UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

SISTEMA DE EVALUACIÓN TÉCNICO – ECONÓMICA DE MEDIDAS DE USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA EN EL PARQUE DE MOTORES DE UNA PLANTA CONCENTRADORA DE COBRE

MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL ELECTRICISTA

RICARDO ANDRÉS RAMOS CID

PROFESOR GUÍA ALFREDO MUÑOZ RAMOS

MIEMBROS DE LA COMISIÓN ALFREDO BERNAL ROJAS OSCAR MOYA ARAVENA

SANTIAGO DE CHILE ENERO DE 2008

1

RESUMEN DE LA MEMORIA PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL ELECTRICISTA POR: RICARDO RAMOS CID FECHA: 04/12/2007 PROF. GUIA: ALFREDO MUÑOZ RAMOS

“SISTEMA DE EVALUACIÓN TÉCNICO – ECONÓMICA DE MEDIDAS DE USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA EN EL PARQUE DE MOTORES DE UNA PLANTA CONCENTRADORA DE COBRE” La energía eléctrica es un insumo fundamental para la mayoría de las plantas industriales, particularmente para la gran minería del cobre debido a la naturaleza de los procesos que en ésta se desarrollan. Si se tiene en cuenta que dicho recurso ha sufrido considerables alzas en el último tiempo, es natural el estudiar medidas que permitan un uso eficiente de la misma, para de esta manera reducir los costos operacionales, mientras que a la vez, se fortalece la política de uso eficiente de energía, la cual se enmarca como directriz en la gestión de los organismos ad hoc en el último tiempo. En este contexto se enmarca el presente trabajo de título, teniendo como objetivo fundamental, servir de guía para la implementación de proyectos de uso eficiente de la energía eléctrica en el parque de motores asociados a plantas concentradoras de cobre. La metodología desarrollada, contempla primeramente llevar a cabo una caracterización del proceso productivo de la planta que permita realizar una selección del nivel de implementación del programa, para posteriormente analizar la rentabilidad en la aplicación de las medidas. Estas se pueden dividir en dos grandes grupos de acuerdo a la finalidad que persiguen. Por un lado, se busca estimar la característica de falla de un grupo homogenéo de motores, para determinar el momento óptimo de recambio del parque en evaluación, mientras que por otra parte, se busca una modernización u optimización de las condiciones de operación del parque de motores existente. Para realizar la evaluación técnico económica de cada una de las medidas propuestas en el presente trabajo, se utilizaron datos obtenidos de la división El Soldado, perteneciente a la empresa minera Anglo American Chile, sin pérdida de generalidad de la metodología expuesta en el presente trabajo de titulo. Para todas las medidas de UEE se consiguieron resultados económicos que apoyan la puesta en marcha de proyectos de este tipo. Lo anterior se complementó obteniendo resultados económicos para un caso particular de implementación, y, discutiendo la viabilidad técnica de llevar a cabo este tipo de proyectos, señalando las principales barreras de entrada, así como también, los principales incentivos que se relacionan con proyectos de este tipo. Según la bibliografía consultada, proyectos de este tipo puede ser considerados como mecanismos de desarrollo limpio, por lo que es posible el obtener renta a través de la venta de bonos de carbono, lo que hace proyectos de este tipo aún más atractivos.

2

Agradecimientos

“Me celebro y me canto a mí mismo.

Y lo que yo asuma tú también habrás de asumir,

pues cada átomo mío es también tuyo.

Vago al azar e invito a vagar a mi alma.

Vago y me tumbo sobre la tierra,

para contemplar un tallo de hierba.

Mi lengua, cada molécula de mi sangre formada por esta tierra y este aire.

Nacido aquí de padres de cuyos padres nacieron aquí y

cuyos padres también aquí nacieron.

A los treinta y siete años de edad, gozando de perfecta salud,

comienzo y espero no detenerme hasta morir.

Que se callen los credos y las escuelas,

que retrocedan un momento, conscientes de lo que son y

sin olvidarlo nunca.

Me brindo al bien y al mal, me permito hablar hasta correr peligro.

Naturaleza sin freno, original energía”.

Me celebro y me canto a mí mismo, porque con la realización de este trabajo de titulo, doy por

finalizada una importante parte de mi vida, con todo lo dulce y agraz que en ella hubo, pero

también celebro, canto y agradezco a todos aquellas personas que de alguna manera me

ayudaron en mi formación personal y profesional.

• Primeramente agradezco a mi madre por ser mi ejemplo de vida y apoyarme en todo desde

siempre.

• Agradezco a mi amada Daniela y su familia por todo lo que me dan.

• Agradezco también los amigos y compañeros de toda una vida, por brindarme alegría y

permitirme compartir lo bueno y malo que hay en nosotros.

• Doy las gracias a Anglo American Chile, y sobre todo a Alfredo Bernal, por creer en mí y

darme la oportunidad y la confianza de llevar a cabo este proyecto.

• Finalmente, agradezco al profesor Alfredo Muñoz por su orientación, que permitió

terminar satisfactoriamente el presente trabajo.

Espero tenerlos a todos cerca en el futuro próximo, que se ve lleno de esperanzas y sueños…

3

Índice 1. Introducción..............................................................................................................................................6

2. Objetivos...................................................................................................................................................7

3. Antecedentes Generales............................................................................................................................8

3.1. Eficiencia Energética en el Mundo...........................................................................................................8

3.2. UEE en la Gran Minería del Cobre en Chile ..........................................................................................11

3.3. Procesos Productivos asociados a la Gran Minería del Cobre................................................................12

3.4. Consumo de Energía en la Gran Minería del Cobre en Chile.................................................................13

4. Antecedentes Específicos .......................................................................................................................14

4.1. Anglo American PLC .............................................................................................................................14

4.2. Anglo American Chile............................................................................................................................15

4.3. Política para el UEE de AAPLC.............................................................................................................16

4.4. Alcance del Proyecto ..............................................................................................................................18

5. Metodología............................................................................................................................................19

5.1. Metodología a implementar ....................................................................................................................19

5.2. Análisis de la Información Existente ......................................................................................................21

5.3. Evaluación de la Sustitución de Motores con Alta Frecuencia y Probabilidad de Fallas por Motores Eficientes...................................................................................................................................................22

5.4. Evaluación de la Sustitución de Motores que deben ser Rebobinados por Motores Nuevos Eficientes ................................................................................................................................................................23

5.5. Evaluación de la Mejor Opción de Compra de un Motor para un Nuevo Proyecto................................24

6. Caracterización del Proceso Productivo en División El Soldado ...........................................................25

6.1. Alcance ...................................................................................................................................................25

6.2. Proceso Productivo de DES....................................................................................................................26

6.3. Consumo de Energía por Procesos Productivos DES.............................................................................28

6.4. Conclusiones del Capítulo ......................................................................................................................30

7. Selección del Nivel de Estudio ...............................................................................................................31

7.1. Caracterización del Proceso de Concentración de Cobre ......................................................................31

7.2. Criterios de Selección .............................................................................................................................32

7.2.1. Criterios de Selección: Dimensión Estructural................................................................................34 7.2.2. Criterios de Selección: Dimensión Técnica.....................................................................................38

7.3. Conclusiones del Capítulo ......................................................................................................................39

8. Desarrollo del Software ..........................................................................................................................40

8.1. Programa de Análisis de Fallas...............................................................................................................40

8.1.1. Distribución de Weibull (DW) ........................................................................................................40 8.1.2. Aproximación de la Duración de un Motor Usando la Distribución de Weibull.............................41 8.1.3. Valorización de las Pérdidas Anuales de Energía ...........................................................................43 8.1.4. Costos de Operación Anual (COA) .................................................................................................44

4

8.1.5. Costos de Reparación (CR) .............................................................................................................44 8.1.6. Costos de Inversión (CI)..................................................................................................................45 8.1.7. Flujos del Proyecto ..........................................................................................................................47

8.2. Programa de Modernización...................................................................................................................48

8.2.1. Evaluación de la Sustitución de un Motor que debe ser Rebobinado, por un Motor Nuevo Eficiente. .........................................................................................................................................................48

8.2.1.1. Valorización de las Pérdidas Anuales de Energía............................................................48 8.2.1.2. Costos de Operación Anual (COA) .................................................................................48 8.2.1.3. Costos de Inversión del Rebobinado (CIR) .....................................................................48 8.2.1.4. Costos de Inversión del Motor Nuevo (CI)......................................................................49 8.2.1.5. Flujos del Proyecto ..........................................................................................................49

8.2.2. Evaluación de la Mejor Opción de Compra de un Motor para un Nuevo Proyecto ........................50 8.2.2.1. Valorización de las Pérdidas Anuales de Energía............................................................50 8.2.2.2. Costos de Operación Anual (COA) .................................................................................50 8.2.2.3. Costos de Inversión del Motor Nuevo (CI)......................................................................50 8.2.2.4. Elección de la Alternativa más Rentable .........................................................................50

8.3. Consideraciones Generales en los Cálculos asociados a las Medidas de UEE. ......................................52

8.4. Modelos Estadísticos asociados a las Medidas de UEE..........................................................................53

8.4.1. Determinación de la eficiencia nominal de un equipo en planta .....................................................53 8.4.2. Determinación de la eficiencia real de un equipo en planta .........................................................56

8.4.2.1. Obtención de PEC ...........................................................................................................57 8.4.2.2. Obtención de PEAU ........................................................................................................57 8.4.2.3. Obtención de PEPR .........................................................................................................57

9. Resultados Obtenidos mediante el Software desarrollado ......................................................................58

9.1. Caso Análisis de Fallas...........................................................................................................................58

9.1.1. Estadística de Fallas considerada en el Modelo...............................................................................58 9.1.2. Indicadores Económicos según la Potencia Nominal del Grupo de Motores a Sustituir. ................60 9.1.3. Indicadores Económicos y Flujos del Proyecto...............................................................................63 9.1.4. Determinación de la Inversión Óptima............................................................................................64

9.1.4.1. Rentabilidad según Inversión Realizada. .........................................................................64 9.1.4.2. Ahorro de Energía según Inversión Realizada.................................................................66

9.2. Caso Modernización ...............................................................................................................................68

9.2.1. Rebobinado v/s Compra de un Motor Eficiente ..............................................................................68 9.2.1.1. Indicadores Económicos según la Potencia Nominal del Grupo de Motores a Sustituir. .........................................................................................................................................68 9.2.1.2. Indicadores Económicos y Flujos del Proyecto. ..............................................................72 9.2.1.3. Determinación de la Inversión Óptima ............................................................................73

9.2.1.3.1. Rentabilidad según Inversión Realizada. ...........................................................73 9.2.1.3.2. Ahorro de Energía según Inversión Realizada. ..................................................75

9.2.2. Evaluación de la Mejor Opción de Compra de un Motor para un Nuevo Proyecto ........................76 9.3. Conclusiones del Capítulo ......................................................................................................................79

10. Proyecto Piloto de Reemplazo en DES...................................................................................................84

10.1. Alcance ...................................................................................................................................................84

10.2. Resultados Esperados para el Proyecto Piloto ........................................................................................85

10.2.1. Caso 1: Sustitución por un Motor EFF1..........................................................................................88 10.2.2. Caso 2: Sustitución por un Motor EFF2..........................................................................................89 10.2.3. Caso 3: Sustitución por un Motor EFF3..........................................................................................90

10.3. Conclusiones del capítulo .......................................................................................................................91

5

11. Antecedentes para la Implementación del Proyecto ...............................................................................92

11.1. Dificultades para la puesta en marcha de Proyectos de UEE..................................................................92

11.2. Proyección del Precio Monómico de la Energía para Clientes Libres en el SIC ....................................93

11.3. Factores Relevantes en la Valorización Económica del Aumento de Confiabilidad del Parque de Motores...............................................................................................................................................................96

11.4. Reducción en la Emisión de CO2 derivada de la implementación de las medidas de UEE. ...................98

11.4.1. Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL).......................................................................................98 11.4.2. Mercado del Carbono ......................................................................................................................99 11.4.3. Potencialidades de Ahorro...............................................................................................................99

11.5. Conclusiones del Capítulo ....................................................................................................................102

12. Conclusiones.........................................................................................................................................103

13. Referencias ...........................................................................................................................................110

14. Bibliografía...........................................................................................................................................112

15. Anexos..................................................................................................................................................115

15.1. Procesos Productivos en la Minería del Cobre .....................................................................................115

15.1.1. Proceso de Extracción ...................................................................................................................115 15.1.2. Proceso de Concentración del cobre..............................................................................................115

15.1.2.1. Descripción del Proceso ................................................................................................115 15.1.2.2. Preparación Mecánica....................................................................................................116 15.1.2.3. Separación de los Componentes ....................................................................................117 15.1.2.4. Secado............................................................................................................................118 15.1.2.5. Evacuación de los Estériles ...........................................................................................118

15.1.3. Proceso de Oxidación del Cobre ...................................................................................................119 15.1.3.1. Proceso de Fundición.....................................................................................................119 15.1.3.2. Proceso de Electrorefinación .........................................................................................119 15.1.3.3. Proceso de Lixiviación ..................................................................................................120 15.1.3.4. Proceso de Extracción por Solvente (SX)......................................................................120 15.1.3.5. Proceso de Electroobtención..........................................................................................121

15.2. Normativa .............................................................................................................................................122

15.3. Ejemplos de Aplicación en Otras Empresas .........................................................................................124

15.3.1. Codelco..........................................................................................................................................124 15.3.1.1. Acciones y Proyectos.....................................................................................................124

15.3.2. Minera Los Pelambres...................................................................................................................125 15.3.3. Minera Valle Central .....................................................................................................................126 15.3.4. Minera Escondida..........................................................................................................................126

15.3.4.1. Logros............................................................................................................................127 15.3.5. Quebrada Blanca ...........................................................................................................................127

15.4. Producción de Anglo American Chile (AACh) ....................................................................................128

15.5. Mejoras de la EE Consideradas como MDL.........................................................................................129

6

1. Introducción La energía eléctrica es un insumo fundamental en la producción de la gran mayoría de las plantas industriales, particularmente en la minería del cobre. Por otra parte, esta actividad es de suma relevancia desde el punto de vista económico y estratégico para nuestro país, razón por la cual, un uso eficiente del recurso energético es fundamental, tanto para reducir los costos operacionales, como para introducir mejoras en el medio ambiente. Lo anterior coincide con la directriz de las políticas energéticas impuestas en los últimos años en Chile. Éstas se gestan a partir de los resultados obtenidos en el ámbito internacional donde se observa, especialmente en los países desarrollados, tasas decrecientes de crecimiento de la economía por unidad de energía consumida, desmitificando el vínculo histórico entre crecimiento económico y mayor utilización de recursos energéticos. Esto marca la tendencia en cómo se debe utilizar la energía para encaminar a los países hacia un desarrollo sustentable. El presente trabajo de titulación tiene como objetivo principal, aportar en diversos aspectos, teóricos y prácticos, relacionados con la implementación de proyectos de uso eficiente de la energía eléctrica en el parque de motores eléctricos de una faena minera. Para lograr esto, primeramente se sopesará la importancia del tema, mediante el análisis del estado del arte, además de describir en términos generales parte del proceso llevado a cabo en una faena minera. Se plantean varias alternativas para lograr un uso eficiente de la energía eléctrica, y se exponen los resultados obtenidos mediante las simulaciones llevadas a cabo. La memoria está dividida en catorce capítulos, que se han organizado de acuerdo al desarrollo del tema, de modo de ser abordada para cualquier lector, y son los que se muestran a continuación. 1. Introducción

2. Objetivos

3. Antecedentes Generales

4. Antecedentes Específicos

5. Metodología

6. Caracterización del Proceso Productivo División El Soldado

7. Selección del Nivel de Estudio

8. Desarrollo del Software

9. Resultados Obtenidos mediante el Software desarrollado

10. Resultados Esperados para el Proyecto Piloto

11. Antecedentes para la Implementación del Proyecto

12. Conclusiones

13. Referencias

14. Bibliografía

15. Anexos

7

2. Objetivos

En la gran minería y la industria existe un significativo potencial no explotado de eficiencia energética (EE), entre los cuales, aquellos vinculados con la energía eléctrica son fundamentales. Estos ahorros de energía se vinculan básicamente, con la sustitución de equipos viejos y con la implantación de equipos de control, en base a electrónica de potencia. La gran minería ha comprendido la importancia de este tema y está dispuesta a apoyar proyectos de eficiencia energética, en cuanto ellos permiten simultáneamente un ahorro de energía y un mejoramiento de la confiabilidad con que operan sus instalaciones. Según lo anterior, se puede decir que los objetivos primarios que se persiguen con la elaboración de este trabajo de titulación son:

• Desarrollo de un sistema de evaluación técnica y económica de proyectos de eficiencia energética asociado al parque de motores en la gran minería del cobre.

• En particular, se analiza el caso de una planta representativa de la industria de la gran minería del cobre en Chile (División El Soldado perteneciente al consorcio minero Anglo American Chile)

A partir de estos dos se deprende una serie de objetivos secundarios.

• De acuerdo a los resultados, se podrá expandir dicha metodología a otras divisiones (tomando las salvaguardas de dicha extrapolación).

• Divulgar los resultados logrados en el mercado chileno y Latinoamericano.

• Fomentar la eficiencia energética e, indirectamente, un mayor consumo de cobre.

8

3. Antecedentes Generales

3.1. Eficiencia Energética en el Mundo

El elevado crecimiento de la economía en Chile, principalmente en las últimas dos décadas, se ha traducido en una extraordinaria expansión del consumo de energía. Dicho crecimiento se ha producido manteniendo una estrecha correlación entre la demanda de energía, en especial la eléctrica, y la expansión de la actividad económica de nuestro país. Así en el período 1990 – 2004, el crecimiento del 5,8% promedio anual del producto interno bruto o PIB tuvo como contraparte un crecimiento del 5,1% en el consumo total de energía secundaria y dentro de ésta, la electricidad tuvo un aumento de 8,2%1. La tendencia de este comportamiento se muestra en la siguiente figura.

Figura 3.1-1: Crecimiento del Producto Interno Bruto v/s Consumo Energético [2] Fuente: “Abastecimiento Energético Futuro de Chile” de Hugh Rudnick - 2007

De acuerdo a lo anterior se tiene que la intensidad energética, o cociente entre el consumo de energía y el PIB, se ha mantenido creciente durante esta última década en nuestro país. Lo mismo ocurre para la intensidad eléctrica que es el cuociente entre el consumo de energía eléctrica y el PIB. Este comportamiento en el tiempo puede ser visualizado claramente en la siguiente figura:

1 Los datos presentados son extraídos de una entrevista realizada a la Sra. Nicola Borregaard, Directora del

Programa País de Eficiencia Energética, Ministerio de Economía, e Informes de uso interno entregado por ella que

se resumen en el documento [1] “Ahorro de Energía y Eficiencia Energética”.

9

Figura 3.1-2: Intensidad Energética e Intensidad Eléctrica en Chile

[3] Fuente: “Eficiencia Energética en Chile. Aspectos generales” de Rubén Muñoz Bustos CNE - 2005 Esta situación contrasta con lo ocurrido en la mayoría de los países desarrollados, donde la intensidad energética ha disminuido entre un 30% y un 40% durante las últimas dos décadas, reflejando la tendencia de dichos países a generar una mayor expansión de la economía usando menos energía para esto, destruyendo el vínculo histórico de crecimiento económico y mayor uso de recursos energéticos (ver Figura 3.1.3). Para ilustrar lo anterior se presentan 2 figuras que muestran el comportamiento de la intensidad energética e intensidad eléctrica para distintos países del orbe, desde la década de los ochentas hasta la década de los noventa.

Figura 3.1-3: Intensidad Energética en el mundo [4] Fuente: “Estudio de las Relaciones entre la Eficiencia Energética y el Desarrollo Económico” preparado por

Programa de Estudios e Investigaciones en Energía PRIEN, Julio de 2003

10

Figura 3.1-4: Crecimiento anual promedio de la intensidad eléctrica en el mundo [2] Fuente: “Eficiencia Energética en Chile. Aspectos generales” de Rubén Muñoz Bustos CNE - 2005

El desacoplamiento entre el crecimiento económico y la demanda energética, producido en gran medida por la introducción de políticas de eficiencia energética (EE), motivadas por la escasez de recursos energéticos, el alto precio asociado a estos insumos, y el cuidado del medio ambiente; ha generado la idea intuitiva de que existe un vínculo entre el crecimiento económico sostenible de una nación y la aplicación de políticas de eficiencia energética, o dicho de otro modo, el uso eficiente de la energía (UEE) sería uno de los factores que encaminan a las naciones hacia el desarrollo sustentable. Bajo este contexto, una intensidad energética que se mantiene en el tiempo, significa para los privados un encarecimiento de los costos asociados al consumo de energía, menor confiabilidad de los procesos productivos y una disminución de la competitividad, así como a nivel país significa una pérdida de recursos, mayor contaminación y un aumento de la dependencia energética, ya que cerca de un 70%2 de la energía secundaria consumida es de origen importado. Este patrón de consumo no es sustentable ni en el mediano ni el largo plazo, por lo que se requieren acciones que promuevan un cambio en esta materia. Por otra parte, la dependencia energética del país impone no sólo asegurar el abastecimiento en cantidad, calidad y costo razonable, sino que también priorizar el uso eficiente de los recursos energéticos, razón por lo cual en los últimos años, la política energética gubernamental incorpora en forma creciente el UEE en Chile con programas como el Programa País de Eficiencia Energética (PPEE), con el cual se busca un rol de liderazgo en la promoción de iniciativas tendientes a incrementar el conocimiento de la forma en cómo se usa la energía en Chile, y la coordinación de los esfuerzos, en sus áreas respectivas, de los principales actores de la sociedad involucrados en el UEE, destacando el sector de la gran minería en Chile como uno de los pilares en la gestión de medidas de UEE como parte del PPEE.

2 Datos obtenidos desde la CNE, según el Balance de Energía del año 2006.

11

3.2. UEE en la Gran Minería del Cobre en Chile

Según cifras del año 20063, se tiene que un 65% del total del consumo de electricidad es atribuible

al sector industria y minería, destacando el consumo de la gran minería del cobre como un 50% de dicho sector. Por lo tanto, se tiene que la gran minería del cobre es uno de los principales sectores consumidores de electricidad de nuestro país, representando un 31% del consumo total. Debido a la magnitud de estas cifras es que es evidente la necesidad de profundizar en la forma en

que la gran minería utiliza la energía, identificando las medidas destinadas a mejorar el uso de la energía, desde una perspectiva que apunte a mejorar la productividad y competitividad de la producción minera, reduciendo su responsabilidad sobre los impactos ambientales vinculados al uso y producción de energía.

Figura 3.3: Consumo sectorial de electricidad y descomposición del sector Industrial y Minero 2004 [6] Fuente: “Caracterización del parque actual de motores eléctricos en Chile”

Utilizando datos obtenidos desde el Balance de Energía 2006 - CNE Si bien, se aprecian interesantes mejoras en la eficiencia con que se usa la energía en algunas empresas de la gran minería y la industria en los últimos años, existe todavía un significativo potencial no explotado de EE en estos sectores. Es así como Anglo American Chile (AACh), en conjunto con otras empresas mineras del sector, considerando los antecedentes expuestos sobre UE y el compromiso de la empresa privada en este tema, es que considera la realización de un proyecto de UEE que permita el desarrollo de un sistema de evaluación técnica y económica de proyectos de eficiencia energética para la minería del cobre.

3 Información obtenida a partir del Balance de Energía del año 2006, llevado a cabo por la Comisión

Nacional de Energía, CNE.

12

3.3. Procesos Productivos asociados a la Gran Minería del Cobre4 Para llevar a cabo un programa de UEE, es indispensable conocer a fondo el proceso en que se implementará, por lo que a continuación se realizará una revisión de las etapas involucradas en el proceso de extracción y procesamiento del cobre, describiendo de manera general cada una de ellas y facilitando con esto la lectura y comprensión del presente estudio. Los procesos asociados a la gran minería del cobre se muestran a continuación:

Figura 3.3-1: Procesos asociados a la Gran minería del Cobre El proceso parte con la extracción del mineral, ya sea de manera subterránea o en minas a rajo abierto, para posteriormente ser triturado en el proceso de chancado. Una vez realizado lo anterior el material puede ser sometido a dos métodos distintos para la obtención de cobre, de acuerdo a la naturaleza del material extraído. En el primero se obtiene como producto concentrado de cobre; o mezcla de sulfuro de cobre, fierro y una serie de otros metales, con una pureza cercana al 31% de cobre; a través del tratamiento del mineral vía planta de sulfuros o concentradora mientras que a través del segundo proceso lo que se obtiene es un cátodo de cobre, o cobre de alta pureza (99,99%), vía tratamiento en la planta de óxidos. El concentrado de cobre puede ser sometido a su vez a los procesos de fundición y electrorefinación, para producir cátodos de alta pureza de cobre (99, 99%).

4 Mayor detalle de cada uno de estos procesos puede ser encontrado en la sección Anexos de este documento.

13

3.4. Consumo de Energía en la Gran Minería del Cobre en Chile

En la Figura 3.5.1 se muestra el consumo de energía eléctrica que se utiliza en cada una de las etapas de extracción y refinamiento del cobre detallas con anterioridad, para la industria de la gran minería del cobre en Chile.

Figura 3.4: “La energía eléctrica y el desarrollo de la minería del cobre en Chile” - 2004 Fuente: COCHILCO

De acuerdo a lo anterior, es claro que los procesos de concentración del cobre (chancado, molienda y flotación) junto con el ítem de lixiviación / extracción por solvente / electroobtención (53% y 33% respectivamente), son los procesos que requieren de mayor energía eléctrica, lo que justifica el observar las potencialidades de estos sectores en la implementación de un programa de UEE.

14

4. Antecedentes Específicos

4.1. Anglo American PLC5 Anglo American PLC (AAPLC) es líder global en minería, enfocado a agregar valor para sus accionistas, clientes, empleados y las comunidades en las cuales tiene operaciones. Posee activos diversificados y de gran calidad en las industrias del oro, platino, diamantes, carbón, metales básicos y ferrosos, minerales industriales, papel y empaques. Durante el año 2006, generó ventas por US$38.637 millones y obtuvo ganancias por US$5.471 millones, donde las operaciones mineras en Chile representan el 35% de éstas. AAPLC posee más de 64 operaciones en los cinco continentes y da empleo a 195.000 personas. Sus títulos accionarios se transan principalmente en la bolsa de Londres, donde se encuentra su casa matriz, y en los mercados financieros de Sudáfrica, Suiza, Namibia y Botswana. En 2006, mantuvo su índice regional European STOXX y el segundo lugar, con un puntaje de 84%, en el índice Dow Jones Sustainability Index (DJSI), donde el promedio de la industria es de 57% y el más alto es de 86%. El grupo busca alcanzar estándares de clase mundial en todas sus áreas de negocio, que aborda a través de sus divisiones, las cuales generan la siguiente distribución de sus ganancias operacionales.

Figura 4.1: Importancia de Anglo Base Metals según Ganancias Operacionales

Uno de los desafíos más relevantes ha sido mejorar la eficiencia en el uso de la energía y del agua y al mismo tiempo reducir las emisiones de CO2. Con esta finalidad, la empresa se ha fijado metas exigentes para los próximos años, con el objetivo de consolidar un futuro sustentable tanto para la compañía como para las futuras generaciones. 5 Los punto 4.1, 4.2 y 4.3 del presente informe corresponde a un extracto del documento [8] “Reporte de

Desarrollo Sustentable” elaborado por Anglo American Chile en el año 2006.

15

4.2. Anglo American Chile Anglo American Chile (AACh) forma parte de la División Metales Básicos de AAPLC. Es la tercera minera más importante del país en producción, y una de las mayores cupríferas del mundo. Sus ingresos incluyendo la participación en Minera Collahuasi, ascendieron en el último ejercicio, correspondiente al año 2006, a US$4.403 millones, monto 67% superior al obtenido en 2005. Las divisiones operadas por AACh dan empleo directo a 2.505 trabajadores e indirecto a 3.118 contratistas, mientras que Minera Collahuasi tiene una dotación aproximada de 2.500 trabajadores. Presente en Chile desde 1980, la compañía opera a través de cinco divisiones. Cuatro de ellas (Los Bronces, Mantos Blancos, El Soldado y Mantoverde), se dedican a la exploración, explotación, procesamiento y comercialización de cobre, en concentrado y cátodos. Además Los Bronces produce y comercializa molibdeno, mientras que la Fundición Chagres produce ánodo/blister y ácido sulfúrico. AACh opera las cinco divisiones a través de Empresa AngloAmerican Norte S.A. y AngloAmerican Sur S.A. Además participa en la Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi donde posee el 44% de la propiedad.

En base a datos del año 2006 el consumo total de las cinco divisiones de AACh, sumando combustibles y energía eléctrica, fue de 10,19 millones de GJ. El total de cobre fino, en toneladas (cátodos, concentrados y ánodos/blister), producido durante el mismo año fue de 446.784 toneladas. La producción señalada es producto de las cinco divisiones operacionales de AACh, que se desglosan de la siguiente manera: a) Los Bronces. Sus primeras explotaciones datan de 1916. En el 2006 produjo 226.020 toneladas de cobre fino. b) Mantos Blancos. Sus primeras explotaciones datan de 1913. En el 2006 produjo 91.745 toneladas de cobre fino. c) El Soldado. Sus primeras explotaciones datan de 1906. En el 2006 produjo 68.697 toneladas de cobre fino. d) Mantoverde. Sus primeras explotaciones datan de 1906. En el 2006 produjo 60.322 toneladas de cobre fino. e) Fundición Chagres. Sus primeras explotaciones datan de 1917. En el 2006 produjo 173.413 toneladas de cobre fino. Para la implementación de un programa que apunte hacia la introducción de políticas de UEE, que se ha incorporado como directriz dentro del Sistema de gestión de AAPLC, la cual se resume en la sección 4.3, se debe considerar la data de las instalaciones y el uso que éstas hacen de la energía, en particular de la eléctrica, lo que se analiza a continuación.

16

4.3. Política para el UEE de AAPLC AAPLC adhiere a la preocupación manifestada en el Informe Stern y asume los compromisos contraídos por Inglaterra y Chile respecto del Protocolo de Kyoto. Es por este motivo que, como una manera de fortalecer su postura frente al calentamiento global, se propuso cumplir una exigente meta: lograr un 15% de eficiencia, respecto al negocio como usual6, en el consumo energético global de todas sus operaciones en el mundo entre 2003 y 2014. El impacto de reducir en 15% del consumo de energía de AA, se puede comparar con sacar 1.000.000 de autos de los caminos.

El “negocio como usual” lleva implícito en el ámbito minero un aumento de energía específico por disminución de leyes de mineral, aumento en distancias de transporte, mayor profundidad en los rajos, entre otros; lo que se suma a los aumentos de producción. Es así que, con este objetivo en mente, en octubre de 2004 el Presidente Ejecutivo de Anglo American Chile anunció a todos los trabajadores el lanzamiento de un programa de eficiencia energética. Esta iniciativa implicó un proceso de planificación que fijó metas responsables, metodologías y pasos para avanzar hacia el logro de las metas propuestas en cada una de las divisiones. Uno de los hitos fue la creación del Comité de Energía, con representantes de todas las divisiones, para definir el cuadro general de consumos y emisiones 2003 – 2014. Como una de las primeras medidas, en noviembre 2005 se lanzó la campaña “Uso responsable de energía”, cuyo objetivo fue educar a todos los empleados sobre el consumo racional de los diversos tipos de energía que se utilizan en la empresa y en la vida diaria. Con el objetivo de conocer en detalle los consumos de los diferentes tipos de energía, las emisiones de CO2 y el consumo de agua, se hizo un levantamiento y balance detallado en cada División separado por procesos productivos y tipos de energía consumida. Esto permitió conocer la distribución de los consumos energéticos para orientar los esfuerzos iníciales a aquellos más relevantes. Luego, para tener una estandarización en el método de medición y claridad respecto de los resultados obtenidos en las diferentes iniciativas, se propuso una metodología que permite evitar el uso de indicadores globales, a través del empleo de indicadores específicos para efectos de control al interior de los procesos. Es así que para el cálculo de los ahorros se consideran las reducciones de consumo de energía (GJ), reducciones de emisión de CO2 (ton CO2) y reducciones en el consumo de agua fresca (m3), como producto de iniciativas por sobre el negocio “como usual ” y que tengan carácter de permanentes en el tiempo.

En este contexto, existen reducciones certificadas, potenciales y por descubrir. Las primeras son acciones efectuadas y certificadas internamente por la empresa, con el fin de dar la transparencia y seriedad requeridas a este proceso. Las potenciales son aquellas identificadas, pero que no se han intervenido; y las últimas son aquellas imprescindibles para cumplir la meta, pero que no se han identificado aún. Lo anterior se resume en la figura 4.3, la que se muestra a continuación. 6 Business as asual o Negocio como usual, implica la forma en cómo se desarrollaría el negocio en el futuro,

si no se hicieran actividades adicionales.

17

Figura 4.3: Disminución Energética Certificada, Potencial y Por Descubrir Se puede observar que si se consideran las certificaciones de reducciones emitidos a diciembre de 2006 y las potenciales reducciones detectadas, que deberán considerar acciones concretas en los próximos años, se tiene un total de reducción de energía con respecto al negocio base de un 6,2%, aún lejos del 15% impuesto como meta de para el ahorro energético. Es por esto que aquellas medidas imprescindibles para cumplir la meta, pero que no se han identificado aún, son de vital importancia para lograr dicha meta. Bajo este contexto se enmarca el desarrollo de un sistema de evaluación técnica y económica de proyectos de eficiencia energética aplicada al parque de motores existente para las distintas divisiones de AACh, que marquen la tendencia en el sector, y que permitan a AAPLC lograr las metas de UEE impuestas a priori.

18

4.4. Alcance del Proyecto

Debido a la política de UEE establecida como directriz del sistema de gestión de Anglo American, y a la importancia que ha adquirido en la agenda nacional el tema en los últimos años, es que se desarrolla un programa que promueva el UEE, y con esto un mayor consumo de cobre, sentando un precedente en la industria de la gran minería en Chile. De los antecedentes expuestos en este capítulo se deduce dos aspectos fundamentales a tomar en cuenta en cualquier programa de UEE.

•••• Instalaciones de larga data: Se trata de instalaciones mineras de larga data, razón por la cual un proyecto de UEE debe considerar la medición de la obsolescencia del equipamiento, promoviendo con justificaciones de carácter económico, la modernización de parte de los equipos y procesos.

•••• Instalaciones que hacen uso intensivo de la energía: Se trata de instalaciones que hacen

un uso intensivo de la energía, de la eléctrica en particular, de modo que las técnicas que propenden al UEE adquieren vital importancia.

Considerando ambos puntos, y tomando en cuenta consideraciones técnicas sobre las cinco divisiones, es que se decide utilizar datos referentes a la operación de División El Soldado, de ahora en adelante DES, para la evaluación del programa de UEE en AACh. El proyecto consiste en desarrollar un software (planilla de cálculo) que permita realizar la evaluación técnica y económica de medidas de eficiencia energética para cualquiera de las divisiones de AACh, tomando como referencia los datos obtenidos desde DES, no significando esto la pérdida de generalidad del estudio, ya que la metodología a usar es completamente válida para cualquier otra división de AACh o AAPLC, así como también los es, el uso del software que se desarrollará. Las medidas de UEE que se someterán a dicha evaluación técnico-económica operan sobre el parque de motores de un determinado lugar y pueden ser divididas en dos grandes grupos de acuerdo al espíritu que se persigue con la implementación de cada una. Por un lado se tienen medidas que buscan una mejora en la confiabilidad asociada al parque de motores de la división de AACh en evaluación. Para lograr este cometido, se analizarán las estadísticas de fallas asociadas al parque de motores seleccionado para el estudio, para realizar una evaluación técnico-económica de la viabilidad del proyecto. Por otro lado se busca la evaluación de medidas que promuevan una modernización y mejora de los procesos llevados a

cabo en la división seleccionada. Muchas de las medidas que se analizarán en este documento, se traslapan entre sí, conformando un escenario de mayor atractivo para la implementación de un programa de UEE, sin embargo se evaluarán cada una de estas medidas por separado, para de esta manera ver el real aporte de cada una de estas en un programa de UEE.

19

5. Metodología

5.1. Metodología a implementar La metodología a implementar se resume en el cuadro sinóptico expuesto en la figura 5.1:

Figura 5.1: Diagrama Sinóptico de la Metodología a Implementar en el presente Trabajo. En él se puede observar que el proceso parte con la selección del nivel de estudio, o área de implementación del programa de UEE dentro del proceso productivo de la planta. Para lograr lo anterior se realizará un acopio y posterior análisis de información primaria o general de la planta, mediante lo que se espera obtener la definición de las etapas del proceso productivo de DES. Posteriormente, se obtendrán antecedentes generales para dichas etapas, lo que en conjunción con el uso de criterios de selección claramente definidos, permite realizar la selección del nivel de estudio.

20

Una vez realizado lo anterior, se realizará una caracterización del nivel de estudio seleccionado, para finalmente recopilar y analizar antecedentes específicos sobre dicho nivel. Posteriormente, se realiza la evaluación misma del programa de “Sistema de evaluación técnico -

económica de medidas de uso eficiente de la energía eléctrica en el parque de motores de una

planta concentradora de cobre”. Para esto se divide la metodología en dos grandes grupos. Por un lado se tiene un accionar basado en el análisis de las estadísticas de fallas de los equipos seleccionados, que consiste en obtener mediante histogramas de fallas de grupo de motores con características muy similares de funcionamiento, una función de distribución de Weibull que modele el comportamiento de dichas fallas. Con dicho modelo se obtienen dos parámetros importantes: el tiempo medio de fallas y la

probabilidad de falla, lo que permitirá someter a los equipos a una evaluación de la sustitución de motores con alta frecuencia y probabilidad de fallas por motores eficientes, cuando el caso así lo amerite. Por otra parte, se tiene un proceder basado en un programa de modernización y actualización de los procesos productivos asociados a los motores seleccionados, que se basa en dos formas

distintas de abordar el problema desde este punto de vista. Mediante el análisis de la información entregada previamente, se observa la presencia de motores en planta que han sufrido fallas intempestivas, y deben ser sometidos a un mantenimiento

correctivo. En particular se analiza el caso de fallas en el bobinado del estator, analizando la evaluación de la sustitución de motores que deben ser sometidos a un proceso de rebobinado por motores eficientes. También se analiza la opción de compra de un motor para ser implementado en planta, que muestre la mejor rentabilidad, comparativamente hablando. Es importante el señalar que en todas las medidas de UEE que se implementarán, no se considera para realizar la evaluación económica, la valorización económica asociada a la pérdida de

producción que se tiene cuando se interviene un motor activo en el proceso productivo de la planta. Lo anterior se justifica por dos razones:

• El programa de recambio se realizaría conforme al plan de mantenimiento programado.

• Es tremendamente complejo y subjetivo el realizar una valorización de la pérdida de

producción asociada a la detención de un motor en particular. Para todas las medidas de UEE descritas anteriormente, se considera el recambio de motores de idénticas características de placa, con lo que no se introducen mejoras en las condiciones de operación de los motores. Esto se debe principalmente a que se desea observar únicamente los resultados de la implementación de dichas medida sin el efecto que pudiese producir en el Costo de Inversión, Mantenimiento - Reparación y Operación el cambio en las condiciones de operación de un motor, no significando lo anterior que dichas medidas puedan ser abordadas en un estudio posterior, ya que pueden ser fuente de un importante ahorro energético. A continuación se desglosan cada una de las medidas mencionadas anteriormente, que forman parte del programa de UEE promovido por este estudio.

21

5.2. Análisis de la Información Existente En esta etapa se busca recopilar todo antecedente que sirva para la selección del nivel de estudio, o área de la producción donde se implementarán las medidas de UEE. Para esto se realiza una recopilación y posterior análisis de información primaria o general de la planta, obteniendo la definición de las etapas del proceso productivo de DES. Una vez realizado lo anterior, se obtendrán antecedentes generales para dichas etapas. Esto permitirá realizar una clasificación del parque de motores existente en las diversas partes de la planta, lo que en conjunción con el uso de criterios de selección claramente definidos, permitirá realizar la selección del nivel de estudio. Posteriormente se realizará una caracterización del nivel de estudio seleccionado, para finalmente recopilar y analizar antecedentes específicos sobre dicho nivel, que permitan la implementación de cada una de las medidas que contempla el programa de UEE. El siguiente cuadro sinóptico resume las acciones a realizar para obtener y procesar la información necesaria para la realización del proyecto.

Figura 5.2: Diagrama Sinóptico para la Obtención y Análisis de los Datos.

22

5.3. Evaluación de la Sustitución de Motores con Alta Frecuencia y Probabilidad de Fallas por Motores Eficientes Mediante la inclusión de este criterio como parte de la metodología a implementar en el programa de EE, se pretende evaluar la rentabilidad asociada a la sustitución de motores con alta frecuencia y probabilidad de fallas, según la estadística de fallas de la planta que conforma parte de la información recolectada previamente, por motores más eficientes. Es claro según lo anterior, que la evaluación se debe hacer para esto caso sobre motores que se encuentran operativos.

Para realizar el análisis económico se contrastan los costos de operación, inversión y reparación de ambas posibilidades, es decir, continuar con la operación de los motores obsoletos v/s la adquisición de motores nuevos eficientes. De esta manera se obtendrán índices económicos relevantes y representativos que permitan evaluar el proyecto desde el punto de vista económico, como lo son el TIR, VAN y PRC. Dichos indicadores serán comunes a todas las evaluaciones técnicas-económicas llevadas a cabo en el presente documento.

Figura 5.3: Diagrama Sinóptico de Evaluación de la Sustitución de Motores con Alta Frecuencia y Probabilidad de Fallas por Motores Eficientes.

23

5.4. Evaluación de la Sustitución de Motores que deben ser Rebobinados por Motores Nuevos Eficientes Mediante la inclusión de este criterio como parte de la metodología a implementar en el programa de EE, se pretende evaluar la rentabilidad asociada a la sustitución de motores que deben ser rebobinados, es decir que no se encuentran operativos, por motores nuevos eficientes. Para realizar el análisis económico se contrastan los costos de operación e inversión de ambas posibilidades, es decir, el rebobinado de los motores obsoletos y la adquisición de motores eficientes, para así obtener índices económicos relevantes y representativos que permitan evaluar el proyecto desde el punto de vista económico como son el TIR, VAN y PRC.

Figura 5.4: Evaluación de la Sustitución de Motores que deben ser Rebobinados por Motores Nuevos Eficientes

24

5.5. Evaluación de la Mejor Opción de Compra de un Motor para un Nuevo Proyecto Mediante la inclusión de este criterio como parte de la metodología a implementar en el programa de UEE, se pretende determinar la mejor opción desde el punto de vista técnico - económico, al considerar la compra de un motor nuevo para suplir la demanda de este tipo de dispositivos, cuando se desea expandir una parte o la totalidad de planta. Las opciones consideradas se diferencian entre sí, por el valor que la eficiencia nominal del

equipo alcanza, al incidir esto en el costo de fábrica del mismo. Para el análisis de consideran las normativas de motores eficientes expuestas en la sección Anexos, es decir, EFF1, EFF2 y EFF3. Para analizar la rentabilidad de cada opción, de manera de poder establecer una relación de orden con lo anterior, se consideran todos los costos de inversión y operación en el horizonte de evaluación. Dichos valores son llevados al año cero, para obtener un costo de inversión y operación equivalente a todo el horizonte de evaluación, que permita discriminar la alternativa más rentable.

Figura 5.5: Evaluación de la Mejor Opción de Compra de un Motor para un Nuevo Proyecto

25

6. Caracterización del Proceso Productivo en División El Soldado

6.1. Alcance División El Soldado (DES) es una de las cinco divisiones que conforman a Anglo American Chile, considerada entre las empresas productoras de cobre más grandes de Chile y el mundo. Dadas las características de antigüedad del parque de motores presentes en esta división, en conjunto con el uso intensivo de la energía eléctrica que en ella se realiza, es que DES constituirá la división que proporcionará los datos necesarios para realizar la evaluación técnica-económica de diversas medidas de UEE que promueve la realización de este estudio. No obstante lo anterior, la metodología y software que se desarrollan para poder llevar a cabo la evaluación técnico - económica, son completamente válidos de ser replicados, incluyendo las medidas de UEE en cualquier otro proceso productivo de esta u otra división, de manera de sentar un precedente a nivel divisional o corporativo, según sea el caso. Para esto, se debe avanzar en la definición de los procesos productivos asociados a DES, de manera de seleccionar el o los procesos productivos que presenten una mayor potencialidad de implementación de un programa de UEE. Esto se hace ya que la comprensión del esquema en que funciona la división es determinante para la correcta selección del área de estudio, debido a que no se pueden incorporar todas las medidas de optimización para lograr un UEE en un solo proyecto. El desarrollo es gradual y es importante definir a partir de qué nivel se iniciará, para de esta manera establecer recomendaciones o extrapolaciones con otros niveles de la empresa. Posteriormente se procede a evaluar el parque de motores existente de él o los procesos productivos seleccionados, para realizar un análisis en detalle de cada uno de estos aplicando la medida que sea más adecuada para lograr un UEE, en particular de la energía eléctrica, de acuerdo a la metodología expuesta en la sección anterior.

26

6.2. Proceso Productivo de DES

De acuerdo a la figura 6.2, el proceso parte con la extracción del material, ya sea a rajo abierto o de manera subterránea, para luego triturar dicho material en el proceso de chancado. El material resultante puede ser tratado mediante dos procedimientos distintos, de acuerdo a la naturaleza del material extraído. En el primero, el producto obtenido es el concentrado de cobre (mezcla de sulfuro de cobre, fierro y una serie de sales de otros metales) a través del tratamiento del mineral vía planta de sulfuros o concentradora, mientras que a través del segundo proceso lo que se obtiene es un cátodo de cobre, o cobre de alta pureza (99,99%), vía tratamiento en la planta de óxidos. Los bloques relevantes asociados al proceso de obtención de cobre, ya sea concentrado o cátodos de alta pureza, se muestra a continuación:

Figura 6.2: Bloques del Proceso Productivo en DES

Además es conveniente señalar ciertas apreciaciones que deben ser tomadas en cuenta a la hora de realizar la selección del nivel de estudio. Estas son:

27

• En la Mina a Rajo Abierto no existe un parque importante de motores eléctricos. Las operaciones realizadas son de naturaleza íntegramente extractiva, para lo que se usan equipos mecánicos de gran envergadura, los que remueven el mineral para luego transportarlo a vaciaderos gravitacionales. Durante este proceso, el empleo de motores eléctricos que accionen equipos, formando parte del proceso productivo, es mínimo.

• En la Mina Subterránea el proceso es similar al anterior, o sea los trabajos principales son la extracción y transporte del mineral, pero a diferencia del caso anterior, la ventilación de las áreas de trabajo es forzada, es decir, se incorpora aire fresco al interior de la mina a través de ventiladores, lo que implica un mayor gasto energético que para el caso de la mina a rajo abierto debido al parque de motores asociados a la ventilación (principalmente ventiladores de extracción y de inyección de aire).

Cabe destacar que el consumo de energía eléctrica asociado a la extracción del mineral, ya sea por la mina a rajo abierto como también por la mina subterránea, representa una parte poco significativa del consumo total de energía eléctrica de DES, representando tan sólo un 7,76% el año 2006.

• La Planta Concentradora, considerando parte del proceso de chancado, es la que posee el parque de motores más grande de la División con aproximadamente 229 motores, los que van desde una fracción de [HP] hasta los 6.250 [HP], y su distribución geográfica es bastante amplia. Además el consumo asociado al parque equivale al 79,23% del consumo de energía eléctrica de la planta para el año 2006.

• En Plantas de Óxidos suele existir un consumo importante de energía debido a los procesos electroquímicos que en esta planta se desarrollan, destacando el proceso de electrowinning, en el cual se usan rectificadores para la obtención de corriente continua necesaria para el desarrollo de este proceso, y motores necesarios para el regadío de soluciones. Sin embargo, la planta de óxidos asociada a DES no es de grandes proporciones, por lo que el consumo de energía y presencia de motores no es significativa, representando para el año 2006 tan sólo el 7,23% del consumo total de energía eléctrica.

• En Servicios se considera principalmente el suministro de agua fresca y la recirculación de

agua desde los tranques de relaves, por lo que el parque de motores relacionado lo conforman básicamente bombas, las que en su conjunto representan sólo el 5,43% del consumo de energía eléctrica del año 2006.

De acuerdo a lo anterior, es decir la naturaleza de los procesos llevados a cabo en cada bloque de la producción de DES, y al parque de motores existente asociado a cada uno de estos bloques, se observan mayores potencialidades para llevar a cabo un programa de UEE en el proceso de concentración, el que se lleva a cabo en la planta de sulfuros o concentradora.

28

6.3. Consumo de Energía por Procesos Productivos DES7 En la tabla 6.3 Se muestra el consumo de energía eléctrica asociado a cada uno de los bloques de la producción descritos con anterioridad, para el año 2005 y 2006.

Tabla 6.3: Consumo de Energía detallado para cada Bloque de la Producción DES

7 Mayor información referente al sistema eléctrico de División El Soldado puede ser encontrado en la sección

Anexos Digitales que se encuentra en el CD de respaldo del presente documento en el archivo “Información de

Cargas DES.xls”

29

Al observar la tabla 6.3, se puede apreciar que la mayor parte de la energía eléctrica que se emplea para el funcionamiento de la DES, es consumida en la planta concentradora de cobre. Si se considera que además este proceso es el que cuenta con casi la totalidad del parque de motores existentes en la planta, entonces este es el sector de la producción donde se debe abordar el programa de UEE.

Aunque un programa de UEE, puede ser implementado en prácticamente cualquier sector de la producción, no siendo estrictamente necesario el sectorizar el programa en un lugar específico de ésta; debido a la naturaleza de este proyecto con el que se busca dar un ejemplo para programas de este tipo, ya sea a nivel divisional o corporativo, además del gran nivel de información que sería necesario manejar en estas condiciones, es que se realizó el trabajo de ir desagregando verticalmente las tareas productivas de la planta hasta poder conseguir un área de la planta más específica, de manera de conseguir un zona de aplicación del proyecto más acotada. El apoyarse en la distribución y consumo de energía eléctrica del parque de motores de DES para la creación de un programa de UEE que aspira a tener un carácter transversal paras las divisiones de la compañía, de manera que pueda ser replicado en cualquiera de éstas, no es un error pues dichos datos son completamente representativos de la faenas mineras en la Gran Minería de Chile, incluso pudiéndose extrapolar los resultados a faenas mineras similares de otras compañías mineras. No obstante lo anterior, el nivel de estudio definido sigue siendo muy amplio, por lo que se delineará aún más.

30

6.4. Conclusiones del Capítulo

• Aunque un programa de Uso Eficiente de la Energía (UEE), puede ser llevado a cabo

simultáneamente en diversas partes del proceso de la producción de una planta cualquiera, se eligió el sectorizar la aplicación del programa en una parte específica de la producción de la planta. La principal razón de este proceder, es que uno de los objetivos de la implementación del este plan es el marcar un precedente a nivel divisional o corporativo, por lo que el desarrollo del mismo debe ser gradual, definiendo el nivel en que se iniciará el programa y donde la incorporación de todas las medidas de optimización para el uso eficiente de la energía en un solo proyecto, es innecesaria.

• Al tomar en cuenta la naturaleza de los procesos llevados a cabo en cada bloque de la producción de División El Soldado (DES), y al parque de motores existente asociado a cada uno de estos bloques, se tiene que el bloque de la producción con más potencial para llevar a cabo un programa de UEE, es el proceso de concentración de cobre donde se consume cerca del 80% de la energía eléctrica asociada a la división. En dicho proceso se considerarán las etapas de Chancado, Molienda, Flotación y Espesamiento y Filtrado.

• De acuerdo a los antecedentes expuestos, se tiene que el nivel del estudio lo conformará el proceso de concentración del cobre, que se da en la planta de sulfuros o planta concentradora de DES.

• No existe pérdida de generalidad en utilizar datos de DES para la elección del área de la producción donde se implementarán las medidas de UEE, pues estos datos son representativos del proceso productivo del cobre en general8, independiente de la división o corporación a la que pertenezcan.

8 Esto puede observarse al comparar los datos presentes en la figura 3.5, que muestran el consumo promedio

de cada uno de los procesos presentes en la producción de cobre, con los datos de la figura 6.3, donde no se

presentan mayores diferencias.

31

7. Selección del Nivel de Estudio Los resultados de la etapa anterior, muestran que el área a centrarse será el proceso de concentración del cobre, por lo que se analizará en mayor detalle esta etapa de la producción para poder seleccionar adecuadamente el nivel del estudio.

7.1. Caracterización del Proceso de Concentración de Cobre Para fines de este estudio, el proceso de concentración de cobre se dividió de la siguiente manera9:

Figura 7.1: Consumos nominales asociados a la Planta Concentradora DES

Donde el principal criterio para esta clasificación, es la división que se hace del sistema eléctrico (Unilineal) para lograr la alimentación de las etapas propias de dicho proceso. Para lograr esto se usan Switchgears (SG) que alimentan diversos centros de distribución (CD), que a su vez alimentan centros de control de motor (CCM’s), que energizan la totalidad del parque de motores existente en la planta de sulfuros o concentradora. En el esquema anterior, se observa la presencia de dos tipos de consumos. Por una parte están los consumos en baja tensión (CBT), que se conectan a una barra de 12 [kV] a través de transformadores que suben la tensión de 380 [V] entre fases, al voltaje nominal de la barra. Mientras que por otro lado están los consumos en media tensión (CMT) que se conectan directamente a una barra con tensión nominal de 4,16 [kV]. 9 Mayor Información respecto a los consumos asociados al sistema de distribución de la energía eléctrica en

DES, puede ser encontrado en la Sección “Anexo Digital”, en el documento “Información de Cargas DES.xls” que

se encuentra en CD de respaldo del presente documento.

32

7.2. Criterios de Selección Como ya se cuenta con una división para las cargas asociadas el proceso de concentración, se procede a establecer los criterios a utilizar, para poder discriminar las zonas de la producción de dicho proceso, en donde se realizarán las mejoras. La selección del nivel de estudio requiere considerar distintos aspectos, agrupados de manera tal, que todas las materias relevantes sean consideradas en algún momento en el estudio. Esto permite asegurar que el análisis se realice en orden, seleccionando de manera adecuada el sector, de acuerdo a los objetivos que se quieren alcanzar. Los criterios propuestos para ejecutar la selección se basan en la estimación de variables que inciden directamente en una o más de las medidas propuestas en la sección Metodología, afectando la vida útil del motor o exponiéndolo a condiciones de trabajo extremas, impidiendo su correcto funcionamiento o encareciéndolo de sobremanera. La manera de valorizar la incidencia de una variable en el programa de UEE, se llamará indicador. A su vez, las variables podrán ser agrupadas de acuerdo a su naturaleza en distintas dimensiones. Obviamente dimensiones, variables e indicadores serán comunes a todas las etapas analizadas. A continuación se detallan las dimensiones, variables e indicadores que se utilizarán para el presente estudio.

Tabla 7.2-1: Dimensiones, Variables e Indicadores a considerar en el presente estudio.

33

Mediante inclusión de la dimensión Estructural se desea estimar la composición del parque de motores existente, es decir, la cantidad de motores de una determinada potencia que pueden ser considerados como homologables. Lo anterior se realiza por dos razones:

1. La composición del parque de motores, condiciona el grado de inversiones en que se debe incurrir para poder llevar a cabo un programa de UEE. Esto es relevante en el programa, pues uno de los objetivos que se persigue es demostrar la rentabilidad de este tipo de aplicaciones.

2. Es de vital importancia que las medidas que se persiguen con este estudio, puedan ser implementadas en la mayor cantidad de lugares posibles, por lo que se persigue la heterogeneidad en el parque de motores a utilizar

Por lo anterior, este criterio será considerado como el más importante para realizar una elección. Para lograr esto se considera la incorporación de:

• La variable Parque de Motores [0,100] ([100,∞]) [HP], en donde se usarán los indicadores:

� Cantidad, para obtener el número de motores que se encuentran bajo (sobre) los 100 [HP] de Potencia Nominal, en cada una de las etapas descritas anteriormente.

� % del Total, para obtener el porcentaje de motores que se encuentran bajo (sobre) los 100 [HP] de Potencia Nominal, en cada una de las etapas descritas anteriormente.

� HP, para obtener la potencia instalada medida en [HP], que representa el parque de motores que se encuentra bajo (sobre) los 100 [HP] de Potencia Nominal, para cada una de las etapas descritas anteriormente.

� % del Total, para obtener el porcentaje de motores que se encuentran bajo (sobre) los 100 [HP] de Potencia Nominal, para cada una de las etapas descritas anteriormente.

Con la introducción de la dimensión Técnica, se observarán las principales consideraciones de esa índole en el parque de motores existentes para los procesos descritos con anterioridad, donde podría eventualmente justificarse la introducción de medidas de UEE debido sólo a consideraciones de este tipo. Para esto se considera la incorporación de:

• La variable Factor de Carga, en donde el indicador Tanto por Uno 0/1 puede tomar valores entre [0,1], lo que es equivalente a valores entre [0,100] %, indicando el cuociente entre la potencia media consumida y la potencia nominal instalada.

• La variable Horas de Uso, en donde el indicador Horas/Año representa el número de horas en promedio que en un año, el equipo funcionaría continuamente.

• La variable Antigüedad, en donde el indicador Años de Uso representa el número de años

desde la puesta en marcha del motor en planta.

34

• La variable Criticidad, en donde el indicador Observación General puede tomar los valores de AC, MC, SC o SC, según la siguiente tabla que muestra el efecto de la detención del equipo a nivel de producción de la planta.

Tabla 7.2-2: Indicadores para la Variable Criticidad En lo que sigue se expondrán los argumentos técnico-económicos que se emplearán para la obtención de un nivel de estudio claro y definido.

7.2.1. Criterios de Selección: Dimensión Estructural Sin lugar a dudas este criterio es el más importante para la adecuada selección de los motores, pues permite determinar la composición del parque de motores, lo que ayuda a estimar económicamente el costo de la puesta en marcha de las medidas, además de determinar la representatividad del estudio; ambos puntos de crucial importancia en la implementación del programa. A continuación se detalla el parque de motores asociado a cada una de las zonas consideradas en este estudio.

35

Tabla 7.2.1-1: Estadística del Parque de Motores por Rangos de Potencia

La distribución de motores por rangos de potencia y la potencia instalada asociada se expone en la siguiente tabla, para cada una de las partes de la planta consideradas en el estudio.

Tabla 7.2.1-2: Estadística del Parque de Motores por Rangos de Potencia

36

En la tabla anterior, se observa un gran número de motores que tienen una capacidad nominal menor o igual a 100 [HP], representando la no despreciable cifra de 80,35% del total de motores en planta. Además, dicho segmento del parque de motores existente (Potencia nominal menor a 100 [HP]), representa un 20,24% de la potencia instalada en la planta concentradora. La misma información se muestra para cada una de las etapas del proceso en las figuras 7.2.1-1 y 7.2.1-2, que se muestran a continuación.

Figura 7.2.1-1: Distribución del Parque de Motores por Niveles de Potencia en cada uno de los Procesos asociados a la Planta de Sulfuros DES.

En la Figura 7.2.1-1, se puede observar que el número de motores que tienen una potencia nominal bajo los 100 [HP], es significativa para todos los consumos en 12 [kV] (Chancado 2º y 3º, Molienda convencional + Flotación, Molienda SAG, Nueva Flotación), teniendo en cada unos de éstos aproximadamente el 15% del parque total de motores de la planta. Sin embargo los consumos asociados a 4,16 [kV] no presentan motores cuya potencia nominal sea menor a los 400

[HP], principalmente porque se trata de motores que trabajan en media tensión, por lo que serán descartados del análisis que se realiza en este estudio, no significando que se puedan abordar un proyecto de UEE en los mismos en otro estudio posterior.

37

Figura 7.2.1-2: Potencia Instalada del Parque de Motores por Niveles de Potencia en cada uno de los Procesos asociados a la Planta de Sulfuros DES.

De manera análoga, se observa que el consumo de potencia del parque de motores con una potencia nominal menor a 100 [HP] asociado a 12 [kV], se reparte en forma equitativa en cada una de sus partes, aunque cabe destacar el consumo asociado a la Nueva Flotación es prioritario por sobre el resto, con un consumo de aproximadamente el 11% del global de la planta. Al no contar con ningún motor que posea menos de 100 [HP] dentro de los consumos asociados a 4,16 [kV], obviamente el consumo de este sector es nulo. También se debe señalar que, el consumo asociado al parque de motores con Potencia nominal por sobre los 100 [HP] en 4,16 [kV], corresponde a un 43,05% del Total, debido principalmente a la presencia de 2 molinos SAG que representan dos gigantescas cargas desde el punto de vista del consumo eléctrico. De acuerdo a lo expuesto, se observa una potencialidad, desde el punto de vista económico y de la representatividad del proyecto, en la implementación del programa de UEE en todo el parque de motores asociados a los consumos de 12 [kV] (Chancado 2º y 3º, Molienda Convencional + Flotación, Molienda SAG y Nueva Flotación), por lo que se analizarán dichos consumos desde el punto de vista técnico.

38

7.2.2. Criterios de Selección: Dimensión Técnica A continuación se resume la información técnica relevante para la correcta elección de un nivel de estudio, para cada uno de los bloques considerados que se encuentran conectados a 12 [kV].

Tabla 7.2.2: Resumen consideraciones técnicas de las instalaciones en 12 [kV] De la tabla anterior se puede decir que el factor de carga promedio para cada etapa del análisis es cercano al 80% en promedio para la mayoría de los procesos seleccionados, exceptuando la etapa de molienda SAG y Remoliendas donde se tienen valores más bajos. Similar comportamiento se tiene para las horas promedio de utilización al año, alcanzando valores promedios cercanos a las 7.500 horas anuales de uso. Se observan valores de factor de carga y horas anuales de uso para la Molienda Convencional +

Flotación, que se presentan sumamente atractivos para la implementación de medidas de UEE, debidos a los altos valores que presentan. La antigüedad de los equipos es cercana a los 20 años en todos los casos, lo cual es considerable, y propicia sólo por esto la realización de un programa de UEE. Además, la detención de un equipo en cada una de las etapas estudiadas, implica una pérdida de la producción, por lo que es calificada como criticidad media, según lo expuesto en la tabla 7.2-2. De acuerdo a lo anterior, se tiene que el área de estudio lo conformará el área de la planta concentradora de DES que se encuentra conectada a 12 [kV].

39

7.3. Conclusiones del Capítulo • Se dividió el proceso de concentración del cobre llevado a cabo en la planta de sulfuros de

DES, en diversas etapas para facilitar la elección del nivel de estudio. Dicha división se basó principalmente en los procesos que se llevan a cabo en cada etapa, y en la forma en que se administra de energía eléctrica a éstas.

• Según lo anterior, se dividió el consumo en dicha planta en consumos asociados a 12 y 4,16

[kV], denominándose como consumos en baja y media tensión respectivamente (CBT, CMT).

� Dentro de los consumos en 12 [kV], o CMT, se tienen:

� Chancado Secundario + Chancado Terciario � Molienda Convencional + Flotación � Molienda SAG � Nueva Flotación

� Dentro de los consumos en 4,16 [kV] se tienen:

� Chancador Giratorio � Molino Remoliendas � Compresor de Aire � Molino SAG x2 � Electroimán

• Se establecieron criterios de selección, para discriminar cual es el lugar de implementación

más idóneo. La principal razón de éste proceder es la correcta asignación de los recursos que se espera en un programa de estas características.

• Al analizar el parque de motores existente, se puede apreciar que para los consumos asociados a 12 [kV], existe una fuerte presencia de motores de menos 100 [HP], los que constituyen a su vez una parte significativa del consumo global de la planta de sulfuros. Completamente lo contrario se puede observar para los consumos asociados a 4,16 [kV], donde sólo se observan motores de más de 400 [HP], lo que descarta la implementación del programa de esta sección de la producción de la planta de sulfuros.

Según los antecedentes técnicos expuestos, se concluye que existe un carácter transversal para la implementación de medidas de UEE en todas las consumos asociados a 12 [kV] de DES. Sin embargo se observan mayores potencialidades, según el análisis de indicadores de uso de energía eléctrica en la planta, en Molienda Convencional + Flotación. No obstante lo anterior, no se descarta el análisis de medidas de UEE que promueve este u otro estudio, en las demás CBT en otras zonas de la planta.

40

8. Desarrollo del Software

En lo que sigue, se detallan las principales consideraciones teóricas que se toman en cuenta para la realización del software que permite el cálculo de los resultados, los que se expondrán en el capítulo 9 del presente documento, conforme a la metodología expuesta en el capítulo 4 del mismo.

8.1. Programa de Análisis de Fallas

Se analiza el reemplazo de un motor en uso con una alta probabilidad y frecuencia de fallas, por un motor de mayor eficiencia, conforme a los criterios de eficiencia que se encuentran señalados en la sección Anexos. Se analizan los flujos de caja del proyecto, para obtener indicadores económicos que reflejen la rentabilidad del proyecto. Se consideran como parte relevante del problema, los costos de inversión, reparación y operación (costos asociados al consumo de la energía eléctrica). Para determinar la probabilidad de falla se aproxima la estadística de fallas de un grupo homogéneo de motores en uso que se desea reemplazar, utilizando la distribución de Weibull

10, que es una distribución de probabilidades continua de las más aceptadas dentro de la teoría de duración de elementos, principalmente porque permite modelar casos en que la tasa incremental de fallas es creciente, decreciente o constante a través del tiempo. Algunas consideraciones a tomar en cuenta sobre esta distribución se exponen a continuación.

8.1.1. Distribución de Weibull (DW) La distribución de Weibull queda definida por las siguientes expresiones:

• Función Densidad de Probabilidad

( 1)

( ) x 0

y

y >0

xx

f x e

paramétros de la Función

ααβα

β βα βα β

− − = ⋅ ⋅ ≥

Ecuación 8.1.1-1

10 Denominado así por su creador Waloddi Weibull. Mayor referencia puede ser encontrada en Weibull, W.

(1951) "A statistical distribution function of wide applicability" J. Appl. Mech.-Trans. ASME 18(3), 293-297

41

• Función de Densidad Acumulada

∫∞−

−−==≤=

x x

edttfxXPXF

α

β1)()()(

Ecuación 8.1.1-2

• Valor Medio de la duración de un equipo regido por una función de

Distribución de Weibull, viene dado por:

1( ) 1 [ ]E X añosβ

α = ⋅Γ +

Ecuación 8.1.1-3

• Probabilidad de falla en el año i, de un equipo regido por una función de

distribución de Weibull viene dada por:

1( ) 100 ( ) [%]año i

PFalla año i año i e

α

αα βα

αβ

−−= ⋅ ⋅ ⋅

Ecuación 8.1.1-4

8.1.2. Aproximación de la Duración de un Motor Usando la Distribución de Weibull

De acuerdo a la ecuación 8.1.1-1, la función de distribución de Weibull queda definida al asignarle valores a los parámetros α y β, por lo que si se quiere aproximar la estadística de falla de un motor en uso usando esta distribución, se deben elegir convenientemente los valores de dichos parámetros. Para ello se realiza una minimización de la suma del módulo del error relativo, o

Error Absoluto Relativo Total (EART), entre los valores obtenidos mediante la distribución de Weibull y los valores que se registran en la estadística de falla de un grupo de motores homogéneos. Esto es, encontrar α y β tal que:

42

1

1

EART= ( ) 100

100 100

0

0

i

i i

i i

i

i

i

Min PFalla i X i e X

sa i e

Con i Año de Evaluación

X Estadística de Falla del Año de Evaluación i

α

α

α

α

α βα

α βα

αβ

αβ

αβ

−−

−−

− = ⋅ ⋅ ⋅ −

⋅ ⋅ ⋅ =

>>==

∑ ∑

∑

Obtenidos lo valores de α y β, se calcula el Valor Medio de la duración del equipo conforme a la ecuación 8.1.1-3. Dicho valor entrega valiosa información del comportamiento del motor ya que permite clasificarlo de acuerdo a dos categorías, las que son:

• Motor Eficiente E(X) > 3,5 [años] (Valor representativo según la bibliografía

consultada)

• Motor Obsoleto E(X) < 3,5 [años] (Valor representativo según la bibliografía

consultada)11

Lo anterior se justifica ya que se pueden observar dos grandes grupos de motores en la industria de la minería en Chile. Se observa la presencia de una buena cantidad de motores que presentan un tiempo medio entre fallas que se encuentra entre 1,14 y 1,62 años. Por el contrario, existen grupos de motores cuyo tiempo medio entre fallas es manifiestamente superior, entre 2,81 y 4,94 años. La Tabla siguiente muestra los valores estadísticos de falla sugeridos para motores obsoletos y para motores nuevos eficientes, los que se propone emplear como parámetros para evaluar un programa de uso eficiente energía, cuando no se cuente con estadísticas de fallas.

Tipo de Motor α β Tiempo Medio Entre Fallas

Motores Eficientes 12,081 4,571 4,36

Motores Obsoletos 2,016 1,783 1,58

Tabla 8.1.2

11 Los datos mostrados fueron obtenidos de “Mecanismos de Inversión para el Ahorro de Energía: La

incorporación de equipos eléctricos eficientes en la Minería del Cobre”, preparado por Programada de

Investigaciones en Energía (PRIEN), Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile

43

En la siguiente figura se muestran en un mismo gráfico, las distribuciones de fallas que se obtiene con los parámetros de la Tabla 1.

Figura 8.1.2

En la Figura 8.1.2, se puede apreciar que para motores nuevos eficientes, cerca del 50% de los motores fallan después de cuatro años de operación continua. En cambio, en el caso de los motores obsoletos un porcentaje similar falla al primer año de operación continua. En ambos casos se tiene el comportamiento que se espera en un motor de acuerdo a su naturaleza.

8.1.3. Valorización de las Pérdidas Anuales de Energía Dicho valor (vpae), corresponde a la valorización económica de la energía que se desperdicia por concepto de pérdidas energéticas por cada año de uso del motor. Dicho valor se obtiene mediante la siguiente expresión:

peanhrs

PP

vpae

medmed

⋅⋅

⋅−⋅

= _1000

746746

η

Donde:

• medP : Se refiere al valor de la carga media en [HP], que el usuario espera obtener en el eje

del motor. Se trata de un valor medio representativo de la operación en régimen permanente del motor, durante las horas anuales de uso de éste (que se definen posteriormente).

• anhrs _ : Número de horas anuales de uso continuo (hrs_an), que en promedio se le da al motor que se desea sustituir, suponiendo que la carga en el eje es Pmed, durante todas estas horas de uso.

• pe : Precio monómico de la energía (pe) asociado al consumo de energía eléctrica del motor a sustituir, medido en [USD/kWh].

• η: Eficiencia del Motor en Planta, medida en [%].

44

8.1.4. Costos de Operación Anual (COA)

Corresponde al costo, medido en [USD], en que se incurre por concepto de consumo de energía primaria para el correcto funcionamiento del motor, y se obtiene según:

[USD] 100_

746,0η

⋅⋅⋅⋅⋅= peanhrsfcPCOA nom

• nomP : Potencia Nominal [HP]

• fc : Factor de Carga, medido en [o/1]

• anhrs _ : Número de horas anuales promedio de uso continuo.

• pe : Precio monómico de la energía medido en [USD/kWh].

• η: Eficiencia del Motor en Planta, medida en [%].

8.1.5. Costos de Reparación (CR) Corresponde al costo anual en que se incurre cuando se producen fallas que requieren de Mantenimiento Correctivo. Las estadística de estas fallas se muestra en el archivo “Mantención

DES 1998-2007.xls”, contenido en el Anexo Digital que se encuentra en el CD de respaldo del presente trabajo.

Para obtenerlo se utiliza la siguiente expresión:

1

( ) ( )

( ) 100 ( )

E

i

i

CR i CRMC PFalla i

CR i CRMC i e

i Año de valuación

α

αα βα

αβ

−−

= ⋅

⇔ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

=

∑

Donde PFalla(i) se obtiene según lo expuesto en 8.1.2, y donde CRMC, corresponde al costo de reparación asociado al mantenimiento correctivo, el que según los registros de la planta entre 1998-2007, se distribuye de la siguiente manera:

1. Rebobinado de Estator, con un 54,79% de los casos. 2. Completo (Rebobinado de Estator, Arreglo de Rodamientos y Arreglo de jaula de

ardilla), con un 39,60% de los casos. 3. Otros, con un 5,61% de los casos.

Según lo anterior, sólo se tomaran en cuenta los dos primeros puntos, ya que en conjunto suman un 94,39% de los casos. Para la obtención del CRMC, se recurrió a datos de la planta que resumen los costos asociados a estos procedimientos en los últimos 10 años, y que se también se encuentran en el archivo “Mantención DES 1998-2007.xls”.

45

De esta forma es posible modelar los costos asociados a los puntos 1 y 2, obteniéndose los siguientes resultados:

Usando lo anterior, se tiene que:

2

0,5479 (4,47 176,14) 0,3960 (4,31 227,97) (4,155 186,78)

0,971

del Mant. Correctivo [USD] , X Potencia [HP]

Y X X X

R

Y Costo

= ⋅ ⋅ + + ⋅ ⋅ + = ⋅ +=

= =

Es decir, ( ) 4,155 186,78nom nomCRMC P P= ⋅ +

Por lo que, el Costo de Reparación para el año i viene dado por:

( )1( ) 100 ( ) 4,155 186,78i

nomCR i i e P

α

αα βα

αβ

−−= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ +

8.1.6. Costos de Inversión (CI) Corresponde al costo en que se debe incurrir por la compra de un motor nuevo. Para el presente estudio se consideró la compra de un motor eficiente que cumpla la normativa expuesta en la sección Antecedentes Generales del presente documento. Según lo expuesto en el archivo “Costos Motor.xls”, contenido en el Anexo Digital que se

encuentra en el CD de respaldo del presente trabajo, se obtienen los siguientes modelos, para representar el costo de fábrica asociado al motor.

[ ]

[ ]

Y b m x

Y Costos de Fábrica USD

X Potencia HP

= + ⋅==

2

4,47 176,14 [ ]

0,9671

del Rebobinado [USD]

X Potencia [HP]

Y X USD

R

Y Costo

= ⋅ +=

==

2

4,31 227,97 [ ]

0,9666

del Mantenimiento Completo [USD]

X Potencia [HP]

Y X USD

R

Y Costo

= ⋅ +=

==

46

Tabla 8.1.6: Modelos de los costos de fábrica de motores eficientes.

A continuación se exponen los resultados obtenidos que modelan los costos de catalogo o de fábrica de motores, según el grado de eficiencia de estos últimos.

Figura 8.1.6

Cabe destacar que para llevar a cabo este modelo, se recurrió a información contenido en catálogos de proveedores de motores, así como múltiples cotizaciones a éstos llevados a cabo en nuestro país. Para obtener el costo de inversión en cada uno de los casos, se aplicará un recargo del 30% sobre el valor fábrica. Dicho recargo se distribuye, según la literatura consultada, de la siguiente manera:

• 15%, debido a las obras de ingeniería y montaje necesarias para la instalación del motor en planta.

• 10%, debido a todas las tasas arancelarias que afectan al costo del motor desde que se entrega en la fábrica, hasta que se tiene dicho motor con llave en mano.

• 5%, debido al transporte que se debe realizar desde la fábrica hasta la planta.

47

8.1.7. Flujos del Proyecto Para realizar la evaluación económica del proyecto, se consideran los costos de inversión, operación y reparación de ambas opciones a través del tiempo. Al realizar lo anterior se obtienen los siguientes flujos de caja a través del tiempo:

( ) ( )( ) ( )

0 ( )

( ) ( )

( ) ( ) ' '

' : Re

:

( ) 4,15

nom

MotorObsoleto MotorNuevo MotorObsoleto MotorNuevo

F CI P

Fi CR i CR i COA COA

Fi CR i CR i COA COA

Donde presenta paramétros del motor nuevo

i Año de Evaluación

CR i

= −= − + −

= − + −

= ( )

( )'

'

1

' 1 ''

5 186,78 100 ( )

'( ) ' 4,155 ' 186,78 100 ( )

'

_ 100

' _ 100'

'

i

nom

i

nom

nom

nom

P i e

CR i P i e

P fc hrs an peCOA

P fc hrs an peCOA

α

α

α

α

α βα

α βα

αβ

αβ

η

η

−−

−−

⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

= ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

⋅ ⋅ ⋅ ⋅=

⋅ ⋅ ⋅ ⋅=

( ) ( )

( )

'

'1 ' 1 ''

1

'_ 100

'

'100 4,155 186,78 ( ) 4,155 ' 186,78 ( )

'

' 1( ) _ 100

' 1

100

nom nom

i i

nom nom

nnom nom

nom i

i

P PFi fc hrs an pe

P i e P i e

P PVAN CI P fc hrs an pe

k

α α

α αα αβ βα α

η η

α αβ β

η η

− −− −

=

⇒ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − +

⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅

⋅⇒ = − + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ + +

⋅

∑

( )

'

'1 ' 1 ''

1

' 1( ) ( ) ( ') ( )

' 1

D

i in

nom nom ii

CRMC P i e CRMC P i ek

Donde n Horizonte de Evaluación

k Tasa de escuento

α α

α αα αβ βα α

α αβ β

− −− −

=

⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ +

==

∑

48

8.2. Programa de Modernización

Se analizan una serie de medidas tendientes a lograr una modernización u optimización en el uso del parque de motores de DES. Para ello se simularán los flujos de caja del proyecto, obteniendo indicadores económicos que reflejen la rentabilidad del proyecto, teniéndose en cuenta cualquier alcance técnico para la correcta realización del proyecto.

8.2.1. Evaluación de la Sustitución de un Motor que debe ser Rebobinado, por un Motor Nuevo Eficiente.

Al revisar la estadística de falla de la planta, se observa la presencia de motores en planta que han sufrido fallas intempestivas, y deben ser sometidos a un mantenimiento correctivo. En particular se analiza el caso de fallas en el bobinado del estator, que constituye el 54,79% de los casos en los últimos 10 años, lo que justifica el análisis de este tipo de medidas. Al igual que para las otras medidas, se analizan los flujos de caja del proyecto, para obtener indicadores económicos que reflejen la rentabilidad del proyecto. En lo que sigue, se detallan las principales consideraciones teóricas que se toman en cuenta para la realización del software que permite el cálculo de los resultados que se exponen en el capítulo 9 del presente documento, conforme a la metodología expuesta en el capítulo 4 del mismo.

8.2.1.1. Valorización de las Pérdidas Anuales de Energía Se obtienen de igual manera que lo expuesto en el punto 8.1.3.

8.2.1.2. Costos de Operación Anual (COA)

Se obtienen de igual manera que lo expuesto en el punto 8.1.4.

8.2.1.3. Costos de Inversión del Rebobinado (CIR) Corresponde al costo en que se debe incurrir por el rebobinado del estator del motor que debe ser sometido a mantenimiento correctivo. Según lo expuesto en el archivo “Mantención DES 1998-2007.xls”, contenido en el Anexo Digital que se encuentra en el CD de respaldo del presente trabajo, se obtienen los siguientes modelos, para representar el costo de rebobinar el estator.

49

4,466 176,1

Pr Re [ ]

[ ]

Y X

Y Costos del oceso de bobinado USD

X Potencia HP

= ⋅ +==

Vale la pena destacar, que dicho archivo fue construido a partir de los registros de mantención de la planta llevados a cabo durante 1998 a 2007, es decir de los últimos 10 años.

8.2.1.4. Costos de Inversión del Motor Nuevo (CI) Se obtienen de igual manera que lo expuesto en el punto 8.1.6

8.2.1.5. Flujos del Proyecto Para realizar la evaluación económica del proyecto, se consideran los Costos de Inversión y Operación de ambas opciones a través del tiempo. Al realizar lo anterior se obtienen los siguientes flujos de caja a través del tiempo:

( ) ( )0 ( ) ( )

'

' : Re

:

_ 100

' _ 1'

nom nom

MotorObsoleto MotorNuevo

nom

nom

F CRM CIP P

Fi COA COA COA COA

Donde presenta paramétros del motor nuevo

i Año de Evaluación

P fc hrs an peCOA

P fc hrs an peCOA

η

= −= − = −

⋅ ⋅ ⋅ ⋅=

⋅ ⋅ ⋅ ⋅=

( )

( )

1

1

00

'

'_ 100

'

' 1( ) ( ) _ 100

' 1

' 1( ) ( ) _ 100

' 1

nom nom

nnom nom

nom nom ii

nnom nom

nom nom i

i

P PFi fc hrs an pe

P PVAN CIR P CI P fc hrs an pe

k

P PVAN CIR P CI P fc hrs an pe

k

Donde

η

η η

η η

η η

=

=

⇒ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ −

⋅⇒ = − + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ +

⋅⇔ = − + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ +

∑

∑

D

n Horizonte de Evaluación

k Tasa de escuento

==

50

8.2.2. Evaluación de la Mejor Opción de Compra de un Motor para un Nuevo Proyecto

Se analizan diversas opciones de compra de motores nuevos para posibles expansiones de una o más partes de la planta, para posteriormente indicar cuál de esta es la que presenta una mayor rentabilidad.

Las opciones consideradas se diferencian entre sí por el valor que la eficiencia nominal del equipo

alcanza, lo que se ve reflejado en el costo de fábrica del mismo. Para el análisis de consideran las normativas de motores eficientes expuestas en las sección Anexos, es decir, EFF1, EFF2 y EFF3.

8.2.2.1. Valorización de las Pérdidas Anuales de Energía Se obtienen de igual manera que lo expuesto en el punto 8.1.3.

8.2.2.2. Costos de Operación Anual (COA)

Se obtienen de igual manera que lo expuesto en el punto 8.1.4.

8.2.2.3. Costos de Inversión del Motor Nuevo (CI) Se obtienen de igual manera que lo expuesto en el punto 8.1.6

8.2.2.4. Elección de la Alternativa más Rentable Para realizar la evaluación económica del proyecto, se considera como la más rentable aquella que presente un menor costo de inversión y operación a través del tiempo Para obtener esto se llevan al año 0 todos los flujos en el tiempo considerados en el análisis, obteniéndose con esto un Costo de Inversión y Operación Equivalente (CIOE) en el año 0 para cada una de las opciones consideradas, permitiendo discriminar entre estas de acuerdo a la relación de orden que se tenga para el CIOE. Eso es:

51

( )

( )

1

1

( )

_ 100

1

1

_ 100 1( )

1

_( )

k k

nom

kk nom

k

nk k k

ii

knk k nom

nom iki

kk k nom

nom

CI CI P

P fc hrs an peCOA

Donde k representa la Opción k de Compra

CIOE CI COAr

P fc hrs an peCIOE CI P

r

P fc hrs anCIOE CI P

η

η

=

=

=

⋅ ⋅ ⋅ ⋅=

⇒ = + ⋅+

⋅ ⋅ ⋅ ⋅⇔ = + ⋅+

⋅ ⋅ ⋅⇔ = +

∑

∑

( )

*

1

*

100 1

1

r Descuento

i = Año de Evaluación

, :

n

iki

k k

pe

r

Donde Tasa de

n Horizonte de Evaluación

Se debe encontrar k que cumpla que

CIOE CIOE

η =

⋅ ⋅+

=

=

<

∑

52

8.3. Consideraciones Generales en los Cálculos asociados a las Medidas de UEE. Los elementos considerados como relevantes para la evaluación de un proyecto son subjetivos, pues dependen del criterio del evaluador. Por lo mismo es que a continuación se exponen los argumentos que justifican que ciertos aspectos que pudiesen ser considerados como relevantes en la obtención de indicadores económicos, según la metodología y cálculos expuestos con anterioridad, no sean considerados en dichos cálculos.

• Costos asociados a la detención de un motor activo en planta: La detención de un grupo de motores tiene efecto sobre la producción de la planta. De hecho se expuso en la tabla 7.2-2, que la detención de un motor en cualquier parte de la Planta de Sulfuros de DES que se encuentra alimentada desde los 12 [kV], tiene un efecto catalogado como MC o pérdida de producción. Para evitar lo anterior, se considera la sustitución de motores de acuerdo al mantenimiento programado o preventivo con que se dispone.

• Valorización del aumento de confiabilidad: Los elementos relevantes en la valorización económica del aumento de confiabilidad se mencionan en el capítulo 10, sin embargo la dificultad para fijar una metodología que pueda ser expandida a casos similares imposibilita realizar un análisis numérico al respecto. Sin embargo se tendrán en cuenta los efectos que se producen al aumentar la confiabilidad de un parque de motores, pero de modo cualitativo.

• Costos de Mantenimiento: Este ítem no se considera como parte del proyecto, ya que se supone que ya sea un motor nuevo eficiente o un motor usado, ambos con similares características técnicas (Frame, Voltaje nominal, Número de polos, Potencia nominal, etc), se tienen costos de mantenimiento muy similares para ambos casos, por lo que los efectos de esta diferencia no tienen incidencia alguna en los resultados finales.

53

8.4. Modelos Estadísticos asociados a las Medidas de UEE. La complejidad o falta de una metodología clara y transversalmente aceptada para la obtención de determinados parámetros de funcionamiento de los motores en planta, que son relevantes en los cálculos expuestos en el presente capítulo, amerita la obtención de los mismos a través de otros medios que excluyan o complementen la recolección de datos en terreno. Bajo este contexto se propone la utilización de una serie de modelos llevados a cabo utilizando la estadística obtenida a partir del estudio del estado del arte del tema, lo que permita la obtención de aproximaciones de ciertos parámetros de los equipos, permitiendo con esto la evaluación técnico-económico de las medidas, que es el fin último del presente estudio.

8.4.1. Determinación de la eficiencia nominal de un equipo en planta

Si no se cuenta con un valor de la eficiencia nominal (ηo) de un motor operativo, valor original del motor cuando éste está nuevo y medido a plena carga, se puede obtener del modelo construido12 durante este estudio para este fin. El modelo entrega la eficiencia nominal de un

motor según su año de fabricación, para lo cual se utiliza la Tabla 8.1.3.1 como referencia.

Tabla 8.4.1 - 1: Eficiencia Nominal de un Motor según su Año de Fabricación.

Con lo anterior es posible generar una tabla de las pérdidas nominales que se tienen para un

motor (Perdnom) según su año de fabricación, simplemente usando que:

[%][%]100 ONOMPerd η+=

12 Los datos fueron obtenidos de: Andreas, JC.: "Energy Efficient Electric Motors”, Editorial Marcel Decker,

New York, 1982, Norma Nema, 1993. Mayor información puede ser encontrada en la sección Anexo Digital, en el

archivo “Eficiencia vs Antigüedad.xls” contenida en el CD de respaldo del presente trabajo.

54

Tabla 8.4.1 - 2: Pérdidas Nominales de un motor según su año de fabricación. Para modelar las pérdidas nominales de un motor para un mismo año de fabricación se eligió un modelo que reflejará dos cosas importantes:

1. Las pérdidas nominales disminuyen conforme se aumenta la potencia nominal del Motor.

2. Mientras mayor sea la potencia nominal, más difícil es el disminuir las pérdidas

(aspectos constructivos del motor). Considerando lo anterior eligió el siguiente modelo:

nFabricaciódeAñoj

PérdidasY

HPMotordelPotenciaX

X

abY

j

j

[%]

][

===

+=

Para determinar },{ jj ba , se realizó la siguiente minimización para cada año de fabricación j:

( )

0

[ ] 8.1.3 2

j

j NOM j i

i i

j

j

i

j j

j j

i k

NOM

aMin b Perd X

X

asa b

X

a ab b con i k

X X

Xi Valores para P HP según Tabla

+ −

+ >

+ < + >

= −

∑

Lo anterior produce los siguientes resultados.

55

Tabla 8.4.1-3: Modelo Eficiencia según año de Fabricación Por lo tanto, de acuerdo al año de fabricación del motor, se utiliza una proyección lineal de los parámetros del modelo construido, para determinar el valor de la Eficiencia.

( ) ( )100 100

( ) ( )

,

Eficiencia Nominal [%]

Potencia Nominal [ ]

jii j

ak i a j kY b b

j i X j i X

i k j

i j Intervalo de Evaluación

k Año de Evaluación

Y

X HP

− − = ⋅ − + + ⋅ − + − −

< <

==

A continuación se muestran los valores para la Eficiencia Nominal que se tienen según su año de fabricación, obtenidos a través del modelo expuesto en el presente capítulo:

56

Figura 8.4.1: Modelo Eficiencia según año de Fabricación

8.4.2. Determinación de la eficiencia real de un equipo en planta

Si no se cuenta con un valor de la eficiencia real (η) del motor operativo se puede obtener dicho valor del modelo construido a partir de la recolección de datos. Dicho modelo es:

[%] [%] [ /1] [ /1] [ /1]O PEC o PEAU o PEPR oη η= ⋅ ⋅ ⋅

Donde:

• PEC : Penalización de la eficiencia debido al grado de carga del motor, medida [0/1] • PEAU : Penalización de la eficiencia debido a los años de uso del motor, medida [0/1] • PEPR: Penalización de la eficiencia debido a los procesos de rebobinado sobre el motor,

medida [0/1]

57

8.4.2.1. Obtención de PEC13 Para calcular el factor de penalización por grado de carga (PEC) que afecta a la eficiencia nominal de un motor, debido a que este último no trabaja a carga nominal, se utiliza el siguiente modelo:

( ) ( )2 [ /1]

1 0,5 0,5

: arg [ /1]

C

C O O C

C

fPEC o

f f

Donde f Factor de C a o

η η=

⋅ + − ⋅ ⋅ +

=

El modelo se obtuvo a partir de estadística realizada por Programa de Investigaciones en Energía (PRIEN), para la Corporación Nacional del Cobre Codelco-Chile.

8.4.2.2. Obtención de PEAU14

Se calcula el factor de penalización por años de uso (PEAU) del motor que afecta a la eficiencia nominal del motor debido al uso que ha tenido éste último, lo que provoca un incremento de sus pérdidas en el fierro, por roce y por ventilación, y pérdidas en el cobre debido a los procesos de mantenimiento y reparaciones, usando la siguiente expresión:

2

1,163 0,174

0,999

[ /1]

[ /1]

Y X

R

Y Eficiencia Actual o

X Eficiencia Original o

= ⋅ −=

==

El modelo se obtuvo a partir de estadística realizada por Programa de Investigaciones en Energía (PRIEN), para la Corporación Nacional del Cobre Codelco-Chile, y se presenta con más detalle en la sección Anexos.

8.4.2.3. Obtención de PEPR

Se estima el factor de penalización de la eficiencia por proceso de rebobinados (PEPR), a partir de:

bobinadoderocesosdeNúmeroNPR

NPRPEPR

Re P

[%] )2100(

=⋅−=

Lo anterior establece que la Eficiencia Nominal del motor se ve disminuida en 2% en promedio, por cada proceso de rebobinado que se le realice al motor, según la bibliografía consultada15.

13 Mayor información puede ser encontrada en la sección Anexo Digital, en el archivo “Degradación de la

Eficiencia.xls” contenida en el CD de respaldo del presente trabajo. 14 Mayor información puede ser encontrada en la sección Anexo Digital, en el archivo “Eficiencia vs Factor

de Carga.xls” contenida en el CD de respaldo del presente trabajo. 15 Fuente: Montgomery, David: “How to specify and evaluate energy efficient motors.General Electric

Company, Tennessee, 1981.

58

9. Resultados Obtenidos mediante el Software desarrollado16 En este capítulo se muestran los principales resultados obtenidos mediante el uso del software desarrollado en conjunto con el presente trabajo, según lo expuesto en el capítulo anterior, y conforme a la metodología expuesta en el capítulo número cinco.

9.1. Caso Análisis de Fallas Se trabajó sobre el área de la producción Molienda Convencional+Flotación, que constituye la parte de la planta con un mayor potencial para la implementación de programas de UEE, según el análisis realizado en los capítulos siete y ocho. Esta área de la producción constituye un 31% del parque de motores, representando un 27,11% de la potencia instalada total de la planta (71 motores y 10.140 [HP] respectivamente) 17

9.1.1. Estadística de Fallas considerada en el Modelo La estadística de falla utilizada en el Modelo, considera el mantenimiento correctivo llevado a cabo durante los años 1999-2007 en el parque de motores existente en el área de estudio, y es la que se muestra a continuación.

Tabla 9.1.1-1: Estadística de Falla considerada en el Estudio.

16 Todos los resultados expuestos en el presente capítulo se han obtenido utilizando el valor promedio del dólar

para el año 2007, por lo que constituye la base para este parámetro. 17 Mayor detalle sobre las cifras expuestas en esta sección puede ser encontrado en la sección Anexo Digital en

el archivo “Informe de Cargas DES.xls”

59

Mediante dichos registros es posible obtener una estimación de la ocurrencia de fallas según la distribución de Weibull, de acuerdo a lo expuesto en el punto 8.1.2, que entrega los siguientes resultados.

Tabla 9.1.1-2: Estimación de la Ocurrencia de Fallas según Distribución de Weibull Lo que gráficamente se puede ver de la siguiente forma.

Figura 9.1.1: Valores y Estimación de la Ocurrencia de Fallas según DW Lo anterior entrega según lo expuesto en el punto 8.1.1, un tiempo medio entre fallas de 3,2 años, por lo que según 8.1.2, califica al grupo de motores como motores obsoletos, lo que justifica el enfocar esta medida del programa de UEE, en esta zona de la producción. En lo que sigue se presentan los principales indicadores económicos obtenidos mediante las simulaciones realizadas. Primeramente se expondrán según el nivel de potencia del grupo homólogo de motores, para de esta manera identificar los rangos de potencia en que esta medida entrega mejores resultados, para posteriormente variar los resultados macro según los principales parámetros relacionados con el cálculo de dichos indicadores.

60

9.1.2. Indicadores Económicos según la Potencia Nominal del Grupo de Motores a Sustituir.

Los resultados obtenidos son expuestos considerando la sustitución de un grupo de motores

homólogos, es decir, un grupo de motores que realizan funciones similares bajo condiciones de operación semejantes, y que presentan un mismo nivel de potencia nominal. Con lo anterior se podrá determinar el segmento del parque de motores que presenta mejores resultados desde el punto de vista económico.

Tabla 9.1.2-1: Flujo de Caja para el Proyecto.

Para lo anterior, se consideraron los siguientes valores para los parámetros que intervienen en el cálculo de los resultados expuestos.

• Se consideraron los Flujos para 10 años, conformando este último el horizonte de evaluación del proyecto.

• Se consideró una tasa de descuento del 10%.

• Se consideró un precio monómico de la electricidad de 65 [USD/MWh], que corresponde aproximadamente a la estimación18 de este valor para los clientes libre en el SIC en el mediano plazo.

• La evaluación se realizó considerando el recambio por un motor eficiente del tipo EFF1 o Nema Premium, según lo expuesto en la sección Anexos.

Gráficamente, los principales indicadores económicos para cada grupo de motores, según el nivel de potencia de estos, se ven de la siguiente manera:

18 Estimación obtenida de [11] “Seminario: Contingencia en el Mercado Energético Nacional y la Visión del

Consumidor No Regulado - Situación Actual del Mercado Eléctrico, Visión de SYNEX”, de Renato Agurto de Synex.

61

Figura 9.1.2-1: VAN y TIR según la Potencia Nominal del Grupo de Equipos a Reemplazar. En la Figura anterior, se observan valores actuales netos (VAN) positivos para cada uno de los grupos de motores considerados en el proyecto. Los valores van desde los 7.938 [USD] a los 535.801 [USD], obteniéndose un valor para la tasa interna de retorno (TIR) que se mantiene cercano al 38% para todos los casos analizados. Lo mismo se observa para el período de recuperación del capital (PRC) el que se mantiene cercano a los 36 meses, es decir, aproximadamente tres años. A nivel global, se obtiene un VAN total para el proyecto cercano a los 1,1 [MMUSD], con una TIR equivalente cercana al 38% y un PRC de 36 meses. Para lograr esto se debe realizar una inversión de 783.051 [USD]. Además el proyecto implicaría dejar de consumir casi 47[GWh] de energía eléctrica en los 10 años considerados para la evaluación, es decir, aproximadamente 4,7 [GWh] anuales. Teniendo en cuenta que el consumo anual de energía eléctrica en DES fue de 261,33 [GWh] en el año 2006, el ahorro energético anual equivale a un 1,79% del consumo anual, contribuyendo a alcanzar las metas de reducción energética planteadas a nivel de AAPLC en casi un 12% (en relación al consumo de energía eléctrica). Como se dijo anteriormente, se obtienen valores para la TIR y PRC que no dependen de la

potencia nominal de los equipos donde se implementa la medida. Lo contrario se observa para el caso del VAN, donde si existe una dependencia entre este último y la potencia nominal de los motores a sustituir. Sin embargo el análisis efectuado con anterioridad, no considera los problemas técnicos-culturales que implica el recambio de motores de grandes dimensiones, como lo son:

• La cultura empresarial presente en las faenas mineras es reticente a la sustitución de motores activos en planta, ya que se acostumbra decir que “un motor antiguo funcionando vale más que un motor nuevo eficiente”.

• La disponibilidad inmediata por parte de los proveedores de motores, considerando

equipos de esta envergadura.

• La reticencia al cambio del personal involucrado, pues se desconfía de la innovación y se duda de las ventajas económicas de mediano y largo plazo.

62

• La importancia de este tipo de dispositivos en la producción de la planta, traduce la eventual salida de operación de uno de estos motores en un efecto catastrófico en la línea de producción de la planta.

Esto y otros puntos constituyen la principal barrera para la puesta en marcha de programas de este tipo, y es un factor que se debe tener en cuenta en el momento de evaluar proyectos de estas características, por lo que se retomará con mayor profundidad en el onceavo capítulo. Si se considera idéntica configuración a la utilizada para obtener los resultados en la Tabla 9.1.2-1, se obtiene que en promedio la distribución de costos (llevando todos los flujos en el tiempo al año cero y discriminando por naturaleza de los mismos, según sean de inversión, reparación u operación), viene dada por:

Figura 9.1.2-2: Distribución de los Costos que en Promedio se obtienen en el Análisis sobre Motores Usados

Figura 9.1.2-3: Distribución de los Costos que en Promedio se obtienen en el Análisis sobre Motores Nuevos Las cifras expuestas, reflejan la conveniencia en la implementación de programas de este tipo. Lo anterior se debe principalmente al ahorro introducido por la mejora en la eficiencia nominal del motor en planta, debido a que el costo asociado al pago de la energía consumida por el motor, o costo de operación, representa casi la totalidad de los costos asociados a dicho equipo (lo que se puede observar en las Figuras 9.1.2-2 y 9.1.2-3), por lo que cualquier medida que implique un ahorro sustancial en la energía consumida debería ser considerada de ser sometida a análisis. Por lo mismo es que al considerar el recambio por motores de la mejor eficiencia posible, o al considerar precios peaks para la energía eléctrica, es cuando se obtienen los mejores resultados, que es lo que se observará a continuación.

63

9.1.3. Indicadores Económicos y Flujos del Proyecto A continuación se muestran los flujos globales del proyecto, y los indicadores económicos asociados a éstos, al considerar la suma de los flujos de caja parciales que se expusieron en el punto 9.1.2, (flujos de caja para cada grupo de motores homologables de una misma potencia nominal), fijando diversos valores para el precio monómico de la energía eléctrica y para todos los tipos de motor eficiente que se tomaron en cuenta para la realización de este estudio.

Tabla 9.1.3: Indicadores Económicos y Flujos de Caja del Proyecto Donde se consideró que:

• Caso sólo VAN > 0: Corresponde a la suma de los flujos parciales que si aportan económicamente (VAN del flujo de un grupo de motores de determinada potencia, debe ser positivo para ser considerado en el global).

Los resultados obtenidos corroboran el comportamiento descrito en la sección anterior, ya que se observa que la rentabilidad del proyecto mejora al considerar la sustitución de los motores de la planta, por motores nuevos que presenten una eficiencia nominal catalogada como EFF1 o Nema Premium. Lo mismo ocurre al considerar un alza en el precio asociado al consumo de energía eléctrica. De acuerdo a los resultados obtenidos y planteados en la sección 9.1 del presente trabajo, se puede concluir que se obtienen resultados que económicamente justifican la introducción de la medida denominada como análisis de fallas en este trabajo de titulo, en un programa de UEE. Lo anterior ocurre no sólo al considerar aproximaciones justificadas para los parámetros más relevantes en el cálculo de indicadores económicos, sino que también se obtienen resultados satisfactorios al realizar variaciones en torno a esos valores. No obstante lo anterior, se deben tener en cuenta las barreras de entrada asociadas a la implementación de este tipo de medidas.

64

9.1.4. Determinación de la Inversión Óptima En lo que sigue, se realizará un análisis para obtener la mejor distribución de la inversión en la medida de UEE analizada en este punto del documento. Para realizar esto, se considerarán los mismos valores que en el punto 9.1.2 para los parámetros relevantes en el análisis económico.

9.1.4.1. Rentabilidad según Inversión Realizada. A continuación se muestran en orden decreciente, el cuociente que se obtiene entre la rentabilidad obtenida por inversión realizada, según los datos expuestos en la Tabla 9.1.2-1.

Tabla 9.1.4.1-1: Rentabilidad según Inversión Realizada para la medida analizada en el punto 9.1.2

Lo anterior se realiza para establecer una relación de orden, o lista de mérito, que muestre donde se debe invertir, conforme a obtener la mejor rentabilidad, para una inversión inicial determinada. Agregando verticalmente los datos expuestos en la tabla anterior, y calculando la rentabilidad e inversión por el número de motores a sustituir, se obtiene lo siguiente.

Tabla 9.1.4.1-2: Rentabilidad según Inversión Realizada para la Medida Analizada en el punto 9.1.2, Agregando Verticalmente los Resultados Obtenidos

Usando la tabla anterior, se construyen las siguientes figuras.

65

Figura 9.1.4.1-1: Rentabilidad según Inversión Realizada para la Medida Analizada en el Punto 9.1.2

Figura 9.1.4.1-2: Rentabilidad e Inversión según N° de Motores para la Medida Analizada en el Punto 9.1.2 De acuerdo a lo anterior, se observa que la rentabilidad es proporcional a la inversión inicial (aproximadamente 2 veces) para todos los casos analizados, pero no al número de motores considerados en el proyecto. De acuerdo a esto, se debe invertir en la zona de la curva donde se tenga una mayor pendiente (cuociente rentabilidad v/s número de motores considerados). Si se considera el primer decrecimiento importante (5% con respecto al punto anterior) en los datos expuestos en la tabla 9.1.5.1-2, se obtiene que se deben considerar a lo más 17 motores, que representarían un 7.489 [HP] de potencia nominal instalada, que requiere de aproximadamente 556 [MUSD] de inversión, para obtener un VAN cercano a los 784 [MUSD].

66

9.1.4.2. Ahorro de Energía según Inversión Realizada. Se muestran en orden creciente, el cuociente que se obtiene entre la inversión realizada para obtener un ahorro de energía determinado, según los datos expuestos en la Tabla 9.1.2-1.

Tabla 9.1.4.2-1: Ahorro según Inversión Realizada para la Medida Analizada en el Punto 9.1.2

Lo anterior se realiza para establecer una relación de orden, o lista de mérito, que muestre donde se debe invertir, conforme a obtener el mejor ahorro de energía, para una inversión inicial determinada. Agregando verticalmente los datos expuestos en la tabla anterior, se obtiene lo siguiente.

Tabla 9.1.4.2-2: Ahorro según Inversión Realizada para la Medida Analizada en el punto 9.1.2, Agregando Verticalmente los Resultados Obtenidos

Usando la tabla anterior, se construyen las siguientes figuras.

67

Figura 9.1.4.2-1: Ahorro según Inversión Realizada para la medida analizada en el punto 9.1.2

Figura 9.1.4.2-2: Ahorro e Inversión según Número de Motores para la medida analizada en el punto 9.1.2

De acuerdo a lo anterior se observa una relación cuadrática entre la inversión inicial y el ahorro de energía que se obtiene, observándose un punto de decrecimiento importante (5% con respecto al punto anterior), a los 595 [MUSD] invertidos. Similar tendencia se observa entre la inversión y el número de motores considerados en el proyecto. De acuerdo a esto, se debe invertir en la zona de la curva donde se tenga una mayor pendiente (cuociente ahorro de energía v/s número de motores considerados). Considerando ambas restricciones se concluye que deben considerarse a lo más 21 motores, que representan 7.989 [HP] de potencia nominal instalada, que significarían aproximadamente 595[MUSD] de inversión, para obtener un ahorro anual cercano a los 4,34 [GWh].

68

9.2. Caso Modernización

Se expondrán los resultados más relevantes, conforme a lo señalado en los puntos 5.4, 5.5 y 8.2 del presente trabajo. Se localizó el estudio sobre todos los consumos en baja tensión (CBT) de la planta concentradora de cobre de división El Soldado. Dicho universo constituye un 97,38% del parque de motores presentes en la planta concentradora de DES, además de significar un 56,95% de la potencia instalada total de la planta (223 motores y 21.300 MW respectivamente).

9.2.1. Rebobinado v/s Compra de un Motor Eficiente Los resultados más significativos obtenidos para la medida 5.4, conforme a los cálculos que se explicitan en 8.2.1, se exponen a continuación.

9.2.1.1. Indicadores Económicos según la Potencia Nominal del Grupo de Motores a Sustituir.

Los resultados obtenidos son una vez más expuestos, considerando la sustitución de un grupo de motores homólogos. Con lo anterior se podrá determinar el segmento del parque de motores que presenta mejores resultados desde el punto de vista económico.

Tabla 9.2.1.1-1: Flujo de Caja para el Proyecto.

Para lo anterior, se consideraron los siguientes valores para los parámetros que intervienen en el cálculo de los resultados expuestos.

• Se consideraron los flujos para 10 años, conformando este último el horizonte de evaluación del proyecto.

• Se consideró una tasa de descuento del 10%.

• Se consideró un precio monómico de la electricidad de 65 [USD/MWh], que corresponde aproximadamente a la estimación de este valor para los clientes libres en el SIC en el mediano plazo.

• La evaluación se realizó considerando el recambio por un motor eficiente del tipo EFF1 o Nema Premium, según lo expuesto en la sección Anexos.

69

Gráficamente, los principales indicadores económicos obtenidos para el grupo de motores de cada uno de los procesos productivos considerados en esta sección, según el nivel de potencia de los mismos, se muestran en las cuatro figuras siguientes.

Figura 9.2.1.1-1: VAN según la Pnom de los Equipos a Reemplazar para Chancado y Nueva Flotación

Figura 9.2.1.1-2: VAN según la Pnom de los Equipos a Reemplazar para Molienda y Molienda SAG

Figura 9.2.1.1-3: TIR según la Pnom de los Equipos a Reemplazar para CBT de DES

70

Figura 9.2.1.1-4: PRC según la Pnom de los Equipos a Reemplazar para CBT de DES

De las cuatro figuras anteriores, se puede concluir que al considerar la sustitución de un grupo de motores homólogos da como resultado un VAN positivo, sin importar la potencia del grupo de motores a reemplazar, obteniéndose valores que van desde los 661 a los 744.698 [USD]. Similar comportamiento se obtiene al considerar la tendencia de la TIR, que varía entre los 20,74 y 83,37%, y la tendencia del PRC, que lo hace entre los 16 y 66 meses. También se observa que la rentabilidad del proyecto depende directamente del lugar de aplicación de la medida de UEE en cuestión, lo que justifica el sectorizar adecuadamente la aplicación de la

misma en un proyecto de UEE. De acuerdo a las características técnicas de operación de cada uno de los procesos, donde se aprecian cifras bastantes discordantes, se tiene que al ordenar ascendentemente los procesos asociados a los CBT, según el nivel de rentabilidad económica de los mismos, da como resultado que:

• Nueva Flotación: TIR cercana al 21% con un PRC próximo a los 66 meses • Molienda SAG: TIR cercana al 31% con un PRC próximo a los 44 meses • Chancado 2° y 3°: TIR cercana al 42% con un PRC próximo a los 33 meses • Molienda Convencional: TIR cercana al 50% con un PRC próximo a los 28 meses

Al igual que en el punto 9.1, no se observó una marcada relación entre la potencia nominal del

grupo de motores a sustituir, y el valor asociado a la TIR o al PRC, teniéndose sólo relaciones de orden según la parte de la planta donde se realiza el análisis. A nivel global, es decir si se considera la sustitución de todos los motores asociados a una de las partes de la planta consideradas en este punto, se obtiene un VAN total para el proyecto cercano a los 2,26 [MMUSD], con una TIR equivalente cercana al 38% y un PRC de 36 meses. Para lograr esto se debe realizar una inversión cercana a los 1,56 [MMUSD]. Además el proyecto implicaría el dejar de consumir más de 95,5[GWh] de energía eléctrica en los 10 años considerados para la evaluación, es decir, aproximadamente 9,6 [GWh] anuales. Considerando que el consumo anual de energía eléctrica en DES fue de 261,33 [GWh] en el año 2006, el ahorro energético equivale a un 3,65% de dicho consumo, contribuyendo a alcanzar las metas de reducción energética, al menos para la energía eléctrica, planteadas a nivel de AAPLC en un 24,4%, con respecto a la meta del 15%.

71

Además se observa que la rentabilidad del proyecto tiende a aumentar, conforme lo hace la potencia nominal del equipo que se desea reemplazar, lo que ya fue observado en el análisis realizado para el caso análisis de fallas, por lo que se deberán tener las mismas consideraciones que las expuestas para ese caso. Vale la pena destacar que para complementar lo anterior, se abordarán con mayor detalle estas y otras consideraciones en el capítulo once de este trabajo de titulo. Si se considera idéntica configuración a la utilizada para obtener los resultados en la Tabla 9.2.1.1-1, se obtiene que en promedio la distribución de costos (llevando todos los flujos en el tiempo al año cero y discriminando por naturaleza de los mismos, según sean de inversión u operación), viene dada por:

Figura 9.2.1.1-5: Distribución de los Costos que en Promedio se obtienen en el Análisis sobre Motores Usados

Figura 9.2.1.1-6: Distribución de los Costos que en Promedio se obtienen en el Análisis sobre Motores Nuevos Estas cifras (VAN, TIR y PRC obtenidos) reflejan la conveniencia en la implementación en programas de este tipo. Lo anterior se debe principalmente al ahorro introducido por la mejora en la eficiencia nominal del motor en planta, debido a que el costo asociado al pago de la energía consumida por el motor, o costo de operación, representa casi la totalidad de los costos asociados a dicho equipo (Se puede observar lo anterior en las Figuras 9.1.2-3 y 9.1.2-4), por lo que cualquier medida que implique un ahorro sustancial en la energía consumida debería ser considerada de ser sometida a análisis. Por lo mismo es que al considerar el recambio por motores de la mejor eficiencia posible, o al considerar precios peaks para la energía eléctrica, es cuando se obtienen los mejores resultados, que es lo que se observará a continuación.

72

9.2.1.2. Indicadores Económicos y Flujos del Proyecto. A continuación se muestran los flujos globales del proyecto, y los indicadores económicos asociados a éstos, al considerar la suma de los flujos de caja parciales que se expusieron en el punto 9.1.2, (flujos de caja para cada grupo de motores homologables de una misma potencia nominal), fijando diversos valores para el precio monómico de la energía eléctrica y para todos los tipos de motor eficiente que se tomaron en cuenta para la realización de este estudio.

Tabla 9.2.1.2-1: Indicadores Económicos y Flujos de Caja del Proyecto

Donde se consideró que:

• Caso sólo VAN > 0: Corresponde a la suma de los flujos parciales que si aportan económicamente (VAN del flujo de un grupo de motores de determinada potencia, debe ser positivo para ser considerado en el global).

Los resultados obtenidos corroboran el comportamiento descrito en la sección anterior, ya que se observa que la rentabilidad del proyecto mejora al considerar la sustitución de los motores de la planta, por motores nuevos que presenten una eficiencia nominal catalogada como EFF1 o Nema Premium. Lo mismo ocurre al considerar un alza en el precio asociado al consumo de energía eléctrica. De acuerdo a los resultados obtenidos y planteados en la sección 9.2.1 del presente escrito, se puede concluir que se obtienen resultados que económicamente justifican la introducción de la medida denominada como Rebobinado v/s Compra de un motor eficiente en este trabajo de titulo, en un programa de UEE. Lo anterior ocurre no sólo al considerar aproximaciones justificadas para los parámetros más relevantes en el cálculo de indicadores económicos, sino que también se obtienen resultados satisfactorios al realizar variaciones en torno a esos valores.

73

9.2.1.3. Determinación de la Inversión Óptima En lo que sigue, se realizará un análisis para obtener la mejor distribución de la inversión en la medida de UEE analizada en este punto del documento. Para realizar esto, se considerarán los mismos valores que en el punto 9.2.1.1 para los parámetros relevantes en el análisis económico.

9.2.1.3.1. Rentabilidad según Inversión Realizada. Usando la misma metodología que la realizada en el punto 9.1.4.1, es posible obtener la rentabilidad que se obtiene para una inversión determinada, para la medida de UEE expuesta durante el presente capítulo, de manera de obtener el mejor provecho para este capital de inversión.

Figura 9.2.1.3.1: Rentabilidad según Inversión Realizada para la Medida Analizada en el punto 9.2.1, Agregando Verticalmente los Resultados Obtenidos

74

Figura 9.2.1.3.1-1: Rentabilidad según Inversión Realizada para la Medida Analizada en el Punto 9.2.1.1

Figura 9.2.1.3-2: Rentabilidad e Inversión según N° de Motores para la Medida Analizada en el Punto 9.2.1.1 De acuerdo a lo anterior se observa una relación cuadrática entre la inversión inicial y la rentabilidad que se obtiene, observándose un marcado punto de decrecimiento (5% con respecto al punto anterior) a los 672 [MUSD] invertidos. En cuanto a la rentabilidad (inversión) y el número de motores considerados en el proyecto, no se observa una tendencia clara (polinomial a trazos). De acuerdo a esto, se debe invertir en la zona de la curva donde se tenga una mayor pendiente (cuociente rentabilidad v/s número de motores considerados). Considerando ambas restricciones y tomando el primero de los tramos donde se observa un decrecimiento, se tiene que se deben considerar a lo más 65 motores, representando 9.395 [HP] de potencia nominal instalada, que significaría aproximadamente 672 [MUSD] de inversión, para obtener 1,41[MMUSD] de VAN.

75

9.2.1.3.2. Ahorro de Energía según Inversión Realizada. Usando la misma metodología que la realizada en el punto 9.1.4.2, es posible obtener el ahorro de energía eléctrica que se obtiene para una inversión realizada, para la medida de UEE expuesta durante el presente punto (9.2.1), de manera de obtener el máximo ahorro posible para esa capital invertido.

Tabla 9.2.1.3.2: Ahorro según Inversión Realizada para la Medida Analizada en el punto 9.2.1, Agregando Verticalmente los Resultados Obtenidos

Figura 9.2.1.3.2-1: Ahorro según Inversión Realizada para la medida analizada en el punto 9.2.1.1

76

Figura 9.2.1.3.2-2: Ahorro e Inversión según Número de Motores para la medida analizada en el punto 9.2.1.1

De acuerdo a lo anterior se observa una relación cuadrática entre la inversión inicial y el ahorro de energía eléctrica que se obtiene, observándose un marcado punto de decrecimiento (5% con respecto al punto anterior) a los 672 [MUSD] invertidos. En cuanto al comportamiento entre ahorro de energía (inversión) y el número de motores considerados en el proyecto, no se observa una tendencia clara (polinomial a trazos). De acuerdo a esto, se debe invertir en la zona de la curva donde se tenga una mayor pendiente (cuociente rentabilidad vs número de motores considerados). Considerando ambas restricciones y tomando el primero de los tramos se tiene que se deben considerar a lo más 65 motores, representando 9.395 [HP] de potencia nominal instalada, que significaría un ahorro anual de aproximadamente 5,21 [GWh] considerando una inversión cercana a los 672 [MUSD].

9.2.2. Evaluación de la Mejor Opción de Compra de un Motor para un Nuevo Proyecto

Los resultados más significativos obtenidos para la medida 5.5, conforme a los cálculos que se explicitan en 8.2.2, se exponen a continuación. Si se consideran los siguientes valores para los parámetros que intervienen en el cálculo de los flujos de caja a través de tiempo:

• Un horizonte de evaluación del proyecto de 4 años.

• Una tasa de descuento del 10%.

• Un precio monómico de la electricidad de 65 [USD/MWh], que corresponde aprox. a la estimación de este valor para los clientes libre en el SIC durante el mediano plazo.

• La evaluación se realizó considerando los flujos que se obtienen de la compra de motores

eficientes del tipo EFF1 o Nema Premium y EFF2. Se consideró la resta de los flujos a través de tiempo del primero con el segundo de los casos, por lo que un VAN positivo, refleja la conveniencia de comprar un motor EFF1 con respecto a uno EFF2.

77

Entonces de acuerdo a esto, es posible observar ciertos rangos en que la implementación de motores del tipo EFF1 resulta económicamente más rentable que el hacerlo por motores del tipo EFF2. Exactamente es esto lo que se expone a continuación.

Tabla 9.2.2.1-1: Conveniencia de Motores del tipo EFF1 por sobre EFF2 por proceso productivo DES.

Si se consideran las mismas suposiciones que las expuestas para elaborar la Tabla 9.2.2.1-1, al observar el efecto que tiene el horizonte de evaluación n, en la elección de la mejor opción de compra se tiene que:

Tabla 9.2.2.1-2: Conveniencia de Motores del tipo EFF1 por sobre EFF2 por proceso productivo DES para diversos valores en el horizonte de evaluación

Considerando los mismos supuestos, al observar el efecto que tiene el precio monómico de la electricidad Pe en la elección de la mejor opción de compra, se observa que:

Tabla 9.2.2.1-3: Conveniencia de Motores del tipo EFF1 por sobre EFF2 por

proceso productivo DES para diversos valores en el precio monómico de la energía De las dos tablas anteriores se puede concluir que, a medida que aumenta el precio monómico de la energía eléctrica o a medida que se considera un horizonte más extenso para la evaluación del proyecto, se tienen mayores casos en que la compra de un motor EFF1 es más conveniente que uno EFF2. De todas maneras, y considerando la características de operación de cada una de las partes de la planta, se tiene que la compra de un motor con el más alto estándar de eficiencia, es la mejor opción desde el punto de vista de la rentabilidad del proyecto en la mayoría de los casos. Sólo sucede lo contrario, cuando se evalúa la compra de motores demasiado pequeños (Menor a 20 [HP] de Pnom), pues la inversión relacionada no se ve compensada con el ahorro económico derivado del menor gasto en electricidad. Utilizando los mismos supuestos que los utilizados en la obtención de los tablas anteriores, es posible evaluar la conveniencia en la compra de motores del tipo EFF1, o motores eficientes NEMA Premium, por sobre los motores que presenten una eficiencia estándar o EFF3.

78

La evaluación de lo anterior presenta permite, igual que para el caso anterior, que es posible observar ciertos rangos en que la implementación de motores del tipo EFF1 resulta económicamente más rentable que hacerlo por motores del tipo EFF3. Exactamente es esto lo que se expone a continuación.

Tabla 9.2.2.1-4: Conveniencia de Motores del tipo EFF1 por sobre EFF3 por proceso productivo DES.

Tomando en cuenta las mismas suposiciones, al observar el efecto que tiene el horizonte de evaluación n, en la elección de la mejor opción de compra se tiene que:

Tabla 9.2.2.1-5: Conveniencia de Motores del tipo EFF1 por sobre EFF3 por proceso productivo DES para diversos valores en el horizonte de evaluación

De idéntica forma, al observar el efecto que tiene el precio monómico de la electricidad Pe en la elección de la mejor opción de compra, se tiene que:

Tabla 9.2.2.1-6: Conveniencia de Motores del tipo EFF1 por sobre EFF3 por

proceso productivo DES para diversos valores en el precio monómico de la energía

Se observa el mismo fenómeno que el observado para la comparación previa, es decir a medida que se aumentan los años de evaluación o el precio monómico de la energía eléctrica, la elección de motores de alta eficiencia conviene a un número mayor de motores. Además es posible observar que los indicadores económicos obtenidos para la evaluación de compra de motores del tipo EFF1 por sobre EFF3 son mejores, desde el punto de vista de la rentabilidad del proyecto, que los obtenidos al comparar la compra de motores EFF1 por sobre EFF2. Lo anterior indica que, para la mayoría de los casos, la compra de motores de una mayor eficiencia es la mejor opción de comprar para nuevos proyectos o ampliaciones de la planta, según las condiciones de operación que se tienen en cualquier faena de la gran minería del cobre en Chile, en particular para los consumos de baja tensión de la planta concentradora de cobre de división El Soldado.

79

9.3. Conclusiones del Capítulo Las conclusiones que se obtienen a partir de los resultados expuestos para las medidas tendientes a alcanzar un mejor uso de la energía eléctrica en la sección denominada como molienda convencional, en su dimensión análisis de fallas, se exponen a continuación. • Mediante la aproximación de la estadística de fallas recolectada entre 1999-2007 de la

molienda convencional de DES, utilizando la función de distribución de Weibull, se obtuvo un tiempo medio entre fallas de 3,2 años. Según este resultado y lo expuesto en el punto 8.1.2, el grupo de motores considerados en el análisis califica como motores obsoletos, lo que justifica la realización de esta medida en la etapa de la producción seleccionada anteriormente.

• Se determinaron las principales variables que determinan la rentabilidad de la aplicación de esta medida en el programa de UEE, según la metodología y cálculos aplicados en el presente trabajo. Estos son:

� Horizonte de evaluación del proyecto. � Tasa de descuento del proyecto. � Precio monómico de la energía eléctrica asociado al consumo que hace la planta de este

insumo como cliente libre en el SIC. � El grado de eficiencia que alcanza el motor nuevo eficiente, según lo expuesto en la

sección Anexos.

• Al considerar una evaluación del proyecto de 10 años, con una tasa de descuento de un 10%, teniendo en cuenta la sustitución por motores que cumplan la normativa impuesta por NEMA Premium o EFF1 y un precio monómico de la energía eléctrica de 65 [USD/MWh] (que corresponde según [11], aproximadamente a la estimación de este parámetro para los contratos asociados a clientes libres en el SIC en el mediano plazo), se obtienen los siguientes resultados.

� Un VAN que varía entre los 7.938 [USD] y los 535.801 [USD], según el bloque de

potencia en donde se realiza la sustitución. � Una TIR que varía entre un 38,11% y un 39,90%, según el bloque de potencia en

donde se realiza la sustitución. � Un PRC que varía entre los 34 y los 36 meses (3 años), según el bloque de potencia en

donde se realiza la sustitución. � Una inversión, si se considera un reemplazo total, de 738 [MUSD]. � Un VAN igual a 1,1 [MMUSD] al realizar el cambio de todos los motores que

económicamente pueden ser considerados como rentable. � Una TIR de un 38,17% al realizar el cambio de todos los motores que económicamente

pueden ser considerados como rentable. � Una ahorro de energía de 46,84 [GWh], en los 10 años de evaluación, al realizar el

cambio de todos los motores que económicamente pueden ser considerados como rentable. El ahorro anual de energía corresponde al 1,79% del consumo total de energía eléctrica que se tiene en la DES.

80

� La distribución de los costos que en promedio se obtienen, para el caso de la utilización de motores usados durante todo el horizonte de evaluación, es la siguiente.

� Los costos de operación equivalen a un 99,87 % de los costos totales. � Los costos de reparación equivalen a un 0,13 % del los costos totales.

� La distribución de los costos que en promedio se obtienen, para el caso de la utilización

de motores nuevos durante todo el horizonte de evaluación, es la siguiente.

� Los costos de operación equivalen a un 97,78 % de los costos totales. � Los costos de reparación equivalen a un 0,14 % de los costos totales. � Los costos de inversión equivalen a un 2,08 % de los costos totales.

� Se determinó la mejor manera de invertir el capital, conforme a maximizar la

rentabilidad obtenida por capital invertido. Esto entrega como resultado, un recambio de 17 motores, representando 7.489 [HP] de potencia nominal instalada, que significaría aproximadamente 556 [MUSD] de inversión, para obtener un VAN cercano a los 784 [MUSD].

� Se determinó la mejor manera de invertir el capital, conforme a maximizar el ahorro de

energía eléctrica por capital invertido. Esto entrega como resultado, un recambio de 21 motores, representando 7.989 [HP] de potencia nominal instalada, que significarían aproximadamente 595[MUSD] de inversión, para obtener un ahorro de energía eléctrica anual cercano a los 4,25 [GWh].

• Según la distribución de los costos, tanto para la utilización de motores obsoletos como

motores nuevos eficientes en planta, se tiene que el pago de la energía eléctrica asociada al consumo que los motores realizan de ésta, representa casi la totalidad de los costos asociados a la inversión, operación y reparación de los mismos. Debido a esto es que se puede señalar que:

� Cualquier mejora significativa en la eficiencia nominal de un motor en planta, que se realice invirtiendo una cantidad razonable de recursos, se traducirá en un ahorro monetario por concepto de ahorro en el costo operacional del motor. Debido a esta razón es que se observa que el reemplazo de motores que entrega una mejor rentabilidad, son en general, los motores EFF1 (o Nema Premium), debido a que presentan valores más elevados de eficiencia nominal que las otras opciones consideradas en este estudio.

� A medida que el costo asociado al precio del suministro eléctrico sube, sube también el

costo asociado a la operación del motor. De hecho debido a la relevancia de los costos de operación en los costos totales, se podría decir que esta relación es prácticamente lineal. Por lo tanto a medida que se produzcan alzas en los precios asociados a la distribución de la energía eléctrica, se tendrán mejor indicadores económicos en este tipo de iniciativas.

81

• Considerando el punto anterior, se tiene que al variar el precio monómico de la electricidad, considerando un período de evaluación de 10 años y una tasa de descuento de 10%, se obtiene una tendencia para los indicadores económicos que es casi lineal. Los valores mínimos y máximos para éstos se obtienen al evaluar en los extremos del rango considerado para el precio monómico. Si se consideran éstos iguales a 50 y 75 [USD/MWh], se tiene que:

• Al analizar la implementación de la medida de UEE en cuestión, se observó que la rentabilidad en la aplicación de la misma, es mayor conforme se reemplaza un motor que presente una mayor potencia de placa. No obstante lo anterior, es conveniente tener cuenta que existen una serie de barreras para la implementación de este tipo de medidas en motores de gran envergadura. Dichas razones serán discutidas con detalle en el onceavo capítulo del presente trabajo.

Las conclusiones que se obtienen a partir de los resultados obtenidos para el caso de la implementación de la medida Rebobinado v/s compra de un motor eficiente, que se enmarca como una de las medidas de UEE enmarcadas como modernización, en todos los consumo de baja tensión (CBT) de la planta concentradora de cobre de DES, se muestran a continuación.

• Se determinaron las principales variables que determinan la rentabilidad de la aplicación de

esta medida en el programa de UEE, y son las mismas que las analizadas para la medida de análisis de fallas.

• Al considerar una evaluación del proyecto de 10 años, con una tasa de descuento de un 10%, teniendo en cuenta la sustitución por motores que cumplan la normativa impuesta por NEMA Premium o EFF1 y un precio monómico de la energía eléctrica de 65 [USD/MWh] (que corresponde según la literatura consultada ([11]) aproximadamente a la estimación de este parámetro para los contratos asociados a clientes libres en el SIC), se obtienen los siguientes resultados.

� Un VAN que varía entre los 661 [USD] y los 744.698 [USD], según el bloque de potencia en donde se realiza la sustitución.

� Una TIR que varía entre un 20,74% y un 83,37%, según el lugar de implementación de la medida. No se observa una dependencia de este valor con la potencia nominal del grupo de motores a sustituir.

� Un PRC que varía entre los 16 y los 66 meses (2 a 6 años), según el lugar de implementación de la medida. No se observa una dependencia de este valor con la potencia nominal del grupo de motores a sustituir.

� La variación de ambos valores TIR y PRC según el lugar de implementación de la medida se muestra a continuación

82

� Nueva Flotación: TIR cercana al 21% con un PRC próximo a los 66 meses. � Molienda SAG: TIR cercana al 31% con un PRC próximo a los 44 meses. � Chancado 2° y 3°: TIR cercana al 42% con un PRC próximo a los 33 meses. � Molienda Conv: TIR cercana al 50% con un PRC próximo a los 28 meses

� Una inversión, si se considera el reemplazo total, de 1,6 [MMUSD]. � Un VAN igual a 2,26 [MMUSD] al realizar el cambio de todos los motores que

económicamente pueden ser considerados como rentable. � Una TIR de un 38,31% al realizar el cambio de todos los motores que económicamente

pueden ser considerados como rentable. � Una ahorro de energía de 95,5 [GWh] en los 10 años de evaluación, al realizar el

cambio de todos los motores que económicamente pueden ser considerados como rentable. El ahorro anual de energía eléctrica corresponde a un 3,65% del consumo que se tiene en DES.

� La distribución de los costos que en promedio se obtienen, para el caso de la utilización de motores usados durante todo el horizonte de evaluación, es la siguiente.

� Los costos de operación equivalen a un 99,70 % de los costos totales. � Los costos de inversión equivalen a un 0,3 % de los costos totales.

� La distribución de los costos que en promedio se obtienen, para el caso de la utilización de motores nuevos durante todo el horizonte de evaluación, es la siguiente.

� Los costos de operación equivalen a un 96,04 % de los costos totales. � Los costos de inversión equivalen a un 3,96 % de los costos totales.

� Se determinó la mejor manera de invertir el capital, conforme a maximizar la rentabilidad obtenida por capital invertido. Esto entrega como resultado, un recambio de 65 motores, representando 9.395 [HP] de potencia nominal instalada, que significaría aproximadamente 672 [MUSD] de inversión para obtener un VAN cercano a los 1,41 [MMUSD].

� Se determinó la mejor manera de invertir el capital, conforme a maximizar el ahorro de

energía eléctrica por capital invertido. Esto entrega como resultado, un recambio de a lo más 65 motores, representando 9.395 [HP] de potencia nominal instalada, que significaría un ahorro anual de aproximadamente 5,21 [GWh], para una inversión de 672 [MUSD].

� Según la distribución de los costos, tanto para la utilización de motores obsoletos como motores nuevos eficientes en planta, se tiene que el pago de la energía eléctrica asociada al consumo que los motores realizan de ésta, representa casi la totalidad de los costos asociados a la inversión, operación y reparación de los mismos, lo que coincide con el comportamiento observado en la implementación del programa en su fase análisis de fallas, por lo que se deben tener en cuenta los mismos antecedentes expuestos para esa sección.

83

• Considerando el punto anterior, se tiene que al variar el precio monómico de la electricidad, considerando un período de evaluación de 10 años y una tasa de descuento de 10%, se obtiene una tendencia para los indicadores económicos que es casi lineal. Los valores mínimos y máximos para éstos se obtienen al evaluar en los extremos del rango considerado para el precio monómico. Si se consideran éstos iguales a 50 y 75 [USD/MWh], se tiene que:

Las conclusiones que se obtienen a partir de los resultados obtenidos para el caso de la compra de un motor nuevo eficiente, que se enmarca como una de las medidas de UEE catalogadas como de modernización, en todos los consumos de baja tensión de la planta concentradora de cobre, se muestran a continuación. • Se observa que la opción de compra para futuras expansiones de los CBT en la planta

concentradora de cobre, que presenta un mayor atractivo desde el punto de vista económico, es en la mayoría de los casos, la adquisición de motores de alta eficiencia.

• Lo anterior se debe principalmente a los intensos ciclos de trabajo a los que se someten este tipo de dispositivos, sin importar el lugar que estos ocupen en la producción de la planta, en este tipo de proceso productivo, aunque se distinguen zonas de la producción más propicias para la implementación de esta medida. En el presente estudio, se encontró que el área de la producción más idónea es la molienda convencional debido a los índices de consumo que en ésta se tienen.

• Se analizó el efecto de la variación de los parámetros relevantes en la evaluación económica,

en la decisión del tipo de motor a usar, observándose que al aumentar el precio monómico de la energía o los años de evaluación, se obtiene un mayor número de casos en que la opción de compra de motores eficientes es la más adecuada. De todas formas este efecto no se considera relevante para el estudio, ya que las variaciones no son considerables.

• La recomendación de compra va a depender del área de la planta donde se desea evaluar, además de los factores mencionados en el párrafo anterior, pero se puede decir en líneas generales, que para los motores de más de 30 [HP] la opción de compra más adecuada es la de un motor eficiente, NEMA Premium o EFF1, ya que bajo estas condiciones se logra recuperar la inversión realizada en un número acotado de meses, por concepto de ahorro monetario derivado del menor consumo de energía eléctrica.

84

10. Proyecto Piloto de Reemplazo en DES En el presente capítulo se exponen los resultados obtenidos, para un caso particular de aplicación, de una de las medidas de UEE abordadas en este proyecto, dando a conocer los resultados que se pueden obtener al implementar proyectos de este tipo.

10.1. Alcance El proyecto consiste en la evaluación técnico-económica de la sustitución de 4 líneas de motores que operan sobre las celdas de flotación de DES, y donde cada línea consta de nueve motores. Para fines de este estudio se supondrá un comportamiento idéntico para cada una de estas, de manera de facilitar el cálculo y generalizar los resultados. Con la realización de este proyecto, de carácter piloto en la industria de la gran minería en Chile, se busca comprobar la factibilidad económica en el reemplazo de motores por unidades de mayor eficiencia. Debido a que los equipos se encuentran actualmente operativos en planta, se abordará el problema mediante la metodología expuesta en el presente trabajo como análisis de fallas. A continuación se exponen las características técnicas de los equipos a reemplazar y las características de funcionamiento de la planta, donde se encuentran operando dichos dispositivos.

Tabla 10.1: Características del Proyecto Piloto a Implementar en DES

85

A continuación se exponen y discuten los resultados obtenidos considerando los datos expuestos anteriormente.

10.2. Resultados Esperados para el Proyecto Piloto Al ingresar parte de la información expuesta en 10.1, se puede obtener mediante el modelo desarrollado en 8.1, valores para los parámetros que permiten determinar los costos de operación, inversión y mantenimiento de los motores actualmente utilizados en planta. Algunos puntos que se deben tener en cuenta para dicho cálculo, se detallan a continuación. • Mediante el año de puesta en marcha del motor, y el modelo construido en 8.4.1, se determinó

una eficiencia nominal para los equipos en planta de 88,94%.

• Mediante el modelo construido en 8.4.2.1, el valor de PEC, o penalización de la eficiencia debido al grado de carga del motor, fue estimado en 0,9974 [o/1].

• Mediante el modelo construido en 8.4.2.2, el valor de PEAU, o penalización de la eficiencia

debido a los años de uso del motor, fue estimado en 0,9674 [o/1]. • Mediante el modelo construido en 8.4.2.3, el valor de PEPR, o penalización de la eficiencia

debido a los procesos de rebobinado sobre el motor, fue estimado en 0,9766, debido a que en promedio los dispositivos han sido rebobinados 1,0035 durante su vida de funcionamiento.

• Se determinó una eficiencia real para los equipos en planta de 83,81%, a través de:

[%]

88,94 0,9974 0,9674 0,9766=83,81%O PEC PEAU PEPRη η

η= ⋅ ⋅ ⋅= ⋅ ⋅ ⋅

• Se determinaron las pérdidas anuales de energía, según 8.1.3, es decir.

6

6

746746

_ [ ]10

746 25 0,8036746 25 0,8036

0,83818.533 24,7 [ ]

10

medmed

PP

PAE hrs an MWh

PAE MWh

η ⋅ − ⋅ = ⋅

⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ ⇒ = ⋅ =

A continuación se resumen los valores obtenidos.

Tabla 10.2-1: Datos Obtenidos a través del Modelo Desarrollado, para el Motor Operativo en Planta

86

Además es posible obtener los costos de operación anual o COA y los costos de reparación o CR, según lo expuesto en 8.1.4 y 8.1.5. Esto es. • Costos anuales asociados al consumo de suministro eléctrico o COA, viene dado por.

_ 1000,746 [USD]

25 0,8036 8.5330,746 =152.590 [USD]

0,8381

nomP fc hrs an peCOA

peCOA pe

η⋅ ⋅ ⋅ ⋅= ⋅

⋅ ⋅ ⋅⇒ = ⋅ ⋅

Si se considera el precio de la electricidad pe=65, 95 y 125 [USD/MWh], se tiene que.

Tabla 10.2-2: Costos de Operación para el Motor Operativo en Planta • Costos de reparación asociados a los motores operativos en planta, viene dado por.

( )

( )2,9971

2,9971

1

-2,9971 3,58342,9971

( ) ( )

( ) 100 ( ) 4,155 186,78

2,9971( ) 100 ( ) 4,155 25 186,78

3,5834

E

i

nom

i

CR i CRMC PFalla i

CR i i e P

CR i i e

i Año de valuación

α

αα βα

αβ

−−

−

= ⋅

= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ +

= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ +

=

Considerando la las fórmulas anteriores se obtiene que.

Tabla 10.2-3: Probabilidad de Falla y Costos de Reparación para el Motor Operativo en Planta De igual manera considerando los parámetros de α y β utilizados para modelar el comportamiento de motores nuevos, se tiene que.

87

Tabla 10.2-4: Probabilidad de Falla y Costos de Reparación para el Motor Nuevo En lo que sigue se exponen los resultados, y además se obtienen parámetros similares a los expuestos en la Tabla 10.2-1 y 10.2-2, pero para el motor nuevo que reemplazaría al motor operativo. Se considerará, al igual que lo realizado en el capítulo anterior, la sustitución por motores del tipo EFF1 o NEMA Standards MG 1- 2003, EFF2 o NEMA Standards MG 1- 1998 y EFF3 o motores de eficiencia estándar. Para realizar la evaluación económica, en todos los casos, se considerarán las siguientes apreciaciones.

• Un horizonte de evaluación de cinco años.

• Una tasa de descuento del 12%.

• La estadística de falla expuesta en el punto 9.1.1, pues todas las líneas de motores pertenecen a la zona de la planta denominada como Molienda Convencional+Flotación, debido a la división del sistema eléctrico de la planta, que fue expuesto con anterioridad.

El precio monómico de la energía tomará tres valores, de manera de representar tres escenarios distintos desde el punto de vista del suministro eléctrico. Estos son:

• 65 [USD/MWh], que representa aproximadamente el valor del insumo para el largo plazo, según la bibliografía consultada19.

• 95 [USD/MWh], que representa aproximadamente el valor promedio que se tendría entre Enero de 2010 a Enero de 2011, según la bibliografía consultada.

• 125 [USD/MWh], que representa aproximadamente el valor promedio que se tendría Entre

Enero de 2009 a Enero de 2010, según la bibliografía consultada. Para una correcta interpretación de los resultados que se expondrán, se deben realizar previamente las siguientes definiciones.

• N° de horas Críticas: Son el mínimo número de horas que el motor debe trabajar en un año, para que la sustitución del motor activo en planta por un motor más eficiente, sea rentable.

19 Estimación obtenida de [11] “Seminario: Contingencia en el Mercado Energético Nacional y la Visión del

Consumidor No Regulado - Situación Actual del Mercado Eléctrico, Visión de SYNEX”, de Renato Agurto de Synex.

88

• Carga Media Crítica: Es la mínima potencia media que el motor debe soportar en su eje en un año, para que la sustitución del motor activo en planta por un motor más eficiente, sea rentable.

• Precio Crítico de la Energía: Es el mínimo valor de la energía eléctrica que debe existir, para que la sustitución del motor activo en planta por un motor más eficiente, sea rentable.

• Eficiencia Real Crítica: Es el máximo valor que la eficiencia real del equipo en planta puede tomar, para que la sustitución del motor activo por un motor más eficiente, sea rentable.

10.2.1. Caso 1: Sustitución por un Motor EFF1

Tabla 10.2.1-1: Datos Obtenidos a través del Modelo Desarrollado, para el Motor Tipo EFF1

En las tablas 10.2.1-1, 10.2.2-1 y 10.2.3-1 eficiencia nominal, eficiencia real y pérdidas anuales de energía fueron calculadas de igual manera que en la tabla 10.2-1. De igual manera, se tiene que. • Ahorro anual de energía corresponde a la resta de las pérdidas anuales de energía que se tienen

tanto para el motor usado como para el motor nuevo.

• Costo de inversión corresponde a un 30 % sobre el costo de fábrica del motor a adquirir, que según lo expuesto en 8.1.6, corresponde a.

De esta manera, se obtienen los siguientes indicadores económicos.

Tabla 10.2.1-2: Resultados Económicos para la Sustitución por Motores Tipo EFF1

89

Según lo expuesto, se concluye que para los tres escenarios considerados, se consiguen indicadores económicos que ameritan la implementación del proyecto. Además se observa que aunque se realizarán variaciones en las condiciones de operación de la planta, los resultados seguirían marcando la misma pauta. Por ejemplo, al considerar el peor de los escenarios (65 USD/MWh) en las definiciones realizadas en la página 85, se tiene que.

• Aunque se variará en un 33% el número de horas anuales de utilización de los motores, lo que es una enorme variación, el proyecto seguiría siendo rentable.

• Aunque se disminuyera en un 48% la carga original de los motores, el proyecto seguiría siendo rentable.

• El mínimo precio de la energía eléctrica que se puede pagar para que el proyecto siga

siendo rentable, es de aproximadamente 43 [USD/MWh], que es aproximadamente lo que se pagaba cuando no existían restricciones en el envío de gas natural argentino.

• Considerando que la eficiencia real del equipo en planta fue estimada en 83,81%, es

posible un error en esta estimación de hasta 2,82%, y que el proyecto siga siendo rentable.

Evidentemente los parámetros descritos en los últimos cuatro puntos, admiten aún mayores rangos de operación al considerar escenarios más favorables (95 y 125 USD/MWh).

10.2.2. Caso 2: Sustitución por un Motor EFF2

Tabla 10.2.2-1: Datos Obtenidos a través del Modelo Desarrollado, para el Motor Tipo EFF2

Tabla 10.2.2-2: Resultados Económicos para la Sustitución por Motores Tipo EFF2 Según lo expuesto, al igual que para el caso anterior, se concluye que para los tres escenarios considerados, se consiguen indicadores económicos que ameritan la implementación del proyecto, aún cuando se realicen pequeñas variaciones en las condiciones de operación de la planta. Por ejemplo, al considerar el peor escenario, se tiene que.

90

• Aunque se variará en un 37% el número de horas anuales de utilización de los motores, lo que es una enorme variación, el proyecto seguiría siendo rentable.

• Aunque se disminuyera en un 50% la carga original de los motores, el proyecto seguiría siendo rentable.

• El mínimo precio de la energía eléctrica que se puede pagar para que el proyecto siga

siendo rentable, es de aproximadamente 40,84 [USD/MWh], que es aproximadamente lo que se pagaba cuando no existían restricciones en el envío de gas natural argentino.

• Considerando que la eficiencia real del equipo en planta fue estimada en 83,81%, es

posible un error en esta estimación de hasta 2,5%, y que el proyecto siga siendo rentable.

Evidentemente los parámetros descritos en los últimos cuatro puntos, admiten aún mayores rangos de operación al considerar escenarios más favorables (95 y 125 USD/MWh).

10.2.3. Caso 3: Sustitución por un Motor EFF3

Tabla 10.2.3-1: Datos Obtenidos a través del Modelo Desarrollado, para el Motor Tipo EFF3

Tabla 10.2.3-2: Resultados Económicos para la Sustitución por Motores Tipo EFF3 A diferencia de los dos casos anteriores, no se observan resultados económicos que ameriten la implementación del proyecto, al menos para el escenario base de 65 [USD/MWh]. De todas maneras, se observan resultados menos rentables en comparación a la sustitución de motores de mayor eficiencia, para los otros escenarios considerados en las simulaciones.

91

10.3. Conclusiones del capítulo Los resultados obtenidos para el reemplazo de los 36 de motores de 25 [HP], que se encuentra operando en Molienda convencional+Flotación, son: • Al considerar un horizonte de evaluación de cinco años, una tasa de descuento del 12% y la

estadística de falla expuesta en el punto 9.1.1, se obtienen resultados económicos que ameritan la sustitución de motores activos en planta por motores eficientes del tipo EFF1 y EFF2. Esto ocurre no sólo al considerar valores peaks para el suministro de energía eléctrica, sino que también para valores como los que se espera tener en el largo plazo.

• Lo anterior no es replicable para la sustitución de motores activos por motores del tipo EFF3, o de eficiencia estándar, debido a la baja rentabilidad que se obtendría con este actuar.

• Al realizar variaciones en torno a los valores actuales de operación de los motores, no se

obtendrían resultados diferentes desde el punto de vista de la implementación del programa. Esto es, ya que para que ocurriera esto, las variaciones deberían ser demasiado grandes, afectando de sobremanera en los parámetros de funcionamiento de la planta, lo que es especialmente falso en la industria de la minería donde se tienen condiciones de funcionamiento sumamente constantes en el tiempo.

• Se obtuvo una tolerancia del al menos un 2,5% en el cálculo de la eficiencia real de los

equipos en planta, lo que da algo de tolerancia al modelo en el cálculo de este parámetro.

92

11. Antecedentes para la Implementación del Proyecto

11.1. Dificultades para la puesta en marcha de Proyectos de UEE

El desarrollo de proyectos de uso eficiente de energía eléctrica, en la mayoría de los casos concluye en soluciones convenientes desde el punto de vista económico. No obstante, es necesario considerar el grado de validez de los datos utilizados para las evaluaciones, y por sobre todo, las reales posibilidades de implementación que tengan las soluciones propuestas. En relación a lo anterior, es importante señalar que un problema habitual en este tipo de proyectos, es la resistencia al cambio del personal involucrado, pues se desconfía de la innovación y se duda de las ventajas económicas de mediano y largo plazo. De hecho la cultura empresarial presente en las faenas mineras es reticente a la sustitución de motores activos en planta, ya que se acostumbra decir que “un motor antiguo funcionando vale más que un motor nuevo eficiente”. Es necesario por lo tanto modificar la mentalidad y convencer a las personas que toman las decisiones en la planta para introducir estos cambios. Lo anterior se enmarca como uno de los objetivos de la realización del presente trabajo de título, donde se demuestra que económicamente la aplicación de una serie de medidas de UEE es justificada. Además se observó en los resultados expuestos en el capítulo anterior, que en general al aumentar la potencia nominal del equipo donde se implementa la medida de UEE, se obtienen mejores indicadores económicos para la realización del proyecto. Sin embargo existen una serie de barreras para la implementación de este tipo de medidas en una determinada faena, debido a que el recambio de motores de grandes dimensiones trae consigo una serie de problemas técnicos-culturales. Algunos de estos son: • La disponibilidad de los proveedores de motores, considerando equipos de esta envergadura.

Además se debe considerar que muchos de estos presentan características de funcionamiento que deben ser adaptadas al realizar una sustitución (Frame, Métodos de acople, etc), lo que puede significar mayores plazos para la puesta en marcha de motores que sustituyan motores operativos con estas características.

• La importancia de este tipo de dispositivos en la producción de la planta, traduce la eventual salida de operación de uno de estos motores en un efecto catastrófico en la línea de producción de la planta. Por lo mismo es que se dificulta el solo hecho de tener acceso al motor

93

11.2. Proyección del Precio Monómico de la Energía para Clientes Libres en el SIC

Es por todos conocidos la difícil situación actual que enfrenta el sistema eléctrico chileno, y los posibles escenarios de racionamiento que se proveen en el corto plazo. Muchas pueden ser las razones de tal situación, mas es claro el efecto que tienen o tuvieron los siguientes factores:

• Indisponibilidad de gas natural argentino en el mercado local. • Falta de inversiones en el sector generación derivada de la inestabilidad regulatoria. • Complejidad para la aprobación de grandes proyectos.

Considerando lo anterior, el mercado se ha ajustado para poder disminuir el efecto de estos y otros factores, con al menos las siguientes medidas:

• Liberalización del precio de la energía asociado a las distribuidoras. • Incorporación de proyectos alternativos en la matriz de generación (GNL, ERNC)

Para reflejar lo que se busca con ésto, se muestra una estimación20 de la evolución del precio spot y de nudo de la energía en la barra Quillota 220 [kV] (SIC).

Precio Spot y Precio de Nudo de EnergíaQuillota 220kV

405060708090

100110120130140150160170180190200210220230240250260

Ene

-07

Jul-07

Ene

-08

Jul-08

Ene

-09

Jul-09

Ene

-10

Jul-10

Ene

-11

Jul-11

Ene

-12

Jul-12

Ene

-13

Jul-13

Ene

-14

Jul-14

Ene

-15

Jul-15

Ene

-16

Jul-16

US$/M

Wh

Precio Spot Energía

Precio Nudo Energía

Figura 11.2: Precio Spot y Precio de Nudo de la Energía en el SIC (Barra Quillota 220 kV)

La tendencia en las curvas expuestas anteriormente, refleja el efecto en los precios asociados al suministro eléctrico en el corto plazo de la denominada crisis energética, sólo observándose una regularización del mercado en el mediano plazo (Período 2011 – 2012), principalmente al ingreso de grandes proyectos de generación como lo son:

20 Estimación obtenida de [11] “Seminario: Contingencia en el Mercado Energético Nacional y la Visión del

Consumidor No Regulado - Situación Actual del Mercado Eléctrico, Visión de SYNEX”, de Renato Agurto de SYNEX.

94

• Hidroeléctricas: Aysén, Neltume • Térmicas: Carbón, Ciclo combinado con GNL.

De acuerdo a lo anterior se esperan21 precios medios libres en el SIC en el período 2013 en adelante de:

• Energía: 54 US$/MWh • Potencia: 7.3 US$/kW/mes • Monómico: 67 US$/MWh

Lo que coincide estrechamente con los Resultados Proceso de Licitación Empresas Distribuidoras 2da Ronda-Noviembre 2007, que serían efectivos a partir del 2011, y que en el largo plazo deberían coincidir con el precio de la energía a clientes libres.

Tabla 11.2-1: Resultados Proceso de Licitación Empresas Distribuidoras 2da Ronda-Noviembre 2007

Según lo expuesto, se observa que en el corto plazo (2008 – 2011) el precio de la energía para los clientes libres en el SIC presenta valores máximos en relación a los precios que se esperan para el mediano o largo plazo. Lo anterior constituye un escenario inmejorable para la implementación de cualquiera de las medidas de UEE que se analizaron en el presente documento, pues se observó el poderoso efecto del precio de la energía en la rentabilidad del proyecto. A modo de ejemplo se exponen los resultados que se obtienen si se considera idéntica configuración que la mostrada en el punto 9.1.1, pero con un precio monómico de la energía que se mueve entre 120 [USD/MWh] y 170 [USD/MWh].

21 Estimación obtenida de [11] “Seminario: Contingencia en el Mercado Energético Nacional y la Visión del

Consumidor No Regulado - Situación Actual del Mercado Eléctrico, Visión de SYNEX”, de Renato Agurto de SYNEX.

95

Tabla 11.2-2: Resultados obtenidos considerando valores Peaks del CMg caso Análisis de Fallas

De la misma forma, se exponen los resultados que se obtienen si se considera idéntica configuración que la mostrada en el punto 9.2.1, pero con un precio monómico de la energía que se mueve entre 120 [USD/MWh] y 170 [USD/MWh].

Tablaa 11.2-3: Resultados obtenidos considerando valores Peaks del CMg caso Modernización

Se observa que para ambos casos, al considerar valores para el costo marginal como los que se esperan entre los años 2009 – 2011, se obtienen indicadores económicos que ameritan la inmediata puesta en marcha de las medidas estudiadas en el presente capítulo, observándose tasas de retornos superiores al 73% con un períodos de recuperación de a lo más 19 meses (un año y medio).

96

11.3. Factores Relevantes en la Valorización Económica del Aumento de Confiabilidad del Parque

de Motores22

La frecuencia y probabilidad de detenciones de motores en uso, ya sea por mantenimiento, reparaciones, fallas imprevistas u otras razones, es un tema que debe ser considerado en la evaluación de medidas que afectan estos indicadores. Esto cobra sentido al tener en cuenta hechos relevantes, tales como: • La producción industrial y minera se caracteriza, cada vez más, por equipos que trabajan en

serie. Un equipo que falle en la cadena productiva puede hacer detener toda la producción de la planta.

• Los equipos son cada vez de mayor tamaño, existiendo menos líneas de producción en paralelo

que antes. Así, una falla en un equipo involucra detenciones de la producción en sectores claves del proceso. De este modo, gran parte de los motores pasan a ser críticos, si se considera que una falla trae consigo una considerable pérdida de producción.

En este contexto, la confiabilidad pasa a ser una variable primordial en una planta, lo que hace muy rentable sustituir sistemas de producción antiguos, y por ende poco confiables, por sistemas modernos y de alta confiabilidad, escenario que es propicio para la introducción de motores de alta eficiencia. Para ejemplificar esto se muestra la siguiente tabla, donde se resume el número de motores y sus respectivas potencias, de dos plantas de molienda de similar producción, pero construidas en un lapso de 20 años. Se observa con claridad que el número de motores disminuye dramáticamente (de 1324 a 240), aun cuando la potencia instalada se mantiene casi constante.

Tabla 11.3: Comparación Molienda Convencional con Molienda SemiAutógena

22 Muchos de los puntos expuestos en esta sección se obtuvieron de [6] “Caracterización del parque actual de

motores eléctricos en Chile”, Estudio realizado por PRIEN para la Subsecretaría del Ministerio de Minería.

Santiago, Diciembre de 2006.

97

Nota: Los antecedentes expuestos corresponden a planta que procesan aproximadamente 33.500 [Ton] de cobre por

día.

Además de lo anterior, se debe considerar que los motores eficientes son más confiables que los motores construidos bajo las normas antiguas. Esto se debe fundamentalmente a que junto con la eficiencia, se han mejorado un gran número de sus características constructivas, tales como: • Tapas que permiten menores vibraciones mecánicas (disminución de pérdidas de roce). • Cajas de conexión sobredimensionadas (disminución de pérdidas de Joule). • Laminaciones de estator y motor estampadas, fabricadas con fierro silicoso de alta calidad

(disminución de pérdidas en el fierro). • Balanceo dinámico de precisión (disminuye pérdidas mecánicas). • Ventiladores resistentes a la corrosión (disminuye pérdidas por ventilación). • Conductores eléctricos de conexión flexibles y anticorrosivos (disminuye pérdidas Joule). • Producción epóxica anticorrosiva para las partes rotatorias (disminuye pérdidas por roce). • Sistemas de lubricación avanzados de rodamientos (disminuye pérdidas por roce) que permiten

una mayor vida útil de ellos. Por tanto, un motor eficiente trae aparejado a su menor consumo de energía, una mejora de su

confiabilidad. Resulta, por tanto, necesario agregar a la evaluación económica de los mejoramientos por uso eficiente de la energía en motores eléctricos, el efecto de la mayor

confiabilidad que se logra en la planta producto de su incorporación. Sin embargo, es dificil realizar un análisis cuantitativo que entregue en valor que sea posible de extrapolar a dispositivos de otras áreas de la producción de la planta. Debido a la falta de representatividad asociada a lo anterior, y a la subjetividad para valorizar económicamente la detención de un grupo de motores, es que no se realizará dicho análisis cuantitativo, aunque se tendrá en cuenta de manera cualitativa.

98

11.4. Reducción en la Emisión de CO2 derivada de la implementación de las medidas de UEE.

11.4.1. Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) El Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) es un mecanismo del protocolo de Kyoto basado en proyectos, que tienen como objetivo reducir las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en países en desarrollo23. La United Nations Framework for the Climate Change Convention (UNFCCC) ha diferenciado los proyectos MDL, en tres grandes grupos:

Todo proyecto de reducción de emisiones de GEI, que forme parte del MDL, debe cumplir con las siguientes condiciones:

En relación a lo anterior, cabe destacar que dentro de los proyectos catalogados como a y b, se incluye la incorporación de proyectos de UEE, por lo que las medidas expuestas en el presente trabajo pueden ser consideradas como proyectos MDL de pequeña escala pues según los resultados expuestos en el capítulo nueve, los ahorros energéticos no superan los 15 [GWh] anuales (Mayor información en sección Anexos). 23 Mayor detalle puede ser encontrado en el Artículo 12 del Protocolo de Kyoto.

99

11.4.2. Mercado del Carbono El Mercado del Carbono es un sistema de comercio a través del cual los gobiernos, empresas o individuos pueden vender o adquirir reducciones de emisiones de GEI. Para llevar a cabo lo anterior, uno de los métodos más usados es la comercialización de los denominados CER o Reducciones Certificadas de Emisiones. Los CERs se generan durante la fase de ejecución de un proyecto y constituyen derechos o créditos transables dentro del mercado del carbono. En este sentido el CER es la unidad con la que trabaja el MDL y corresponde a una tonelada métrica de CO2 equivalente, tomando como referencia su potencial de calentamiento global.

11.4.3. Potencialidades de Ahorro De acuerdo a lo anterior es posible estimar el impacto en la reducción de emisiones de gases del efecto invernadero debido a la implementación de las medidas de UEE que expuestas en el presente trabajo. Para ello se debe calcular el factor de emisión tanto del SIC como del SING. Dicho factor se evaluó en base a la metodología adoptada por la junta ejecutiva de la UNFCCC, que considera el margen combinado (margen operacional y margen de nuevas plantas) para un sistema eléctrico. El factor de emisión del margen operacional EFOM, y se calculas según la fórmula siguiente:

, , ,,

,,

i j y i j

i j

OM y

j y

j

F COEF

EFGEN

⋅=∑

∑

• Fi,j,y : Cantidad de combustible i consumido por una fuente j en el año (s) y. • j : Se refiere a las plantas que entregan energía a la red, no se incluyen las plantas que se

despachan siempre por ser las de mínimo costo operativo. • COEFi,j : Coeficiente de emisión de CO2 del combustible i (tCO2 / unidad de masa o volumen

del combustible i) teniendo en cuenta el contenido de carbono de los combustibles utilizados por las fuentes j y el porcentaje de oxidación del combustible en los años y.

• GENj,y : Electricidad entregada a la red por la fuente j en el año y. El coeficiente COEFi , se calcula de la siguiente manera:

2, ,i j i CO i iCOEF NCV EF OXID= ⋅ ⋅

Donde: • NCVi : Poder calorífico inferior del combustible i, por unidad de masa o volumen del

combustible. • EFCO2,j : Factor de emisión de CO2 por unidad de energía del combustible i. • OXIDi : Factor de oxidación del combustible i.

100

El factor de emisión del margen de nuevas plantas requeridas EFBM,y se calcula según la siguiente fórmula:

, , ,,

,,

i m y i m

i m

BM y

m y

m

F COEF

EFGEN

⋅=∑

∑

Donde Fi,m,y, COEFi,m y GENj,m son análogos a las variables definidas en el caso del margen operacional. El factor de emisión ponderado EFy se calcula como sigue:

, ,y OM OM y BM BM yEF EF EFω ω= ⋅ + ⋅

Donde, OMω y BMω son las ponderaciones de ambos factores de emisión. Por defecto, ambos

ponderadores se consideran igual a 0,5.

Tabla 11.4.3-1: Factores de Emisión en los Principales Sistemas Eléctricos Chilenos Los ahorros de electricidad obtenidos para las medidas analizadas, multiplicados por el factor de emisión del sistema correspondiente permitirán estimar la reducción de la emisión de gases de efecto invernadero. De acuerdo a los resultados expuestos en el capítulo anterior se tiene que, considerando los valores más probables para los principales parámetros, los ahorros obtenidos son los siguientes:

Tabla 11.4.3-2: Ahorro Energético para dos de las medidas consideradas (Total en 10 años) Considerando lo anterior, y suponiendo la implementación de las medidas en el SIC (debido a la ubicación geográfica de DES), se tiene que una reducción anual de emisiones de:

101

Tabla 11.4.3-3: Reducción Anual de Emisiones de CO2 para dos medidas de UEE consideradas en este estudio Como referencia se exponen los resultados obtenidos para el proyecto Chacabuquito24

Tabla 11.4.3-4: Resultados del Proyecto Central Hidroeléctrica Chacabuquito. Si se consideran la misma valorización de las toneladas de CO2, que es de 3,5 [USD] por [Ton] de CO2 equivalente, se obtienen las siguientes utilidades anuales para ambos proyectos:

Tabla 11.4.3-5: Utilidades anuales para las medidas de UEE consideradas en el cálculo. Cabe destacar que ambas medidas analizadas tienen una zona de aplicación que se traslapa, por lo que si se calcula, la implementación de la medida analizada en 9.2.1, en todos los CBT menos en molienda convencional (que es el lugar de aplicación de la medida 9.1), se obtiene un ahorro conjunto anual de 8,614 [GWh] (3,93 [GWh] y 4,68 [GWh] respectivamente), que corresponden a 4.317 [TON] de CO2, que son valorizadas en 15.110 [USD].

24 Proyecto pionero en Chile de uso de MDL. Primer proyecto de MDL a nivel de generación de electricidad

en Chile. Mayor información puede ser obtenida al visitar

http://www.sofofa.cl/BIBLIOTECA_Archivos/Eventos/2004/10/1_Guardia_Vieja.pdf

102

11.5. Conclusiones del Capítulo • Aunque se demostró la rentabilidad asociada a la implementación de tres medidas de UEE en

una planta concentradora de cobre, es importante tener en consideración ciertos aspectos técnicos que también son relevantes a la hora de adoptar este tipo de medidas. Dicho tipo de consideraciones fueron enumeradas en el presente capítulo y conforman una barrera para la implementación de este tipo de medidas.

• En el capítulo nueve se observó la fuerte dependencia que existe entre las medidas de UEE

expuestas en este trabajo, y el precio monómico de la energía eléctrica. De acuerdo a estimaciones consultadas, se prevén valores máximos para este parámetro en el tramo 2008-2011, por lo tanto este es el período que se recomienda para la implementación de este tipo de medidas, pues se obtendrían los menores plazos para recuperar el capital. De todos modos el análisis de los resultados fue realizado considerando un valor para el precio monómico de la energía como el que se obtiene en el largo plazo, sin el efecto de la denominada crisis energética, para darle un valor más universal al estudio.

• Se explicitaron cuales son los elementos que deben ser considerados para realizar una

valorización económica del aumento de confiabilidad asociada a un grupo de motores. Sin embargo la imposibilidad de asignar un valor que pueda ser representativo de un proceso productivo asociado a una faena minera, impide el realizar un análisis cuantitativo al respecto.

• Según la bibliografía consultada, un proyecto como el descrito en este informe puede ser

considerado como un mecanismo de desarrollo limpio, por lo que es posible generar utilidades a través de la venta de bonos de carbono vía Reducción Certificado de Emisiones. Considerando la venta como en el caso de otros proyectos llevados a cabo en Chile, se estima una utilidad total de 15.110 [USD] anuales por este concepto, al aplicar las medidas de UEE analizadas en los puntos 9.1 y 9.2.1. Cabe destacar que para tomar parte en las transacciones llevadas a cabo en este mercado, es necesario transar un mínimo de TON CO2, por lo que se considera la asociación de este y otros proyectos de AACh o AAPLC para alcanzar al menos este valor mínimo, en caso de que la reducción de emisiones derivadas de este proyecto no alcance por sí solo dicho valor.

103

12. Conclusiones • Aunque un programa de Uso Eficiente de la Energía (UEE), puede ser llevado a cabo

simultáneamente en diversas partes del proceso de la producción de una planta cualquiera, se eligió sectorizar la aplicación del programa en una parte específica de la producción de la planta. La principal razón de este proceder, es que uno de los objetivos de la implementación del este plan es el marcar un precedente a nivel divisional o corporativo, por lo que el desarrollo del mismo debe ser gradual, definiendo el nivel en que se iniciará el programa y donde la incorporación de todas las medidas de optimización para el uso eficiente de la energía en un solo proyecto, es innecesaria.

• Al tomar en cuenta la naturaleza de los procesos llevados a cabo en cada bloque de la producción de División El Soldado (DES), y al parque de motores existente asociado a cada uno de estos bloques, se tiene que el lugar de la producción con más potencial para llevar a cabo un programa de UEE es el proceso de concentración de cobre, donde se tiene el 80% del consumo de energía eléctrica de toda la planta. En dicho proceso se considerarán las etapas de Chancado, Molienda, Flotación y Espesamiento y Filtrado.

• No existe pérdida de generalidad en utilizar datos de DES para la elección del área de la producción donde se implementarán las medidas de UEE, pues estos datos son representativos del proceso productivo del cobre en general, independiente de la división o corporación a la que pertenezcan.

• Se dividió el proceso de concentración del cobre llevado a cabo en la planta de sulfuros de

DES, en diversas etapas para facilitar la elección del nivel de estudio. Dicha división se baso principalmente en los procesos que se llevan a cabo en cada etapa, y en la forma en que se administra energía eléctrica a éstas.

• Según lo anterior, se dividió el consumo en la planta de sulfuros en consumos asociados a 12 y

4,16 [kV], siendo consumos en baja y media tensión respectivamente.

� Dentro de los consumos en 12 [kV] se tienen: � Chancado Secundario + Chancado Terciario � Molienda Convencional + Flotación � Molienda SAG � Nueva Flotación

� Dentro de los consumos en 4,16 [kV] se tienen:

� Chancador Giratorio � Molino Remoliendas � Compresor de Aire � Molino SAG x2 � Electroimán

104

• Se establecieron criterios de selección, de índole técnico - económico para discriminar cuales de los procesos productivos que se desarrollan en la concentración del cobre llevada a cabo en la planta de sulfuros, son más adecuados para la implementación de un programa de UEE.

• Al analizar el parque de motores existente, se puede apreciar que para los consumos asociados a 12 [kV] existe una fuerte presencia de motores de menos 100 [HP], los que constituyen a su vez una parte significativa del consumo global de la planta de sulfuros. Completamente lo contrario se puede observar para los consumos asociados a 4,16 [kV], donde sólo se observan motores de más de 400 [HP], lo que descarta la implementación del programa en esta sección de la producción, debido a la homogeneidad de los motores presentes en ésta, que no permitiría obtener resultados que puedan ser extrapolados a otras faenas similares, que es uno de los objetivos de este trabajo.

• Según los antecedentes técnicos expuestos, se concluye que existe un carácter transversal para

la implementación de medidas de UEE en todas las consumos asociados a 12 [kV] de DES. Sin embargo se observan mayores potencialidades, según el análisis de indicadores de uso de energía eléctrica en la planta, en Molienda Convencional + Flotación.

• Se determinaron las principales variables que determinan la rentabilidad de la aplicación de las

medidas consideradas en el programa de UEE, según la metodología y cálculos aplicados en el presente trabajo. Estos son:

� Horizonte de evaluación del proyecto. � Tasa de descuento con que se evalúa el proyecto. � Precio monómico de la energía eléctrica asociado al consumo que hace la planta de este

insumo como cliente libre en el SIC. � El grado de eficiencia que alcanza el motor nuevo eficiente, según lo expuesto en la

sección Anexos.

• Se observa que en todas las medidas analizadas que la distribución de los costos, tanto para la utilización de motores obsoletos como motores nuevos eficientes, el pago de la energía eléctrica asociada al consumo que los motores realizan de ésta, representa casi la totalidad de los costos asociados a la inversión, operación y reparación de los mismos. Debido a esto es que se puede señalar que:

� Cualquier mejora significativa en la eficiencia nominal de un motor en planta, que se realice invirtiendo una cantidad razonable de recursos, se traducirá en un ahorro monetario por concepto de ahorro en el costo operacional del motor. Debido a esta razón es que se observa, que en general, el reemplazo por motores EFF1 (o Nema Premium), entrega una mejor rentabilidad debido a que presentan valores más elevados de eficiencia nominal que las otras opciones consideradas en este estudio.

105

� A medida que el costo asociado al precio del suministro eléctrico sube, sube también el costo asociado a la operación del motor. De hecho, debido a la relevancia de los costos de operación en los costos totales, se podría decir que esta relación es prácticamente lineal. Por lo tanto a medida que se produzcan alzas en los precios asociados a la distribución de la energía eléctrica, se tendrán mejor indicadores económicos en este tipo de iniciativas.

Las conclusiones que se obtienen para el caso de la implementación de Análisis de Fallas, en la sección denominada como molienda convencional, se muestran a continuación. • Mediante la aproximación de la estadística de fallas de 1999-2007 de la Molienda

Convencional de DES, utilizando la función de distribución de Weibull, se obtuvo un tiempo medio entre fallas de 3,2 años. Según este resultado y lo expuesto en el punto 8.1.2, el grupo de motores considerados en el análisis califica como motores obsoletos, lo que justifica la realización de esta medida en la etapa de la producción seleccionada anteriormente.

• Al considerar una evaluación del proyecto de 10 años, con una tasa de descuento de un 10%, teniendo en cuenta la sustitución por motores que cumplan la normativa impuesta por NEMA Premium o EFF1 y un precio monómico de la energía eléctrica de 65 [USD/MWh] (que corresponde según [11], a la estimación de este parámetro para los contratos asociados a clientes libres en el SIC en el Mediano Plazo), se obtienen los siguientes resultados.

� Un VAN que varía entre los 7.938 [USD] y los 535.801 [USD], según el bloque de

potencia en donde se realiza la sustitución. � Una TIR que se mantiene constante para todos los grupos de motores estudiados,

alcanzando valores cercanos al 38%. � Un PRC que se mantiene constante para todos los grupos de motores estudiados,

alcanzando valores cercanos a los 36 meses (3 años). � Una inversión, si se considera el reemplazo total, de 738 [MUSD]. � Un VAN igual a 1,1 [MMUSD] al realizar el cambio de todos los motores que

económicamente pueden ser considerados como rentable. � Una TIR de un 38,17% al realizar el cambio de todos los motores que económicamente

pueden ser considerados como rentable. � Una ahorro de energía de 46,84 [GWh], en los 10 años de evaluación, al realizar el

cambio de todos los motores que económicamente pueden ser considerados como rentable. El ahorro anual de energía corresponde al 1,79% del consumo anual de energía eléctrica que se tiene en la DES.

� La distribución de los costos que en promedio se obtienen para el caso de la utilización de motores usados durante todo el horizonte de evaluación, es la siguiente.

� Los costos de operación equivalen a un 99,87 % de los costos totales. � Los costos de reparación equivalen a un 0,13 % de los costos totales.

106

� La distribución de los costos que en promedio se obtienen para el caso de la utilización de motores nuevos durante todo el horizonte de evaluación, es la siguiente.

� Los costos de operación equivalen a un 97,78 % de los costos totales. � Los costos de reparación equivalen a un 0,14 % de los costos totales. � Los costos de inversión equivalen a un 2,08 % de los costos totales.

� Se determinó la mejor manera de invertir el capital, conforme a maximizar la

rentabilidad obtenida por capital invertido. Esto entrega como resultado, un recambio de 17 motores, representando 7.489 [HP] de potencia nominal instalada, que significaría aproximadamente 556 [MUSD] de inversión, para obtener un VAN cercano a los 784 [MUSD].

� Se determinó la mejor manera de invertir el capital, conforme a maximizar el ahorro de

energía eléctrica por capital invertido. Esto entrega como resultado, un recambio de 21 motores, representando 7.989 [HP] de potencia nominal instalada, que significarían aproximadamente 595[MUSD] de inversión, para obtener un ahorro de energía eléctrica anual cercano a los 4,25 [GWh].

• Se observa que al variar el precio monómico de la electricidad, considerando un período de evaluación de 10 años y una tasa de descuento de 10%, se obtiene una tendencia lineal para los indicadores económicos. Si la variación se hace entre 50 y 75 [USD/MWh], se tiene que:

• Al analizar el la implementación de la medida de UEE en cuestión, se observó que la rentabilidad en la aplicación de la misma, es mayor conforme se reemplaza un motor que presente una mayor potencia de placa. No obstante lo anterior, es conveniente tener cuenta que existen una serie de barreras para la implementación de este tipo de medidas en motores de gran envergadura.

Las conclusiones que se obtienen para el caso de la implementación de Rebobinado v/s compra de

un motor eficiente, en todos los consumo de baja tensión (CBT) de la planta concentradora de cobre de DES, se muestran a continuación. • Al considerar una evaluación del proyecto de 10 años, con una tasa de descuento de un 10%,

teniendo en cuenta la sustitución por motores que cumplan la normativa impuesta por NEMA Premium o EFF1 y un precio monómico de la energía eléctrica de 65 [USD/MWh] (que corresponde según la literatura consultada a la estimación de este parámetro para los contratos asociados a clientes libres en el SIC), se obtienen los siguientes resultados.

107

� Un VAN que varía entre los 661 [USD] y los 744.698 [USD], según el bloque de potencia en donde se realiza la sustitución.

� Una TIR que varía entre un 20,74% y un 83,37%, según el lugar de implementación de la medida. No se observa una dependencia de este valor con la potencia nominal del grupo de motores a sustituir.

� Un PRC que varía entre los 16 y los 66 meses (2 a 6 años), según el lugar de implementación de la medida. No se observa una dependencia de este valor con la potencia nominal del grupo de motores a sustituir.

� La variación de ambos valores TIR y PRC según el lugar de implementación de la medida se muestra a continuación

� Nueva Flotación: TIR cercana al 21% con un PRC próximo a los 66 meses. � Molienda SAG: TIR cercana al 31% con un PRC próximo a los 44 meses. � Chancado 2° y 3°: TIR cercana al 42% con un PRC próximo a los 33 meses. � Molienda Conv: TIR cercana al 50% con un PRC próximo a los 28 meses.

� Un VAN igual a 2,26 [MMUSD] al realizar el cambio de todos los motores que

económicamente pueden ser considerados como rentable. � Una TIR de un 38,31% al realizar el cambio de todos los motores que económicamente

pueden ser considerados como rentable. � Una ahorro de energía de 95,5 [GWh] en los 10 años de evaluación, al realizar el

cambio de todos los motores que económicamente pueden ser considerados como rentable. El ahorro anual de energía corresponde al 3,65% del consumo anual de energía eléctrica que se tiene en la DES.

� La distribución de los costos que en promedio se obtienen para el caso de la utilización de motores usados durante todo el horizonte de evaluación, es la siguiente.

� Los costos de operación equivalen a un 99,70 % de los costos totales. � Los costos de inversión equivalen a un 0,3 % de los costos totales.

� La distribución de los costos que en promedio se obtienen para el caso de la utilización

de motores nuevos durante todo el horizonte de evaluación, es la siguiente.

� Los costos de operación equivalen a un 96,04 % de los costos totales. � Los costos de inversión equivalen a un 3,96 % de los costos totales.

� Se determinó la mejor manera de invertir el capital, conforme a maximizar la

rentabilidad obtenida por capital invertido. Esto entrega como resultado, un recambio de 65 motores, representando 9.395 [HP] de potencia nominal instalada, que significaría aproximadamente 672 [MUSD] de inversión para obtener un VAN cercano a los 1,41 [MMUSD].

108

� Se determinó la mejor manera de invertir el capital, conforme a maximizar el ahorro de energía eléctrica por capital invertido. Esto entrega como resultado, un recambio de a lo más 65 motores, representando 9.395 [HP] de potencia nominal instalada, que significaría un ahorro anual de aproximadamente 5,21 [GWh], para una inversión de 672 [MUSD].

• Se observa que al variar el precio monómico de la electricidad, considerando un período de

evaluación de 10 años y una tasa de descuento de 10%, se obtiene una tendencia lineal para los indicadores económicos. Si la variación se hace entre 50 y 75 [USD/MWh], se tiene que:

Las conclusiones que obtenidas para el caso de Compra de un motor nuevo eficiente, que se enmarca como una de las medidas de UEE catalogadas como de modernización, en todos los consumos de baja tensión de la planta concentradora de cobre, se muestran a continuación. • Se observa que la opción de compra para futuras expansiones de los CBT en la planta

concentradora de cobre, que presenta un mayor atractivo desde el punto de vista económico, es en la mayoría de los casos, la adquisición de motores de alta eficiencia.

• Lo anterior se debe principalmente a los intensos ciclos de trabajo a los que se someten este tipo de dispositivos, sin importar el lugar que estos ocupen en la producción de la planta, aunque se distinguen zonas de la producción más propicias para la implementación de esta medida. En el presente estudio, se encontró que el área de la producción más idónea es la molienda convencional debido a los índices de trabajo que en ésta se tienen.

• Se analizó el efecto de la variación de los parámetros relevantes en la evaluación económica, en la decisión del tipo de motor a adquirir, observándose que al aumentar el precio monómico de la energía o los años de evaluación, se obtiene un mayor número de casos en que la opción de compra de motores eficientes es la más adecuada. De todas formas este efecto no se considera relevante para el estudio, ya que las variaciones no son considerables.

• La recomendación de compra va a depender del área de la planta donde se desea evaluar,

además de los factores mencionados en el párrafo anterior, pero se puede decir en líneas generales que para los motores de más de 30 [HP], la opción de compra más adecuada es la de un motor eficiente, NEMA Premium o EFF1, ya que bajo estas condiciones se logra recuperar la inversión realizada en un número adecuado de meses, por concepto de ahorro monetario derivado del menor consumo de energía eléctrica.

109

• Al considerar la evaluación de un caso particular, se obtienen resultados más específicos, pero que de todos modos reflejan la viabilidad en la implementación de este tipo de medidas, la cual se obtiene no sólo para los valores de operación de la planta, sino que para variaciones en torno a estos. Lo mismo ocurre al considerar variaciones en el precio asociado al suministro eléctrico. Al igual que para los casos descritos anteriormente, la mejor rentabilidad se obtiene al realizar el reemplazo por motores de la mayor eficiencia posible.

• Aunque se demostró la rentabilidad asociada a la implementación de tres medidas de UEE en una planta concentradora de cobre, es importante tener en consideración ciertos aspectos técnicos que también son relevantes a la hora de adoptar este tipo de medidas. Dicho tipo de consideraciones conforman una barrera para la implementación de este tipo de medidas.

• De acuerdo a los resultados obtenidos, se observa la fuerte dependencia que existe entre las medidas de UEE expuestas en este trabajo, y el precio monómico de la energía eléctrica. De acuerdo a estimaciones consultadas, se prevén valores máximos para este insumo, en el tramo 2008-2011. Por lo tanto, este es el período que se recomienda para la implementación de este tipo de medidas, pues se obtendrían los menores plazos para recuperar el capital. De todos modos el análisis de los resultados fue realizado considerando un valor para el precio mónomico de la energía como el que se obtiene en el largo plazo, sin el efecto de la denominada crisis energética, para darle un valor más universal al estudio.

• Se explicitaron cuales son los elementos que deben ser considerados para realizar una

valorización económica del aumento de confiabilidad asociada a un grupo de motores. Sin embargo, la imposibilidad de asignar un valor que pueda ser representativo de un proceso productivo de una faena minera, impide el realizar un análisis cuantitativo al respecto.

• Según la bibliografía consultada, un proyecto como el descrito en este informe, puede ser

considerado como un mecanismo de desarrollo limpio, por lo que es posible generar utilidades a través de la venta de bonos de carbono vía Reducción Certificado de Emisiones. Considerando la venta como en el caso de otros proyectos llevados a cabo en Chile, se estima una utilidad total cercana a los 15 [MUSD] anuales por este concepto.

110

13. Referencias25 [1] Julio Vega Pais, “Ahorro de Energía y Eficiencia Energética”, Serie de minutas, Biblioteca del Congreso Nacional de Chile, 2006. [2] Hugh Rudnick, “Abastecimiento Energético Futuro de Chile”, Presentación, Departamento de Ingeniería Eléctrica, Pontificia Universidad Católica de Chile, 27 de Marzo de 2007. [3] Rubén Muñoz Bustos, “Eficiencia Energética en Chile. Aspectos Generales”, Presentación, Comisión Nacional de Energía CNE, Agosto de 2005. [4] Programa de Estudios e Investigaciones en Energía, “Estudio de las Relaciones entre la Eficiencia Energética y el Desarrollo Económico”, Estudio realizado para la Sociedad Alemana para la Cooperación Técnica (GTZ), Julio de 2003. [5] Comisión Nacional de Energía, “Estimación del potencial de ahorro de energía mediante mejoramientos de la eficiencia energética de los distintos sectores del consumo de Chile”, Santiago, Diciembre de 2004. [6] Programa de Estudios e Investigaciones en Energía e Institutos de Asuntos Públicos de la Universidad de Chile, “Caracterización del parque actual de motores eléctricos en Chile”, Estudio realizado para la Subsecretaría del Ministerio de Minería. Santiago, Diciembre de 2006. [7] Vicente Pérez, “La Energía Eléctrica y el Desarrollo de la Minería del Cobre en Chile”, Dirección de Estudios Comisión Chilena del Cobre – Cochilco, Santiago, 21 de Junio de 2006. [8] Anglo American Chile, “Reporte de Desarrollo Sustentable”, elaboración propia, 2006. [9] Vice-Presidencia Técnica y Proyectos Gerencia Ingeniería de Anglo American Chile, “Procedimiento Uso Eficiente Energía”, Procedimiento que tiene como objetivo entregar los conceptos básicos de eficiencia energética, Octubre de 2006. [10] Vice-Presidencia Técnica y Proyectos Gerencia Ingeniería de Anglo American Chile, “Estudio capacidad sistema eléctrico año 2006 Mina El Soldado”, Estudio realizado por Penta Ingeniería, Marzo de 2007.

25 Todos los Documentos expuestos pueden ser encontrados en la sección Referencias Digitales que se encuentran contenidos en el CD de Respaldo que apoya el trabajo realizado en el presente documento.

111

[11] SYNEX , “Seminario: Contingencia en el Mercado Energético Nacional y la Visión del Consumidor No Regulado - Situación Actual del Mercado Eléctrico”, Estudio realizado por la empresa consultora SYNEX para ACENOR. [12] Hidroeléctrica Guardia Vieja S.A., “El Mercado del Carbono: La Experiencia del Proyecto Chacabuquito”, Presentación realizada para la SOFOFA.

112

14. Bibliografía [1] IEA, Energy Efficiency Initiative Vol I y II, http://www.iea.org. [2] World Energy Council (WEC), “Energy efficiency policies and indicators”, 2001. [3] World Economic Forum, “2002 Environmental sustainability index an initiative of the global leaders of tomorrow environment task force”, 2002 [4] Banco Interamericano de Desarrollo (BID), “Competitiveness, The business of growth, 2001 report, Economic and social progress in Latin America”, Washington D.C., 2001. [5] “The growth competitiveness index: Recent economic developments and the prospects for a sustained recovery, World economic forum. [6] Key World Energy Statistics, International Energy Agency. [7] “Energy efficiency indicators: A study of energy efficiency indicators for industry in Apec economies, Asia-Pacific energy research centre. [8] PIEEP, 2001a, Informe técnico “Las oportunidades y posibilidades de mejora de la eficiencia energética y productiva en la firma Agropecuaria La María Pilar S.A.”, Julio de 2001. [9] International Energy Annual 2000, “Energy information administration U.S.”, Department of energy. [10] Chile Sustentable, “Las fuentes renovables y el uso eficiente”, Opciones de política sustentable, 2003. [11] Günter Wipplinger et all, Projeto “Conservação de energia na pequena e média indústria do estado do Rio de Janeiro, Unidades de demonstração no uso eficiente de energia ” Sebrae/RJ – GTZ, 2003. [12] División de estadísticas y proyecciones económicas, Cepal, “Estadísticas de exportaciones y producto manufacturero, Santiago de Chile, 2003

113

[13] The Institute for Applied Ecology, Öko-Institut, “Estadísticas de consumo de energía nacional e industrial, Producto nacional, Freiburg Germany), 2003 [14] Asia Pacific Energy Research Centre (APERC), Estadísticas de intensidad energética manufacturera de Japón, 2003. [15] PIEEP, 2001b, Informe sobre oportunidades y posibilidades de mejora de la eficiencia energética en industrias de chacinados de la Ciudad de Buenos Aires, Agosto de 2001. [16] Romo Jorge, “Motores eléctricos de alta eficiencia. Aplicaciones industriales y evaluación técnica y económica”. Seminario internacional de uso eficiente de la energía eléctrica”, Santiago. [17] IV Congreso de Ingeniería de Minas, “Minería y Energía”. [18] Taller: “Mejoramiento de la eficiencia de motores eléctricos en la minería”, de Prien. [19] “Efficient use of energy utilizing high technology”, M. Levine, N Martin, 1995. [20] “Recursos Minerales: Tipología, prospección, evaluación, explotación e impacto ambiental”, Manuel Bastillo Revuelta, 1996. [21] “Mineral processing plant design”, Andrew L. Mular, 1980. [22] “Máquinas eléctricas”, Stephen Chapman, 1980. [23] Baldwin Samuel, “Energy efficient electric motor drive systems, Annual reviews of energy”, Vol 13, 1988. [24] IIEC, Instituto internacional para la conservación de la energía, Espinoza Pablo, “Sustitución de motores estándar por motores eléctricos de alta eficiencia”. Seminario “Uso eficiente de la energía eléctrica para reducir costos: Aplicación de métodos y tecnologías eficientes”, Universidad de Antofagasta, Octubre de 1997. [25] Johansson Thomas, “Electricity: Efficient end-use and new generation technologies and their planning implications. Lund University Press.

114

[26] Muñoz Alfredo, “Motores de alta eficiencia y motores de eficiencia estándar”. Seminario “Uso eficiente de la energía eléctrica para reducir costos: Aplicación de métodos y tecnologías eficientes”, Universidad de Antofagasta, Octubre de 1997. [27] Nadel Shepard, “Energy efficient motor systems. American council for an energy efficient economy. Series on energy conservation and energy policy”. [28] Office of technology assessment, “Energy efficiency: Challenges and opportunities for electric utilities”, U.S. congress. [29] PRIEN, “Potencialidad de mejoramiento de la eficiencia con que se utilice la electricidad en América Latina: Su impacto en el consumo del cobre”, Informe preparado para la secretaria ejecutiva del consejo latinoamericano del ICA, Santiago.

115

15. Anexos

15.1. Procesos Productivos en la Minería del Cobre

15.1.1. Proceso de Extracción

El objetivo de este proceso es extraer la porción mineralizada con cobre y otros elementos desde el macizo rocoso de la mina (que puede ser a rajo abierto, subterránea o la combinación de ambas) y enviarla a la planta en forma eficiente y segura, para ser sometida a los procesos que contribuyen a tener como producto un cobre de mayor pureza. Para ello debe lograrse la fragmentación de la roca, de manera que pueda ser removida de su posición original, y posteriormente cargada y transportada para ser procesada o depositada fuera de la mina como material sujeto a una granulometría manejable. La extracción del material se realiza siguiendo una secuencia, compuesta por las siguientes fases:

• Perforación • Tronadura • Carguío • Transporte

Una vez realizado lo anterior, se produce la entrega de mineral para ser procesado en las etapas posteriores del proceso, ya sea a través de la planta de sulfuros u óxidos. En lo que sigue se detalla más sobre la primera de éstas.

15.1.2. Proceso de Concentración del cobre

15.1.2.1. Descripción del Proceso Los minerales de importancia comercial generalmente no se encuentran en la naturaleza tal y como se precisan en el mercado. Por lo general los recursos de valor o “menas”, están unidos a otros inútiles o “gangas”, y por lo tanto es necesario realizar un tratamiento sobre los minerales extraídos desde un yacimiento para obtener un producto lo más puro posible. Para realizar esto, luego de realizar el proceso de extracción, se realiza el proceso de chancado primario con lo que se desintegran las rocas originales mediante una acción física, liberando sus componentes. Posteriormente se deben separar los componentes útiles de los no-útiles, mediante algún proceso químico, mecánico o electromagnético, para finalmente secar la pulpa resultante y eliminar los estériles. De acuerdo a lo anterior se tiene que las cuatro etapas llevadas a cabo en este proceso, son las siguientes:

116

• Preparación Mecánica • Separación de los Componentes • Secado de la Pulpa • Evacuación de los estériles

A continuación se detalla cada una de las etapas mencionadas:

15.1.2.2. Preparación Mecánica

La preparación mecánica del mineral tiene como objetivo fundamental la liberación de los componentes que constituyen las rocas provenientes del proceso de extracción, además de reducir su tamaño para ciertas aplicaciones específicas. El proceso consta principalmente de dos etapas, cuyos objetivos específicos son en último término obtener una piedra de menor tamaño. Éstas son las etapas de Chancado o trituración y Molienda.

• Chancado o trituración: Es el primer tratamiento al que se somete una roca, y tiene por objeto el reducir la granulometría altamente variable que presentan las rocas obtenidas en el proceso de extracción, desde partículas de 1 mm hasta fragmentos de 1 m de diámetro. Usualmente este proceso se lleva a cabo en tres sub-procesos (chancados primario, secundario y terciario), que consecutivamente van reduciendo el tamaño máximo de la piedra hasta que este último no sobrepase las 0,5 pulgadas.

• Molienda: En molienda se recibe el material proveniente del chancado reduciéndose

éste a tamaños que bordean los 180 micrones (0,180 mm), hasta conformar una pulpa. Es muy común que también se presente una etapa de remolienda para así asegurar un tamaño máximo de la pulpa apropiado.

La preparación mecánica de un material se realiza mediante la acción conjunta de una serie de equipos, que son parte de los denominados circuitos de Trituración y Molienda. Los equipos de trituración se pueden caracterizar de acuerdo al tipo de acción que ejercen sobre las piedras. Entonces éstos pueden ser máquinas que funcionan según:

• Compresión • Fricción • Percusión • Mixtos

Existe, como ya se mencionó anteriormente, una acción conjunta y coordinada de estas máquinas. En este sentido, es importante mencionar que los equipos que actúan por comprensión se utilizan en el chancado primario (por aceptar piedras de mayor tamaño en su alimentación), mientras que en el otro extremo, es decir, para el tratamiento de finos se utilizan molinos que son máquinas que actúan por percusión.

117

En cuanto a los equipos utilizados en el proceso de chancado, los chancadores son los aparatos más utilizados en las faenas de tratamiento de rocas, ya sea si trata de la producción de áridos o de concentrado de cobre. En general trabajan en seco y en forma continua durante toda la operación de la planta. Los principales tipos de chancadores usados en las faenas mineras son:

• Chancadores de mandíbula • Chancadores giratorios

Por otra parte, se tiene que en el proceso de molienda se utiliza la fricción y el impacto para lograr la reducción de tamaños. Los molinos, en todas sus versiones, son los equipos más usados en esta etapa de la preparación mecánica. Los principales tipos de molinos usados en las faenas mineras son:

• Molinos de tres cilindros • Molinos de bolas y barras • Molinos de bolas • Molinos de barras • Molinos Semi Autógenos o SAG

Vale la pena destacar que Molinos y Chancadores constituyen parte importante del consumo de

energía eléctrica que se tiene en una faena asociada a la Gran Minería del Cobre.

15.1.2.3. Separación de los Componentes La pulpa que se obtiene del proceso de preparación mecánica contiene todavía elementos que no son útiles, y que por ende deben ser eliminados. La separación de los elementos útiles de los que no lo son, puede ser realizada mediante diferentes mecanismos dentro de los cuales se destacan, los basados en:

• Gravedad • Magnetismo • Electroestática • Propiedades de superficie

Siendo éstos últimos los más usados, vía flotación por espumas, ya que las propiedades de superficie son específicas de cada mineral. Esto ocurre ya que ciertos minerales (los térreos) son hidrófilos, o sea se adhieren al agua, mientras que otros (los metálicos) son hidrófobos, o sea no tienen afinidad con el agua. Por el contrario, el comportamiento de estos minerales frente al aceite es totalmente opuesto, es decir, los térreos actúan de manera hidrófoba y los metálicos de manera hidrófila. De esta forma, si un líquido con ambos tipos de partículas (térreos y metales) se le introduce un líquido oleaginoso y se crean burbujas, las partículas metálicas se adherirán, por afinidad, a las burbujas aceitosas y sobrenadarán con éstas, obteniendo de esta manera la separación de las partículas. Este mecanismo de separación está fuertemente condicionado por el tamaño de las partículas, el cual debe ser lo suficientemente pequeño para que las fuerzas de superficie que sostienen a la

118

partícula adherida a la burbuja, no sean superadas por la fuerza de gravedad. Por esta razón, es indispensable que la etapa anterior de preparación mecánica sea realizada de manera más eficiente posible. El proceso de flotación se lleva a cabo en las denominadas celdas de flotación que esencialmente consisten en un recipiente en la que entra la pulpa proveniente de molienda y un agitador o turbina en su parte inferior que origina las burbujas. Generalmente las celdas se montan en bancos de varias unidades, y los bancos en varias etapas en las que se realizan diferentes separaciones.

15.1.2.4. Secado Los productos que salen de las diferentes etapas de concentración suelen llevar altos contenidos en agua. Para que este producto sea vendible, es necesario quitar una parte importante del agua que posee, para lo que se lleva a cabo la etapa denominada como secado. El secado se lleva a cabo en dos procesos sucesivos: el espesado y el filtrado. El objetivo del espesado es concentrar la pulpa, es decir, aumentar el contenido de sólidos en suspensión, normalmente por sedimentación (gravedad). El principio en sí es muy simple y consiste en introducir la pulpa en un tambor de grandes proporciones durante un tiempo determinado, de tal forma que las partículas de sólidos tienden a sedimentar en el fondo mientras que el agua de la parte superior se va clarificando. El filtrado toma el material sedimentado y produce la separación de su fase líquida u sólida a través de un medio poroso. Dicho medio poroso retiene los sólidos y permite la evacuación del agua. Los sólidos acumulados en el medio poroso forman una torta que finalmente se seca al sol.

15.1.2.5. Evacuación de los Estériles El desarrollo, cada vez más frecuente, de explotaciones mineras que tratan materiales con leyes muy bajas (para el caso de la concentración de cobre) hace que una vez realizada la separación de las fases minerales de importancia económica, se generen grandes cantidades de estériles que deben ser evacuados. Los estériles se depositan generalmente en tranques o diques de relave que deben ser supervisados periódicamente para evitar cualquier filtración tóxica al ambiente.

119

15.1.3. Proceso de Oxidación del Cobre

15.1.3.1. Proceso de Fundición

El concentrado de cobre seco con una concentración cercana 31 % de cobre, se somete a procesos de pirometalurgia en hornos a grandes temperaturas, mediante los cuales el cobre del concentrado es transformado en cobre metálico y se separa de los otros minerales como fierro (Fe), Azufre (S), Sílice (Si) y Otros. Para esto se utilizan las etapas de:

• Recepción y muestreo: Como normalmente se trabaja con concentrados de diferentes procedencias, es necesario hacer un muestreo de ellos y clasificarlos de acuerdo con la concentración de cobre, hierro, azufre, sílice y porcentaje de humedad que tengan.

• Fusión: El objetivo de la fusión es lograr el cambio de estado que permite que el

concentrado pase de estado sólido a estado líquido para que el cobre se separe de los otros elementos que componen el concentrado.

• Conversión: Mediante el proceso de conversión se tratan los productos obtenidos en la fusión, para obtener cobre de alta pureza, para lo que se utilizan hornos convertidores.

• Pirorrefinación: Mediante la pirorrefinación o refinación a fuego se incrementa la pureza

del cobre blister obtenido de la conversión. Consiste en eliminar el porcentaje de oxígeno presente el este tipo de cobre, llegando a concentraciones de 99,7 % de cobre.

15.1.3.2. Proceso de Electrorefinación Mediante la electrorefinación se transforman los ánodos producidos en el proceso de fundición a cátodos de cobre electrolítico de alta pureza (99,99%). Para ello se utiliza el fenómeno químico de la electrólisis, que permite refinar el cobre anódico (ánodo) mediante la aplicación de una corriente eléctrica por una solución de ácido sulfúrico y agua. El ion sulfato de la solución comienza a atacar el ánodo de cobre formando una solución de sulfato de cobre (CuSO4) denominada electrolito. Al aplicar una corriente eléctrica, los componentes de la solución se cargan eléctricamente produciéndose una disociación iónica en la que el anión sulfato (SO4-2) es atraído por el ánodo (+) y el catión (Cu+2) es atraído por el cátodo (-). El anión SO4-2 ataca al ánodo formando sulfato de cobre, el que se ioniza en la solución por efecto de la corriente eléctrica, liberando cobre como catión que migra al cátodo, y se deposita en él. El ion sulfato liberado migra al ánodo y vuelve a formar sulfato de cobre que va a la solución, recomenzando la reacción. La electrorefinación se realiza en celdas electrolíticas donde se colocan en forma alternada un ánodo (que es una plancha de cobre obtenido de la fundición), y un cátodo, (que es una plancha muy delgada de cobre puro).

120

Por otra parte, una vez realizado el proceso de chancado primario, es posible obtener cátodos de alta pureza mediante la planta de óxidos, donde se llevan a cabo los procesos de:

15.1.3.3. Proceso de Lixiviación

La lixiviación es un proceso hidrometalúrgico que permite obtener el cobre de los minerales oxidados que lo contienen, aplicando una disolución de ácido sulfúrico y agua. Este proceso se basa en que los minerales oxidados son sensibles al ataque de soluciones ácidas. Para ello, el material chancado es llevado mediante correas transportadoras hacia el lugar donde se formará una pila. En este trayecto el material es sometido a una primera irrigación con una solución de agua y ácido sulfúrico, conocido como proceso de curado, de manera de iniciar ya en el camino el proceso de sulfatación del cobre, contenido en los minerales oxidados. Sobre esta pila se instala un sistema de riego por goteo y aspersores que van cubriendo toda el área expuesta. Bajo las pilas de material a lixiviar se instala previamente una membrana impermeable sobre la cual se dispone un sistema de drenes (tuberías ranuradas) que permiten recoger las soluciones que se infiltran a través del material. A través del sistema de riego por goteo y de los aspersores, se vierte lentamente una solución ácida de agua con ácido sulfúrico en la superficie de las pilas. Esta solución se infiltra en la pila hasta su base, actuando rápidamente. La solución disuelve el cobre contenido en los minerales oxidados, formando una solución de sulfato de cobre, la que es recogida por el sistema de drenaje y llevada fuera del sector de las pilas en canaletas impermeabilizadas. Estas soluciones de sulfato de cobre limpias son llevadas a planta, para ser sometidas al proceso de extracción por solvente.

15.1.3.4. Proceso de Extracción por Solvente (SX)

En esta etapa la solución que viene de las pilas de lixiviación, se libera de impurezas y se concentra su contenido de cobre mediante una extracción iónica. Para extraer el cobre de la solución PLS, ésta se mezcla con una solución de parafina y resina orgánica. La resina de esta solución captura los iones de cobre (CU+2) en forma selectiva. De esta reacción se obtiene por un lado un complejo resina-cobre y por otro una solución empobrecida en cobre que se denomina refino, la que se reutiliza en el proceso de lixiviación y se recupera en las soluciones que se obtienen del proceso. El compuesto de resina-cobre es tratado en forma independiente con una solución electrolito rica en ácido, el que provoca la descarga del cobre desde la resina hacia el electrolito (solución), mejorando la concentración del cobre. Esta es la solución que se lleva a la planta de electroobtención.

121

15.1.3.5. Proceso de Electroobtención Mediante el proceso de electroobtención se recupera el cobre de una solución electrolito concentrada para producir cátodos de alta pureza de cobre (99, 99%) muy cotizados en el mercado. Para esto, la solución electrolito que contiene el cobre en forma de sulfato de cobre (Cu SO4) es llevada a las celdas de electroobtención, que son estanques rectangulares que tienen dispuestas en su interior y sumergidas en solución, unas placas Metálicas de aproximadamente 1 m2 cada una. Estas placas corresponden alternadamente a un ánodo y un cátodo. Los ánodos son placas de plomo que hacen las veces de polo positivo, ya que por éstos se introduce la corriente eléctrica, en tanto que los cátodos son placas de acero inoxidable, que corresponde al polo negativo, por donde sale la corriente. Todas las placas están conectadas de manera de conformar un circuito por el que se hace circular una corriente eléctrica continua de muy baja intensidad, la que entra por los ánodos y sale por los cátodos. El cobre en solución (catión, de carga positiva +2: Cu+2) es atraído por el polo negativo representado por los cátodos, por lo que migra hacia éstos pegándose partícula por partícula en su superficie en forma metálica (carga cero). Una vez transcurrido el tiempo necesario, se tiene los cátodos de cobre con la pureza deseada.

122

15.2. Normativa26 Para el análisis económico se considerarán como motores eficientes, los motores definidos por la norma NEMA 12-10 vigente a partir de 1998 (a la que algunos fabricantes asocian como EM) y aquella definida por el Consortium for Energy Efficiency (CEE), con el patrocinio de la US

Environmental Protection Agency (EPA) y el Department of Energy (DOE) de los Estados Unidos, quienes publican una tabla más exigente de eficiencia de motores, a la que los fabricantes normalmente asocian su línea de motor XE Extra Efficiency o motores NEMA Premium. Los motores que cumplen la Norma NEMA MG-1-1998 son los denominados motores estándar. El valor de la eficiencia de estos motores coincide, muy aproximadamente, con la denominación EFF2 del European Labelling Scheme. Por otra parte, los niveles de eficiencia del CEE fueron adoptados por la Norma NEMA PREMIUM (NEMA Standards MG 1- 2003) y coinciden, muy aproximadamente, con la denominación EFF1 del European Labelling Scheme. De acuerdo a esto, los motores eficientes serán: • Aquellos que tienen una eficiencia igual o peor que los definidos por la Norma NEMA 12-10 del año 1998. El valor de esta eficiencia también coincide con la denominación EFF2 del European Labelling Scheme. • Los motores eficientes o NEMA Premium son aquellos que cumplen con la Norma NEMA Premium (NEMA Standards MG 1-2003) y coinciden, muy aproximadamente, con la denominación EFF1 del European Labelling Scheme. En todas las Normas se hace distinción entre los motores abiertos y totalmente cerrados. En general, se tiende a utilizar el motor totalmente cerrado, es decir, que se enfríe en forma externa el motor, evitando que la contaminación del aire externo deteriore las partes internas del motor. El cuadro siguiente muestra los valores de las eficiencias de los motores estándar enteramente cerrados de dos y cuatro polos para distintas potencias según la Norma NEMA 12-10 del año 1998.

26 Lo expuesto en el punto 13.1 del presente documento corresponde a un extracto del documento [6]

“Caracterización del parque actual de motores eléctricos en Chile” de Programa de Estudios e Investigaciones en

Energía e Institutos de Asuntos Públicos de la Universidad de Chile, Estudio realizado para la Subsecretaría del

Ministerio de Minería. Santiago, Diciembre de 2006.

123

Tabla 15.2-1: NEMA 12-10 Motores totalmente cerrados (TEFC). Ref: Norma NEMA MG-1-1998.

Tabla 15.2-2: Tabla de eficiencia mínima de motores según NEMA Premium. Ref: Norma NEMA Premium, Junio 2001.

124

15.3. Ejemplos de Aplicación en Otras Empresas27 El Programa País Eficiencia Energética del Gobierno de Chile ha rescatado diversos casos de eficiencia energética en el sector minero que sirven de estímulo para otros actores del sector minero que trabajen en esta materia, como es el caso de AACh.

15.3.1. Codelco En los últimos años, el uso eficiente de la energía ha ido ganando terreno en Codelco, la empresa minera más grande del país y primer productor de cobre en el mundo. De hecho, en junio de 2005 se creó la Dirección de Eficiencia Energética y Nuevos Productos, unidad especialmente dedicada a promover prácticas que puedan contribuir al ahorro de este recurso sin que signifique afectar las tasas de producción.

15.3.1.1. Acciones y Proyectos Codelco opera a través de cinco Divisiones en las cuales existen distintos procesos de obtención de sus productos, lo cual también implica claras diferencias de consumo energético e impiden los datos registrados en cada una de ellas. Como es lógico, la disparidad de los procesos productivos de Codelco impone la necesidad de implementar acciones diferenciadas para lograr eficiencia energética. No obstante ello, para establecer una base que permita avanzar en esta tarea a nivel corporativo se ha seguido líneas de acción como las siguientes: • Incorporación de una directriz de eficiencia energética dentro del Sistema de Gestión Codelco.

Esta iniciativa, impulsada hace un par de años por la Vicepresidencia de Excelencia Operacional, Promoción y Sustentabilidad apunta entre otras cosas a generar indicadores de consumo específico de energía en los tableros de gestión y en los convenios de desempeño de las divisiones. A partir de ello se ha podido empezar a implementar acciones tendientes a optimizar el uso del recurso.

• Implementación de iniciativas para mejorar la gestión en materia energética, incluyéndolas en

la cartera de proyectos que generan valor a Codelco. Ello implica, entre otros aspectos, una rigorosa evaluación de su factibilidad económica.

Estas iniciativas están asociadas a mejoras de proceso que pueden implicar cambios tecnológicos o bien sólo adecuaciones en la gestión.

27 El punto II de la sección Anexos de este documento corresponde a un Extracto de [9] “Procedimiento Uso

Eficiente Energía” de VicePresidencia Técnica y Proyectos Gerencia Ingeniería, Octubre de 2006.

125

• Apertura a la recepción de nuevos proyectos que contribuyan a la eficiencia energética, presentados por empresas y entidades externas a la Corporación. En este contexto, Codelco también comparte información con otras compañías mineras que están trabajando en esta área, tanto a nivel nacional como internacional.

15.3.2. Minera Los Pelambres Minera Los Pelambres (MLP) ha implementado un sistema de control de los consumos de energía y potencias ligados directamente a la operación en sus distintas áreas. A ello se suma el desarrollo de proyectos que han permitido optimizar el uso de energía. Una de las iniciativas emblemáticas es el uso de correas regenerativas para transportar el mineral. Desde su etapa de proyecto, diseño e ingeniería, la empresa consideró la utilización de la energía potencial residente. “De esta forma se contempló que el transporte del mineral que yace a 3.200 m.s.n.m. en el sector mina, hasta la planta concentradora ubicada a 1.600 m.s.n.m. debía ser medio de un sistema de correas regenerativas, las que logran una capacidad de generación de energía limpia que alcanza los 14 MW, un 16% de la energía necesaria consumida en los procesos desarrollado por Minera Los Pelambres”. Los accionamientos de las correas transportadoras funcionan como motores en la partida del sistema que permiten vencer su estado de reposo. La inercia de la carga del mineral transportado hace que éstos se comporten como generadores a partir de las 1.500 ton/h, alcanzando su máxima generación a las 7.000 ton/hora. Otro ejemplo destacado de las herramientas de gestión aplicadas por MLP es el control de demanda máxima en horario de punta. “En el horario de punta se genera un excedente de mineral chancado el cual se envía desde la mina a la planta concentrada a razón de 7.000 ton/h, con el objetivo de maximizar la generación de energía durante el período de 18:00 a 21:00 horas de lunes a viernes. En tanto, el bombeo de agua recuperada desde el tranque de relaves a las piscinas de la planta concentradora y que es reutilizada en el proceso, se prioriza hasta las 17:55 horas, para luego disminuir al máximo su re-impulsión hasta las 21:00 horas. Este control de demanda máxima genera un importante ahorro de energía y evitar demandar potencia adicional al SIC durante un período normalmente crítico”. Los sistemas de control de consumo implementados han permitido optimizar el uso de la energía y potencia, lo cual ha derivado en importantes beneficios para Minara Los Pelambres y el entorno de sus faenas. “Los acumulados por concepto de control de demanda en horario punta se elevan por sobre los US$ 5 millones durante el período 2000-2004, mientras que la generación de energía limpia mediante correas transportadoras, sin el uso de recursos naturales ni combustibles como diesel, gas, agua, carbón, como son los que habitualmente se utilizan en procesos como éste, producen un ahorro anual superior a los US$ 3 millones, siendo además beneficios y amigables con el medio ambiente”.

126

15.3.3. Minera Valle Central

Minera Valle Central (MVC) es una empresa que opera tratando el relave que proviene de la División El Teniente de Codelco, mediante una planta concentradora que incluye molienda y flotación, para generar como producto final concentrado de cobre. Con el apoyo de la empresa Energética, en mayo de 2004 se comenzó a trabajar en un proyecto para el control de demanda máxima de energía en horas punta que hoy está en ejecución. Para ello se explico una metodología de prioridades para las distintas cargas secundarias, las que serían desconectadas secuencialmente de acuerdo al comportamiento de la demanda. Se definieron dos tipos de métodos de control, según las características operacionales de cada equipo. Algunos son operados en un control horario automático, siendo detenidos durante toda la hora de punta. Una gran mayoría, en tanto, está afectado a control de demanda, siendo desconectados de acuerdo a las políticas de prioridad y los requerimientos del proceso y de la demanda. En otros equipos se planteó un esquema de cogeneración, en que se utilizan equipos de respaldo para alimentar algunas cargas de proceso. Con estas medidas, en el período de punta del año 2004 se concentraron ahorros por 400 kW. Para el período de punta 2006 las estimaciones de ahorro llegan a 1.690 kW, lo que corresponde a reducir en más de un 10% la demanda completa de la planta. La inversión inicial para este proyecto es nula, dado que la empresa Energética factura de acuerdo a los ahorros efectivamente logrados. Además, esta empresa provee los equipos necesarios para realizar el control automático, empleando las plataformas existentes cuando sea posible. Próximamente incorporarán cargas primarias a un sistema de control energético, orientado a ajustar la utilización de equipos a los requerimientos reales de operación. De este modo, se realizan detenciones automáticas en los procesos de acuerdo a la demanda operacional que se ejerza sobre ellos. Con ello se espera concretar ahorros de energía por 300.000 kWh mensuales.

15.3.4. Minera Escondida

Minera Escondida ha adoptado medidas de gestión a nivel organizacional, entre las que figuran la creación del Subcomité de Energía, encabezado por el propio Presidente de la compañía; y la instauración del cargo de Ingeniero Senior de Uso Eficiente de la Energía para el desarrollo de estudios y proyectos en los que distintos procesos tendientes a mejorar el uso de este recurso. A eso se suma el desarrollo de una campaña publicitaria y de un concurso al interior de la compañía, con el fin de crear conciencia sobre la importancia de este tema y recoger iniciativas de los trabajadores orientadas a optimizar el uso de energía en las plantas de producción. En este contexto, Minera Escondida ha desarrollado los siguientes proyectos relacionados con el uso eficiente de la energía: • Configuración óptima del sistema eléctrico de potencia, el cual ha permitido disminuir las

pérdidas de las líneas de transmisión 220 kV.

127

• Cumplimiento del Decreto Supremo Nº 686 que dice relación con la contaminación lumínica. Con ello, además, se logró disminuir el consumo de energía de luminarias de alumbrado público en un 40%, mediante la utilización de ballat de doble potencia.

15.3.4.1. Logros Para medir sus avances en materia de eficiencia energética, Minera Escondida definió indicadores claves de gestión, como son la reducción de energía por tonelada de mineral procesado y la reducción de toneladas de CO2 por toneladas de mineral procesado Con respecto al primer indicador la meta comprometida para el año fiscal 2005 (comprende del 1 de julio de 2004 al 30 de junio de 2005) era disminuir la energía en un 1% en relación a los 26,47 kWh/ton mineral procesado que se registró en el año 2004 (del 1 de julio de 2003 al 30 de junio de 2004). Al término del período 2005, el valor obtenido fue de 25,59 kWh/ton mineral procesado, lo que representan un 3,32% de reducción. Vale decir, el objetivo se cumplió con holgura. Algo similar sucedió con la meta establecida para la reducción de las emisiones de CO2 en el año fiscal 2005. Se pretendía bajar en un 1% en relación al registro del período 2004 (13,29 ton. CO2/ton mineral procesado) y al término del año fiscal 2005, el valor obtenido fue de 12,81 ton CO2/ton mineral procesado, lo que representa un 3,57% de reducción.

15.3.5. Quebrada Blanca En minera Quebrada Blanca se realizó un proyecto de optimización energética en la Casa de Fuerza, instalación de cogeneración donde los motores que producen electricidad también generan calor residual que se aprovecha en el calentamiento de soluciones de lixiviación. Se planteó elevar aún más la eficiencia de este sistema mediante la implementación de cuatro acciones: aumentar la recuperación de calor en los gases de salida de la turbina de los motores; utilizar el calor de los “coolers” de los turbocargadores; mejorar la operación de los motores, de manera de trabajar en el punto de mínimo consumo específico; y desarrollar un programa de capacitación al personal de la Casa de Fuerza, con especial énfasis en los fundamentos conceptuales del proceso. Los resultados de las pruebas en terreno mostraron un aumento del calor residual aportado por la Casa de Fuerza, lo cual se midió a través de la observación del calor recibido por la solución de refino.

128

15.4. Producción de Anglo American Chile (AACh)

129

15.5. Mejoras de la EE Consideradas como MDL

130

“La información que esta Memoria recoge y contiene respecto de las operaciones y

actividades de Anglo American Chile Ltda. y/o de cualquiera de las divisiones

mineras e industriales operativas, así como la integridad e interpretación de la

información, los análisis y conclusiones derivadas de ella, sólo corresponden a su

autor y, en consecuencia son de su exclusiva responsabilidad, por lo que no

comprometen en forma alguna a Anglo American Chile Limitada, sus divisiones

operativas o empresas propietarias, como tampoco a sus ejecutivos, profesionales o

técnicos. Anglo American Chile Ltda. únicamente ha colaborado con el autor en

facilitarle acceso a sus instalaciones e información para la realización de esta tesis y

no tiene opinión ni participación alguna en su contenido.”