Gráfica 1 – Productos - Informes de la iniciativa CEEPA ........................................................... 14
Gráfica 2 – Equivalencia entre los indicadores Ph5 y 𝛈 – conversión de unidades .................... 17
Gráfica 3 - Limites de los rangos de eficiencia para un equipo de 94kW ................................... 19
Gráfica 4 – Desempeño de equipos por dimensión de potencia instalada ................................. 21
Gráfica 5– Registro y calidad de los datos................................................................................. 22
Gráfica 6 – Eficiencia energética de los organismos operadores en bombeo ............................ 23
Gráfica 7 – Potencial de ahorro energético, económico y emisiones por metro cúbico .............. 24
Gráfica 8- Potencial de ahorro económico por aumento de eficiencia electromecánica ............. 24
Gráfica 9 – Costos mensuales relativos a la potencia - Región Península................................. 26
Gráfica 10 - Potencial de ahorro económico por medidas electromecánicas y tarifarias ............ 28
Listado de Abreviaturas
ANEAS Asociación Nacional de Empresas de Agua y Saneamiento de México
APAZU Programa de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento en Zonas Urbanas
CEA Comisión Estatal del Agua
CEEPA Cálculo de la Eficiencia Energética y del Potencial de Ahorro de energía en sistemas de bombeo de agua
CFE Comisión Federal de Electricidad
CONAGUA Comisión Nacional del Agua
COCEF Comisión de Cooperación Ecológica Fronteriza
EE Eficiencia Energética
ERSAR Entidade Reguladora dos Serviços de Águas e Resíduos (de Portugal)
GFOO Gerencia de Fortalecimiento de Organismos Operadores de CONAGUA
GIZ Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit GmbH
IMTA Instituto Mexicano de Tecnología del Agua
NMX Norma Mexicana
OO Organismo Operador de Servicios de Agua Potable y/o Alcantarillado y/o Saneamiento y/o Aguas Pluviales
PAL Programa Agua Limpia
Ph5 Código del Indicador de la IWA relativo a la eficiencia energética en estaciones de bombeo – el número 5 de los indicadores infraestructurales
PROMAGUA Programa de Modernización de Organismos Operadores de Agua
PROME Programa de Mejoramiento de Eficiencias de Organismos Operadores
PRODDER Programa de Devolución de Derechos
PROSANEAR Programa Federal de Saneamiento de Aguas Residuales
PROSSAPYS Programa para la Construcción y Rehabilitación de Sistemas de Agua Potable y Saneamiento en Zonas Rurales
PROTAR Programa de Tratamiento de Aguas Residuales
USAID United States Agency for International Development
Nota previa
El presente estudio es una versión preliminar. Podrá haber cambios en caso de que algún organismo quiera completar o aclarar hasta el final de noviembre 2014 algunos de sus datos enviados o que alguna institución tenga un comentario o sugerencia pertinente a hacer.
La versión final se espera en diciembre de 2014.
Resumen Ejecutivo
Antecedentes: La eficiencia energética en los equipos de bombeo en sistemas de suministro de agua y alcantarillado en México es un tema poco tratado. Hay entidades que monitorean consumos energéticos por m³ de agua, pero todavía este indicador es insuficiente cuando se
pretenden evaluar las eficiencias.
La magnitud de las ineficiencias es en general desconocida por ausencia de una cultura de registro e interpretación de datos y por falta de instrumentación adecuada para medir los parámetros de funcionamiento del bombeo.
La ANEAS como entidad atenta a las dificultades de los organismos operadores y consciente de los costos de energía en la operación de los sistemas, lanzó la iniciativa CEEPA - “Cálculo de la Eficiencia Energética y del Potencial de Ahorro de energía en sistemas de bombeo de agua”.
Esta iniciativa pretende apoyar los operadores a identificar su potencial de ahorro y verificar en donde hay posibilidades de reducir los respectivos costos. Por otro lado, atentos en la responsabilidad ambiental y en el uso de los recursos naturales, la iniciativa contribuye para el manejo más sostenible de los recursos hídricos y energéticos.
El IMTA es una institución con reconocida y comprobada experiencia en benchmarking, tratamiento de datos estadísticos e interpretación de los mismos, se cuenta con su cooperación en el cálculo de la eficiencia energética y del potencial de ahorro. De la misma forma, cuenta con competencias en capacitación en la operación eficiente de estaciones de bombeo relevantes en el área de eficiencia energética.
La agencia de cooperación alemana GIZ, con su “Programa Energía Sustentable” apoya institucionalmente la presente iniciativa que constituye una estructura de intercambio de información y mide el desempeño energético de los organismos operadores en el subsector del agua.
Objetivo y alcance: El objetivo es dar a conocer el potencial de ahorro en los organismos operadores en la componente de bombeo, éstos son dimensión económica, energética, y de emisiones de CO2.
Se pretende que los organismos puedan evaluar su situación actual y con base en estos reportes fundamentar la toma de decisiones en el sentido del aumento de eficiencia energética para cada una de sus equipos de bombeo. Como objetivo secundario el CEEPA hace un benchmarking entre organismos operadores mostrando que es posible mejorar el desempeño y tomando como ejemplo organismos operadores con buenas prácticas. La iniciativa pretende lanzar la reflexión interna sobre el desempeño energético.
En esta primera edición 9 participantes, 44 municipios, con 312 equipos de bombeo aceptaron el reto de participar en la iniciativa CEEPA, y cuyos resultados se constan en el presente informe de “Resultados de conjunto - Perspectivas de mejora continua”. Hay municipios en donde el servicio es prestado por un solo operador, así que el benchmarking es posible en 14 unidades operativas de organismos operadores.
Metodología: La metodología usada se concentra en el cálculo del indicador Ph5 – Consumo de energía normalizado (kWh/m³*100m) recomendado por la International Water Association (IWA). El indicador es calculado para cada equipo de bombeo y para el organismo operador en global.
Para cada equipo fue calculado el margen de aumento de eficiencia técnicamente posible. El potencial de ahorro resulta de esa margen por los volúmenes de agua bombeados. Para definir el rango de desempeño bueno y mediano el CEEPA usó valores constantes en las Normas Mexicanas NOM006 y NOM010, así como valores de experiencia de campo.
Por ser una iniciativa de participación voluntaria los organismos participantes y sus respectivos desempeños no son identificados y cuentan con el carácter de confidencial, mas sin embargo cada organismo participante conocerá su clave e identificará en qué posición se encuentra teniendo en cuenta a los demás.
La selección del tarifario más adecuado para cada conjunto de equipos de bombeo fue obtenido con base en simulaciones tarifarias de CFE vigentes en 2014 con los consumos y las potencias conectadas/contratadas.
Conclusiones:
Se identificó el desempeño de los organismos operadores (Gráfica 6), las eficiencias de los equipos de bombeo, (Gráfica 4) las buenas prácticas de registro y confiabilidad de datos (Gráfica 5) así como el potencial de ahorro económico a nivel electromecánico y a nivel tarifario (Gráfica 10).
Los datos de emisiones también están disponibles para quienes buscan medir los impactes en de mitigación de cambio climático (Gráfica 7).
1) Eficiencia y potencial de ahorro a nivel electromecánico
De este ejercicio se concluye que la eficiencia energética no está correlacionada con la dimensión del organismo operador. Hay organismos grandes y de menores dimensiones con buenas eficiencias. Igual para desempeños menos favorables. El desempeño depende más de las prácticas de operación y de prácticas de monitoreo y vigilancia de los equipos.
Los potenciales ahorros absolutos en pesos también no están correlacionados con el nivel de eficiencia de cada organismo operador o equipo de bombeo. El potencial de ahorro absoluto deriva del margen existente de un aumento posible de eficiencia y el volumen bombeado.
Así resulta que algunos equipos poco eficientes no tienen tanto potencial de ahorro que otros medianamente eficientes pero cuyo volumen elevado es de grande dimensión.
Los potenciales de ahorro a nivel electromecánico fueron evaluados entre 12 mil pesos y 670 mil pesos mensuales entre los organismos operadores participantes del CEEPA2014.
2) Confiabilidad de los datos
En general existe alguna dificultad en obtener datos completos y válidos. Para muchos equipos no fue posible lograr valores de la altura manométrica, que es el dato más difícil de obtener, sí el pozo no cuenta con posibilidad de medir el nivel dinámico.
Sin embargo, cuando dos valores son medidos y un es estimado entre los parámetros volumen, energía, altura manométrica, las conclusiones ya permiten identificar sí el equipo de bombeo está operando en un rango de eficiencia aceptable.
3) Ahorros través del uso del tarifario más adecuado
Se concluye que la tarifa 6 resulta la más cara, salvo algunas pocas excepciones en donde los equipos operan pocas horas al día. La tarifa más económica actualmente es la tarifa HM. La tarifa HM se aplica para potencias contratadas superiores a 100kW, sin embargo
existen disposiciones que permiten contratar la tarifa HM con potencias inferiores. Algunos organismos participantes del CEEPA se benefician de esta disposición. Otros desconocen esta posibilidad.
Recomendaciones
1) Monitoreo interno y externo
Se verificó que es necesario realizar un mejor monitoreo del funcionamiento de los equipos de bombeo, intensificando el registro de datos de operación y realizando una evaluación trimestral de los mismos, para analizar la decaída del desempeño y poder actuar cuando éste se encuentra por debajo de los valores especificados en la NOM 006.
Se recomienda que el organismo participe en el CEEPA 2015 a fin de monitorear la evolución de su desempeño energético electromecánico para evaluar resultados de medidas implementadas.
El CEEPA constituye una evaluación independiente y externa sobre la eficiencia y el desempeño, que podrá dar insumos a la reflexión interna en los departamentos de operación y de planeación de los organismos.
Sin embargo para la toma de decisiones que involucren inversiones se recomienda que los datos del monitoreo sea complementado con mediciones en vez de estimativas de los tres datos, o bien la realización de una auditoria energética.
2) Análisis tarifario y regímenes de operación
Para realizar un cambio de tarifa conforme recomendado en los informes individuales hay que reforzar el análisis con datos históricos, para garantizar que el mes analizado no fue un mes con características excepcionales.
Cuando la tarifa HM resulte más económica se recomienda solicitar a la CFE la misma especialmente para equipos con potencia inferior a 100kW, haciendo referencia a una disposición de la CFE abajo mencionada que es poco conocida entre los organismos operadores y los prestadores de información de la CFE.
Se recomienda que el organismo operador verifique si es posible reducir la operación en horario de punta y elaborar horarios de operación. Eventualmente valdrá la pena evaluar a vialidad económica de cambios infraestructurales que permitan beneficiar de la tarifa HM fuera del horario de punta.
3) Aumento de eficiencia través de competencias laborales
Para que los conceptos de eficiencia energética no se queden en los niveles de mandos superiores se recomienda extender a los medios mandos y a los operadores, a modo de implementar prácticas de eficiencia energética en todos niveles de los procesos de planeación y operativos. En este sentido se llama la atención para la certificación de competencias laborales de los trabajadores del sector, en los estándares de competencia existentes en el área de eficiencia energética.
EC0317 Control de la eficiencia energética en la operación de las estaciones de bombeo de agua potable;
EC0318 Mantenimiento electromecánico a una estación de bombeo de agua potable; y
EC0319 Vigilancia de la operación de una estación de bombeo de agua potable.
1 Introducción
La presente iniciativa de “Cálculo de la Eficiencia Energética y del Potencial de Ahorro de energía en sistemas de bombeo de agua” (CEEPA) constituye una actividad del grupo de eficiencia energética de la ANEAS, que en general busca:
• Apoyar el organismo operador en reducir los costos de energía y a identificar su potencial de ahorro de energía eléctrica
• Intercambiar ideas en el área de aumento de eficiencia energética
• Identificar mecanismos de financiamiento que reduzcan los costos energéticos través de medidas viables y
• Fortalecer a los organismos operadores a nivel operativo través de capacitación.
La ANEAS como entidad atenta a las dificultades de los organismos operadores y consciente de que los costos de energía representan una gran parte de desembolso que los OO realizan en la operación de los sistemas, pretende con la presente iniciativa apoyar a los operadores en la identificación de su potencial de ahorro de energía y verificar en donde hay posibilidades de reducir los respectivos costos.
Por otro lado, atentos en la responsabilidad ambiental y en el uso de los recursos naturales, la iniciativa contribuye para el manejo más sostenible de los recursos hídricos y energéticos. Más allá del ahorro de gastos el ejercicio permite también calcular del potencial de reducción de gases de efecto invernadero y así contribuir para la mitigación del cambio climático.
El presente ejercicio es apoyado en el área técnica por el IMTA e la institucional por la GIZ.
El IMTA cuenta con reconocida y comprobada experiencia en benchmarking, tratamiento de datos estadístico y su interpretación. En especial se reconoce al PIGOO1, el “Programa de Indicadores de Gestión de Organismos Operadores” como un instrumento estable con un largo historial sobre el desarrollo y modernización de los OO y sobre la mejora del servicio prestado a la población. El CEEPA cuenta con el apoyo de esta institución de investigación para el manejo de los datos garantizando su confidencialidad.
Asimismo, el IMTA cuenta con competencias en capacitación en la operación eficiente de estaciones de bombeo siendo acreditado por el CONOCER2 como Entidad de Certificación y Evaluación de Competencias Laborales (ECE).
La agencia de cooperación alemana GIZ, lleva a cabo el “Programa Energía Sustentable” que está enfocado en apoyar estructuras que midan el desempeño energético de los organismos operadores en el subsector del agua.
La iniciativa CEEPA conducida en México tiene sus orígenes en un ejercicio de benchmarking promovido por la Entidad Reguladora de los Servicios de Aguas y Residuos en Portugal (ERSAR). Desde el 2004 ERSAR recoge datos sobre los equipos de bombeo de los organismos
1 Para saber más acerca del Programa de Indicadores de Gestión de Organismos Operadores (PIGOO), consultar la página http://www.pigoo.gob.mx/
2 El CONOCER es una entidad paraestatal del gobierno federal mexicano, sectorizada en la Secretaría de Educación Pública, con participación tripartita, para mayor información consultar la página http://www.conocer.gob.mx/
operadores con el objetivo de evaluar la sustentabilidad ambiental del organismo operador midiendo su eficiencia y el uso racional de los recursos energéticos.
En México el objetivo es conocer el potencial de ahorro y las potencialidades de bajar costos operativos.
La evaluación y el benchmarking entre organismos operadores son secundarios, sin embargo tiene como meta el mostrar que es posible mejorar el desempeño tomando como ejemplo organismos operadores con buenas prácticas. La iniciativa constituye una oportunidad para que los organismos operadores reflexionen internamente sobre su desempeño y su posición relativa a los demás organismos operadores. Por ser una iniciativa de participación voluntaria los organismos con buenos y malos desempeños no son identificados, sino que se muestran de forma confidencia, por lo que cada organismo participante conocerá su clave e identificará en qué posición se encuentra teniendo encuentra los demás.
En esta primera edición 9 organismos con 312 equipos de bombeo aceptaron el reto de participar en la iniciativa CEEPA, y cuyos resultados se presentan a continuación.
2 Ciclo anual y productos del CEEPA
La ANEAS y el IMTA, como entidades externas al organismo operador, obtuvieron los datos y asistieron a los operadores en el apoyo del acopio de los mismos y en la identificación de inconsistencias o errores comunes.
El ciclo anual del CEEPA sigue las siguientes fases:
Los organismos operadores que participaron en este ejercicio cuentan con:
- Un informe colectivo y anónimo, donde cada organismo operador conoce su desempeño y su posición, misma que puede ubicar con una clave de identificación individual;
- Un informe individual sobre su potencial de ahorro de energía eléctrica, de costos de electricidad y de ahorro de emisiones de CO2;
- Una plataforma de debate e intercambio de ideas para mejorar el desempeño en equipos de bombeo en eventos dedicados;
Gráfica 1 – Productos - Informes de la iniciativa CEEPA
Los informes individuales del CEEPA incluyen listas de los equipos de bombeo con un desempeño eficiente, mediano y con relevante potencial de ahorro. Esto permite al organismo operador priorizar la actuación en sus equipos de bombeo.
Incluye también una sencilla simulación tarifaria para verificar el tarifario más adecuado a las características del equipo de bombeo y su funcionamiento. La lista de los equipos identifica oportunidades de mejora energética, pero no especifican como mejorarlo, o cuales acciones las adecuadas a tomar para cada equipo.
3 Eficiencia electromecánica
3.1 Metodología
3.1.1 Indicadores para el monitoreo de consumos específicos
Los indicadores más comunes y sencillos para monitorear el consumo de energía y los costos en el sector de abastecimiento de agua son:
costos de la energía específica por metro cúbico producido o suministrado ($/m³),
costos de energía específica ($/kWh)
energía específica por metro cúbico producido o suministrado (kWh/m³)
emisiones de CO2 por metro cúbico producido o suministrado (kg de CO2).
Sin embargo estos indicadores no miden eficiencia ni permiten saber el potencial de ahorro existente. Tampoco ofrece comparaciones justas entre operador debido a diferentes realidades topográficas de cada OO.
No obstante, si son los indicadores adecuados para analizar las tendencias de series historias en un equipo de bombeo o en el organismo operador y sirven también para calcular las cantidades totales de CO2 emitido.
3.1.2 Indicadores para el monitoreo de eficiencia electromecánica
Para medir el rendimiento electromecánico del bombeo hay dos indicadores comunes. El más usado entre profesionales con formación mecánica es la eficiencia electromecánica expresada en % de potencia (Fórmula 1 a continuación).
La eficiencia electromecánica (bomba y motor) en % está dada por la siguiente ecuación:
𝜂 = 𝛾𝐻𝑄
𝑃 (1)
En donde:
𝛈 = eficiencia electromecánica (desde el suministro de electricidad, hasta el agua) (%)
𝛄 = peso unitario del agua = 9.81 (N/m³)
H = altura manométrica en nivel dinámico (m)
Q = gasto (m³/s)
P = potencia eléctrica (W)
La segunda opción es el indicador Ph5 recomendado por la IWA3 y definido en la colección de indicadores relativo al desempeño de los servicios de agua potable. Este indicador es más común entre profesionales de hidráulica. Su unidad es en kWh/m³ x 100m e indica la energía
(kWh) usada para elevar 1m³ de agua a 100m de altura (Fórmula 2).
3 ALEGRE et all (2006) Performance Indicators for water supply services, Manual of Best Practice Series
2nd Edition IWA Publishing, London, ISBN 1843390515 (289 pp.)
El Ph5 convierte el trabajo de todas las bombas en un trabajo padrón (1m³ a 100m de altura),
se puede calcular el Ph5 para bombas individuales o para todo el organismo operador. El indicador Ph5 permite comparar diferentes equipos de bombeo y medir la eficiencia energética de varios organismos operadores, en ejercicios de benchmarking independientemente de las características topográficas y de los diferentes sistemas de captación y distribución.
El indicador Ph5 es dado por la ecuación 2:
𝑃ℎ5𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑒𝑜 = 𝐸
𝑉 𝑥 ℎ /100 (2)
En donde:
E = energía eléctrica (kWh)
V = volumen elevado (m³)
H = altura manométrica (m)
Para medir el desempeño global de un organismo operador se emplea la fórmula 3, misma que contempla a todos los equipos de bombeo operados por el OO.
𝑃ℎ5𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑠𝑚𝑜 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 = ∑ 𝐸𝑖
∑ 𝑉𝑖 𝑥 𝐻𝑖 /100 (3)
En donde:
i = el equipo de bombeo i
La fórmula 3, tiene la ventaja que en el resultado global, los equipos de bombeo de mayor potencia y con más horas de operación son los que más influyen en el resultado global.
Las dos fórmulas (1) y (2) son equivalentes, y se pueden convertir con facilidad a través de las siguientes reglas de cálculo:
𝑃ℎ5 = 0.2725
𝜂 𝜂 =
0.2725
𝑃ℎ5
El coeficiente 0.02725 es el resultado de la conversión de unidades de segundos en horas y del peso específico del agua.
La Gráfica 2 muestra la equivalencia entre los dos indicadores. En el anexo A, al final del documento, se encuentra la respectiva tabla para consulta.
Gráfica 2 – Equivalencia entre los indicadores Ph5 y 𝛈 – conversión de unidades
3.1.3 Ejemplo práctico
La Tabla 1 proporciona un ejemplo práctico de cuatro bombas elevando el mismo volumen de agua con la misma cantidad de energía pero a diferentes alturas. La sexta columna calcula el indicador Ph5 para un trabajo estandarizado y la octava columna evalúa el desempeño, según los intervalos que serán mencionados en el capítulo 3.1.6 - Rangos de eficiencia energética en organismos operadores.
Tabla 1 – Ejemplo de un cálculo y evaluación de eficiencia energética
3.1.4 Datos usados
Los datos necesarios son simples y fáciles de obtener. La altura manométrica de la bomba está disponible en las especificaciones, en la placa de la bomba o través medición con un manómetro, siendo este último método el preferencial, por ser más exacto.
El valor para el consumo de energía está disponible en el medidor de energía o en los recibos de luz. El volumen de agua elevado puede ser tomado en un medidor, o en ausencia de medidores través de estimación por las horas que la bomba operó, generalmente disponible en los tableros de control. Para el acopio de datos la ANEAS y el IMTA pusieron a disposición una tabla en archivo de EXCEL®.
0,0000
1,0000
2,0000
3,0000
4,0000
5,0000
6,0000
0,0
5
0,0
9
0,1
3
0,1
7
0,2
1
0,2
5
0,2
9
0,3
3
0,3
7
0,4
1
0,4
5
0,4
9
0,5
3
0,5
7
0,6
1
0,6
5
0,6
9
0,7
3
0,7
7
0,8
1
0,8
5
0,8
9
Ph
5 (
kWh
*m3
/10
0m
)
%
(a) (b) (c) = (a) x (b) / 100 (d) (d) / (c) (e ) (f )
Bomba
Volumen
elevado
(m3)
Altura
manométrica
(m)
factor de
uniformización
(m3 x 100m)
Consumo de
energía
(kWh)
Eficiencia de la
bomba
(kWh/(m3 x100m))
Eficiencia de la
bomba
(%)
Evaluación de eficiencia del
bombeo
1 500 80 400 250 0,625 44% operación muy ineficiente
2 500 100 500 250 0,500 55% operación medianamente eficiente
3 500 140 700 250 0,357 76% operación eficiente
4 500 220 1.100 250 0,227 120%
valor imposible - demasiado eficiente -
supera los valores teóricos de los
rendimientos bomba y motor
Es relevante que los datos de volumen y energía consumida correspondan al mismo periodo de tiempo. Para efectos de este ejercicio se consideró intervalos de tiempo superiores a 2 meses para que pequeños consumos como la iluminación sean irrelevantes.
Para las bombas que tienen variadores de frecuencia y de velocidad fue necesario estimar sus datos (volumen elevado, altura manométrica) en cada régimen de operación (modo de operación 1, 2, 3, etc.). Esto requirió de cálculos adicionales que pueden afectar la exactitud del resultado del indicador Ph5.
Algunos medidores registran el consumo de energía de varios equipos en conjunto, como sopladores de aire o desalinizadoras u otros. En estos casos medir la eficiencia de bombeo resulta difícil y por lo que estos equipos de bombeo fueron excluidos.
3.1.5 Rangos de valores válidos
A continuación se describe el criterio usado para distinguir valores válidos de inválidos y los rangos que determinan desempeños buenos, medianos y con significativo potencial de mejora.
En el mercado hay motores con eficiencias de 96.2%. Los valores más altos para los impulsores alcanzan un 86%, significando que las eficiencias de los grupos electromotores tangibles en laboratorio son la multiplicación de ambos valores, esto es un 82.73%. En general la eficiencia en campo tiende a ser menor4 que en laboratorio, pero de todos los modos son teóricamente posibles de alcanzar. Las eficiencias electromecánicas más bajas rondan entre el 25-30%, así que motores con eficiencias inferiores se dañan en poco tiempo y dejando de operar. Motores con potencias reducidas pueden bajar hasta los 25% de rendimiento y motores con potencias más grandes pueden bajar hasta los 30%.
En el CEEPA se admite sobre estimación y subestimación hasta un 20% en volumen, altura y energía resultantes las imprecisiones de una instrumentación insuficiente. Los valores máximos y mínimos válidos incorporan estos resultados, quedando el valor máximo y mínimo de 149 y 13% de eficiencia o entre 0,183 y .2,044 (kWh/(m3x100m).
Se usó para el límite entre eficiencia mediana y eficiencia insuficiente los valores mínimos estipulados en la NOM006.
Un desempeño eficiente fue considerado cuando la bomba opera 9% debajo de los que garante el fabricante. Es decir un 9% por debajo de las eficiencias definido en la NOM010.
A continuación se presenta una gráfica ilustrando los límites para un equipo con 94kW. Para las demás potencias que derivan de los internavalos de la NOM006 y NOM010 se podrá consultar la tabla que sigue.
4 De acuerdo con estudio de HYDRATEK, la eficiencia en campo tiende a ser menor 9 % “Toward
Municipal Sector Conservation: A Pump Efficiency Assessment and Awareness Pilot Study, May 2013, Toronto, Ontario, Canada”
Gráfica 3 - Limites de los rangos de eficiencia para un equipo de 94kW
3.1.6 Rangos de eficiencia energética en organismos operadores
Para simplificar la tabla anterior y adaptar al desempeño energético global de un organismo operador, se asume que el cumplimento con el espectro de eficiencias listadas en la NOM 006 (52-64%) corresponde a un desempeño mediano o razonable. Eficiencias mejores que el mínimo de la norma corresponde a un bueno desempeño. Eficiencias abajo revelan elevado potencial de ahorro. La tabla en el anexo Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.A convierte los desempeños 𝛈 en rendimientos de Ph5.
Tabla 2 – Niveles de eficiencias de organismos operadores
Desempeño del conjunto bomba - motor
Intervalo de valores Ph5 Intervalo de
valores 𝛈
Bueno > 0,1841 y ≤0,4258 y kWh/(m
³x 100m)
68% - 148%5
Mediano > 0,4258 y ≤ 0.5240 kWh/(m
³x 100m)
52% – 64%
Bajo > 0.5240 kWh/(m³x 100m)
Menor de 52%
3.2 Resultados de los organismos operadores
A continuación se presentan los análisis sectoriales y de benchmarking, en donde se comparan los organismos operadores participantes.
5 Aunque sea imposible alcanzar valores superiores a 88%, se admite valores hasta 148% de eficiencia
por imprecisiones en los métodos de levantamiento de datos
En el tema de eficiencia energética es legítimo comparar organismos operadores de grandes dimensiones con menores, los que operen en montaña con los que operan en planicie, en zonas áridas o zonas húmedas, los de grande poder económico con los de menor. Debido a que el desempeño energético de los equipos electromecánicos no depende de ningún de estos factores, sólo dependen de las prácticas operacionales y de las condiciones físicas en que se encuentran los mismos.
Como factor externo puede haber interferencia en el desempeño la calidad de energía suministrada por la CFE, en este ejercicio no se ha tenido en cuenta ese factor por ser de difícil medición.
Los resultados presentados en las siguientes páginas dicen respecto a:
Tabla 3 – Universo de organismos operadores y equipos de bombeo del CEEPA 2014
Organismos participantes 9
Unidades operativas (operadores o municipios) 14
Municipios representados 44
Equipos de bombeo 312
Pozos 220
Rebombeo de agua potable 72
Bombeo aguas residuales 20
Equipo de bombeo con valores válidos6 152
3.2.1 Eficiencia por dimensión de potencia
La Gráfica 4 muestra los desempeños de los equipos de bombeo (conjunto motor-bomba), mismos que están ordenados por dimensión de la potencia de las mismas, el área amarilla representa las eficiencias recomendadas por la NOM006; el área verde nos muestra la eficiencia alcanzable en campo considerando los valores proporcionados por los fabricantes (el hueco habitual entre valores de laboratorio y valores de campo), mientras que el área de color rojo nos representa a aquellos equipos que muestran grandes potenciales de mejora.
Como se puede observar, pocos equipos están en el área correspondiente a una operación eficiente o la mínima requerida por la NOM 006.
Cada punto azul puede representar más que un equipo de bombeo, donde el punto se refiere a un conjunto completo de datos (energía, volumen y altura manometría) y en donde suele haber un solo medidor de energía para un conjunto de varios equipos de bombeo.
6 Conforme los rangos definidos en 0 - El impacto de la incertidumbre de los datos
Gráfica 4 – Desempeño de equipos por dimensión de potencia instalada
Algunos equipos demuestran exceso de eficiencia (ubicado en la zona blanca) y se cree que es debido a una toma de datos imprecisa, sin embargo a este nivel de monitoreo se consideró que este conjunto probablemente opera en condiciones eficientes.
En el ejercicio no se realizó un análisis separando pozos y rebombeos; ni agua potable y agua residual, porque ésta última es un número reducido y así para poder sacar conclusiones representativas.
3.2.2 Registro y calidad de los datos
La Gráfica 5 muestra el cuidado que el organismo operador tiene en el monitoreo del desempeño de sus equipos. Un registro continuo de datos permite acompañar la curva de caída de eficiencia de un equipo de bombeo través del paso del tiempo así como determinar el momento oportuno para realizar un mantenimiento preventivo
En la mayoría de los organismos participantes, el volumen de agua es medido, pero en muchos bombeos el agua es estimada.
La altura manométrica es estimada en la mayoría de los casos, el uso del manómetro para conocer la altura manométrica requiere que se conozca el nivel dinámico del pozo que no es un dato siempre disponible. Para el ejercicio fueron consideradas adecuadas las lecturas de la placa de la bomba, y diversos cálculos como el modo más sencillo de tomar el valor.
Los datos fueron considerados confiables cuando por los menos dos valores del conjunto de tres son medidos y no estimados. En general el consumo de energía es confiable, así que queda averiguar el origen de los parámetros de volumen de agua y altura manométrica.
El cálculo de Ph5 reporta sí la relación entre los valores altura – energía – volumen es excesivamente desproporcional. El ideal es tener la altura manométrica medida con un manómetro y conocer el nivel dinámico del pozo semanalmente.
Para la confiabilidad se usó la siguiente clasificación:
tres estrellas cuando los tres parámetros son medidos.
dos estrellas cuando uno de los tres parámetros es medido y los demás estimados.
una estrella cuando los tres parámetros son estimados.
Para clasificar sí los datos están completos se usó el siguiente criterio:
Verde para más de 85% de los equipos con datos completos
Amarillo para más de 50% y hasta 85% de los equipos con datos completos
Rojo para inferior a 50% de los equipos con datos completos
Las estrellas también confieren a los resultados presentados la confiabilidad de los resultados.
Gráfica 5– Registro y calidad de los datos
3.2.3 Benchmarking – Eficiencia energética
El indicador Ph5 muestra el nivel de sustentabilidad ambiental del servicio prestado a los operadores en términos del uso eficiente de los recursos energéticos, siendo estos un bien escaso y costoso que exige una gestión racional.
El intervalo de referencia adecuado a un buen desempeño corresponde a valores entre 0.1841 y 0.4258 y kWh/(m³x 100m). Valores técnicamente aceptables que cumplen, en general, con la NOM006 se sitúan entre 0.4258 y 0.5240 kWh/(m³x 100m). Valores superiores tienen un grande potencial de ahorro energético7.
Se identifican dos organismos con buenos desempeños, uno aceptable y dos organismos operadores con potencial de ahorro significativo, ver Gráfica 6.
7 Las bandas de referencia señaladas en el gráfico están explicadas en el capítulo 3.1.6 - Rangos de
eficiencia energética en organismos operadores
Datos L F B A C P T D R N I S P O
confiables
completos
Gráfica 6 – Eficiencia energética de los organismos operadores en bombeo
3.2.4 Benchmarking - Potencial de ahorro en la componente electromecánica
La Gráfica 7 presenta el consumo específico de energía, el costo y las emisiones por m³ de agua elevado para cada uno de los organismos operadores participantes.
Los valores resultan del desempeño energético actual de cada una de las bombas y del desempeño de una operación eficiente y lograble. El diferencial, que es el potencial de ahorro, puede ser expresado en energía (kWh), costos ($) y en emisiones (kg de CO2).
A pesar de existir diversos tarifarios, por cuestiones de simplificación, para el calculó relacionado a energía-costo se usó el precio de 1.4 $/kWh, para el de las emisiones se utilizó el coeficiente de 2013 en que 1 Mega Watt de electricidad consumida en México emite 0.4999 toneladas de CO2.
8
Los tres parámetros (kWh, $ y CO2) son proporcionales entre sí y utilizando la energía específica se puede calcular los demás.
8 Fuente: Programa Gases de Efecto Invernadero México - http://www.geimexico.org/factor.html
Gráfica 7 – Potencial de ahorro energético, económico y emisiones por metro cúbico
La siguiente grafica presenta los valores absolutos de ahorros posibles y logrables mensualmente. Se verifica que los potenciales ahorros más grandes no corresponden a los organismos con menos eficiencia electromecánica. Los ahorros dependen del volumen bombeado y de intensidad energética por métrico cúbico presentado anteriormente. Se pude constatar que son costos económicos y ambientales considerables que merecen ser reducidos.
Gráfica 8- Potencial de ahorro económico por aumento de eficiencia electromecánica
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
L F B A C P T D R N
Ahorro por metro cúbico - kWh, $, kgCO2
kWh/m3 $/m3 kg CO2 /m3
Se hace notar que aún más ahorros son posibles en la componente electromecánica, pero la presente metodología optó por ser conservadora usando una eficiencia lograble del 9% por debajo de las eficiencias de los equipos en fábrica.
A parte de las eficiencias electromecánicas hay más posibilidades de aumentar la eficiencia del sistema y bajar los costos. Constituyen medidas de aumento de eficiencia, la rehabilitación de pozos, la gestión de presiones en redes, su sectorización y reducción de pérdidas.
Como factor externo puede haber interferencia en el desempeño la calidad de energía suministrada por la CFE, todavía en esto ejercicio no se ha tenido en cuenta ese factor por ser difícilmente medible.
4 Tarifarios de energía eléctrica
El presente capitulo revisa los ahorros económicos logrables través de la contratación de la tarifa de adecuada a los equipos instalados y los horarios de funcionamiento. Más detalle sobre la composición tarifaria y la metodología pueden ser consultados en el ANEXO B.
4.1 Consideraciones generales sobre los tarifarios CFE
La CFE dispone de tres tipos de tarifarios para el bombeo:
Tarifa O-M: Tarifa ordinaria para servicio general en media tensión con demanda menor a 100 kW
Tarifa H-M: Tarifa horaria para servicio general en media tensión, con demanda de 100 kW o más
Tarifa 6: Esta tarifa se aplica al suministro de energía eléctrica para servicio público de bombeo de aguas potables o negras.
Existe potencial de ahorro económico, utilizando el tarifario más apropiado al funcionamiento de cada equipo. En la Gráfica 9 se presentan los datos para la Península de Yucatán. Para las demás regiones9, las conclusiones son idénticas.
El cálculo consideró una operación continua (24 horas), es decir hay un factor de carga de 100%, con excepción en la tarifa “HM sin punta” en donde hay paro en el horario de punta.
La tarifa 6 resulta la más económica hasta una potencia de 15kW o para equipos que operan pocas horas al día.
Para equipos superiores a 15kW que funcionen las 24 horas la HM es la tarifa actualmente más económica
Gráfica 9 – Costos mensuales relativos a la potencia - Región Península
9 La CFE tiene establecidas siete regiones.
La tarifa HM se aplica para potencias contratadas superiores a 100kW, sin embargo existen disposiciones que permiten contratar la tarifa HM con potencias inferiores.
Esta disposición puede ser consultada en la página de la CFE. (en http://www.cfe.gob.mx/Industria/ConoceTuTarifa/Paginas/Aspectos-generales.aspx) en donde se afirma que:
Aspectos generales 2005
1.1.- Tarifa horaria para servicios en OM
Se autoriza al suministrador para que celebre con los usuarios de tarifa OM que así lo soliciten, convenios que les permitan incorporarse a la tarifa HM.
Nota: Lo anterior con base en el Resolutivo Décimo del Acuerdo que autoriza el ajuste y reestructuración de las tarifas para suministro y venta de energía eléctrica, publicado en el Diario Oficial de la Federación el 10 de noviembre de 1991.
Siempre que posible se recomienda operar fuera del horario de punta.
El cambio de tarifa va a requerir una verificación de las instalaciones eléctricas por parte de un operador homologado por la CFE, cuyos costos hay que averiguar, pero pueden ser recuperados en pocos meses.
4.2 Resultados de los organismos operadores
4.2.1 Potencial de ahorro económico a través del componente tarifario
Para cada factura de CFE relativa a un solo o a un conjunto de equipos de bombeo el CEEPA simuló, manteniendo el consumo energético constante, el valor de encargos fijos y variables aplicando las tarifas posibles HM, OM y tarifa 6. Las recomendaciones para cada conjunto de equipos de bombeo se encuentra en el reporte individual de cada organismo operador del CEEPA. En general se identificó muchas situaciones en que es se genera un ahorro importante cambiando el tarifario.
El análisis arriba descrito es considerando una operación de 24 horas. Los cálculos individuales se basaron en el consumo mensual de los equipos, que en su mayoría reflejan una operación inferior a 24 horas.
Como ejemplo se muestra una tabla relativa a un organismo operador participante (Tabla 4):
Tabla 4 - Tabla de recomendación del tarifario adecuado y del ahorro alcanzable
Nombre del equipo Potencia
CFE instalada
Tarifa usada actualmente
Tarifa Recomendada Ahorro
($)
Instalación A 82 Tarifa OM Tarifa OM -
Instalación B 82 Tarifa OM Tarifa OM -
Instalación C 82 Tarifa OM Tarifa 6 9.312
Instalación E 100 Tarifa OM Tarifa 6 15.106
Instalación F 450 Tarifa HM HM (operación sin horario de punta) -
Instalación G 60 Tarifa OM Tarifa 6 8.098
Instalación H 29 Tarifa OM Tarifa OM -
4.2.2 Benchmarking en potencial de ahorro económico a través de cambio tarifario
Para algunos equipos de bombeo fue recomendado de cambiar de tarifa. En el siguiente grafico se muestra a rojo el ahorro lograble través del cambio de tarifa.
Adicionalmente sí fuera posible evitar el horario de punta se pueda lograr el ahorro mostrado en gris. Pero hay que referir que este monto es un poco especulativo porque el estudio no tuvo elementos para evaluar sí es posible operar fuera de punta o sí el organismo ya tiene estas buenas practicas.
Gráfica 10 - Potencial de ahorro económico por medidas electromecánicas y tarifarias
Un cambio de tarifa requiere un análisis histórico de la operación de los varios equipos, para poder saber sí a nivel anual de hecho se confirma que el cambio resulta más económico, debido a las variaciones del nivel dinámico y diferentes volúmenes extraídos de agua.
La operación fuera del horario está condicionada a que sea posible operar en este régimen teniendo en cuenta la configuración del sistema de abastecimiento de agua. Eventualmente valdrá la pena evaluar a vialidad económica de cambios infraestructurales que permitan beneficiar de la tarifa HM fuera del horario de punta.
5 Certificación de personal – Estándares de competencia
Con el fin de promover la mejora de los procesos y las funciones desarrolladas en las empresas del sector hídrico, el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA) y la Asociación Nacional de Empresas de Agua y Saneamiento de México, A.C. (ANEAS), recomiendan la certificación de competencias laborales de los trabajadores del sector, en los estándares de competencia existentes en el área de eficiencia energética.
La certificación laboral de competencias es el reconocimiento oficial en toda la República Mexicana de los conocimientos, habilidades, destrezas y comportamientos, demostrados por una persona independientemente de la forma en que los adquirió.
Los estándares reconocidos por la RED CONOCER, de la Secretaria de Educación Pública, que
se relacionan directamente con la operación de estaciones de bombeo son los siguientes10:
EC0317 Control de la eficiencia energética en la operación de las estaciones de bombeo de agua potable;
EC0318 Mantenimiento electromecánico a una estación de bombeo de agua potable; y
EC0319 Vigilancia de la operación de una estación de bombeo de agua potable.
Dichos estándar es fueron autorizados y publicados en el DOF para su uso en procesos de certificación el 24 de mayo de 2013.
Para bombeo de aguas residuales no existe ningún estándar específico pero los principios son los mismos.
La certificación del personal técnico y operacional de estaciones de bombeo contribuye para:
Reducir el pago de electricidad
Asegurarse que el personal sabe desarrollar su trabajo
Darle un valor agregado a la experiencia personal en su trabajo
Profesionalizar el trabajo de sus empleados
Compartir un lenguaje común entre los organismos operadores
Reducir costos de capacitación
A continuación se describe el objetivo de cada uno de los estándares. Una de las actividades importantes dentro de la adecuada operación de una estación de bombeo es contar con indicadores que permitan generar información, para que los directivos tomen decisiones en cuanto al mantenimiento, adquisición o sustitución del equipo relacionado con la operación de estaciones de bombeo.
5.1.1 EC0317 Control de la eficiencia energética
El EC0317, considera las mejores prácticas para la obtención de parámetros eléctricos, hidráulicos y de temperatura de equipos; el cálculo de parámetros adicionales derivados de los primeros, así como su uso para la toma de decisiones para el mantenimiento y selección de equipo para operar estaciones de bombeo.
El grupo objetivo son coordinadores y jefes de área en generación y provisión de energía eléctrica, Coordinadores operativos de agua potable
10
Disponibles en www.conocer.gob.mx/
5.1.2 EC0318 Mantenimiento electromecánico
El mantenimiento preventivo de la infraestructura y el equipo es de vital importancia para su operación eficiente, así como para que ambos puedan cumplir con su vida útil. Este estándar incluye no sólo las actividades más importantes a considerar en un mantenimiento preventivo a estaciones de bombeo, sino también el uso de herramientas y equipo adecuados para monitorear parámetros importantes en la operación de las estaciones de bombeo, que pudieran indicar posibles fallas o un funcionamiento inadecuado del equipo. Un punto adicional que considera el estándar es la generación de registros en reportes de mantenimiento.
El grupo objetivo son técnicos en mantenimiento y reparación de maquinaria e instrumentos industriales.
5.1.3 EC0319 Vigilancia de la operación
El EC0319, indica las principales actividades que deban realizar los operadores de estaciones de bombeo, sobre todo en el seguimiento de parámetros eléctricos, hidráulicos e incluso de características del agua potable obtenida, con el fin de detectar posibles desviaciones que indiquen una inadecuada operación del sistema y poder tomar decisiones que corrijan dichas desviaciones. Este estándar incluye la generación de registros con los datos recopilados.
El grupo objetivo son operadores de máquinas y equipos para la captación, bombeo, y distribución de agua, Operadores de estaciones de bombeo, Operadores de válvulas de cisternas y depósitos de agua
6 Relevancia de participar en el CEEPA 2015
El participar en el CEEPA 2015 puede presentar algunos siguientes beneficios:
1. Para los organismos operadores que participaron en el presente año, el CEEPA 2015 soporta el monitoreo de la mejora continua en la operación de sus equipos y en la selección del tarifario más adecuado.
2. Para los organismos operadores que participan por primera vez, el CEEPA da a conocer el potencial de ahorro a nivel económico, energético y de emisiones de dióxido carbono.
3. Por ser un análisis externo al organismo operador, las conclusiones tienen un elevado grado de imparcialidad.
4. Para las entidades que conceden subvenciones, o financiamientos enfocados en el aumento de la eficiencia energética como CONAGUA, BID, COCEF/NADBANK, CONUEE u otras instituciones crediticias, el indicador muestra el desempeño del organismo operador en este rubro (Sujeto a que las partes estén de acuerdo).
5. Para las entidades con interés en mitigación del cambio climático y la reducción de las emisiones de CO2, este indicador sirve para priorizar las inversiones con las reducciones de gases con efecto invernadero (Sujeto a que las partes estén de acuerdo).
6. El grado de éxito de medidas de capacitación son difíciles de cuantificar y el CEEPA permite de modo indirecto medir el impacto de los resultados en campo de una operación eficiente.
7 Bibliografía disponible
Estándar de competencia EC0317 – Control de la eficiencia energética en la operación de las estaciones de agua potable, disponible en http://www.conocer.gob.mx
Estándar de competencia EC0318 – Mantenimiento electromecánico a una estación de bombeo de agua potable, disponible en http://www.conocer.gob.mx
Estándar de competencia EC0319 – Vigilancia de la operación de una estación de bombeo de agua potable, disponible en http://www.conocer.gob.mx
ALEGRE et all (2006) Performance Indicators for water supply services. Manual of Best Practice Series 2nd Edition IWA Publishing. London. ISBN 1843390515 (289 pp.)
APOSTOLIDIS. 2013 Maschinelle und Elektrische Anlagen in Wasserwerken. Instandhaltungs- und Kostenstrategien. Gelsenwasser AG (24 pp)
BUREAU OF ENERGY EFFICIENCY et all. (2008) India Manual for the Development of Municipal Energy Efficiency Projects (183 pp)
DUARTE. COVAS and ALEGRE (2013). Performance Indicators assessing effectiveness of energy management process in water supply systems (8 pp)
DVGW - Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches. DVGW 618 Merkblatt 08/2007. Lebenszykluskosten für Förderanlagen in der Trinkwasserversorgung (25 pp)
ERSAR. (2013) RELATORIO ANUAL DOS SERVICOS DE AGUAS E RESIDUOS EM PORTUGAL 2012. Volume 3 – Avaliacao da qualidade do servico prestado aos utilizadores (234 pp), disponible en: http://www.ersar.pt, en el apartado Documentação y después: Série "Relatório anual dos serviços de águas e resíduos em Portugal"
ERSAR. (2011) RELATORIO ANUAL DOS SERVICOS DE AGUAS E RESIDUOS EM PORTUGAL 2010. Volume 3 – Avaliacao da qualidade do servico prestado aos utilizadores (415 pp) , disponible en: http://www.ersar.pt, en el apartado Documentação y después: Série "Relatório anual dos serviços de águas e resíduos em Portugal"
GOBIERNO DE LA REPÚBLICA DE MÉXICO. (2013) ESTRATEGIA NACIONAL DE CAMBIO CLIMÁTICO. VISIÓN 10-20-40. Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales. Subsecretaría de Planeación y Política Ambiental. Dirección General de Políticas para el Cambio Climático, disponible en: http://www.encc.gob.mx/documentos/estrategia-nacional-cambio-climatico.pdf
HYDRATEK & ASSOCIATES INC. RADULJ. PAPA. KARNEY. Toward Municipal Sector Conservation: A Pump Efficiency Assessment and Awareness Pilot Study. May 2013. Toronto. Ontario. Canada
NOM-001-ENER-2000: Eficiencia energética de bombas verticales tipo turbina con motor externo eléctrico vertical, disponible en la página de la CONAE: http://www.conae.gob.mx
NOM-006-ENER-1995: Eficiencia energética electromecánica en sistemas de bombeo para pozo profundo en operación.- Límites y método de prueba, disponible en la página de la SENER en: http://www.sener.gob.mx/webSener/res/Acerca_de/nom-006-ener-95.pdf
NOM-010-ENER-2004: Eficiencia energética del conjunto motor-bomba sumergible tipo pozo profundo. Límites y métodos de prueba, disponible en CONAE en: http://www.conae.gob.mx
PEDERAZA. ESPINO. Watergy México (2011) Estudio Integral de Sistemas de Bombeo de Agua Potable Municipal. (112 pp)
8 Anexo A – Tabla de conversión de valores e indicación del nivel de desempeño
Evaluación por colores (significado):
Bajo desempeño
Desempeño mediano – cumple con el mínimo definido en la NOM 006
Bueno desempeño mediano. está cerca de los niveles alcanzables definidos en la NOM 010
Rendimiento (%)
Ph5 (kWh*
m³*100m) Nota
Organismo operador
Equipos hasta 15.7kW
Equipos hasta 38kW
Equipos hasta 94 kW
Equipos superiores
a 94 kW
5% 5.4500 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
6% 4.5417 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
7% 3.8929 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
8% 3.4063 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
9% 3.0278 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
10% 2.7250 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
11% 2.4773 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
12% 2.2708 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
13% 2.0962 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
14% 1.9464 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
15% 1.8167 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
16% 1.7031 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
17% 1.6029 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
18% 1.5139 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
19% 1.4342 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
20% 1.3625 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
21% 1.2976 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
22% 1.2386 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
23% 1.1848 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
24% 1.1354 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
25% 1.0900 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
26% 1.0481
27% 1.0093
28% 0.9732
29% 0.9397
Rendimiento (%)
Ph5 (kWh*
m³*100m) Nota
Organismo operador
Equipos hasta 15.7kW
Equipos hasta 38kW
Equipos hasta 94 kW
Equipos superiores
a 94 kW
30% 0.9083
31% 0.8790
32% 0.8516
33% 0.8258
34% 0.8015
35% 0.7786
36% 0.7569
37% 0.7365
38% 0.7171
39% 0.6987
40% 0.6813
41% 0.6646
42% 0.6488
43% 0.6337
44% 0.6193
45% 0.6056
46% 0.5924
47% 0.5798
48% 0.5677
49% 0.5561
50% 0.5450
51% 0.5343
52% 0.5240
53% 0.5142
54% 0.5046
55% 0.4955
56% 0.4866
57% 0.4781
58% 0.4698
59% 0.4619
60% 0.4542
61% 0.4467
62% 0.4395
63% 0.4325
64% 0.4258
65% 0.4192
66% 0.4129
67% 0.4067
68% 0.4007
Rendimiento (%)
Ph5 (kWh*
m³*100m) Nota
Organismo operador
Equipos hasta 15.7kW
Equipos hasta 38kW
Equipos hasta 94 kW
Equipos superiores
a 94 kW
69% 0.3949
70% 0.3893
71% 0.3838
72% 0.3785
73% 0.3733
74% 0.3682
75% 0.3633
76% 0.3586
77% 0.3539
78% 0.3494
79% 0.3449
80% 0.3406
81% 0.3364
82% 0.3323
83% 0.3283
84% 0.3244
85% 0.3206
86% 0.3169
87% 0.3132
88% 0.3097 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
89% 0.3062 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
90% 0.3028 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
91% 0.2995 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
92% 0.2962 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
93% 0.2930 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
94% 0.2899 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
95% 0.2868 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
96% 0.2839 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
97% 0.2809 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
98% 0.2781 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
99% 0.2753 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
100% 0.2725 Valor irrealista pero posible (baja confiabilidad de datos)
9 Anexo B – Análisis del tarifario CFE
En este capítulo se describe los tarifarios comunes de los servicios públicos así como un análisis del tarifario más adecuado teniendo en cuenta la potencia de los equipos instalados.
Por fin se presenta un ejemplo de simulación de tarifas para que evaluar el potencial de ahorro de cada conjunto de equipos dependientes de un medidor / contrato CFE.
La CFE dispone de tres tipos de tarifarios para el bombeo:
Tarifa O-M: Tarifa ordinaria para servicio general en media tensión con demanda menor a 100 kW
Tarifa H-M: Tarifa horaria para servicio general en media tensión, con demanda de 100 kW o más
Tarifa 6: Esta tarifa se aplica al suministro de energía eléctrica para servicio público de bombeo de aguas potables o negras.
Se verifica que la tarifa 6 es la más cara unitariamente, conforme muestra la
Tabla 5, sin embargo hay que considerar los costos que no dependen del consumo y que suelen importantes. Así la tarifa más adecuada para cada equipo varía mucho en función de la potencia instalada, y del horario de funcionamiento.
Tabla 5 - Comparación de la componente variable de las tarifas CFE
Región tarifa media anual -
HM11
($/kWh)
tarifa media anual – HM sin punta
12
($/kWh)
OM (Septiembre, 2014)
13
($/kWh)
Tarifa 6 (Septiembre, 2014)
14
($/kWh)
Baja California 1.1704 1.1061 1.471 1.711
Baja California Sur 1.5278 1.5035 1.988 1.711
Central 1.3274 1.2670 1.471 1.711
Noreste 1.2248 1.1689 1.376 1.711
Noroeste 1.2248 1.1681 1.365 1.711
Norte 1.2338 1.1775 1.376 1.711
Peninsular 1.2476 1.1849 1.405 1.711
Sur 1.2701 1.2088 1.424 1.711
Donde: (17)Tarifa media anual - HM ($/kWh), se determina por:
𝑇𝑚𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 =ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎 𝑥 𝑡𝑎𝑟𝑖𝑓𝑎𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎+ ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑥 𝑡𝑎𝑟𝑖𝑓𝑎𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 +ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑥 𝑡𝑎𝑟𝑖𝑓𝑎𝑏𝑎𝑠𝑒
ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠𝑎ñ𝑜 (4)
11
Calculado través de la formula (4), con los valores publicados por la CFE en http://app.cfe.gob.mx/Aplicaciones/CCFE/Tarifas/Tarifas/tarifas_negocio.asp?Tarifa=HM&Anio=2014&mes=9
12 Calculado través de la formula (5), con los valores publicados por la CFE en
http://app.cfe.gob.mx/Aplicaciones/CCFE/Tarifas/Tarifas/tarifas_negocio.asp?Tarifa=HM&Anio=2014&mes=9
13 Fuente: CFE, consultada en el mes de agosto de 2014
http://app.cfe.gob.mx/Aplicaciones/CCFE/Tarifas/Tarifas/tarifas_negocio.asp?Tarifa=OM&Anio=2014&mes=9
14 Fuente: CFE, consultada en el mes de agosto de 2014
http://app.cfe.gob.mx/Aplicaciones/CCFE/Tarifas/Tarifas/tarifas_negocio.asp?Tarifa=6&Anio=2014&mes=9
y (18)Tarifa media anual – HM sin punta ($/kWh), por:
𝑇𝑚𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 =ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎 𝑥 𝑡𝑎𝑟𝑖𝑓𝑎𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎+ ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑥 𝑡𝑎𝑟𝑖𝑓𝑎𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 +ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑥 𝑡𝑎𝑟𝑖𝑓𝑎𝑏𝑎𝑠𝑒
ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑒 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑎ñ𝑜 (5)
Tarifa O-M
La tarifa ordinaria para servicio general en media tensión para demanda inferiores a 100 kW aplica un cargo por la energía consumida y otro por la demanda máxima medida. En la Tabla 6 se presentan las tarifas OM aplicadas entre enero a septiembre 2014.
Tabla 6 – Tarifa O-M aplicada entre enero y septiembre 2014 por regiones.
Región Cargo por kilowatt – hora de energía consumida ($/kWh)
ene-14 feb-14 mar-14 abr-14 may-14 jun-14 jul-14 ago-14 sep-14
Baja California* 1.22 1.25 1.20 1.21 1.44 1.44 1.47 1.50 1.47
Baja California Sur* 1.49 1.52 1.46 1.47 1.95 1.95 1.98 2.02 1.99
Central 1.49 1.52 1.47 1.47 1.44 1.44 1.47 1.50 1.47
Noreste 1.40 1.42 1.37 1.38 1.35 1.35 1.37 1.40 1.38
Noroeste 1.39 1.41 1.36 1.37 1.34 1.34 1.36 1.39 1.37
Norte 1.40 1.42 1.37 1.38 1.35 1.35 1.37 1.40 1.38
Peninsular 1.43 1.46 1.40 1.41 1.38 1.38 1.40 1.43 1.41
Sur 1.44 1.47 1.42 1.42 1.39 1.39 1.42 1.45 1.42 * en estas regiones se aplican adicionalmente tarifas de temporada Fuente: Elaboración propia con base en datos de la CFE
Adicionalmente a la tarifa relativa al consumo se adiciona una componente fija relativa a la demanda máxima medida (Tabla 7):
Tabla 7 - Tarifa O-M aplicada entre enero y septiembre 2014 por regiones.
Región Cargo por kilowatt de demanda máxima medida ($/kW)
ene-14 feb-14 mar-14 abr-14 may-14 jun-14 jul-14 ago-14 sep-14
Baja California 129.90 129.85 131.25 132.29 146.24 146.24 145.42 145.71 146.16
Baja California Sur 141.36 141.30 142.83 143.96 161.93 161.93 161.03 161.35 161.85
Central 162.22 162.16 163.91 165.20 165.41 165.41 164.48 164.81 165.32
Noreste 149.19 149.13 150.74 151.93 152.13 152.13 151.27 151.57 152.04
Noroeste 152.27 152.21 153.85 155.07 155.27 155.27 154.40 154.71 155.19
Norte 149.79 149.73 151.35 152.55 152.75 152.75 151.89 152.19 152.66
Peninsular 167.48 167.41 169.22 170.56 170.78 170.78 169.82 170.16 170.69
Sur 162.22 162.16 163.91 165.20 165.41 165.41 164.48 164.81 165.32 Fuente: Elaboración propia con base en datos de la CFE
Tarifa H-M
La tarifa HM tiene tarifas horarios diferenciados lo que permite alcanzar algunos ahorros través de la operación en el horario más económico. En general es aplicable para potencia instaladas por la CFE superior a 100 kW (Tabla 8).
Tabla 8 - Tarifa H-M aplicada en septiembre 2014 por regiones – Cargo por demanda facturable y cargo por consumo
Región Cargo por kW de demanda facturable ($)
Cargo por kWh de energía de
punta ($)
Cargo por kWh de energía
intermedia ($)
Cargo por kWh de energía de
base ($)
Baja California 260.17 2.2678 1.2138 0.9534
Baja California Sur 250.06 1.8195 1.6840 1.1918
Central 180.29 2.1734 1.3439 1.1236
Noreste 165.75 2.0075 1.2477 1.0221
Noroeste 169.26 2.0193 1.2382 1.0374
Norte 166.52 2.0220 1.2598 1.0242
Peninsular 186.29 2.1260 1.2627 1.0399
Sur 180.29 2.1287 1.2841 1.0684
Fuente: http://app.cfe.gob.mx/Aplicaciones/CCFE/Tarifas/Tarifas/tarifas_negocio.asp?Tarifa=HM
Teniendo en cuenta una operación de 24 horas resultaría una tarifa de media anual como lo muestra la Tabla 9.
Tabla 9 - Tarifa H-M media anual 2014 por regiones
Región tarifa media
octubre a abril tarifa media
abril a octubre tarifa media anual15
Baja California 0.9975 1.3433 1.17043
Baja California Sur 1.3273 1.7283 1.5278
Central 0.9958 1.3232 1.1595
Noreste 0.9201 1.221 1.0705
Noroeste 0.9189 1.2208 1.0699
Norte 0.9272 1.2210 1.0786
Peninsular 0.9379 1.2432 1.0905
Sur 0.9537 1.2658 1.1098
Como un cobro independiente del consumo la factura de CFE incluye la demanda facturable. Esta se define a continuación:
DF($) = Cargo por kilowatt de demanda facturable ($/kW) x DF (kW) (6)
El Cargo por kilowatt de demanda facturable, es aplicado regionalmente como se presenta en la Tabla 10:
Tabla 10 – Cargo por kilowatt de demanda facturable, de la demanda facturable de la tarifa H-M (septiembre 2014)
Región Cargo por kilowatt
de demanda facturable ($)
Baja California 260.17
Baja California Sur 250.06
Central 180.29
Noreste 165.75
Noroeste 169.26
15
El presente cálculo no consideró las variaciones tarifarias entre enero y septiembre. La media anual está calculada con base en los precios de septiembre 2014
Región Cargo por kilowatt
de demanda facturable ($)
Norte 166.52
Peninsular 186.29
Sur 180.29
Fuente: CFE http://app.cfe.gob.mx/Aplicaciones/CCFE/Tarifas/Tarifas/tarifas_negocio.asp
Los kW usados de la demanda facturable se obtiene del siguiente modo:
DF = DP + FRI × max (DI - DP.0) + FRB × max (DB - DPI.0) (7)
Donde:
DP es la demanda máxima medida en el periodo de punta
DI es la demanda máxima medida en el periodo intermedio
DB es la demanda máxima medida en el periodo de base
DPI es la demanda máxima medida en los periodos de punta e intermedio
FRI es el factor de reducción para el periodo intermedio
FRB es el factor de reducción para el periodo base
FRI y FRB son factores de reducción que tendrán los siguientes valores (Tabla 11), dependiendo de la región tarifaria:
Tabla 11 – Factores de reducción para el periodo intermedio y base previstos en la Tarifa H-M
Región FRI FRB
Baja California 0.141 0.070
Baja California Sur 0.195 0.097
Central 0.300 0.150
Noreste 0.300 0.150
Noroeste 0.300 0.150
Norte 0.300 0.150
Peninsular 0.300 0.150
Sur 0.300 0.150
Fuente: CFE http://app.cfe.gob.mx/Aplicaciones/CCFE/Tarifas/Tarifas/tarifas_negocio.asp
La demanda se determina mensualmente por medio de instrumentos de medición, que indican la demanda media durante intervalos de 15 minutos. Cualquier fracción de kilowatt de demanda facturable se toma como kilowatt completo. Esta componente puede representar hasta un 60% del total del recibo de luz y por lo tanto es un concepto que es importante tener en cuenta. Una operación económica de los equipos debe evitar las demandas pico de corta duración.
Tarifa 6
La tarifa unitaria más elevada es la tarifa 6 conforme a la Tabla 12, sin embargo los costos fijos suelen ser sustancialmente más económicos especialmente para los equipos de medianas y grandes potencias. Los costos fijos no se multiplican por ninguna potencia.
Tabla 12 – Cargo unitario y cargo fijo en la Tarifa 6 en 2014
Cargos Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
($/KWh) 1.647 1.655 1.663 1.671 1.679 1.687 1.695 1.703 1.711 1.719 1.727 1.735
Fijo 299.91 301.36 302.82 304.28 305.75 307.23 308.71 310.20 311.70 313.21 314.72 316.24
Fuente: CFE http://app.cfe.gob.mx/Aplicaciones/CCFE/Tarifas/Tarifas/Tarifas_industria.asp?Tarifa=CMAS&Anio=2014
Bonificaciones y recargos debido al factor de potencia
Transversalmente a las varias tarifas hay una bonificación o recargos al factor de potencia. En general las compañías eléctricas penalizan la existencia de factores de potencia bajos puesto que les representa un mayor gasto, así para operadores con bajos factores de potencia estos pueden ser considerados como costos adicionales.
Un factor de potencia bajo comparado con otro alto origina, para una misma potencia, una mayor demanda de corriente, lo que implica la necesidad de utilizar cables de mayor calibre. La potencia aparente es tanto mayor cuanto más bajo sea su factor de potencia, lo que origina una mayor dimensión de los generadores.
La CFE penaliza con un cargo adicional cuando el factor de potencia es menor a 90%, caso contrario, si el factor de potencia es mayor a 90%, la CFE premia con una bonificación que es un porcentaje del total de los importes de la demanda.
El organismo debe procurará mantener un factor de potencia (FP) tan aproximado a 100% (cien por ciento) como le sea posible, mediante de bancos de capacitadores.
En el caso de que el factor de potencia tenga un valor inferior a 90% (noventa por ciento), el suministrador cobrará al usuario la cantidad que resulte de aplicar a la factura el porcentaje de recargo según la fórmula16 (8):
Recargo para factores de potencia menor a 90%:
Porcentaje de Recargo = 3/5 x [( 90 / FP ) – 1] x 100 (8)
En el caso de que el factor de potencia tenga un valor igual o superior de 90% (noventa por ciento), el suministrador tendrá la obligación de bonificar al usuario la cantidad que resulte de aplicar a la factura el porcentaje de bonificación según la fórmula (9):
Bonificación para factores de potencia mayor o igual a 90%:
Porcentaje de Bonificación = 1/4 x [1 - ( 90 / FP )] x 100 (9)
En ningún caso se aplicarán porcentajes de recargo superiores a 120% (ciento veinte por ciento), ni porcentajes de bonificación superiores a 2.5% (dos punto cinco por ciento).
Otros cargos fijos
A parte de los cargos presentados hay dos conceptos más que cobra la CFE:
2% de baja tensión que se obtiene del 2% de la suma de los importes por cargos de energía y demanda. Cualquier aumento o disminución en estos conceptos, modifica el valor de este cargo. El 2% se cobra por las pérdidas de transformación que existen cuando la medición se hace en baja tensión y que no se registran.
El Impuesto al Valor Agregado (IVA) del 16%, que se añade a todos los anteriores conceptos.
16
Fuente: CFE: Disposiciones complementarias: 03. Factor de potencia: http://www.cfe.gob.mx/negocio/2_Conocetutarifa/_layouts/mobile/dispform.aspx?List=c291cd00-2cc4-4c49-adf8-60f8e25d6695&View=ab9370d5-cad9-44ad-a203-b428b0f01bb7&ID=3
10 Anexo C – Metodología para definición de los rangos de operación
Rangos de valores válidos
A continuación se describe la metodología usada para distinguir valores válidos de inválidos y los rangos que determinan desempeños buenos, medianos y con significativo potencial de mejora.
La eficiencia máxima y mínima posible
En el mercado hay motores con eficiencias de 96.2%. Los valores más altos para los impulsores alcanzan un 86%, significando que las eficiencias de los grupos electromotores tangibles en laboratorio son la multiplicación de ambos valores, esto es un 82.73%. En general la eficiencia en campo tiende a ser menor17 que en laboratorio, pero de todos los modos son teóricamente posibles de alcanzar.
Las eficiencias electromecánicas más bajas rondan entre el 25-30%, así que motores con eficiencias inferiores se dañan en poco tiempo y dejando de operar. Motores con potencias reducidas pueden bajar hasta los 25% de rendimiento y motores con potencias más grandes pueden bajar hasta los 30%.
Valores inferiores a 25-30% son prácticamente irrealistas, resultantes de bombas con capacidad de impulsión casi nulas. La experiencia de fabricantes, de laboratorios de bombas y de HYDRATEK confirmaron estos valores como los más bajos medidos.
Por eso, valores de eficiencias superiores a 82.73 % o por debajo de 25% se consideran inválidos, todavía hay que adaptar los rangos de modo de poder permitir algunas imprecisiones resultantes de la metodología de toma de los datos.
El impacto de la incertidumbre de los datos en el resultado
Teniendo en cuenta que los datos obtenidos no son de equipos que operan en condiciones controladas en laboratorio, los valores máximos y mínimos válidos tendrán que integrar las imprecisiones resultantes de una instrumentación insuficiente.
Puede darse que el volumen de agua sea estimado y no medido, o que el periodo de la facturación no coincida en totalidad con el periodo en que se elevó ese volumen de agua. La altura manométrica puede ser determinada con base en rendimientos de las bombas, en diferencias de cuotas o medidas de manómetros en un momento específico de operación. Todas estas estimaciones, necesarias en los casos de variadores de frecuencia producen imprecisiones.
Por eso, teniendo en cuenta que éste es el primer ejercicio con una perspectiva macro la exactitud de los rangos ahora válidos tendrán que ser adaptados en un futuro.
17 De acuerdo con estudio de HYDRATEK, la eficiencia en campo tiende a ser menor 9 % “Toward
Municipal Sector Conservation: A Pump Efficiency Assessment and Awareness Pilot Study, May 2013, Toronto, Ontario, Canada”
Haciendo un análisis de sensibilidad al resultado de Ph5 en función de variaciones en el volumen, altura o energía hasta un 20% se tienen desviaciones hasta un máximo de 9% en Ph5:
Errores en el valor de agua que repercuten con menos intensidad en el resultado del indicador Ph5.
Errores en el valor de energía se afectan con la misma magnitud y de modo proporcional en los resultados del indicador Ph5.
Errores en el las alturas manométricas son las que tienen más impacto18 y tienen consecuencias en el resultado del indicador Ph5.
Tabla 13 - Límites para valores considerados válidos en el ejercicio
Eficiencia real de 25%19 Eficiencia real de 82.73%
Límite inferior:
Ph5 = 2.0438 kWh/m³*100m
𝛈 = 13%
Considerado el peor resultado calculado con base en imprecisiones y estimaciones desfavorables
(subestimación del volumen de agua 20% y de altura 20%, sobreestimación del consumo energético 20%)
Límite superior:
Ph5 = 0.1830 kWh/m³*100m
𝛈=148%
Considerado el mejor resultado calculado con base en imprecisiones y estimaciones favorables
(sobreestimación del volumen de agua 20% y de altura 20%, subestimación del consumo energético 20%)…
La dimensión de la bomba combinado con imprecisiones en volúmenes/alturas no tiene repercusiones en el resultado de Ph5.
Estimación del ahorro energético alcanzable
Con base en la ecuación (2) descrita en el capítulo 3.1.2, se calculó para cada conjunto de valores (volumen, altura, energía) el desempeño energético actual y el correspondiente a una operación eficiente.
Una eficiencia razonable y alcanzable se considerará a aquella que pudiera estar hasta un 9%20 por debajo de las eficiencias proporcionadas por los fabricantes de las bombas. Tomando en
18
Es en la altura que las imprecisiones introducen el error más grande en el resultado, en donde el resultado es el más sensible.
19 Valor proveniente del capítulo 0 - La eficiencia máxima y mínima posible
20 Valor obtenido del estudio HYDRATEK Toward Municipal Sector Conservation: A Pump Efficiency Assessment and Awareness Pilot Study, May 2013, Toronto, Ontario, Canada
cuenta esta consideración, se aplicó a la tabla de la NOM01021 una reducción de 9% consiguiendo los valores presentados en la Tabla 14 que reflejan los valores relativos a una operación eficiente, mismos que son más exigentes que los valores de la NOM006 (Tabla 15).
El potencial del ahorro energético fue determinado a través del diferencial entre el Ph5 actual y el Ph5 objetivo multiplicado por el gasto mensual de la bomba.
Tabla 14 - Eficiencia objetivo y alcanzable para campo en función de la potencia del motor
Potencia del motor (NOM010)
(kW)
𝛈 mínima requerida a fabricantes (NOM 010)
(%)
𝛈 alcanzable en campo (Valores de NOM 010 - 9%)
(%)
Ph5 objetivo y alcanzable en campo
(kWh/m³*100m)
Hasta 1.492 68% 59% 0.4619
Hasta 3.73 73% 64% 0.4258
Hasta 5.595 75% 66% 0.4129
Hasta 7.46 77% 68% 0.4007
Hasta 11.19 79% 70% 0.3893
Hasta 14.92 80% 71% 0.3838
Hasta 22.38 81% 72% 0.3785
Hasta 29.84 83% 74% 0.3682
Hasta 44.76 86% 77% 0.3539
Superior a 44.76 87% 78% 0.3494
Rangos de eficiencia para bombas
La NOM-006-ENER-1995 relativa a la eficiencia energética electromecánica en sistemas de bombeo para pozo profundo en operación define los límites y método de prueba de la eficiencia de un equipo de bombeo. La Tabla 15 muestra las eficiencias mínimas que deben ser alcanzadas en campo y que varían en función de la potencia del equipo.
Tabla 15 - Valores mínimos de eficiencia para sistemas de bombeo para pozo profundo en operación
Fuente: Tabla 1 de la NOM-006-ENER-1995
21
La NOM-010-ENER-2004 en Eficiencia energética del conjunto motor-bomba sumergible tipo pozo profundo. Límites y métodos de prueba, define los valores mínimos que los equipos de bombeo comercializados en México deben cumplir en laboratorios.
Teniendo en cuenta lo descrito arriba se usaron, para efectos de este estudio, los siguientes límites para evaluar el desempeño de una bomba:
Tabla 16 – Arancel de evaluación del desempeño de bombas
Potencia del motor (kW)
Valores inválidos
Desempeño insuficiente
Desempeño mediano
bueno desempeño
Valores inválidos
15,7
Superior a
2,0438
Superior a 0,4866
Entre 0,4866 y 0,4129
Inferior a 0,4129
Inferior a 0,1830
38 Superior a
0,4542 Entre 0,4542 y
0,4129 Inferior a 0,4129
94 Superior a
0,4258 Entre 0,4258 y
0,3539 Inferior a 0,3539
261 0,4258 Entre 0,4258 y
0,3494 Inferior a 0,3494