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Proyecto:

Desarrollo de nuevas tecnologías para el análisis y la optimización energética y medioambiental del proceso de fabricación de baldosas cerámicas

Acrónimo – TECEM

Referencia: IMDECA/2016/52

Resumen del Entregable E2.1. – Análisis, escenario productivo y caracterización de mejoras energéticas, medioambientales y productivas.

Participantes: ITC e ITE

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Índice de contenido

1. Introducción 3

2. Tarea 2.1 – Proceso y tecnología de cocción de baldosas. 4

3. Tarea 2.2 – Mejoras energéticas, productivas y medioambientales. 6

3.1. Herramientas de gestión de energía – producción ........................................ 6

3.2. Energía renovable en la industria .................................................................. 8

3.3. Tecnologías de reaprovechamiento de energía en la industria ...................... 9

3.4. Sistemas de captura directa de CO2 en la industria ..................................... 13

3.5. Mejores Tecnologías Metodologías Disponibles hornos de cocción ............ 13

3.6. Modelo de datos para los hornos de cocción de baldosas ........................... 14

4. Conclusiones. 16

5. Bibliografía 19

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1. Introducción

El entregable E2.1 corresponde a los resultados obtenidos en las tareas del proyecto:

- T2.1 “Análisis del proceso y de la tecnología. Recopilación de información”

- T2.2 “Análisis de mejoras energéticas, productivas y medioambientales”

La información mostrada en la tarea T2.1 procede de proyectos de I+D+i realizados anteriormente en el sector industrial cerámico. Además, se ha contactado con empresas del sector para completar la información disponible, y se ha realizado una búsqueda bibliográfica específica centrada en el consumo y la eficiencia energética del sector cerámico, para conocer los últimos avances publicados en esta temática y disponer de un estado del arte lo más actualizado posible para afrontar el proyecto.

Este análisis ha incluido:

- La descripción de las tecnologías utilizadas a lo largo de todo el proceso productivo, especialmente de los principales equipos consumidores de energía térmica, como son los secaderos y el horno.

- Datos bibliográficos de consumo de energía térmica y eléctrica, por etapas del proceso productivo.

- Información sobre las variables más importantes del proceso de fabricación, relacionadas con los usos de la energía.

El trabajo realizado en la tarea T2.2 ha sido la recopilación y estudio de diferentes oportunidades de optimización de consumos energéticos industriales, para reducir el consumo de combustibles de origen fósil, y fomentar el empleo de fuentes energéticas renovables, para aprovechar al máximo la energía residual del proceso, y para minimizar las emisiones de CO2 a la atmósfera. Siguiendo estas premisas se ha realizado una búsqueda de información relativa a:

- Herramientas de gestión de consumos de energía en equipos industriales.

- Estado de captura de emisiones de CO2 en industria.

- Incorporación de energías renovables a procesos industriales.

- Tecnologías de aprovechamiento de calor residual.

Esta búsqueda posteriormente se ha personalizado en su aplicación a hornos cerámicos industriales definiendo las mejores soluciones que permitan una mejora de la sostenibilidad del proceso.

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2. Tarea 2.1 – Proceso y tecnología de cocción de baldosas.

En la tarea 2.1 del proyecto TECEM se ha llevado a cabo un análisis de las tecnologías utilizadas en el proceso de fabricación de baldosas cerámicas, centrándose especialmente en los secaderos y el horno, siendo éstos los principales equipos consumidores de energía.

En Europa, el proceso más implantado en la actualidad en la fabricación de las baldosas cerámicas, tanto en el caso de azulejos como en el de gres esmaltado y gres porcelánico, es el proceso denominado de molienda vía húmeda, conformado por prensado y cocción del soporte y el esmalte en una única etapa, es decir, por monococción.

En general, las instalaciones presentes en la mayoría de empresas de fabricación de baldosas cerámicas, son los secaderos de soportes de baldosas, y los hornos monoestrato de rodillos. Muchas no disponen de atomizadores, ya que el polvo atomizado lo adquieren en empresas de fabricación de gránulo atomizado. Por esta razón, el proyecto se ha centrado principalmente en dos tipos de instalaciones: los secaderos de soportes de baldosas, y los hornos monoestrato de rodillos.

La mayoría de los procesos de secado de soportes de baldosas se realiza en secaderos verticales. En estos secaderos una corriente de gases calientes procedentes, generalmente, de la combustión de gas natural, se pone en contacto directo con las piezas prensadas para evaporar el agua que contienen (entre un 5 y un 7 % de agua). La duración del ciclo de secado en secaderos verticales es de unos 60 minutos, y la temperatura de los gases suele ser entre 100 y 200 ºC. En cualquier caso, las condiciones de secado deben ajustarse en cada momento a las características del producto: grosor, tipo de soporte, tipo de esmalte, etc. El consumo específico medio de la operación de secado de baldosas cerámicas en un secadero vertical es de unos 116 kWh/t de producto seco, referido al Poder Calorífico Superior (PCS) del gas natural.

Los hornos ampliamente utilizados para la cocción de baldosas cerámicas son hornos continuos de rodillos, en los que el aporte de calor se realiza por combustión de gas natural en quemadores situados en las paredes del horno, lo que permite trabajar con contacto de los gases de combustión con el material procesado, y la tecnología de cocción más habitual es la monococción. La temperatura de cocción y la duración del ciclo son muy variables y dependen del tipo de soporte, de la composición, del formato de las baldosas, de la producción del horno, del tipo de esmalte, etc.

En general puede decirse que la temperatura máxima de cocción se sitúa entre 1.100 y 1.200 ºC, y la duración del ciclo de cocción entre 40 y 70 minutos. Los gases calientes resultantes de la operación de cocción se emiten a la atmósfera a través de dos focos emisores. Los humos procedentes de la zona de calentamiento y cocción, que presentan una temperatura media de unos 200 ºC, se emiten al exterior por una chimenea que se encuentra a la entrada del horno, mientras que los de las zonas de enfriamiento, cuya temperatura oscila entre 100 y 250 ºC, se emiten por una chimenea que se encuentra a la salida del horno. En algunos casos existen dos chimeneas de enfriamiento. La producción aproximada de un horno de tamaño medio es de unos 5.000 m2/día, aunque existen en el mercado hornos de capacidades productivas muy diversas (AVEN, 2011a). El consumo específico medio de la operación de cocción de baldosas cerámicas en un horno de rodillos es de unos 793 kWh/t de producto cocido, referido al PCS (Monfort, 2010).

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Las emisiones de dióxido de carbono originadas por la combustión del gas natural consumido en la fabricación de baldosas cerámicas se estiman en torno a 265 kg CO2/t producto cocido. Estas emisiones suponen el 90 % de las emisiones totales del proceso de fabricación, pues las emisiones de proceso, procedentes de la descomposición durante la cocción de los carbonatos de calcio y/o magnesio presentes en las composiciones cerámicas, suponen aproximadamente el 10 % de las emisiones totales.

La realización de balance de energía en equipos industriales aporta mucha información acerca del aprovechamiento que se realiza de la energía consumida, y la influencia de algunas variables en el consumo de energía.

En el secado convencional, el aporte energético lo constituye la energía térmica proveniente de quemadores de gas natural y, también existe la posibilidad de recuperar gases calientes provenientes de los hornos de cocción.

Los secaderos convencionales de baldosas cerámicas poseen un rendimiento en torno al 60%, perdiéndose el resto de la energía térmica consumida de diversas formas. En general, la energía empleada en evaporar la humedad de las piezas, y calentarlas hasta la temperatura requerida en la línea de esmaltado, supone entre el 60-70 % del total aportado. El resto se pierde a través de la chimenea (30-45 %) y por las superficies del secadero, conducciones, rodillos, etc (5-10 % de la energía aportada).

Los balances energéticos realizados en hornos de baldosas muestran que el rendimiento de los mismos es bajo, pues únicamente entre el 5 y el 20 % de la energía aportada se emplea en cocer el material. El resto se pierde por las chimeneas de humos (20 - 25 %) y de enfriamiento (30- 35 %), con el producto (5 – 10 %) y a través de las paredes y bóveda del horno (10 – 15 %).

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3. Tarea 2.2 – Mejoras energéticas, productivas y medioambientales.

3.1. Herramientas de gestión de energía – producción

Un Sistema de Gestión Energética sigue una metodología de mejora continua y

verificación. Actualmente, empiezan a apoyarse en TICs, así como en una base de

Automatización y Comunicaciones Industriales Distribuidas y en unas estrategias

definidas a medida basadas en reglas de mejora energética. A continuación se resume

1) la arquitectura, 2) metodología y 3) tecnología con la que cubrir el sistema de gestión

energético productivo propuesto en TECEM. La arquitectura general inicial será:

Figura 1. Arquitectura base de sistema TECEM orientada a concepto Industria 4.0. Fuente: ITE

Para la correcta implantación de un sistema de este tipo en el sector industrial la

metodología de trabajo definida es la siguiente:

Figura 2. Metodología para implantación de sistema de gestión energético TECEM. Fuente: ITE

Además se define como idónea la tecnología industrial para la automatización

energética y productiva de la planta industrial, cumpliendo requerimientos de posibilidad

de integración de todas las variables energéticas y productivas de proceso. Se puede

actuar en conjunto con una tecnología TIC en la nube de monitorización y gestión para

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mejorar el nivel de información y decisión en planta. Además, dispondrá de una posible

implantación onsite y con alta integralidad de los datos con sistemas terceros.

Figura 3. Tecnología óptima industrial en planta para proyecto TECEM. Fuente: ITE

Los sistemas de monitorización, gestión energética o gestión productiva industrial

disponibles actualmente, utilizan arquitecturas similares basadas en estructuras que van

desde los medidores de campo al software de control y visualización del nivel de

información. Las principales funcionalidades de estos sistemas tradicionales son:

Principales funcionalidades de los sistemas tradicionales existentes

FT.1

(Funcionalidad tradicional 1)

Visualización en tiempo real de consumos, variables e indicadores energéticos: orientada al conocimiento, seguimiento y evaluación del estado energético de las instalaciones. Los sistemas de gestión productivos monitorizan variables productivas y su objetivo es la mejora de la productividad y fomentar su fiabilidad.

FT.2 Cálculo de facturación energética y detección de ineficiencias asociadas a la contratación energética: potencia contratada, ajuste de periodos tarifarios.

FT.3 Detección de anomalías: consumos anómalos y residuales, desequilibrio de fases/cargas, presencia de armónicos, fallos de funcionamiento. En el caso de los sistemas de gestión productivos analizan anomalías referidas a la baja productividad o paradas imprevistas.

FT.4 Envío de alertas a personal de mantenimiento ante posibles irregularidades o problemas.

FT.5 Apoyo no digitalizado a la implementación y seguimiento de sistemas de gestión energética, realización de auditorías, así como medida y verificación de ahorros de energía.

Tabla 1. Principales funcionalidades de sistemas industriales de gestión tradicionales. Fuente ITE.

En la actualidad hay una carencia de interrelación entre las plataformas de

monitorización-gestión energética y las de gestión de la producción industriales, siendo

muy habitual disponer en las empresas ambos tipos de sistemas sin ninguna interacción.

El acercamiento y correcta interrelación entre estos dos planteamientos es un reto a

cubrir en el presente proyecto, además de dotarlos de funcionalidades avanzadas de

análisis energético, relacionado con su productividad.

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Con este planteamiento se espera cumplir y fomentar, en primer lugar, en el proceso de

cocción y en segundo, por extensión del sistema, en toda la planta productiva. la

Directiva de EE 2012/27/UE, de 25 de octubre de 2012 relativa a la eficiencia energética.

3.2. Energía renovable en la industria

La Agencia Internacional de las Energías Renovables (IRENA) identifica como aspecto

de gran interés una mayor integración de las energías renovables en la industria:

1. Sectores industriales que realizan un uso intensivo de la energía. Las industrias

que hacen un uso intensivo de la energía consumen un 75% del consumo total

asociado a la industria y sus instalaciones suelen tener una vida útil prolongada.

2. Pequeñas y medianas empresas. Las pequeñas y medianas empresas

representan el 90% del total de la industria manufacturera. Estas empresas

juegan, y van a jugar, un papel fundamental en la implantación de soluciones

basadas en energía renovables, proporcionando oportunidades de desarrollo

empresarial e industrial a nivel local y estimulando la reducción de los costes de

fabricación en un proceso de “aprendizaje a través de la práctica”.

3. La biomasa tiene el mayor potencial de sustitución de los combustibles fósiles

en el sector industrial.

4. La energía solar térmica tiene un potencial técnico y económico en instalaciones

industriales de tamaño medio y sin uso intensivo de la energía.

5. Electrificación. La tendencia en la electrificación del sector industrial va en

aumento. El despliegue de las energías renovables tiene en este punto una

oportunidad de integración clara.

6. Aspectos regionales. El potencial regional depende principalmente del

crecimiento de las actividades industriales, de la ratio entre la capacidad

instalada y la disponible y la existencia de recursos de origen renovable. Las

políticas energéticas para la reducción de las emisiones y establecer un sistema

energético más sostenible pueden ayudar a que las reglas del juego para las

diferentes tecnologías de producción energética sean similares.

Por otro lado la Agencia Internacional de la Energía proporciona recomendaciones de

la mejor forma de utilizar, combinar y promocionar con éxito las diferentes tecnologías

de la energía solar: fotovoltaica, energía solar térmica para producción de electricidad,

energía solar para climatización e incluso “combustibles solares”.

Tras realizar un análisis de los informes de las principales autoridades en materia de

eficiencia energía y energías renovables, se puede concluir que para la integración de

las energías renovables en la industria es necesario tener en cuenta tanto las

necesidades energéticas del proceso como la disponibilidad del recurso renovable en la

ubicación geográfica concreta. En las regiones con alta disponibilidad de recurso solar,

como España y especialmente la Comunidad Valenciana, las aplicaciones de

producción de energía eléctrica mediante paneles solares fotovoltaicos y de producción

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de calor mediante instalaciones de energía solar térmica parecen las más adecuadas.

También se valora la posibilidad de combinar estas tecnologías con producción eólica.

La combinación de ambas tecnologías (solar y eólica) permitirá ampliar el tiempo de

generación eléctrica, pues no quedará reducido sólo a momentos de sol.

3.3. Tecnologías de reaprovechamiento de energía en la industria

El objetivo del reaprovechamiento energético es recuperar el calor residual para reintroducirlo en el mismo proceso o en otras fuentes consumidoras de energía del proceso productivo, de manera que se convierta en una fuente de obtención de energía térmica gratuita. El aprovechamiento de este calor puede aumentar significativamente la eficiencia energética de los equipos y la eficiencia global de la planta.

Si nos centramos en los hornos de cocción de baldosas cerámicas, éstos disponen de dos corrientes gaseosas residuales cuyo contenido entálpico es importante: los gases de combustión y los gases de enfriamiento. Esta fuente de energía en forma de calor puede aprovecharse, y de hecho ya se aprovecha, en las instalaciones industriales.

En general, en la industria cerámica es habitual utilizar este calor residual en el mismo horno, para precalentar el aire de combustión en quemadores. Además, este calor también se reutiliza en otras etapas del proceso, como son los equipos de secado: los atomizadores, los secaderos de soportes prensado, y los secaderos de vagonetas a la entrada del horno.

Como se ha comentado anteriormente en el documento, las instalaciones presentes en la mayoría de empresas de fabricación de baldosas cerámicas, son los secaderos de soportes de baldosas, y los hornos de rodillos. Muchas no disponen de atomizadores, ya que el polvo atomizado lo adquieren en empresas de fabricación de gránulo atomizado. Por tanto, las tecnologías de reaprovechamiento energético se han centrado principalmente en la recuperación de calor residual en el mismo horno, o entre el horno y los secaderos de soportes de baldosas.

Dentro del proceso de fabricación de baldosas cerámicas, los secaderos parecen ser las instalaciones más apropiadas para emplear el calor residual procedente del horno. Sin embargo, el empleo directo de los gases de combustión no sería en este caso una solución válida, pues los requerimientos de calidad del producto exigen que los gases de secado sean limpios, exentos de elementos ácidos. En caso de querer aprovechar los humos de combustión, es conveniente emplear un intercambiador de gases para evitar problemas de corrosión por formación de ácidos en los secaderos.

El aporte de calor en los secaderos se realiza, habitualmente, mediante quemadores de gas natural. La mayor parte de los gases de secado se recircula, y el restante se extrae del secadero por la chimenea, que de este modo actúa como purga del sistema, extrayendo del secadero la humedad eliminada a las piezas. En las conducciones de recirculación se ubican los quemadores, que elevan la temperatura de estos gases hasta los valores establecidos.

Actualmente, algunos secaderos de baldosas están aprovechando calor residual procedente de las chimeneas de los hornos, aunque la distancia entre equipos, y los diferentes ritmos productivos, son aspectos a considerar en el diseño de las instalaciones.

El calor a los secaderos se puede aportar de diversas formas:

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Aprovechando directamente los gases de enfriamiento procedentes del horno. En el secadero, el aire ambiente procedente de la chimenea de enfriamiento del horno se introduce en las conducciones de recirculación, entre la salida de los gases del secadero y el quemador, para aumentar la temperatura de los gases recirculados antes de que lleguen al quemador, y de este modo reducir el consumo de gas natural de los mismos.

Figura 4. Ejemplo de aprovechamiento del calor de la corriente de gases de enfriamiento en secadero de baldosas industrial cerámicas. Fuente: ITC.

En la figura 4 se muestra un ejemplo del aprovechamiento de los gases generados durante el enfriamiento de las piezas de un horno. Los gases procedentes del horno llegan al secadero sobre los 150 ºC. La entrada de estos gases está controlada por una temperatura, medida antes del quemador. En este caso, la temperatura de los gases mezclados que llega al quemador es de 115 ºC. De este modo, los gases calientes recuperados del horno aportan su energía a los gases de secado antes de que lleguen al quemador, reduciendo el consumo de gas en el mismo.

Mediante un fluido intermedio (aceite térmico): Otra posibilidad es instalar en las chimeneas del horno intercambiadores de calor, donde los gases procedentes del horno ceden su calor sensible a un aceite térmico, que posteriormente lo transfiere a través de otro intercambiador a los gases de secado en las conducciones de recirculación de los secaderos.

SE

CA

DE

RO

Tch = 80ºC

TG = 150 ºC

TQ = 130 ºC

TQ = 115 ºC

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Figura 5. Ejemplo de aprovechamiento del calor residual de un horno en los secaderos, mediante aceite térmico. Fuente: ITC.

En la figura anterior se puede observar un esquema general de una instalación de recuperación del calor residual de un horno en los secaderos, mediante aceite térmico. La instalación consiste en una recuperación de calor desde las chimeneas de humos de combustión y de aire de enfriamiento de un horno, de forma conjunta hasta dos secaderos, mediante el uso de intercambiadores de calor (uno en cada chimenea) de forma que la energía se transfiere desde el horno hasta el secadero utilizando un aceite como fluido térmico. El aceite térmico calentado en los dos intercambiadores del horno se une en una única corriente hasta los secaderos. La conducción por la que el aceite térmico circula desde el horno hasta los secaderos está calorifugada, para minimizar las pérdidas energéticas. El calor en los secaderos se cede al aire de recirculación del mismo a través de dos intercambiadores adicionales, uno por cada uno de los quemadores.

Aprovechamiento del calor residual para generación de energía eléctrica

El calor residual de los hornos también puede aprovecharse para generar energía eléctrica. Existe una empresa del sector cerámico, que ha instalado un equipo de microgeneración que le permite generar energía eléctrica a partir de los calores residuales del horno. En este caso en concreto, la empresa ha instalado un equipo de microgeneración de 20 kWe de la marca Rank® (ver figura 6) que se activa mediante aceite térmico a 165ºC extraído del calor residual del horno, utilizando el aire ambiente como foco frío. Este equipo permite la producción eléctrica neta de 105.000 kWh/año y una reducción anual de emisiones de gases de efecto invernadero de 41 Tm de CO2.

HORNO

Baldosas

Gases combustión Gases enfriamiento

Intercambiador

calor aire/aceite

Intercambiador

calor aire/aceite

Aceite

caliente

Calentamiento Enfriamiento

Aceite

frío

Interc. calor gases

secado/aceiteSECADERO 2

Interc. calor gases

secado/aceite SECADERO 1

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Figura 6. Equipo Rankine de generación de energía eléctrica a partir del calor residual. Por cortesía

de la empresa Rank®.

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3.4. Sistemas de captura directa de CO2 en la industria

La captura y almacenamiento de CO2 es una solucion viable con la finalidad de reducir

el CO2 emitido a la atmósfera, gas que provoca efectos adversos en el medio ambiente.

Las tecnologías de captura de CO2 permiten la reducción de las emisiones de este

compuesto hasta en un 85-90% en grandes fuentes de emisión. En primer lugar, el CO2

es capturado de la corriente de gas, es separado del sorbente, y posteriormente es

transportado y almacenado o reutilizado industrialmente. La captura de CO2 se hace

viable para fuentes de emisión fijas de gran envergadura, como las centrales eléctricas

o las plantas industriales.

Existen diferentes técnicas para la captura de CO2 a nivel industrial. Éstas dependen del

tipo de proceso de combustión empleado y son tres:

- Postcombustión: eliminación del CO2 de la corriente de gas una vez que la

combustión ha tenido lugar. Se trata de la tecnología más madura.

- Precombustión: el combustible es tratado antes de la combustión.

- Oxicombustión: en este caso se emplea oxígeno en lugar de aire para llevar a

cabo la combustión, de forma que se elimina la cantidad de nitrógeno presente

en la corriente de gases y los gases de combustión tienen mayor concentración

de CO2, lo que facilita su captura.

En el caso de la postcombustion se trata de construir sistemas de captura

(fundamentalmente basados en ciclos de absorción/desabsorción química, tecnología

más madura) que funcionan de forma reversible para dar un gas de alto contenido en

CO2. Esta es una opción que puede ser válida procesos industriales con gas natural

como combustible. Será este proceso de postcombustión el que se aplicará al proyecto

TECEM para posteriormente eliminar, por concentración, el CO2 de la corriente de

gases. Los gases de combustión procedentes de los hornos de cocción de baldosas

cerámicas contienen principalmente N2, O2, CO2 y H20, además de algunos elementos

ácidos y compuestos de nitrógeno. Habrá que controlar en el proceso de separación de

CO2 tanto la temperatura de los gases de escape como la humedad de salida para el

posterior diseño y ubicación del sistema de separación de CO2 mediante membranas.

3.5. Mejores Tecnologías Metodologías Disponibles hornos de cocción

Los escenarios ideales de mejora energética y medioambiental en la industria en

general, y en el sector cerámico en particular, son: 1) Uso de herramientas y Sistemas

de Gestión Energética, 2) Análisis de viabilidad e integración de renovables, 3) Usos de

sistemas de reaprovechamiento de energía y 4) Uso de sistemas de captura de CO2.

En este sentido las mejores tecnologías y metodologías analizadas han sido:

1) Mejores Tecnologías Disponibles (MTD) para el sector azulejero, según BREF.

Las áreas determinadas más prometedoras y con mayor relación a los objetivos

del proyecto son: A) Mejora de la eficiencia energética. C) Eliminación de

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compuestos gaseosos. E) Control de pérdidas y residuos generados. G)

Utilización de herramientas de gestión medioambiental.

2) Las Mejores Metodologías energéticas Disponibles para el sector azulejero

según conclusiones del proyecto TECEM siguiendo un criterio propio son:

A) Servicios Energéticos: análisis metódico de eficiencia energética en plantas,

auditoría energética según Directiva 2012/27/UE, realización de

verificaciones y medida, implementación de sistemas de gestión energética,

formación en eficiencia energética y automatización energética para personal

de operación, mantenimiento y gestión de procesos industriales.

B) Sistemas Energéticos: sistemas automáticos y computacionales para mejora

energética. a) Monitorización y servicios digitales de análisis energético, b)

control de instalaciones de consumo y generación por medio de sistemas de

automatización energética y c) desarrollo y aplicación de tecnologías de

mayor eficiencia.

C) Sistemas Energéticos Avanzados: que abarcarían la aplicación de técnicas

específicas para la a) Gestión de la Demanda, b) mercado eléctrico, y c)

planificación energética ligada a la producción.

Para los estudios realizados se ha tenido en cuenta el siguiente escenario de aplicación

a considerar: entradas - proceso – salidas

Entradas Material: Soporte esmaltado,

Energía: Gas natural + Energía eléctrica

Proceso

Pre-calentamiento y hornos. Durante la cocción, las piezas se someten a un ciclo térmico que les proporciona las características finales deseadas. Los hornos empleados son de rodillos y están equipados con quemadores de gas-aire. Estos hornos disponen de distintas zonas: precalentamiento, cocción y enfriamiento.

Salidas

Producto: Baldosa cocida

Residuos: residuos inertes cocidos, rodillos cerámicos, trapos y absorbentes, sólidos contaminados, materiales de aislamiento, otros.

Emisiones: PST, SOx, NOx, CO2, CO.

Tabla 2. Entradas, proceso, salidas proceso horno baldosas. Fuente: ITE

3.6. Modelo de datos para los hornos de cocción de baldosas

Según el escenario planteado se ha desarrollado el siguiente modelo de datos inicial de aplicación a los hornos de cocción. En siguientes fases del proyecto se seleccionarán los parámetros de mayor interés, cuya adquisición conlleve una inversión viable económica y técnicamente.

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# Nombre Unidades Muestra Descripción

1 Fecha dd/mm/aaaa 03/08/2016 Fecha del registro

2 Hora hh:mm:ss 10:10:05 Hora del registro

3 E_Mot_01 Wh 123,45 Energía eléctrica consumida por el motor 1 (asociado a los rodillos, a los extractores u otros).

4 E_Mot_02 Wh 234,56 Energía eléctrica consumida por el motor 2 (asociado a los rodillos, a los extractores u otros).

5 … … … …

6 E_Mot_n Wh 345,67 Energía eléctrica consumida por el motor n (asociado a los rodillos, a los extractores u otros).

7 Q_Quem_01 m3/h 4,56 Caudal de gas natural registrado asociado al quemador 1. Dato no disponible en hornos con tecnología actual, posibilidad de obtención desarrollando proyecto I+D

8 Q_Quem_02 m3/h 5,67 Caudal de gas natural registrado asociado al quemador 2. Dato no disponible en hornos con tecnología actual, posibilidad de obtención desarrollando proyecto I+D

9 … … … …

10 Q_Quem_n m3/h 6,78 Caudal de gas natural registrado asociado al quemador n. Dato no disponible en hornos con tecnología actual, posibilidad de obtención desarrollando proyecto I+D

11 T_Cal_01 oC 500,00 Temperatura al inicio de la fase de calentamiento del horno.

12 T_Cal_02 oC 750,00 Temperatura en la parte central de la fase de calentamiento del horno.

13 T_Cal_03 oC 1000,00 Temperatura al final de la fase de calentamiento del horno.

14 T_Coc_01 oC 1050,00 Temperatura al inicio de la fase de cocción del horno.

15 T_Coc_02 oC 1175,00 Temperatura en la parte central de la fase de cocción del horno.

16 T_Coc_03 oC 1230,00 Temperatura al final de la fase de cocción del horno.

17 T_Enf_01 oC 1200,00 Temperatura al inicio de la fase de enfriamiento del horno.

18 T_Enf_02 oC 600,00 Temperatura en la parte central de la fase de enfriamiento del horno.

19 T_Enf_03 oC 500,00 Temperatura al final de la fase de enfriamiento del horno.

20 T_amb oC 30,00 Temperatura ambiente.

Tabla 3. Información a monitorizar de horno de cocción. Fuente ITC e ITE.

Notas:

El periodo de muestreo entre registros deberá ser configurable por el usuario.

En caso de disponer de registros de temperatura, tomados a partir del sistema de control del horno, ello permitirá trazar la curva de temperatura asociada al horno por parte del sistema de análisis y relacionarlo con el consumo y producción.

Dependiendo del tipo de sensor de caudal, las unidades podrían ser distintas.

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Si se dispone de algún sensor para contar el número de piezas (o número de filas de piezas) que van entrando al horno podría añadirse a la lista. En caso contrario, esta información tendrá que introducirla el usuario.

Si se dispone de algún sensor para medir la duración del ciclo por pieza (p.e. seguimiento de la entrada y salida de una pieza marcada) podía añadirse a la lista. En caso contrario esta información tendrá que añadirla el usuario.

4. Conclusiones.

TECEM propone desarrollar un gestor energético que permita relacionar los datos de

consumo de energía con la producción, para la obtención de valores de consumo de

referencia en distintas situaciones productivas en el proceso de cocción de las baldosas

cerámicas. Estos valores facilitarán la detección de situaciones de ineficiencia, y por

tanto su rápida corrección, evitando de este modo sobreconsumos innecesarios de gas

natural, así como la evaluación de ahorros de energía obtenidos al implantar medidas

de ahorro energético. Permitirá también el análisis de la integración de energías

renovables en el proceso productivo, con el objetivo de reducir el consumo eléctrico y

de gas natural y facilitar el empleo de nuevas fuentes de energía, más limpias, en los

procesos industriales. Permitirá el análisis del aprovechamiento de energías residuales

para utilizarlas en el mismo proceso como fuente de energía térmica, o utilizarlas para

la generación de energía eléctrica. Con esto se conseguirá minimizar las pérdidas de

energía y optimizar el aprovechamiento de los recursos energéticos utilizados.

El proyecto también aborda el desarrollo de membranas para la captura de CO2, en los

gases de chimenea emitidos en el proceso de fabricación de baldosas cerámicas con el

objetivo de conseguir una mejora ambiental en el campo de las emisiones.

Con el trabajo realizado se han obtenido las siguientes conclusiones:

Características generales (sistema TECEM en proceso de diseño)

El sistema debe seguir procedimientos de gestión de la energía normalizados: definición de línea base y seguimiento continuo de estado y mejoras E introducidas

El sistema debe seguir las Directivas de la Comisión Europea y nacionales respecto a EE

El sistema debe seguir las Directivas respecto a emisiones industriales

El sistema debe unir planteamientos de gestión energética con otros de gestión productiva industrial

Su arquitectura debe cubrir la variable productiva y energética desde el nivel de campo al nivel de información

Disciplinas tecnológicas del concepto Industria 4.0 enfocadas a la mejora energética (automatización, computación y control inteligente energético) serán empleadas, junto con una base de metodologías

de mejora energética industrial: EE, aplicación de renovables, reaprovechamiento de E, mejora medioambiental y redes inteligentes

Las fases de adecuación de la tecnología a una planta industrial generalmente serán: Análisis y diseño, desarrollo a medida del sistema, puesta en marcha

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La herramienta a obtener debe servir para la mejora de consumo y aprovisionamiento energético, integración digital de la empresa y en las redes inteligentes, así como para el fomento de la asimilación

de MTD

Al ser una aplicación en un entorno industrial las tecnologías en planta de automatización serán industriales

El nivel de información será virtualizado en la nube y de acceso multiplataforma

Las características base que cubren ya los sistemas de gestión energética - productiva son: visualización en tiempo real de energía y producción, análisis facturación y contrato energético,

detección anomalías, alertas y avisos, apoyo no digital a realización de actividades de EE

Las tecnologías de mayor impacto renovables en la industria son la fotovoltaica y térmica solar

El reaprovechamiento energético en los hornos su objetivo es el de recuperar el residual para reintroducirlo en el mismo proceso o en otras fuentes consumidoras de energía del proceso, de manera que se convierta en una fuente de obtención de energía térmica gratuita, o transformarlo en energía eléctrica.

El sistema puede integrar y analizar el impacto de dispositivos de separación y captura de CO2 de alta selectividad para hornos industriales de cocción de baldosas. Objetivo de desarrollo de este prototipo

en el proyecto.

Las Mejores Tecnologías Disponibles según el BREF que aplican al sector cerámico y que tienen relación con el proyecto están relacionadas con: la mejora de la eficiencia energética, eliminación de

compuestos gaseosos, control de pérdidas y residuos generados y utilización de herramientas de gestión medioambiental.

Las Mejores Metodologías Disponibles de mejora energética según criterio propio del proyecto TECEM son los siguientes: servicios energéticos (auditoría, calidad de suministro, SGE y acciones de medida y

verificación), monitorización y control energético, gestión de la demanda y mercado eléctrico y planificación energética

Tabla 4. Características generales sistema TECEM.

Que se concretan en las siguientes funcionalidades específicas:

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Características específicas (sistema TECEM en proceso de diseño)

Solución de disminución de consumos: 1) Monitorización coste energético según producción

2) Planificaciones de producción de manera interactiva con el usuario según su impacto energético, económico y ambiental.

Soluciones de integración de renovables: Análisis de integración de renovables fotovoltaicas para cubrir la demanda eléctrica del proceso de horneado

Análisis de integración de renovables de solar térmica para cubrir parte de demanda de climatización en el proceso de secado

Soluciones de reaprovechamiento de energía: Análisis de integración de sistemas de recuperación de calor en el proceso

Análisis de integración de sistemas de conversión de energía térmica en eléctrica en el proceso

Soluciones de captura directa de CO2: Captura de CO2 de postcombustión por medio de sistema de membranas de alta selectividad

Soluciones de captura indirecta de CO2: Todas las emisiones equivalentes no emitidas por la aplicación de medidas de mejora energéticas anteriores

Soluciones de gestión computerizada: Automatización de campo, comunicaciones industriales, OCPs y centralización de datos, virtualización en la

nube, conexión fija y móvil a las interfaces, interfaces de seguimiento y gestión, algoritmia de control inteligente energético. Junto con la transformación digital e Industria 4.0 de las empresas que asuman estas

nuevas tecnologías de análisis y control energético.

Tabla 5. Características específicas sistema TECEM.

TECEM – E2.1 19 / 20

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